粤教版高中物理选修3531《敲开原子的大门》一课三练.docx

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粤教版高中物理选修3531《敲开原子的大门》一课三练

第三章　原子结构之谜

第一节　敲开原子的大门

1．1858年，德国科学家__________发现了________射线．在一个抽成真空的玻璃管两端加上________，阴极便会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现__________．这种射线便是阴极射线．

2．汤姆生对阴极射线的探究

（1）让阴极射线分别通过电场和磁场，根据______现象，证明它是__________的粒子流并求出了其荷质比．

（2）换用不同材料的阴极做实验，所得粒子的____________相同，是氢离子荷质比的近两千倍．

（3）结论：

粒子带______，其电荷量的大小与________大致相同，而质量________氢离子的质量，后来，组成阴极射线的粒子被称为______．

3．美国科学家________，精确地测定了电子的电量：

e＝______________，并且根据荷质比计算出了电子的质量为m＝______________kg.

【概念规律练】

知识点一　阴极射线

1．关于阴极射线的下列说法中正确的是（　　）

A．阴极射线是高速质子流

B．阴极射线可以用人眼直接观察到

C．阴极射线是高速电子流

D．阴极射线是电磁波

2．如图1所示是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下（沿z轴负方向）偏转，则下列措施中可采用的是（　　）

图1

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

知识点二　电子的发现

3．关于电子的发现，下列说法中正确的是（　　）

A．电子是由德国物理学家普里克发现的

B．电子是由德国物理学家戈德斯坦发现的

C．电子是由法国物理学家安培发现的

D．电子是由英国物理学家汤姆生发现的

4．关于电子，下列说法中不正确的是（　　）

A．发现电子是从研究阴极射线开始的

B．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分

C．发现电子的意义是：

使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构

D．电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同

5．关于汤姆生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荷质比的人

B．汤姆生直接测出了阴极射线的质量

C．汤姆生发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的荷质比是不同的

D．汤姆生由实验得到的阴极射线粒子的荷质比是氢离子荷质比的近两千倍

【方法技巧练】

带电粒子荷质比的测定方法

6．带电粒子的荷质比

是一个重要的物理量．某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的荷质比，实验装置如图2所示．

图2

（1）他们的主要实验步骤如下：

A．首先在两极板M1、M2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子束从两极板中央通过，在荧屏的正中心处观察到一个亮点；

B．在M1、M2两极板间加合适的电场，加极性如图所示的电压，并逐步调节增大电压，使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移，直到荧屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压U.请问本步骤的目的是什么？

C．保持步骤B中的电压U不变，对M1、M2区域加一个大小、方向合适的磁场B，使荧屏正中心处重现亮点，试问外加磁场的方向如何？

（2）根据上述实验步骤，同学们正确地推算出电子的荷质比与外加电场、磁场及其他相关量的关系为

＝

.一位同学说，这表明电子的荷质比大小由外加电压决定，外加电压越大则电子的荷质比越大，你认为他的说法正确吗？

为什么？

图3

7．如图3所示，质量为m的带负电的油滴，静止于水平放置的带电平行金属板间，设油滴的密度为ρ，空气密度为ρ′，试求：

两板间场强最大值Em的表达式．

1．关于阴极射线，下列说法正确的是（　　）

A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象

B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流

C．阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的

D．阴极射线的荷质比比氢原子的荷质比小

2．关于电量，下列说法不正确的是（　　）

A．物体的带电量可以是任意值

B．物体的带电量只能是某些值

C．物体的带电量的最小值为1.6×10－19C

D．一个物体带1.6×10－9C的正电荷，这是它失去了1010个电子的缘故

3．（双选）1897年英国物理学家汤姆生发现了电子并被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是（　　）

A．汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷

B．汤姆生通过对光电效应的研究，发现了电子

C．电子的质量无法测定

D．汤姆生通过对不同材料的阴极发出的射线做研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元

4．关于电量，下列说法错误的是（　　）

A．电子的电量是由密立根油滴实验测得的

B．物体所带电量可以是任意值

C．物体所带电量最小值为1.6×10－19C

D．物体所带的电量都是元电荷的整数倍

图4

5．阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图4所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为（　　）

A．平行于纸面向左B．平行于纸面向上

C．垂直于纸面向外D．垂直于纸面向里

6．（双选）下列说法中，正确的是（　　）

A．汤姆生精确地测出了电子电荷量e＝1.60217733（49）×10－19C

B．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的

C．汤姆生油滴实验更重要的发现是：

电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e的整数倍

D．通过实验测得电子的荷质比及电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量

图5

7．如图5所示，在平行板两极间接上电压为400V的恒压电源，在平行板的中间有A、B两个小孔，一个电子以300eV的动能从A孔射入，则电子从两板间出来时其动能为（　　）

A．0B．300eV

C．700eVD．400eV

8．如图6所示为示波管中电子枪的原理示意图．

图6

示波管内抽成真空，A为发射电子的阴极，K为接在高电势点的加速电极，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.下列说法正确的是（　　）

A．如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度为2v

B．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时的速度为

D．如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度为

v

题　号

1

2

3

4

5

6

7

8

答　案

图7

9．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7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．从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中．小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡．已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105N/C，油滴半径是1.64×10－4cm，油的密度是0.851g/cm3，求油滴所带的电荷量．这个电荷量是电子电荷量的多少倍？

（g取9.8m/s2）

第三章　原子结构之谜

第一节　敲开原子的大门

课前预习练

1．普里克　阴极　高电压　绿色荧光

2．

（1）偏转　带负电　

（2）荷质比数值　（3）负电　氢离子　远小于　电子

3．密立根　1.6×10－19C　9.1×10－31

课堂探究练

1．C

2．B　[由于电子沿x轴正方向运动，若加一磁场使电子射线向下偏转，则所受洛伦兹力应向下，由左手定则可知所加磁场的方向应沿y轴正方向；若加一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轴正方向，由此可知B正确．]

3．D　4.D　5.D

6．

（1）B.使电子刚好落在极板靠近荧屏端的边缘，利用已知量表达q/m.

C．磁场方向垂直纸面向外

（2）说法不正确，电子的荷质比是电子的固有参数．

解析　

（1）设M1、M2两极板间距为h，电子在电场中做类平抛运动，屏上恰好看不到亮点时，电子刚好落在靠近荧屏端的边缘，沿电场方向位移为

，则有

＝

·

·（

）2；加上磁场B时，电子束不偏转，洛伦兹力与电场力平衡，Bqv0＝q

，两式联立有

＝

.因M2带正电，电子受到向下的电场力，所以洛伦兹力方向向上，根据左手定则可判断出磁场方向垂直纸面向外．

（2）荷质比是带电粒子的电量与其质量的比值，而电量、质量都是粒子本身的固有属性，故荷质比也是粒子的固有属性，与外界条件无关．

方法总结　解决带电粒子在电磁场中偏转的问题时，要切记以下几点：

（1）所加电场、磁场为匀强电场、匀强磁场．

（2）带电粒子只在电场中偏转时做类平抛运动，可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系式．

（3）带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图确定圆心位置，利用几何知识求出其半径．

（4）带电粒子若通过相互垂直的电、磁场时，一般使其不发生偏转，由此可求出带电粒子的速度．

7．Em＝mg

解析　设油滴的体积为V，则V＝

，

油滴受到空气对它的浮力为F，则

F＝ρ′Vg＝ρ′

g.

取油滴为研究对象，设其带电荷量为q，在电场中受重力、浮力和电场力而平衡，受力如图所示，有：

F＋Eq＝mg，即

＋Eq＝mg

所以E＝

又因为任何带电体所带电荷量为电子所带电荷量的整数倍，所以有：

q＝ne，即

E＝

当n＝1时，E最大，即Em＝

课后巩固练

1．C　[阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故A、B错；最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线，故C对；阴极射线本质是电子流，故其荷质比比氢原子荷质比大的多，故D错．]

2．A　[电子的电荷量是最小值1.6×10－19C，物体的带电荷量只能是它的整数倍，所以A不正确，B、C正确；一个物体带正电，是因为失去电子的缘故，所以D正确．]

3．AD

4．B　[密立根的油滴实验测出了电子的电量为1.6×10－19C，并提出了电荷量子化的观点，因而A、C对，B错；任何物体的电量都是e的整数倍，故D对．因此选B.]

5．C　[由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右传播，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C正确．]

6．BD　7.B

8．D　[由eU＝

mv2得v＝

，由公式可知，电子经加速电场加速后的速度与加速电极之间的距离无关，对于确定的加速粒子——电子，其速度只与加速电压有关，由此不难判定D正确．]

9．5倍

解析　小油滴质量：

m＝ρV＝ρ·

πr3①

由题意知mg－Eq＝0②

由①②两式可得：

q＝

＝

C

≈8.02×10－19C

小油滴所带电荷量q是电子电荷量e的倍数为

n＝

倍＝5倍