2020学年高中物理 第十八章 原子结构

2020学年高中物理 第十八章 原子结构

第十八章　原子结构 ‎ ‎1　电子的发现 A组 ‎1.下列说法中正确的是(　　)‎ A.原子是可以再分的,是由更小的微粒组成的 B.通常情况下,气体是导电的 C.在强电场中气体能够被电离而导电 D.平时我们在空气中看到的放电火花,就是气体电离导电的结果 解析:原子可以再分为原子核和核外电子,选项A正确;通常情况下,气体不导电,但在强电场中被电离后可导电,选项B错误,选项C、D正确。‎ 答案:ACD ‎2.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其电荷量e的值,就可以确定电子的质量 解析:电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的,选项A、C错误,选项B正确。测出比荷的值和电子电荷量e的值,可以确定电子的质量,故选项D正确。‎ 答案:BD ‎3.借助阴极射线管,我们看到的是(　　)‎ A.每个电子的运动轨迹 B.所有电子整体的运动轨迹 C.看到的是真实的电子 D.看到的是错误的假象 解析:借助阴极射线管,我们看到的是电子束的运动轨迹,即所有电子整体的运动轨迹,选项B正确。‎ 答案:B ‎4.阴极射线管中加高电压的作用是(　　)‎ A.使管内气体电离 B.使管内产生阴极射线 C.使管内障碍物的电势升高 D.使电子加速 解析:在阴极射线管中,阴极射线是因阴极处于炽热状态而发射出的电子流,通过高压对电子加速获得能量,与荧光屏发生撞击而产生荧光,故选项D正确。‎ 答案:D ‎5.‎ 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,发现射线径迹向下偏转,则(　　)‎ A.导线中的电流由A流向B B.导线中的电流由B流向A C.若要使电子束的径迹往上偏转,可以通过改变AB中的电流方向来实现 D.电子束的径迹与AB中的电流方向无关 解析:阴极射线的粒子带负电,由左手定则判断管内磁场方向为垂直于纸面向里。由安培定则判断AB中电流的方向为由B流向A,选项A错误,选项B正确;电流方向改变,管内的磁场方向改变,电子的受力方向也改变,选项C正确,选项D错误。‎ 答案:BC ‎6.‎ 如图所示,一束阴极射线自下而上进入一水平方向的匀强电场后发生偏转,则电场方向　　　　,进入电场后,阴极射线的动能　　　　(选填“增加”“减少”或“不变”)。‎ 解析:粒子向右偏转,因粒子带负电,则其受力方向与电场方向相反,所以电场方向向左。电场力做正功,阴极射线的动能增加。‎ 答案:向左　增加 ‎7.‎ ‎1910年美国物理学家密立根做了测定电子电荷量的著名实验——“油滴实验”,如图所示。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:两板间电场强度最大值的表达式。‎ 解析:‎ 设油滴的体积为V,所带电荷量为电子电荷量的整数倍,设为ne。对油滴受力分析如图所示,由平衡条件得G=mg=F电+F浮,F电=Ene,F浮=ρ'gV,m=ρV,由以上各式得E=,当n=1时,电场强度E最大,Emax=。‎ 答案:‎ B组 ‎1.如图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(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 解析:由于电子沿x轴正方向射出,要使荧光屏上的亮线向下偏转,则需使电子所受洛伦兹力方向向下,由左手定则可知磁场方向应沿y轴正方向,选项A错误,选项B正确;若加电场,需使电子所受电场力方向向下,则所加电场方向应沿z轴正方向,选项C、D错误。‎ 答案:B ‎2.‎ 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的小孔中射出时的速度大小为v。下面的说法中正确的是(　　)‎ 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,则电子离开K时的速度变为v 解析:对电子从A到K的过程应用动能定理得eU=mv2-0,所以电子离开K时的速度取决于A、K之间电压的大小,选项A、B错误;如果电压减半,则v应变为原来的,选项C错误,D正确。‎ 答案:D ‎3.‎ 如图所示,电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的电场,出电场时打在屏上P点,经测量O'P为X0,求电子的比荷。‎ 解析:由于电子进入电场中做类平抛运动,沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动。满足X0=at2=。则。‎ 答案:‎ ‎4.如图所示,在A板上方用喷雾器将细油滴喷出,喷出的油滴因摩擦而带负电。若干油滴从板上的一个小孔中落下,已知A、B板间电压为U、间距为d时,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:F阻=kv。‎ ‎(1)油滴所带的电荷量q=　　　　。‎ ‎(2)某次实验得q的测量值见下表(单位:10‎-19 C):‎ ‎6.41‎ ‎8.01‎ ‎9.65‎ ‎11.23‎ ‎12.83‎ 分析这些数据可知:　。‎ 解析:(1)mg=qE mg=kv 联立得q=‎ ‎(2)分析数据可得油滴的带电荷量是1.6×10‎-19 C的整数倍,故电荷的最小电荷量为1.6×10‎-19 C。‎ 答案:(1)　(2)见解析 ‎5.‎ ‎1897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D、E平行板间,接着在荧光屏F中心出现荧光斑。若在D、E间加上方向向下、电场强度为E的匀强电场,电子将向上偏转;如果再利用通电线圈在D、E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),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α,试根据L、E、B和α,求出电子的比荷。‎ 解析:‎ 当加上一匀强磁场电子不发生偏转时,则满足 eE=Bev 去掉电场,只在磁场作用下电子向下偏转,偏转角为α,则有 evB=‎ 如图所示,由几何关系得 L=Rsin α 解①②③得。‎ 答案:‎ ‎6.带电粒子的比荷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,以求得电子的比荷,实验装置如图所示。‎ ‎(1)他们的主要实验步骤如下:‎ A.首先在两极板M‎1M2‎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,在荧光屏的正中心处观察到一个亮点;‎ B.在M‎1M2‎两极板间加合适的电场:加极性如图所示的电压,并逐步调节使其增大,使荧光屏上的亮点逐渐向荧光屏下方偏移,直到荧光屏上恰好看不见亮点为止,记下此时外加电压为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M‎1M2‎区域加一个大小、方向合适的磁场B,使荧光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比荷与外加电场、磁场及其他相关量的关系为。一位同学说,这表明电子的比荷大小将由外加电压决定,外加电压越大则电子的比荷越大,你认为他的说法正确吗?为什么?‎ 解析:(1)当在荧光屏上看不到亮点时,电子刚好打在下极板M2的右边缘,设两板间距离为x。‎ 则,‎ 即,由此可看出,这一步的目的是使粒子在电场中的偏转量成为已知量,进而表示出粒子的比荷。‎ 步骤C加上磁场后电子不偏转,则洛伦兹力等于电场力,且洛伦兹力方向向上,由左手定则得磁场方向垂直于纸面向外。‎ ‎(2)由电场力等于洛伦兹力,有q=qBv,‎ 得v=,把它代入,这个同学的说法不对。电子的比荷是电子的固有参数,与测量时所加U、B及板的长度d无关。‎ 答案:(1)B.使电子刚好落在M2极板右边缘,利用已知量表示　C.磁场方向垂直于纸面向外　(2)不正确。电子的比荷是由电子本身的性质决定的,是电子的固有参数。‎ ‎7.电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的。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连接,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,油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中,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。‎ ‎(1)调节两金属板间的电势差u,当u=U0时,使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速运动,则该油滴所带电荷量q为多少?‎ ‎(2)若油滴进入电场时的速度可以忽略,当两金属板间的电势差u=U时,观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速运动,经过时间t运动到下极板,求此油滴所带电荷量Q。‎ 解析:本题考查的是密立根油滴实验的原理和过程分析。求解的关键是正确应用力的平衡及牛顿第二定律和运动学公式。‎ ‎(1)由平衡条件知m‎1g=q,解得q=。‎ ‎(2)若Q为正电荷,根据牛顿第二定律有m‎2g+=m‎2a,且d=at2,由以上两式解得Q=。‎ 若Q为负电荷,根据牛顿第二定律有m2g-=m2a,又d=at2,由以上两式解得Q=。‎ 答案:(1)q=　(2)Q=或Q= ‎