高中物理第1节 电子的发现与汤姆孙原子模型达标测试

4.1电子的发现与汤姆孙原子模型基础巩固2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．对微观世界的探索中，下列说法正确的是（　　）

A．密立根最先发现了电子

B．汤姆孙最先通过油滴实验测出了电子的比荷

C．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型

D．人们认识到原子核具有复杂结构是从发现质子开始的

2．下列有关物理史实的叙述中正确的是 (        )

A．奥斯特最早提出了电荷周围存在着由它产生的电场

B．密立根发现电子并通过油滴实验精确测定了其电荷量

C．法拉第发现电磁感应现象并得出法拉第电磁感应定律

D．库仑通过库仑扭秤实验得出了两点电荷之间的作用力与其间距的二次方成反比

3．第一个比较精确测量出引力常量和元电荷e数值的科学家分别是（　　）

A．伽利略、安培 B．开普勒、库仑

C．牛顿、法拉第 D．卡文迪许、密立根

4．下列关于物理学史与物理学研究方法的叙述中正确的是（　　）

A．密立根测定了静电力常量

B．奧斯特首先发现了电磁感应现象

C．库仑最早用扭秤实验测量出电子电荷量的精确值

D．法拉第最早提出了“电场”的概念

5．下列说法不正确的是(　　)

A．汤姆孙研究阴极射线，用测定粒子比荷的方法发现了电子

B．电子的发现证明了原子是可分的

C．汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质应充斥整个原子，而带负电的电子，则镶嵌在球体的某些固定位置

D．汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质都集中在原子中心一个很小的范围内

6．下列说法中正确的是

A．太阳辐射的能量主要来自于太阳内部的核裂变

B．汤姆孙发现了电子，表明原子具有核式结构

C．α粒子散射实验说明原子核具有一定的结构

D．按照玻尔理论，若氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道，则电子的动能减小、原子总能量增大

7．如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将 （　　）

A．向纸内偏转 B．向纸外偏转 C．向下偏转 D．向上偏转

8．阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为(   )

A．平行于纸面向左 B．平行于纸面向上

C．垂直于纸面向外 D．垂直于纸面向里

9．下列说法正确的是（     ）

A．β射线是聚变反应过程中由原子核外电子电离产生的

B．汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，并准确测出了电子的电荷量

C．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构

D．卢瑟福的原子核式结构模型认为核外电子运行的轨道半径是量子化的

10．19世纪末，科学家们发现了电子，从而认识到：原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的．下列与电子有关的说法正确的是

A．爱因斯坦光电效应方程表明，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

B．电子电荷的精确测定是由汤姆孙通过著名的“油滴实验”做出的

C．卢瑟福认为电子的轨道是量子化的

D．β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子

11．在原子物理学的发展过程中，出现了许多著名的科学家和他们的研究成果，有关他们的说法中哪个是正确的（        ）

A．汤姆孙证实了阴极射线就是电子流，并测出了电子所带的电荷量

B．卢瑟福通过对α粒子散射实验数据的分析提出了原子的核式结构模型

C．玻尔的原子理论把量子观念引入了原子领域，成功地揭示了微观粒子的运动规律

D．巴耳末发现的巴耳末公式可求出氢原子所发光的波长

12．电子的发现揭示了（　　）

A．原子可再分

B．原子具有核式结构

C．原子核可再分

D．原子核由质子和中子组成

13．分子运动是看不见、摸不着的，其运动特征不容易研究，但科学家可以通过布朗运动认识它，这种方法叫做“转换法”.下面给出的四个研究实例，其中采取的方法与上述研究分子运动的方法相同的是（　　）

A．牛顿通过对天体现象的研究，总结出万有引力定律

B．密立根通过油滴实验，测定了元电荷的电荷量

C．欧姆在研究电流与电压、电阻关系时，先保持电阻不变研究电流与电压的关系；然后再保持电压不变研究电流与电阻的关系

D．奥斯特通过放在通电直导线下方的小磁针发生偏转得出通电导线的周围存在磁场的结论

14．下列说法正确的是（　　）

A．汤姆生发现了电子，表明原子具有核式结构

B．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能

C．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越大

D．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(m1＋m2－m3)c2(c表示真空中的光速)

15．下列关于电子的说法错误的是（　　）

A．发现电子是从研究阴极射线开始的

B．汤姆孙发现物质中发出的电子比荷是不同的

C．电子发现的意义是让人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构

D．电子是带负电的，可以在电场和磁场中偏转

二、填空题（共4题）

16．如图所示，在A板上方用喷雾器将油滴喷出，油滴从A板上的一个小孔中落下，喷出的油滴因摩擦而带负电.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，即，则油滴所带的电荷量______.

某次实验中q的测量值见下表（单位：）：

分析这些数据可知:___________________.

17．汤姆孙的“葡萄干蛋糕模型”认为：原子是一个球体，其正电物质______________________________，而电子则______________________________，整个原子是中性的。

18．1904年汤姆孙首先提出了原子的______________模型。

19．美国物理学家密立根利用如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验．如图，两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，板间油滴P由于带负电悬浮在两板间保持静止．

（1）若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有__________．

A．油滴质量m                B．两板间的电压U

C．两板间的距离d        D．两板的长度L

（2）用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q=________（已知重力加速度为g）

（3）在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷．关于元电荷下列说法正确的是(      )

A．油滴的电荷量可能是C       B．油滴的电荷量可能是C

C．元电荷就是电子                                  D．任何带电体所带电荷量可取任意值

三、综合题（共4题）

20．请说说英国物理学家汤姆孙如何由实验判定电子是原子的组成部分。

21．在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从K出来的阴极射线经过电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑，若在D、G间加上方向向下，场强为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果在D、G电场区再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，阴极射线向下偏转，偏转角为，试解决下列问题：

（1）说明阴极射线的电性；

（2）说明图中磁场沿什么方向；

（3）根据L、E、B和，求出阴极射线的比荷.

22．如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置.当极板P和间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到点，点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到O点，已知极板水平方向长度为，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为；

（1）求打在荧光屏O点的电子速度的大小；

（2）推导出电子比荷的表达式．

23．19世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点。一种观点认为阴极射线是电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电粒子。1897年，汤姆孙判断出该射线的电性，并求出了这种粒子的比荷，为确定阴极射线的本质做出了重要贡献。假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者，请回答下列问题：

（1）如图所示的真空玻璃管内，阴极发出的粒子经加速后形成一束很细的射线，以平行于金属板、的速度沿板间轴线进入、间的区域，若两极板、间无电压、粒子将打在荧光屏上点。如何判断射线粒子的电性？

（2）已知、间的距离为，在、间施加电压，使极板的电势高于极板，同时在极板间施加一个磁感应强度大小为的匀强磁场，可以保持射线依然打到点。求该匀强磁场的方向和此时射线粒子的速度的大小。

（3）撤去（2）中的磁场，、间的电压仍为，射线打在屏上点。已知极板的长度为，极板区的中点到荧光屏中点的距离为，到的距离为。试求射线粒子的比荷。

参考答案：

1．C

2．D

3．D

4．D

5．D

6．D

7．C

8．C

9．C

10．D

11．B

12．A

13．D

14．C

15．B

16．          油滴带的电荷量是的整数倍，故带电粒子的最小电荷量为

17．     均匀地分布在整个原子球体内     镶嵌在球体中

18．葡萄干蛋糕

19．     ABC          B

20．

汤姆孙通过测定阴极射线的电性实验，测得阴极射线中含有带负电的粒子，然后通过测定阴极射线中负粒子的比荷的大小（通过带电粒子在电磁场中的运动实验）从而推理得到阴极射线中的粒子是电子。后来，汤姆孙和他的学生直接测量了氢离子和阴极射线的电荷，证明了阴极射线的电荷与氢离子的电荷大小基本相同，计算出阴极射线的质量是氢离子质量的，这些事实不仅证实了阴极射线确实是带电粒子流，而且表明不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分，比最轻的氢原子的质量还小得多，汤姆孙将这种带电粒子称为电子，电子的发现说明原子具有一定的结构，也就是说原子是由电子和其他物质组成的。

21．（1）负电   （2）垂直纸面向里   （3）

22．（1）       （2）

23．

（1）装置中形成的电场方向由正极指向负极，根据射线粒子从电场的负极向正极加速的特点，即可判断射线粒子带负电。

（2）极板的电势高于极板，形成的电场方向竖直向上，当粒子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，粒子做匀速直线运动，射线依然射到点，由左手定则可知，磁场方向应垂直纸面向外，设粒子的速度为，则

解得

（3）射线粒的极板区域所需的时间

当，两极板之间电压仍为时，作用于粒的静电力的大小为，有

因粒子在垂直于极板方向的初速度为0，因而在时间内垂直于极板方向的位移大小为

粒子离开极板区域时，沿垂直于极板方向的末速度大小为

粒子离开极板区域后，到达荧光屏上点所需时间

在时间内，粒子做匀速直线运动，在垂直于极板方向的位移

到的距离等于粒子在垂直于极板方向的总位移，即

由以上各式得该粒子的比荷为

代入

解得