1、第十八章原子结构DI SHI BA ZHANG | 第十八章原子结构课时1电子的发现 对应学生用书P37一、选择题1(多选)关于阴极射线的性质，判断正确的是()A阴极射线带负电B阴极射线带正电C阴极射线的比荷比氢离子比荷大D阴极射线的比荷比氢离子比荷小答案AC解析通过让阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢离子的比荷大得多，故A、C正确，B、D错误。2(多选)下列是某实验小组测得的一组电荷量，哪些是符合事实的()A31019 C B4.81019 CC3.21026 C D4.81019 C答案BD解析电荷量是量子化的，任何带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍，1.
2、61019 C是目前为止自然界中最小的电荷量，故B、D正确。3(多选)汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，关于电子的说法正确的是()A任何物质中均有电子B不同的物质中具有不同的电子C电子质量是质子质量的1836倍D电子是一种粒子，是构成物质的基本单元答案AD解析汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，发现均为同一种粒子即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量。由此可知A、D正确，B、C错误。4(多选)关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确的是()A精确测定了电子的电荷量B首先测得了电子的比荷C发现了电荷是量子化的D为电子质量的最终获得做出了
3、突出贡献答案ACD解析密立根通过油滴实验精确测定了电子的电荷量并发现电荷是量子化的。测定了e值，结合比荷，进一步可以确定电子的质量。电子的比荷是由舒斯特首先测出的。5关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是()A密立根利用电场力和重力、阻力平衡的方法，测得了带电体的最小电荷量B密立根利用电场力和重力、阻力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量C密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量D密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子的千分之一答案B解析密立根“油滴实验”是利用喷雾的方法，在已知小液滴质量的前提下利用电场力和小液滴的重力、空气阻力平衡的方法推算出每个小液滴所带电荷量都是1.6
4、1019 C的整数倍；带电体的电荷量不是连续的，而是量子化的；并且电子的电荷量也为1.61019 C，带负电。故正确选项为B。6如图是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是()A加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C加一电场，电场方向沿z轴负方向D加一电场，电场方向沿y轴正方向答案B解析由于电子沿x轴正方向运动，若所受洛伦兹力向下，使电子射线向下偏转，由左手定则可知磁场方向应沿y轴正方向；若加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z
5、轴正方向，由此可知B正确。7下列实验现象中，支持阴极射线是带电微粒观点的是()A阴极射线可以透过薄铝片B阴极射线通过电场或磁场时，要产生相应偏转C阴极射线透过镍单晶时，产生衍射现象D阴极射线轰击荧光物质，发出荧光答案B解析阴极射线通过电场或磁场时发生偏转，说明它是带电的粒子，不是不带电的电磁波，只有B正确。8关于汤姆孙发现电子的下列说法中正确的是()A戈德斯坦是第一个测出阴极射线比荷的人B汤姆孙直接测出阴极射线的质量C汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的比荷是不同的D汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍答案D解析由物理学史可知舒斯特是第一个测出阴极射
6、线比荷的人，A错误；汤姆孙没有直接测出了阴极射线粒子的质量，B错误；汤姆孙发现，用不同材料的阴极做实验，所得比荷数值都是相同的，C错误；D正确。9. 如图为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空，A为发射热电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，A、K间电压为U，电子离开阴极时的速度可以忽略。电子经加速后从K的小孔中射出的速度大小为v，下面说法中正确的是()A如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度变为2vB如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度变为C如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为D如果A、K间距离保持不变而电压减半，
7、则电子离开K时的速度变为v答案D解析根据动能定理得：eUmv2，得：v ，由上式可知，v与A、K间距离无关，则若A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度仍为v，故A、B错误；根据v 可知，电压减半时，则电子离开K时的速度变为v，故C错误，D正确。10(多选)下列说法正确的是()A阴极射线在电场中偏向正极板一侧B阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D密立根精确测定了阴极射线粒子的电荷量答案AD解析阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确。由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，B错误。不同材料所产生的阴极射线都
8、是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误。最早精确测量电子电荷量的是美国科学家密立根，D正确。11(多选)下列说法正确的是()A原子是不可再分的B电子电荷量的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的C电子电荷量的数值约为1.6021019 CD电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷答案BC解析电子的发现说明原子是可以再分的。电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，也叫荷质比。所以A、D错误，B、C正确。12. (多选)如图所示，一只阴极射线管左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹下偏，则()A导线中的电流由A流向BB导线中的电流由B流向AC如要使电子束的径
9、迹向上偏，可以通过改变直导线AB中电流方向来实现D电子的径迹与AB间电流的方向无关答案BC解析阴极射线带负电，由左手定则判断管内磁场方向垂直纸面向里；由安培定则判断AB中电流的方向由B向A，故A错误，B正确。若直导线AB中的电流方向改为从A流向B，由安培定则和左手定则可知，电子束的径迹向上偏，则C正确，D错误。13(多选)如图所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图。显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光。安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转。下列说法中正确的是()A如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点B如果要使阴极射
10、线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里C如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里D如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场磁感应强度应该先由小到大，再由大到小答案AC解析偏转线圈中没有电流，则不产生磁场，则阴极射线沿直线运动，打在O点，A正确。组成阴极射线的粒子为电子，带负电，由左手定则可知B错误，C正确。由R可知，B越小，R越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，D错误。14(多选)如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是()A若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应
11、打到最右端的P1点B若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转C若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转D若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转答案AC解析实验证明，阴极射线带负电，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可知C正确，B错误。若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要向下偏转，因而D错误。当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，A正确。二、非选择题151897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点。因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上
12、最著名的经典实验之一。在实验中，汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C射出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D1、D2平行板间，接着在荧光屏F的中心出现荧光斑。若在D1、D2间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D1、D2电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为，则：(1)说明所加磁场方向；(2)根据L、E、B和，求出电子的比荷。答案(1)垂直纸面向里(2)解析(1)根据题意，在D1、D2间加上磁场时，电子受到的洛伦兹力应向下，由左手定则可判断，磁场方向
13、垂直纸面向里。(2)当电子在D1、D2间做匀速直线运动时，有eEevB当电子仅在D1、D2间的磁场中发生偏转时，有evB，同时又有Lrsin，如图所示，可得。16.电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的。他测定了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍。这个最小电荷量就是电子所带的电荷量。密立根实验的原理如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电。从喷雾器喷出的小油滴落到A、B两板之间的电场中，小油滴由于摩擦而带负电，当调节A、B两板间的电压为U时，可使油滴匀速下降。已知油滴可看成球体，密度为，下降的速度大小为v，
14、受到空气的阻力fkr2v，k为比例系数，r为油滴的半径，两极板间距离为d，重力加速度为g，则带电油滴的电荷量是多大？答案解析油滴受三个力作用：重力、库仑力和空气阻力，因油滴匀速下降，三力平衡，有mgqf，将mr3，fkr2v代入，得q。17电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验测出的。密立根实验的原理如图所示：两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上面的板带正电，下面的板带负电。油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场E中。大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降，观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观
15、察。两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E。但是油滴太小，其质量m很难直接测出。密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度测量油滴的质量。未加电场时，由于空气的黏性，油滴所受的重力很快就等于油滴与空气的摩擦力而使油滴匀速下落，可测得速度v1，再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡。根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴的电荷量。密立根测定了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了元电荷即电子或质子所带的电荷量e。如图所示，在A板上方用喷雾器将
16、细油滴喷出，若干油滴从板上的一个小孔中落下，喷出的油滴因摩擦而带负电。已知A、B板间电压为U、间距为d，油滴恰好静止。撤去电场后油滴徐徐下落，最后测出油滴以速度v匀速运动，已知空气阻力正比于速度：fkv，则油滴所带的电荷量q_。某次实验q的测量值见下表(单位：1019 C)：6.418.019.6511.2312.83分析这些数据可知：_。答案油滴的电荷量约为1.61019 C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.61019 C解析由mgq0，mgkv0，解得q。分析表中数据可知，油滴电荷量约为1.61019 C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.61019 C。18一个半径为1.64104 cm的
17、带负电的油滴，在电场强度等于1.92105 V/m的竖直向下的匀强电场中，如果油滴受到的电场力恰好与重力平衡，问：这个油滴带有几个电子的电荷？已知油的密度为0.851103 kg/m3。答案5个解析油滴的体积Vr33.14(1.64104102)3 m31.8471017 m3，油滴的质量mV0.8511031.8471017 kg1.5721014 kg。设油滴中有N个电子，因油滴所受库仑力与重力平衡，所以有mgEqENe，即N5(个)。所以这个油滴带有约5个电子的电荷。19.如图所示为测量某种离子的比荷的装置。让中性气体分子进入电离室A，在那里被电离成离子。这些离子从电离室的小孔飘出，从缝
18、S1进入加速电场被加速，然后让离子从缝S2垂直进入匀强磁场，最后打在底片上的P点，已知加速电压为U，磁场的磁感应强度为B，缝S2与P之间的距离为a，离子从缝S1进入电场时的速度不计，求该离子的比荷。答案解析粒子经电场加速、经磁场偏转两个过程，从轨迹可知，离子带正电，设它进入磁场时速度为v，在电场中加速qUmv2，v2在磁场中偏转Bqv，r，则v，解得。20在密立根油滴实验中，一个油滴进入两块相距为d5.0103 m的水平放置的平行板之间，如图所示。油滴为质量均匀的小球，半径为r，电荷量为q。当油滴匀速下落时，测得v2.5104 m/s，随后在两平板间加电压U，使油滴减速，调节U使油滴静止，此时
19、的电压值U1270 V。已知油滴运动时所受空气阻力大小Ff6rv，其中v为油滴运动速率，1.96105 Ns/m2为空气与油滴间的粘滞系数，油滴的密度980 kg/m3，重力加速度g10 m/s2。求：(1)该油滴的半径r；(2)该油滴所带电荷量q；(3)用汞灯照射该油滴仅使其电荷量发生改变，重新调节U使油滴再次静止，此时的电压值U2330 V，油滴电荷量的改变量约为几个元电荷e?答案(1)1.5106 m(2)2.561018 C(3)3解析(1)油滴的速度为v2.5104 m/s时，重力等于阻力，有：fmgmr3则r1.5106 m(2)油滴静止时，电场力等于重力qEqmgmg6rv则q2
20、.561018 C(3)q2.101018 Cqqq4.61019 Cn3个所以电荷量改变量约为3个元电荷。21.美国科学家密立根通过油滴实验精确测得电子的电荷量。油滴实验的原理如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连，上、下板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，经上板中央小孔落到两板间的匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况，两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力作用。(1)调节两金属板间的电势差U，当UU0时，使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速直线运动，求该油滴所带的电荷量；(2)若油滴进入电场时的初速度可以忽略，当两金属板间的电势差UU1时，观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速直线运动，经过时间t运动到下极板，求此油滴所带的电荷量。答案(1)(2)解析(1)质量为m1的油滴恰好做匀速直线运动，则其所受重力与库仑力平衡，即m1g，得q。(2)质量为m2的油滴向下做匀加速运动，dat2，得a若油滴带正电，所受库仑力方向向下，由牛顿第二定律得ag，到达下极板的时间很短，难以精确测量，与事实不符，则油滴带负电，受到库仑力的方向竖直向上，由牛顿第二定律m2gqm2a，解得q。