高中物理第18章 原子结构 1 电子的发现学业分层测评-新人教选修

电子的发现
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．已知X射线的“光子”不带电，假设阴极射线像X射线一样，则下列说法正确的是( )
A．阴极射线管内的高电压不能够对其加速而增加能量
B．阴极射线通过偏转电场不会发生偏转
C．阴极射线通过磁场方向一定不会发生改变
D．阴极射线通过偏转电场能够改变方向
E．阴极射线通过磁场方向可能发生改变
【解析】因为X射线的“光子”不带电，故电场、磁场对X射线不产生作用力，故选项A、B、C对．
【答案】ABC
2．汤姆孙通过对阴极射线的探究，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．不同物质中的电子是相同的
D．电子质量是质子质量的1 836倍
E．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元
【解析】汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，发现均为同一种相同的粒子——即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子的质量；由此可知A、C、E 正确，B、D错误．
【答案】ACE
3．下列说法中正确的是( )
A．汤姆孙精确地测出了电子电荷量
e＝1.602 177 33(49)×10－19 C
B．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的
C．汤姆孙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比荷及电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量
E．阴极射线的本质是电子
【解析】电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的，A、C错误，B正确．测出
比荷的值e m
和电子电荷量e 的值，可以确定电子的质量，故D 正确．阴极射线即电子流，E 正确．
【答案】 BDE
4．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微观粒子
D ．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
E ．电子的发现说明原子核具有一定的结构
【解析】 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E 错误；电子是人类发现的第一种微观粒子，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．
【答案】 BCD
5．阴极射线管中的高电压的作用是________．
【解析】 在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射出的电子流，通过高电压对电子加速获得能量，使之与玻璃发生撞击而产生荧光．
【答案】 使电子加速
6．向荧光屏上看去，电子向我们飞来，在偏转线圈中通以如图18­1­9所示的电流，电子的偏转方向为________．
图18­1­9
【解析】 根据安培定则，环形磁铁右侧为N 极、左侧为S 极，在环内产生水平向左的匀强磁场，利用左手定则可知，电子向上偏转．
【答案】 向上
7．如图18­1­10所示，让一束均匀的阴极射线以速率v 垂直进入正交的电、磁场中，选择合适的磁感应强度B 和电场强度E ，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，测得其半径为R ，求阴极射线中带电粒子的比荷．
图18­1­10
【解析】 因为带电粒子在复合场中时不偏转，所以qE ＝qvB ，即v ＝E B
，撤去电场后，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，则qvB ＝m v 2R .由此可得q m ＝E B 2R
. 【答案】 E B 2R
[能力提升]
8．如图18­1­11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( )
图18­1­11
A ．增大电场强度E
B ．增大磁感应强度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
E ．适当地减小电场强度E
【解析】 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，须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 ，减小电场力的途径是减小电场强度E .选项B 、D 、E 正确．
【答案】 BDE
9．如图18­1­12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( ) 【导学号：66390028】
图18­1­12
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，则偏转磁场强度应该先由小到大，再由大到小
E ．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由A 点向B 点移动，则偏转磁场强度应该先由大到小，再由小到大
【解析】 偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O 点，A 正确．由阴极射线的电性及左手定则可知B 错误，C 正确；由R ＝mv qB
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，故D 错误E 正确．
【答案】 ACE
10．电子所带电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量，发现这些电量都等于某个最小电量的整数倍．这个最小电量就是电子所带的电量．密立根实验的原理如图18­1­3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1.92×105 N/C ，油滴半径是1.64×10－4 cm ，油的密度是0.851 g/cm 3，求油滴所带的电量．这个电量是电子电量的多少倍？(g 取9.8 m/s 2)
【导学号：66390029】
图18­1­3
【解析】 小油滴质量为，m ＝ρV ＝ρ·43
πr 3 由题意得mg ＝Eq
联立解得q ＝ρ·4πr 3
g 3E
＝0.851×103－63×9.83×1.92×105 C ＝8.02×10－19 C
小油滴所带电量q 是电子电量e 的倍数为n ＝q e ＝8.02×10－19
1.6×10－19
＝5倍．
【答案】 8.02×10－19 5
11．在研究性学习中，某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如图18­1­14所示．abcd 是个长方形盒子，在ad 边和cd 边上各开有小孔f 和e ，e 是cd 边上的中点，荧光屏M 贴着cd 放置，能显示从e 孔射出的粒子落点位置．盒子内有一方向垂直于abcd 平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B .粒子源不断地发射相同的带电粒子，粒子的初速度可以忽略．粒子经过电压为U 的电场加速后，从f 孔垂直于ad 边射入盒内．粒子经磁场偏转后恰好从e 孔射出．若已知fd ＝cd ＝L ，不计粒子的重力和粒子之间的相互作用．请你根据上述条件求出带电粒子的比荷q m
.
【导学号：66390030】
图18­1­14
【解析】 带电粒子进入电场，经电场加速．根据动能定理得qU ＝12
mv 2，得v ＝2qU
m .粒子进入磁场后做匀速圆周运动，轨迹如图所示．设圆周半
径为R ，在三角形Ode 中，有(L －R )2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫L 22＝R 2，整理得：R ＝58L ，洛伦兹力充当向心力：qvB ＝m v 2R ，联立上述方程，解得q m ＝128U 25B 2L 2
. 【答案】
128U 25B 2L 2。