2015_2016学年高中物理18.1电子的发现课后习题新人教版选修3_5+2015_2016学年高中物理18.2原子的核式结构模型课后习题新人教版选修3_5

1、2015_2016学年高中物理18.1电子的发现课后习题新人教版选修3_5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:ACD2.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 CB.电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验

2、”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:BD3.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:B4.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

3、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:D5.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BB.导线中的电流由B流向AC.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

4、;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:BC6.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,空气密度为',试求:两板间电场强度最大值的表达式。解析:设

5、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='gV,m=V,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

6、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:B2.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2vB.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

7、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:D3.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

8、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):6.418.019.6511.2312.83分析这些数据可知:。 解析:(1)mg=qEmg=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

9、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,试根据L、E、B和,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,则有evB=如图所

10、示,由几何关系得L=Rsin 解得。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

11、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=,

12、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

13、,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=2015_20

14、16学年高中物理18.2原子的核式结构模型课后习题新人教版选修3_52原子的核式结构模型A组1.卢瑟福的粒子散射实验的结果()A.证明了质子的存在B.证明了原子核是由质子和中子组成的C.说明原子核的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上D.说明原子中存在电子解析:卢瑟福的粒子散射实验说明只有少数粒子受到很强的斥力,即原子内部大部分是空旷的,说明原子核的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上。答案:C2.在粒子散射实验中,使少数粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对粒子的()A.万有引力B.库仑力C.磁场力D.弹力解析:电荷之间是库仑力作用,万有引力很弱,可不计。答案:B3.卢

15、瑟福预想到原子核内除质子外,还有中子的事实依据是()A.电子数与质子数相等B.原子核的质量大约是质子质量的整数倍C.原子核的核电荷数比其质量数小D.质子和中子的质量几乎相等解析:原子核如果只是由质子组成,那么核的质量与质子质量的比值(即质量数)应该与核的电荷与质子的电荷的比值(即电荷数)相等,但原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些,所以,原子核内除了质子,还可能有一种质量与质子质量相等,但不带电的中性粒子,即中子。答案:C4.关于粒子的散射实验解释有下列几种说法,其中错误的是()A.从粒子的散射实验数据,可以估计出原子核的大小B.极少数粒子发生大角度的散射的事实,表明原子中有一个质量很大而

16、体积很小的带正电的核存在C.原子核带的正电荷数等于它的原子序数D.绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进,表明原子中正电荷是均匀分布的解析:从粒子的散射实验数据,可以估计出原子核的大小,A项正确;极少数粒子发生大角度的散射的事实,表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核存在,B项正确;由实验数据可知原子核带的正电荷数等于它的原子序数,C项正确;绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进,表明原子中是比较空旷的,D项错误。答案:D5.粒子散射实验中,当粒子最接近原子核时,粒子符合下列哪种情况()A.动能最小B.势能最小C.粒子与金原子组成的系统的能量小D.所受原子核的斥力最大解析:粒子在接近金原子

17、核的过程中,要克服库仑力做功,动能减小,电势能增大。两者相距最近时,动能最小,电势能最大,总能量守恒。根据库仑定律,距离最近时,斥力最大。答案:AD6.根据汤姆孙原子结构模型预测粒子散射实验结果是()A.绝大多数粒子穿过金箔后都有显著偏转B.绝大多数粒子穿过金箔后都有小角度偏转C.极少数粒子偏转角很大,有的甚至沿原路返回D.不可能有粒子偏转角很大,更不可能沿原路返回解析:电子的质量很小,比粒子的质量小得多,粒子碰到金箔原子内的电子,运动方向不会发生明显变化,汤姆孙原子结构模型认为正电荷在原子内是均匀分布的,因此,当粒子穿过原子时,它受到两侧正电荷的斥力有相当大一部分互相抵消,使粒子偏转的力不会

18、很大,不会有大角度偏转。答案:D7.氢原子中电子离核最近的轨道半径r1=0.53×10-10 m,试计算在此轨道上电子绕核转动的加速度和频率。解析:电子绕核做匀速圆周运动,库仑引力充当向心力:k=mea,a= m/s29.01×1022 m/s2。根据向心加速度的公式a=r2=42f2r1,则f= Hz6.6×1015 Hz。答案:9.01×1022 m/s26.6×1015 Hz8.在氢原子中,可以认为核外电子绕原子核做匀速圆周运动,轨道半径为5.3×10-11 m。求电子沿轨道运动的动能。解析:电子绕原子核做匀速圆周运动所需要的向

19、心力由库仑力提供,所以有k又Ek=mv2由得Ek=,将k=9.0×109 N·m2/C2,e=1.6×10-19 C,r=5.3×10-11 m,代入得Ek2.2×10-18 J。答案:2.2×10-18 JB组1.如图所示,实线表示金原子核电场的等势线,虚线表示粒子在金原子核电场中散射时的运动轨迹。设粒子通过A、B、C三点时速度分别为vA、vB、vC,电势能分别为EpA、EpB、EpC,则()A.vA>vB>vC,EpB>EpA>EpCB.vB>vC>vA,EpB<EpA<EpCC.v

20、B<vA<vC,EpB<EpA<EpCD.vB<vA<vC,EpB>EpA>EpC解析:金原子核和粒子都带正电,粒子在接近金原子核过程中需不断地克服库仑力做功,它的动能减小,速度减小,电势能增大;粒子在远离金原子核过程中库仑力不断地对它做功,它的动能增大,速度增大,电势能减小。因此这三个位置的速度大小关系和电势能大小关系分别为,EpB>EpA>EpC。答案:D2.根据粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线,实线表示一个粒子的运动轨迹。在粒子从A运动到B、再运动到C的过程中,下列说法中正确的

21、是()A.动能先增大,后减小B.电势能先减小,后增大C.电场力先做负功,后做正功,总功等于0D.加速度先变小,后变大解析:粒子从A点经B点到达A点的等势点C点的过程中电场力先做负功,后做正功,粒子的电势能先增大,后减小,回到同一等势线上时,电场力做的总功为0。故选项C正确。答案:C3.已知金的原子序数为79,粒子离金原子核的最近距离设为10-13 m,则粒子离金原子核最近时受到的库仑斥力是多大?对粒子产生的加速度是多大?(已知粒子的电荷量q=2e,质量m=6.64×10-27 kg)解析:粒子离核最近时受到的库仑斥力为F=k=k=9×109× N3.64 N。金原

22、子核的库仑斥力对粒子产生的加速度大小为a= m/s25.48×1026 m/s2。答案:3.64 N5.48×1026 m/s24.假设粒子以速率v0与静止的电子或金原子核发生弹性正碰,电子质量me=m,金原子核质量mAu=49m。求:(1)粒子与电子碰撞后的速度变化;(2)粒子与金原子核碰撞后的速度变化。解析:粒子与静止的粒子发生弹性碰撞,动量和能量均守恒,由动量守恒得mv0=mv1'+mv2'由能量守恒得mmv1'2+mv2'2联立解得v1'=v0速度变化v=v1'-v0=-v0(1)与电子碰撞:将me=m代入得v1-2.