课时梯级训练(16) 电子的发现（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

课时梯级训练(16)　电子的发现 1．(多选)英国物理学家J.J.汤姆孙通过对阴极射线的实验研究，发现(　　) 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．J.J.汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量 AD　解析：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，A正确；阴极射线带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷受力情况不相同，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，C错误；J.J.汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量，最早测出阴极射线粒子的电荷量是美国物理学家密立根，D正确。 2．如图所示为阴极射线管的截面图，高速运动的电子从O点水平向右射出。若电子在外磁场作用下的径迹向右下偏转，则磁场的方向可能为(　　) A．水平向右 B．竖直向下 C．垂直纸面向里 D．垂直纸面向外 C　解析：如果磁场水平向右，则电子运动方向与磁场平行，所以电子不受力，不偏转，A错误；如果磁场竖直向下，则电子受到的洛伦兹力垂直纸面向外，B错误；如果磁场垂直纸面向里，则电子受到的洛伦兹力竖直向下，所以轨迹向右下偏转，C正确；如果磁场垂直纸面向外，则电子受到的洛伦兹力竖直向上，则轨迹向右上偏转，D错误。 3．如图所示为密立根油滴实验装置，关于该实验的意义下列说法正确的是(　　) A．研究悬浮油滴所带电性 B．测量悬浮油滴的电荷量 C．测出了基元电荷的值 D．利用二力平衡测出匀强电场的场强大小 C　解析：此实验的目的是要测量单一电子的电荷。方法主要是平衡重力与电场力，使油滴悬浮于两片金属电极之间。并根据已知的电场强度，计算出整颗油滴的总电荷量。重复对许多油滴进行实验之后，密立根发现所有油滴的总电荷值皆为同一数字的整数倍，因此认定此数值为基元电荷的值，C正确。 4．(多选)如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法正确的是(　　) 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P1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，则阴极射线向上偏转 AC　解析：实验证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，C正确，B错误；加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要向下偏转，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，A正确。 5．(多选)如图是一种简化的阴极射线管的装置示意图，若在阴极射线管的阴极和阳极间加上直流高压U1，并将管内一对水平的平行金属板(偏转电极)接另一直流高压U2，不计电子的重力影响，从发出阴极射线到打在荧光屏上，下列说法正确的是(　　) A．水平方向电子先做加速运动，再做匀速运动 B．水平方向电子一直做加速运动 C．U1一定，U2越大，亮点越高 D．U2一定，U1越大，亮点越高 AC　解析：水平方向电子在加速电场中先做加速运动，后在偏转电场及真空中水平方向不受力，再做匀速运动，A正确，B错误；在加速电场中，mv＝qU1，在偏转电场中y＝t2 ，L＝v0t，解得y＝，偏转量越大，则亮点越高，故U1一定，U2越大，亮点越高；U2一定，U1越小，亮点越高，C正确，D错误。 6．美国物理学家密立根通过研究带电油滴在平行金属板间的运动，比较准确地测定了元电荷，获得了1923年的诺贝尔物理学奖。其实验原理可简化为如图所示的模型，置于真空中的油滴室内有两块水平放置的平行金属板A、B与电压为U的恒定电源两极相连，平行金属板A、B间距为d，两板间存在竖直方向的匀强电场，喷雾器喷出带同种电荷的油滴，少数油滴通过金属板A的小孔进入平行金属板间，油滴进入金属板间后，有的油滴刚好悬浮不动。 (1)已知金属板A带正电，金属板B带负电，则平行金属板A、B间的电场方向________(填“竖直向上”或“竖直向下”)，油滴带________(填“正电”或“负电”)。 (2)若已知两板间的电场强度大小为，悬浮油滴的质量为m，重力加速度大小为g，忽略空气对油滴的影响，则悬浮油滴带的电荷量为________。 (3)现在公认的元电荷的值e＝________C。 答案：(1)竖直向下　负电　(2)　(3)1.6×10－19(1.60×10－19也正确) 解析：(1)根据电场线起于正电荷终于负电荷可知，平行金属板A、B间的电场方向竖直向下。 悬浮油滴在两极板间受力平衡，则油滴所受的电场力方向竖直向上，与电场方向相反，所以油滴带负电。 (2)悬浮油滴在两极板间受力平衡，则有 Eq＝＝mg 即q＝。 7．汤姆孙测定电子比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示。真空玻璃管内，阴极K发出的电子经加速后，穿过小孔A、B沿中心轴线进入到两块水平正对放置的极板D1、D2间的区域，射出后到达右端的荧光屏上形成光点。若极板D1、D2间无电压，电子将打在荧光屏上的中心P1点；若在极板间施加偏转电压U，则电子将打P2点。若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)，则电子在荧光屏上产生的光点又回到P1点。若极板D1、D2间的距离为d。 (1)求电子进入极板D1、D2区域时速度的大小； (2)去掉D1、D2间的电压，只保留磁场B。由于磁场方向与射线运动方向垂直，阴极射线在D1、D2之间有磁场的区域会形成一个半径为r的圆弧，使得阴极射线落在屏的P3点。请你推导出电子的比荷的表达式。 答案：(1)　(2)＝ 解析：(1)电子在极板D1、D2间电场力与洛伦兹力的作用下沿中心轴线运动，即受力平衡，设电子进入极板间时的速度为v，根据受力平衡可得evB＝eE 又E＝ 联立解得v＝。 (2)去掉D1、D2间的电压，只保留磁场B；电子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可得 evB＝m 又v＝ 联立解得电子的比荷为 ＝。 8．1897年，物理学家J.J.汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流并测出了这种粒子的比荷，一种测定电子比荷的实验装置如图所示，真空玻璃管内，阴极K发出的电子经阳极A与阴极K之间的高压加速后，形成细细的一束电子流，沿图示方向进入两极板CD间的区域。若两极板CD间无电压，电子将打在荧光屏上的O点；若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面、磁感应强度为B的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O。已知极板的长度l＝5.00 cm，CD间的距离d＝1.50 cm，极板区的中心点M到荧光屏中点O的距离为L＝12.50 cm，U＝200 V，B＝6.3×10－4T，P点到O点的距离y＝3.0 cm。求： (1)极板间磁场方向； (2)电子经阳极A与阴极K之间的高压加速后的速度；(保留3位有效数字) (3)电子的比荷。(保留两位有效数字) 答案：(1)垂直纸面向外　(2)2.12×107 m/s　 (3)1.6×1011C/kg 解析：(1)垂直纸面向外。 (2)设电子质量为m，电荷量为e，电子经KA之间加速后速度为v，由题意可知，电子水平匀速通过CD间电磁场，则有 evB＝ v＝＝ m/s＝2.12×107 m/s。 (3)电子通过偏转电场时间为t，偏转角为θ，则有水平位移l＝vt 竖直方向，加速度为a＝ 竖直方向上的末速度v竖直＝at 由速度分解图可得tan θ＝ 竖直位移y＝L tan θ 联立可得 ＝＝C/kg＝1.62×1011C/kg≈1.6×1011C/kg 学科网（北京）股份有限公司 $$