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2019-2020年高中物理 第18章 第1節(jié) 電子的發(fā)現(xiàn)練習(xí) 新人教版選修3-5 1．陰極射線． (1)通常情況下，氣體是不導(dǎo)電的，但在強(qiáng)電場(chǎng)中，氣體能被電離而導(dǎo)電． (2)在演示氣體放電時(shí)，放電管里近似為真空，由陰極發(fā)出的陰極射線，當(dāng)初人們對(duì)它認(rèn)識(shí)有兩種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為是電磁輻射，另一種認(rèn)為是帶電微粒.1897年，湯姆孫根據(jù)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)斷定，它的本質(zhì)是一種帶負(fù)電的粒子，命名為電子． 2．電子的發(fā)現(xiàn)． (1)帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量之比稱作比荷． (2)電子的電量e＝C，它是1910年由密立根通過著名油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出的． (3)質(zhì)子質(zhì)量是電子質(zhì)量1_836倍． 1．(多選)關(guān)于陰極射線的性質(zhì)，判斷正確的是(AC) A．陰極射線帶負(fù)電 B．陰極射線帶正電 C．陰極射線的比荷比氫原子比荷大 D．陰極射線的比荷比氫原子比荷小 解析：通過讓陰極射線在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)的研究發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電，而且比荷比氫原子的比荷大得多，故A、C正確． 2. 1910年美國科學(xué)家密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)(D) A．發(fā)現(xiàn)了中子 B．發(fā)現(xiàn)了電子 C．測(cè)出了中子的質(zhì)量 D．測(cè)出了電子的電荷量 解析：密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)精確測(cè)定了電子的電荷量． 3．發(fā)射陰極射線的陰極射線管中的高電壓的作用是(D) A．使管內(nèi)氣體電離 B．使管內(nèi)產(chǎn)生陰極射線 C．使管內(nèi)障礙物的電勢(shì)升高 D．使電子加速 解析：在陰極射線管中，陰極射線是由陰極處于熾熱狀態(tài)而發(fā)射的電子流，通過高電壓加速而獲得能量，與玻璃碰撞而產(chǎn)生熒光，故選項(xiàng)D正確． 4．(多選)湯姆孫對(duì)陰極射線的探究，最終發(fā)現(xiàn)了電子，由此被稱為“電子之父”．關(guān)于電子的說法正確的是(AD) A．任何物質(zhì)中均有電子 B．不同的物質(zhì)中具有不同的電子 C．電子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1 836倍 D．電子是一種粒子，是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元 解析：湯姆孫對(duì)不同材料的陰極發(fā)出的射線進(jìn)行研究，均為同一種相同的粒子——即電子，電子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，它的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子質(zhì)量．由此可知A、D兩項(xiàng)正確，B、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤． 5．下列實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確測(cè)定元電荷電量的實(shí)驗(yàn)是(B) A．庫侖扭秤實(shí)驗(yàn) B．密立根油滴實(shí)驗(yàn) C．用DIS描繪電場(chǎng)的等勢(shì)線實(shí)驗(yàn) D．奧斯特電流磁效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 解析：密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)，測(cè)出了電子電荷量的精確數(shù)值，任何物體帶電量的數(shù)值都是元電荷電量的整數(shù)倍． 6．陰極射線是從陰極射線管的陰極發(fā)出的高速運(yùn)動(dòng)的粒子流，這些微觀粒子是______，若在如下圖所示的陰極射線管中部加上垂直于紙面向里的磁場(chǎng)，陰極射線將________(填“向上”、“向下”、“向里”或“向外”)偏轉(zhuǎn)． 解析：運(yùn)用左手定則判斷電子所受洛倫茲力的方向，進(jìn)而確定射線的偏轉(zhuǎn)方向． 答案：電子　向下 7．密立根油滴實(shí)驗(yàn)的原理示意圖如圖所示，兩塊平行金屬板水平放置，A板帶正電，B板帶負(fù)電．調(diào)節(jié)兩板間的場(chǎng)強(qiáng)，使從噴霧器噴出的半徑為r、密度為ρ的帶電油滴恰好處于平衡狀態(tài)，設(shè)此油滴所在處的場(chǎng)強(qiáng)為E，則油滴所帶的電量為________，此油滴得到了________個(gè)電子(元電荷的電量為e)． 解析：對(duì)帶電液滴受力分析：重力與電場(chǎng)力平衡，由qE＝mg得： q＝＝＝. 一個(gè)電子的電量為e， 所以油滴得到電子數(shù)目為：n＝＝. 答案：　 8．在密立根油滴實(shí)驗(yàn)裝置中，噴霧器向透明的盒子里噴入帶電油滴，小盒子內(nèi)的上、下兩金屬板分別接在電源兩極，通過改變兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度可控制帶電油滴在板間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．已知某油滴所受的重力為1.810－9N，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)節(jié)為4.0104N/C時(shí)，通過顯微鏡觀察該油滴豎直向下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如圖所示．求： (1)該油滴帶何種電荷？ (2)該油滴所帶電荷量是多少？ (3)該油滴所帶電荷量是元電荷e的多少倍？ 解析：(1)該油滴豎直向下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，受重力和電場(chǎng)力，二力平衡；故電場(chǎng)力向上，而場(chǎng)強(qiáng)向下，故油滴帶負(fù)電荷． (2)勻速運(yùn)動(dòng)是平衡狀態(tài)，重力和電場(chǎng)力平衡：mg＝F＝qE， . (3)元電荷電量：e＝1.6C， 所以，元電荷倍數(shù)N：N＝＝個(gè)＝2.8個(gè)． 答案：(1)該油滴帶負(fù)電荷　(2)該油滴所帶電荷量是4.5C　(3)該油滴所帶電荷量是元電荷e的2.8倍 9．1897年，物理學(xué)家湯姆孫正式測(cè)定了電子的比荷，打破了原子是不可再分的最小單位的觀點(diǎn)．因此，湯姆孫的實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)發(fā)展史上最著名的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一．在實(shí)驗(yàn)中湯姆孫采用了如圖所示的陰極射線管，從電子槍C出來的電子經(jīng)過A、B間的電場(chǎng)加速后，水平射入長度為L的D、E平行板間，接著在熒光屏F中心出現(xiàn)熒光斑．若在D、E間加上方向向下，場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電子將向上偏轉(zhuǎn)；如果再利用通電線圈在D、E電場(chǎng)區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫)熒光斑恰好回到熒光屏中心，接著再去掉電場(chǎng)，電子向下偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為θ，試解決下列問題． (1)說明圖中磁場(chǎng)沿什么方向． (2)根據(jù)L、E、B和θ，求出電子的比荷． 解析：(1)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里． (2)當(dāng)電子在D、E間做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)有：eE＝Bev， 當(dāng)電子在D、E間的磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)有：Bev＝， 同時(shí)又有：L＝rsin θ，可得：＝. 答案：(1)垂直紙面向里　(2) 10．如下圖所示，有一電子(電荷量為e)經(jīng)電壓U0的電場(chǎng)加速后，進(jìn)入兩塊間距為d、電壓為U的平行金屬板間．若電子從兩板正中間垂直電場(chǎng)方向射入，且正好能穿過電場(chǎng)，求： (1)金屬板AB的長度； (2)電子穿出電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能． 解析：電子經(jīng)U0電壓加速后獲得一定速度，進(jìn)入AB范圍電場(chǎng)后受電場(chǎng)力作用，其運(yùn)動(dòng)類似于平拋運(yùn)動(dòng)． (1)電子進(jìn)入AB電場(chǎng)的水平速度，由eU0＝可得，B范圍勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為：E＝. 電子進(jìn)入AB后的運(yùn)動(dòng)， 水平方向：x＝vt，① 豎直方向：y＝，② 將①②聯(lián)立，將v代入得：x＝d. (2)根據(jù)動(dòng)能定理： Ek＝＋eE＝eU0＋eU. 答案：(1)d　(2)eU0＋eU 11．湯姆生曾采用電場(chǎng)、磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)法測(cè)定電子的比荷，具體方法如下： Ⅰ.使電子以初速度v1垂直通過寬為L的勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，測(cè)出偏向角θ，已知?jiǎng)驈?qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E，方向如圖(a)所示． Ⅱ.使電子以同樣的速度v1垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向如圖(b)所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，使它剛好經(jīng)過路程長度為L的圓弧之后射出磁場(chǎng)，測(cè)出偏向角φ，請(qǐng)繼續(xù)完成以下三個(gè)問題： (1)電子通過勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的時(shí)間分別為多少？ (2)若結(jié)果不用v1表達(dá)，那么電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓弧運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的圓半徑R為多少？ (3)若結(jié)果不用v1表達(dá)，那么電子的比荷為多少？ 解析：(1)電子通過勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所用的時(shí)間為t1＝.電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所用的時(shí)間為t2＝.① (2)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓弧運(yùn)動(dòng)，軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角等于速度的偏向角，則軌跡的圓心角為φ.所以電子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為：R＝.② (3)在電場(chǎng)中：沿電場(chǎng)力方向有：vy＝at＝，③ 電子射出電場(chǎng)時(shí)的速度偏向角滿足：tan θ＝，④ 由牛頓第二定律，有：ev1B＝，⑤ 綜合②③④⑤，解得：＝.⑥ 答案：(1)電子通過勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的時(shí)間相等，都是　(2)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓弧運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的圓半徑R為　(3)電子的比荷為＝