鲁科版 (2019)第1节 电子的发现与汤姆孙原子模型课时训练

第4章　原子结构

第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型

基础过关练

题组一　阴极射线的研究与汤姆孙原子结构模型

1.下列说法正确的是(　　)

A.汤姆孙发现了电子并精确测出电子的电荷量

B.稀薄气体导电可以看到辉光现象

C.阴极射线是一种电磁波

D.以上说法都不对

2.关于阴极射线的本质,下列说法正确的是(　　)

A.阴极射线本质是氢原子

B.阴极射线本质是电磁波

C.阴极射线本质是电子流

D.阴极射线本质是X射线

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.任何物体中均有电子

B.不同的物体中具有不同的电子

C.电子的质量比最轻的氢原子的质量小得多

D.电子是一种粒子,是构成物质的基本单元

4.(多选)关于电子的发现,下列叙述中正确的是(　　)

A.电子的发现,说明原子是由电子和原子核组成的

B.电子的发现,说明原子具有一定的结构

C.电子是第一种被人类发现的组成原子的微观粒子

D.电子的发现,比较好地解释了物体的带电现象

5.(多选)下列说法正确的是(　　)

A.汤姆孙研究阴极射线,用测定粒子比荷的方法发现了电子

B.电子的发现证明了原子是可分的

C.汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质应充斥整个原子,而带负电的电子,则镶嵌在球体的某些固定位置

D.汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质都集中在原子中心一个很小的范围内

6.对于电子的发现,以下说法中正确的是(　　)

A.汤姆孙通过对阴极射线的研究,发现了原子

B.汤姆孙通过实验测定了阴极射线的比荷值

C.密立根通过油滴实验测定了阴极射线的比荷值

D.原子的葡萄干面包模型是道尔顿提出的

7.(多选)下列关于阴极射线的说法正确的是(　　)

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.汤姆孙并未精确得出阴极射线粒子的电荷量

8.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,则阴极射线应打到最右端的P2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

9.如图所示,从正离子源发射的正离子经加速电压U加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中,发现离子向上偏转,要使此离子沿直线穿过电场,则下列说法正确的是(　　)

A.增大电场强度E

B.减小磁感应强度B

C.减小加速电压U,增大电场强度E

D.适当地加大加速电压U

题组二　比荷及电荷量的测定

10.(多选)如图是密立根油滴实验的示意图。油滴从喷雾器嘴喷出,落到图中的匀强电场中,调节两板间的电压,通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中,下列说法正确的是(　　)

A.油滴带负电

B.油滴质量可通过天平来测量

C.只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量

D.该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍

11.为测定带电粒子的比荷,让这个带电粒子以某一水平速度飞进水平放置的平行金属板间,金属板间有沿竖直方向的匀强电场,已知匀强电场的场强为E,在通过长为L的两金属板间后,测得偏离入射点的竖直距离为d,如果在两板间加垂直于电场方向的匀强磁场,并且使磁场方向垂直于粒子的入射方向,磁感应强度大小为B,则粒子以相同的水平速度进入金属板间时,恰好不偏离水平方向,不计带电粒子的重力,求比荷的值为多少?

12.如图所示为美国物理学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图,两块水平放置的金属板间距为d,油滴从喷雾器的喷嘴喷出时,由于与喷嘴摩擦而带负电,油滴散布在油滴室中,在重力作用下,少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间,当平行金属板间不加电压时,由于受到气体阻力的作用,油滴最终以速度v1竖直向下做匀速运动;当上板带正电,下板带负电,两板间的电压为U时,带电油滴恰好能以速度v2竖直向上做匀速运动。已知油滴在极板间运动时所受气体阻力的大小与其速率成正比,油滴密度为ρ,已测量出油滴的直径为D(油滴可看作球体,球体体积公式V=πD3),重力加速度为g。

(1)设油滴受到气体的阻力f=kv,其中k为阻力系数,求k的大小;

(2)求油滴所带电荷量。

13.汤姆孙1897年用阴极射线管测量了电子的比荷(电子电荷量与质量之比),其实验原理如图所示。电子流平行于极板射入,极板P、P'间同时存在匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场时,电子流不会发生偏转;极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场时,电子流穿出平行板电容器时的偏转角θ= rad。已知极板长L=3.0×10-2 m,电场强度大小为E=1.5×104 V/m,磁感应强度大小为B=5.0×10-4 T,求电子比荷。

14.如图所示,有一电子束穿过具有匀强电场和匀强磁场的空间区域,该区域的电场强度和磁感应强度分别为E和B。

(1)如果电子束的速度为v0,要使电子束穿过上述空间区域不发生偏转,电场和磁场应满足什么条件?

(2)如果撤去磁场,电场区域的长度为l,电场强度的方向和电子束初速度方向垂直,电场区域边缘与荧光屏之间的距离为d,要使电子束在荧光屏上偏移距离为y,所需加速电压为多大?

答案全解全析

第4章　原子结构

第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型

基础过关练

1.B　汤姆孙发现了电子,但电子的电荷量是由密立根精确测出的,A错;稀薄气体被电离可以导电,产生辉光现象,B对;阴极射线是带负电的粒子流,即电子流,C错。

2.C　汤姆孙经过大量的实验,证明阴极射线是带电的粒子流,并称组成粒子流的粒子为电子,故选C。

3.ACD　汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究,发现这些射线均为相同的粒子流,这种粒子就是电子,说明电子是组成各种物体的共同成分,所以选项A正确,选项B错误;电子是构成物质的基本单元,其质量大约是氢原子质量的1/(1" " 800),故选项C、D均正确。

4.BCD　发现电子之前,人们认为原子是不可再分的最小粒子,电子的发现,说明原子有一定的结构,B正确,A错误;电子是人类发现的第一种组成原子的微观粒子,C正确;物体带电的过程,就是电子的得失和转移的过程,D正确。

5.ABC　通过物理学史可得,选项A正确;根据电子发现的重要意义可得,选项B正确;选项C描述的是汤姆孙原子模型,选项C正确,D错误。

6.B　汤姆孙通过对阴极射线的研究,发现了电子,并测出了电子的比荷,提出了葡萄干面包模型,故选B。

7.AD　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,选项A正确;由于电子带负电,所以其受力情况与正电荷不同,选项B错误;不同材料所产生的阴极射线都是电子流,所以它们的比荷是相同的,选项C错误;在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未精确得出电子的电荷量,最早精确测量电子电荷量的是美国科学家密立根,选项D正确。

8.C　由阴极发出的阴极射线通过狭缝A、B形成一条狭窄的射线。它穿过两片平行的金属板D1、D2之间的空间,到达右端带有标尺的荧光屏上。通过射线产生的荧光的位置,可以研究射线的径迹。实验证明,阴极射线是电子流,它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧,可知选项C正确,选项B错误;加上磁场时,电子在磁场中受洛伦兹力,要发生偏转,因而选项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,选项A错误。

9.D　正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中,受到的电场力F=qE,方向向上,受到的洛伦兹力F洛=qvB,方向向下,离子向上偏,说明电场力大于洛伦兹力,要使离子沿直线运动,有qE=qvB,则可使洛伦兹力增大或电场力减小,增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U或增大磁感应强度B,选项D正确。

10.AD　由题图知,电容器两极板间电场方向向下,油滴所受的电场力向上,则知油滴带负电,故A正确;油滴的质量很小,不能通过天平测量,故B错误;根据油滴受力平衡得:mg=qE=qU/d,得q=mgd/U,所以要测出两板间的距离、电压和油滴的质量才能求出油滴的电荷量,故C错误;根据密立根油滴实验研究可知:该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍,故D正确。

11.答案　2dE/(B^2 L^2 )

解析　设粒子的初速度大小为v0,只加电场时,在竖直方向d=Eq/2m L/v_0  2

加磁场后,粒子沿直线运动,则qv0B=Eq

即v0=E/B

联立解得q/m=2dE/(B^2 L^2 )。

12.答案　(1)1/(6v_1 )πρD3g　(2)(ρπD^3 gd"(" v_1+v_2 ")" )/(6Uv_1 )

解析　(1)油滴速度为v1时所受阻力f1=kv1,油滴向下做匀速运动时,重力与阻力平衡,有f1=mg

m=ρV=1/6πρD3,则k=1/(6v_1 )πρD3g。

(2)设油滴所带电荷量为q,油滴受到的电场力为

F电=qE=qU/d

油滴向上做匀速运动时,阻力向下,油滴受力平衡,则

kv2+mg=qU/d

油滴所带电荷量为q=(ρπD^3 gd"(" v_1+v_2 ")" )/(6Uv_1 )。

13.答案　1.3×1011 C/kg

解析　无偏转时,洛伦兹力和电场力平衡,则eE=evB

只存在磁场时,有evB=mv^2/r,

由几何关系知r=L/sinθ

偏转角很小时,r≈L/θ

联立上述各式并代入数据解得

电子的比荷e/m=Eθ/(B^2 L)≈1.3×1011 C/kg。

14.答案　见解析

解析　(1)要使电子不发生偏转,则电场方向、磁场方向及电子的运动方向应两两垂直,且满足eE=ev0B,解得E=v0B。

(2)电子在电场中向上偏移量s=1/2•eE/mt2,

且tan θ=v_y/v_0 ,其中vy=eE/mt。

在加速电场中eU=1/2mv_0^2,v0=l/t。

偏移距离y=s+d tan θ,

由以上各式解得U=(El"(" l+2d")" )/4y。