2015_2016學(xué)年高中物理18.1電子的發(fā)現(xiàn)課后習(xí)題新人教版選修3_5+2015_2016學(xué)年高中物理18.2原子的核式結(jié)構(gòu)模型課后習(xí)題新人教版選修3_5

1、2015_2016學(xué)年高中物理18.1電子的發(fā)現(xiàn)課后習(xí)題新人教版選修3_5第十八章原子結(jié)構(gòu)1電子的發(fā)現(xiàn)A組1.下列說法中正確的是()A.原子是可以再分的,是由更小的微粒組成的B.通常情況下,氣體是導(dǎo)電的C.在強電場中氣體能夠被電離而導(dǎo)電D.平時我們在空氣中看到的放電火花,就是氣體電離導(dǎo)電的結(jié)果解析:原子可以再分為原子核和核外電子,選項A正確;通常情況下,氣體不導(dǎo)電,但在強電場中被電離后可導(dǎo)電,選項B錯誤,選項C、D正確。答案:ACD2.下列說法中正確的是()A.湯姆孫精確地測出了電子電荷量e=1.602 177 33(49)×10-19 CB.電子電荷量的精確值是密立根通過“油滴實驗

2、”測出的C.湯姆孫油滴實驗更重要的發(fā)現(xiàn)是電荷量是量子化的,即任何電荷量只能是e的整數(shù)倍D.通過實驗測得電子的比荷及其電荷量e的值,就可以確定電子的質(zhì)量解析:電子的電荷量是密立根通過“油滴實驗”測出的,選項A、C錯誤,選項B正確。測出比荷的值和電子電荷量e的值,可以確定電子的質(zhì)量,故選項D正確。答案:BD3.借助陰極射線管,我們看到的是()A.每個電子的運動軌跡B.所有電子整體的運動軌跡C.看到的是真實的電子D.看到的是錯誤的假象解析:借助陰極射線管,我們看到的是電子束的運動軌跡,即所有電子整體的運動軌跡,選項B正確。答案:B4.陰極射線管中加高電壓的作用是()A.使管內(nèi)氣體電離B.使管內(nèi)產(chǎn)生陰

3、極射線C.使管內(nèi)障礙物的電勢升高D.使電子加速解析:在陰極射線管中,陰極射線是因陰極處于熾熱狀態(tài)而發(fā)射出的電子流,通過高壓對電子加速獲得能量,與熒光屏發(fā)生撞擊而產(chǎn)生熒光,故選項D正確。答案:D5.如圖所示,一只陰極射線管,左側(cè)不斷有電子射出,若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時,發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏轉(zhuǎn),則()A.導(dǎo)線中的電流由A流向BB.導(dǎo)線中的電流由B流向AC.若要使電子束的徑跡往上偏轉(zhuǎn),可以通過改變AB中的電流方向來實現(xiàn)D.電子束的徑跡與AB中的電流方向無關(guān)解析:陰極射線的粒子帶負電,由左手定則判斷管內(nèi)磁場方向為垂直于紙面向里。由安培定則判斷AB中電流的方向為由B流向A,選項A錯誤,選項B正確

4、;電流方向改變,管內(nèi)的磁場方向改變,電子的受力方向也改變,選項C正確,選項D錯誤。答案:BC6.如圖所示,一束陰極射線自下而上進入一水平方向的勻強電場后發(fā)生偏轉(zhuǎn),則電場方向,進入電場后,陰極射線的動能(選填“增加”“減少”或“不變”)。 解析:粒子向右偏轉(zhuǎn),因粒子帶負電,則其受力方向與電場方向相反,所以電場方向向左。電場力做正功,陰極射線的動能增加。答案:向左增加7.1910年美國物理學(xué)家密立根做了測定電子電荷量的著名實驗“油滴實驗”,如圖所示。質(zhì)量為m的帶負電的油滴,靜止于水平放置的帶電平行金屬板間,設(shè)油滴的密度為,空氣密度為',試求:兩板間電場強度最大值的表達式。解析:設(shè)

5、油滴的體積為V,所帶電荷量為電子電荷量的整數(shù)倍,設(shè)為ne。對油滴受力分析如圖所示,由平衡條件得G=mg=F電+F浮,F電=Ene,F浮='gV,m=V,由以上各式得E=,當(dāng)n=1時,電場強度E最大,Emax=。答案:B組1.如圖所示是電子射線管示意圖,接通電源后,電子射線由陰極沿x軸方向射出,在熒光屏上會看到一條亮線。要使熒光屏上的亮線向下(z軸負方向)偏轉(zhuǎn),在下列措施中可采用的是()A.加一磁場,磁場方向沿z軸負方向B.加一磁場,磁場方向沿y軸正方向C.加一電場,電場方向沿z軸負方向D.加一電場,電場方向沿y軸正方向解析:由于電子沿x軸正方向射出,要使熒光屏上的亮線向下偏轉(zhuǎn),則需使電

6、子所受洛倫茲力方向向下,由左手定則可知磁場方向應(yīng)沿y軸正方向,選項A錯誤,選項B正確;若加電場,需使電子所受電場力方向向下,則所加電場方向應(yīng)沿z軸正方向,選項C、D錯誤。答案:B2.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)射熱電子的陰極,K為接在高電勢點的加速陽極,A、K間電壓為U,電子離開陰極時的速度可以忽略,電子經(jīng)加速后從K的小孔中射出時的速度大小為v。下面的說法中正確的是()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時的速度

7、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時的速度變?yōu)関解析:對電子從A到K的過程應(yīng)用動能定理得eU=mv2-0,所以電子離開K時的速度取決于A、K之間電壓的大小,選項A、B錯誤;如果電壓減半,則v應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?選項C錯誤,D正確。答案:D3.如圖所示,電子以初速度v0從O點進入長為l、板間距離為d、電勢差為U的電場,出電場時打在屏上P點,經(jīng)測量O'P為X0,求電子的比荷。解析:由于電子進入電場中做類平拋運動,沿電場線方向做初速度為零的勻加速直線運動。滿足X0=at2=。則。答案:4.如圖所示,在A板上方用噴霧器將細油滴噴出,噴出的油滴因摩擦而帶負電。若干油滴從板上的一個

8、小孔中落下,已知A、B板間電壓為U、間距為d時,油滴恰好靜止。撤去電場后油滴徐徐下落,最后測出油滴以速度v勻速運動,已知空氣阻力正比于速度:F阻=kv。(1)油滴所帶的電荷量q=。 (2)某次實驗得q的測量值見下表(單位:10-19 C):6.418.019.6511.2312.83分析這些數(shù)據(jù)可知:。 解析:(1)mg=qEmg=kv聯(lián)立得q=(2)分析數(shù)據(jù)可得油滴的帶電荷量是1.6×10-19 C的整數(shù)倍,故電荷的最小電荷量為1.6×10-19 C。答案:(1)(2)見解析5.1897年,物理學(xué)家湯姆孫正式測定了電子的比荷,打破了原子是不可再分的最小

9、單位的觀點。因此,湯姆孫的實驗是物理學(xué)發(fā)展史上最著名的經(jīng)典實驗之一。在實驗中,湯姆孫采用了如圖所示的陰極射線管,從電子槍C出來的電子經(jīng)過A、B間的電場加速后,水平射入長度為L的D、E平行板間,接著在熒光屏F中心出現(xiàn)熒光斑。若在D、E間加上方向向下、電場強度為E的勻強電場,電子將向上偏轉(zhuǎn);如果再利用通電線圈在D、E電場區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場(圖中未畫),熒光斑恰好回到熒光屏中心,接著再去掉電場,電子向下偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角為,試根據(jù)L、E、B和,求出電子的比荷。解析:當(dāng)加上一勻強磁場電子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)時,則滿足eE=Bev去掉電場,只在磁場作用下電子向下偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角為,則有evB=如圖所

10、示,由幾何關(guān)系得L=Rsin 解得。答案:6.帶電粒子的比荷是一個重要的物理量。某中學(xué)物理興趣小組設(shè)計了一個實驗,探究電場和磁場對電子運動軌跡的影響,以求得電子的比荷,實驗裝置如圖所示。(1)他們的主要實驗步驟如下:A.首先在兩極板M1M2之間不加任何電場、磁場,開啟陰極射線管電源,發(fā)射的電子束從兩極板中央通過,在熒光屏的正中心處觀察到一個亮點;B.在M1M2兩極板間加合適的電場:加極性如圖所示的電壓,并逐步調(diào)節(jié)使其增大,使熒光屏上的亮點逐漸向熒光屏下方偏移,直到熒光屏上恰好看不見亮點為止,記下此時外加電壓為U,請問本步驟的目的是什么?C.保持步驟B中的電壓U不變,對M1M2區(qū)域加一個大小、方

11、向合適的磁場B,使熒光屏正中心處重現(xiàn)亮點,試問外加磁場的方向如何?(2)根據(jù)上述實驗步驟,同學(xué)們正確地推算出電子的比荷與外加電場、磁場及其他相關(guān)量的關(guān)系為。一位同學(xué)說,這表明電子的比荷大小將由外加電壓決定,外加電壓越大則電子的比荷越大,你認為他的說法正確嗎?為什么?解析:(1)當(dāng)在熒光屏上看不到亮點時,電子剛好打在下極板M2的右邊緣,設(shè)兩板間距離為x。則,即,由此可看出,這一步的目的是使粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)量成為已知量,進而表示出粒子的比荷。步驟C加上磁場后電子不偏轉(zhuǎn),則洛倫茲力等于電場力,且洛倫茲力方向向上,由左手定則得磁場方向垂直于紙面向外。(2)由電場力等于洛倫茲力,有q=qBv,得v=,

12、把它代入,這個同學(xué)的說法不對。電子的比荷是電子的固有參數(shù),與測量時所加U、B及板的長度d無關(guān)。答案:(1)B.使電子剛好落在M2極板右邊緣,利用已知量表示C.磁場方向垂直于紙面向外(2)不正確。電子的比荷是由電子本身的性質(zhì)決定的,是電子的固有參數(shù)。7.電子所帶電荷量最早是由美國科學(xué)家密立根通過油滴實驗測出的。油滴實驗的原理如圖所示,兩塊水平放置的平行金屬板與電源連接,上、下板分別帶正、負電荷。油滴從噴霧器噴出后,由于摩擦而帶電,油滴進入上板中央小孔后落到勻強電場中,通過顯微鏡可以觀察到油滴的運動情況。兩金屬板間的距離為d,忽略空氣對油滴的浮力和阻力。(1)調(diào)節(jié)兩金屬板間的電勢差u,當(dāng)u=U0時

13、,使得某個質(zhì)量為m1的油滴恰好做勻速運動,則該油滴所帶電荷量q為多少?(2)若油滴進入電場時的速度可以忽略,當(dāng)兩金屬板間的電勢差u=U時,觀察到某個質(zhì)量為m2的油滴進入電場后做勻加速運動,經(jīng)過時間t運動到下極板,求此油滴所帶電荷量Q。解析:本題考查的是密立根油滴實驗的原理和過程分析。求解的關(guān)鍵是正確應(yīng)用力的平衡及牛頓第二定律和運動學(xué)公式。(1)由平衡條件知m1g=q,解得q=。(2)若Q為正電荷,根據(jù)牛頓第二定律有m2g+=m2a,且d=at2,由以上兩式解得Q=。若Q為負電荷,根據(jù)牛頓第二定律有m2g-=m2a,又d=at2,由以上兩式解得Q=。答案:(1)q=(2)Q=或Q=2015_20

14、16學(xué)年高中物理18.2原子的核式結(jié)構(gòu)模型課后習(xí)題新人教版選修3_52原子的核式結(jié)構(gòu)模型A組1.盧瑟福的粒子散射實驗的結(jié)果()A.證明了質(zhì)子的存在B.證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C.說明原子核的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在一個很小的核上D.說明原子中存在電子解析:盧瑟福的粒子散射實驗說明只有少數(shù)粒子受到很強的斥力,即原子內(nèi)部大部分是空曠的,說明原子核的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在一個很小的核上。答案:C2.在粒子散射實驗中,使少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的作用力是原子核對粒子的()A.萬有引力B.庫侖力C.磁場力D.彈力解析:電荷之間是庫侖力作用,萬有引力很弱,可不計。答案:B3.盧

15、瑟福預(yù)想到原子核內(nèi)除質(zhì)子外,還有中子的事實依據(jù)是()A.電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等B.原子核的質(zhì)量大約是質(zhì)子質(zhì)量的整數(shù)倍C.原子核的核電荷數(shù)比其質(zhì)量數(shù)小D.質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎相等解析:原子核如果只是由質(zhì)子組成,那么核的質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量的比值(即質(zhì)量數(shù))應(yīng)該與核的電荷與質(zhì)子的電荷的比值(即電荷數(shù))相等,但原子核的核電荷數(shù)只是質(zhì)量數(shù)的一半或少一些,所以,原子核內(nèi)除了質(zhì)子,還可能有一種質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量相等,但不帶電的中性粒子,即中子。答案:C4.關(guān)于粒子的散射實驗解釋有下列幾種說法,其中錯誤的是()A.從粒子的散射實驗數(shù)據(jù),可以估計出原子核的大小B.極少數(shù)粒子發(fā)生大角度的散射的事實,表明原子中有一個質(zhì)量很大而

16、體積很小的帶正電的核存在C.原子核帶的正電荷數(shù)等于它的原子序數(shù)D.絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原方向前進,表明原子中正電荷是均勻分布的解析:從粒子的散射實驗數(shù)據(jù),可以估計出原子核的大小,A項正確;極少數(shù)粒子發(fā)生大角度的散射的事實,表明原子中有一個質(zhì)量很大而體積很小的帶正電的核存在,B項正確;由實驗數(shù)據(jù)可知原子核帶的正電荷數(shù)等于它的原子序數(shù),C項正確;絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原方向前進,表明原子中是比較空曠的,D項錯誤。答案:D5.粒子散射實驗中,當(dāng)粒子最接近原子核時,粒子符合下列哪種情況()A.動能最小B.勢能最小C.粒子與金原子組成的系統(tǒng)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、核的過程中,要克服庫侖力做功,動能減小,電勢能增大。兩者相距最近時,動能最小,電勢能最大,總能量守恒。根據(jù)庫侖定律,距離最近時,斥力最大。答案:AD6.根據(jù)湯姆孫原子結(jié)構(gòu)模型預(yù)測粒子散射實驗結(jié)果是()A.絕大多數(shù)粒子穿過金箔后都有顯著偏轉(zhuǎn)B.絕大多數(shù)粒子穿過金箔后都有小角度偏轉(zhuǎn)C.極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角很大,有的甚至沿原路返回D.不可能有粒子偏轉(zhuǎn)角很大,更不可能沿原路返回解析:電子的質(zhì)量很小,比粒子的質(zhì)量小得多,粒子碰到金箔原子內(nèi)的電子,運動方向不會發(fā)生明顯變化,湯姆孫原子結(jié)構(gòu)模型認為正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的,因此,當(dāng)粒子穿過原子時,它受到兩側(cè)正電荷的斥力有相當(dāng)大一部分互相抵消,使粒子偏轉(zhuǎn)的力不會

18、很大,不會有大角度偏轉(zhuǎn)。答案:D7.氫原子中電子離核最近的軌道半徑r1=0.53×10-10 m,試計算在此軌道上電子繞核轉(zhuǎn)動的加速度和頻率。解析:電子繞核做勻速圓周運動,庫侖引力充當(dāng)向心力:k=mea,a= m/s29.01×1022 m/s2。根據(jù)向心加速度的公式a=r2=42f2r1,則f= Hz6.6×1015 Hz。答案:9.01×1022 m/s26.6×1015 Hz8.在氫原子中,可以認為核外電子繞原子核做勻速圓周運動,軌道半徑為5.3×10-11 m。求電子沿軌道運動的動能。解析:電子繞原子核做勻速圓周運動所需要的向

19、心力由庫侖力提供,所以有k又Ek=mv2由得Ek=,將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組1.如圖所示,實線表示金原子核電場的等勢線,虛線表示粒子在金原子核電場中散射時的運動軌跡。設(shè)粒子通過A、B、C三點時速度分別為vA、vB、vC,電勢能分別為EpA、EpB、EpC,則()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:金原子核和粒子都帶正電,粒子在接近金原子核過程中需不斷地克服庫侖力做功,它的動能減小,速度減小,電勢能增大;粒子在遠離金原子核過程中庫侖力不斷地對它做功,它的動能增大,速度增大,電勢能減小。因此這三個位置的速度大小關(guān)系和電勢能大小關(guān)系分別為,EpB>EpA>EpC。答案:D2.根據(jù)粒子散射實驗,盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線,實線表示一個粒子的運動軌跡。在粒子從A運動到B、再運動到C的過程中,下列說法中正確的

21、是()A.動能先增大,后減小B.電勢能先減小,后增大C.電場力先做負功,后做正功,總功等于0D.加速度先變小,后變大解析:粒子從A點經(jīng)B點到達A點的等勢點C點的過程中電場力先做負功,后做正功,粒子的電勢能先增大,后減小,回到同一等勢線上時,電場力做的總功為0。故選項C正確。答案:C3.已知金的原子序數(shù)為79,粒子離金原子核的最近距離設(shè)為10-13 m,則粒子離金原子核最近時受到的庫侖斥力是多大?對粒子產(chǎn)生的加速度是多大?(已知粒子的電荷量q=2e,質(zhì)量m=6.64×10-27 kg)解析:粒子離核最近時受到的庫侖斥力為F=k=k=9×109× N3.64 N。金原

22、子核的庫侖斥力對粒子產(chǎn)生的加速度大小為a= m/s25.48×1026 m/s2。答案:3.64 N5.48×1026 m/s24.假設(shè)粒子以速率v0與靜止的電子或金原子核發(fā)生彈性正碰,電子質(zhì)量me=m,金原子核質(zhì)量mAu=49m。求:(1)粒子與電子碰撞后的速度變化;(2)粒子與金原子核碰撞后的速度變化。解析:粒子與靜止的粒子發(fā)生彈性碰撞,動量和能量均守恒,由動量守恒得mv0=mv1'+mv2'由能量守恒得mmv1'2+mv2'2聯(lián)立解得v1'=v0速度變化v=v1'-v0=-v0(1)與電子碰撞:將me=m代入得v1-2.