課時(shí)提升作業(yè) 四 電子 (30分鐘50分)一、選擇題(本大題共5小題,每小題6分,共30分)1.湯姆孫對(duì)陰極射線本質(zhì)的研究,采用的主要方法有 ()A.用陰極射線轟擊金箔,觀察其散射情況B.用“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測(cè)定電子電荷的帶電量C.讓陰極射線通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng),通過(guò)陰極射線的偏轉(zhuǎn)情況判斷其電性和計(jì)算其比荷D.用陰極射線轟擊熒光物質(zhì),對(duì)熒光物質(zhì)發(fā)出的光進(jìn)行光譜分析【解析】選C。湯姆孫是通過(guò)對(duì)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況的研究,來(lái)判斷其電性和計(jì)算其比荷的。2.(多選)關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn),下列敘述中正確的是()A.電子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明原子是由電子和原子核組成的B.電子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明原子具有一定的結(jié)構(gòu)C.電子是第一種被人類發(fā)現(xiàn)的微觀粒子D.電子的發(fā)現(xiàn)比較好地解釋了物體的帶電現(xiàn)象【解析】選B、C、D。發(fā)現(xiàn)電子之前,人們認(rèn)為原子是不可再分的最小粒子,電子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明原子有一定的結(jié)構(gòu),B正確;電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一種微觀粒子,C正確;物體帶電的過(guò)程,就是電子的得失和轉(zhuǎn)移的過(guò)程,D正確。3.(多選)下列是某實(shí)驗(yàn)小組測(cè)得的一組電荷量,符合事實(shí)的是()A.+310-19CB.+4.810-19CC.-3.210-26CD.-4.810-19C【解析】選B、D。電荷是量子化的,任何帶電體所帶電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍。1.610-19C是目前為止自然界中最小的電荷量,故B、D正確。4.(多選)如圖所示是陰極射線顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖。顯像管中有一個(gè)陰極,工作時(shí)它能發(fā)射陰極射線,熒光屏被陰極射線轟擊就能發(fā)光。安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng),可以使陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。下列說(shuō)法中正確的是()A.如果偏轉(zhuǎn)線圈中沒(méi)有電流,則陰極射線應(yīng)該打在熒光屏正中的O點(diǎn)B.如果要使陰極射線在豎直方向偏離中心,打在熒光屏上的A點(diǎn),則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向應(yīng)該垂直紙面向里C.如果要使陰極射線在豎直方向偏離中心,打在熒光屏上的B點(diǎn),則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向應(yīng)該垂直紙面向里D.如果要使陰極射線在熒光屏上的位置由B向A點(diǎn)移動(dòng),則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)該先由小到大,再由大到小【解析】選A、C。由粒子的電性及左手定則可知B項(xiàng)錯(cuò)誤;由R=可知,B越小,R越大,故D項(xiàng)錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】如圖是電子射線管示意圖,接通電源后,電子射線由陰極沿x軸正方向射出,在熒光屏上會(huì)看到一條亮線.要使熒光屏上的亮線向下(z軸負(fù)方向)偏轉(zhuǎn),在下列措施中可采用的是()A.加一磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向B.加一磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向沿y軸正方向C.加一電場(chǎng),電場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向D.加一電場(chǎng),電場(chǎng)方向沿y軸正方向【解析】選B.由于電子沿x軸正方向運(yùn)動(dòng),若使電子射線向下偏轉(zhuǎn),所受洛倫茲力應(yīng)向下,由左手定則可知磁場(chǎng)方向應(yīng)沿y軸正方向;若加電場(chǎng)使電子射線向下偏轉(zhuǎn),所受電場(chǎng)力方向應(yīng)向下,則所加電場(chǎng)方向應(yīng)沿z軸正方向,由此可知B正確。5. 如圖為示波管中電子槍的原理示意圖。示波管內(nèi)被抽成真空,A為發(fā)射電子的陰極,K為接在高電勢(shì)點(diǎn)的加速陽(yáng)極,A、K間電壓為U。電子離開陰極時(shí)的速度可以忽略,電子經(jīng)加速后從K的小孔中射出時(shí)的速度大小為v。下面的說(shuō)法中正確的是()A.如果A、K間距離減半而電壓仍為U不變,則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)?vB.如果A、K間距離減半而電壓仍為U不變,則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)镃.如果A、K間距離保持不變而電壓減半,則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)镈.如果A、K間距離保持不變而電壓減半,則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)関【解析】選D。由qU=mv2得v=,由公式可知,電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后的速度與加速電極之間的距離無(wú)關(guān),對(duì)于確定的加速粒子電子,其速度只與電壓有關(guān),由此不難判定D正確。二、非選擇題(20分)6.一種測(cè)定電子比荷的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。在真空玻璃管內(nèi),陰極K發(fā)出的電子經(jīng)陽(yáng)極A與陰極K之間的高電壓加速后,形成一細(xì)束電子流,以平行于平板電容器極板的速度進(jìn)入兩極板C、D間的區(qū)域。若兩極板C、D間無(wú)電壓,電子將打在熒光屏上的O點(diǎn);若在兩極板間施加電壓U,則離開極板區(qū)域的電子將打在熒光屏上的P點(diǎn);若再在極板間施加一個(gè)方向垂直于紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則電子在熒光屏上產(chǎn)生的光點(diǎn)又回到O。已知極板的長(zhǎng)度l=5.00cm,C、D間的距離d=1.50cm,極板區(qū)的中點(diǎn)M到熒光屏中點(diǎn)O的距離為L(zhǎng)=12.50cm,U=200V,B=6.310-4T,P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離y=3.0cm。試求電子的比荷。【解題指南】解答本題要明確以下三點(diǎn):(1)粒子在正交的電磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡。(2)粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí),在平行極板方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),垂直極板方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。(3)粒子射出電場(chǎng)時(shí),其速度方向的反向延長(zhǎng)線與粒子初速度方向交于電場(chǎng)的中點(diǎn)?！窘馕觥恳螂娮釉谡坏碾妶?chǎng)、磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)且做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以有Bev=Ee=e,所以v=。電子在只有偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí),出場(chǎng)偏轉(zhuǎn)距離設(shè)為y1,則由幾何關(guān)系知=,所以y1=而y1=at2=由得,電子的比荷=C/kg=1.61251011C/kg。所以電子的比荷為1.61251011C/kg.答案:1.61251011C/kg【總結(jié)提升】測(cè)比荷的方法測(cè)量帶電粒子的比荷,常見(jiàn)的測(cè)量方法有兩種:(1)利用磁偏轉(zhuǎn)測(cè)比荷,由qvB=m得=,只需知道磁感應(yīng)強(qiáng)度B、帶電粒子的初速度v和偏轉(zhuǎn)半徑R即可。(2)利用電偏轉(zhuǎn)測(cè)比荷,偏轉(zhuǎn)量y=at2=()2,故=。所以在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)U、d、L已知時(shí),只需測(cè)量v和y即可。【補(bǔ)償訓(xùn)練】美國(guó)科學(xué)家密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)首次測(cè)得電子的電量。油滴實(shí)驗(yàn)的原理如圖所示,兩塊水平放置的平行金屬板與電源相連,上、下板分別帶正、負(fù)電荷。油滴從噴霧器噴出后,由于摩擦而帶電,經(jīng)上板中央小孔落到兩板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,通過(guò)顯微鏡可以觀察到油滴的運(yùn)動(dòng)情況,兩金屬板間的距離為d,忽略空氣對(duì)油滴的浮力和阻力作用。(1)調(diào)節(jié)兩金屬板間的電勢(shì)差U,當(dāng)U=U0時(shí),使得某個(gè)質(zhì)量為m1的油滴恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng),求該油滴所帶的電荷量。(2)若油滴進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的初速度可以忽略,當(dāng)兩金屬板間的電勢(shì)差U=U1時(shí),觀察到某個(gè)質(zhì)量為m2的油滴進(jìn)入電場(chǎng)后做勻加速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)時(shí)間t運(yùn)動(dòng)到下極板,求此油滴所帶的電荷量?！窘馕觥?1)質(zhì)量為m1的油滴恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng),則其所受重力與庫(kù)侖力平衡,即m1g=,得q=。(2)質(zhì)量為m2的油滴向下做勻加速運(yùn)動(dòng),d=at2,得a=。若油滴帶正電,所受庫(kù)侖力方向向下,由牛頓第二定律得a=>g,到達(dá)下極板的時(shí)間很短,難以精確測(cè)量,與事實(shí)不符,則油滴帶負(fù)電,受到庫(kù)侖力的方向豎直向上,由牛頓第二定律m2g-q=m2a,解得q=(g-)。答案:(1)(2)(g-)