(多选)美国物理学家密立根通过研究平行板 - 考试试题及答案解析 - 读趣百科
多选题

(多选)美国物理学家密立根通过研究平行板间悬浮不动的带电油滴,准确地测定了电子的电荷量.如图,平行板电容器两极板M、N与电压为U的恒定电源两极相连,板的间距为d.现有一质量为m的带电油滴在极板间匀速下落,则(  )

A
此时极板间的电场强度E=$\frac {U}{d}$
B
油滴带电荷量为$\frac {mg}{Ud}$
C
减小极板间电压,油滴将加速下落
D
将极板N向下缓慢移动一小段距离,油滴将向上运动

题目答案

AC

答案解析

分析:

由E=$\frac {U}{d}$,求解电场强度.油滴静止不动时,所受的电场力与重力平衡,由平衡条件求出油滴的电量.根据油滴的电场力有无变化,分析其运动情况.

解答:

解:A、两极板间的电压为U,板间距离为d,则板间的电场强度E=$\frac {U}{d}$,故A正确.

B、油滴静止不动,由平衡条件得:mg=qE=q$\frac {U}{d}$,得油滴带电荷量为:q=$\frac {mgd}{U}$,故B错误.

C、减小极板间的电压时,由E=$\frac {U}{d}$,知板间场强E减小,油滴所受的电场力减小,则油滴将加速下落.故C正确.

D、将极板N向下缓慢移动一小段距离,由E=$\frac {U}{d}$,知板间场强E减小,油滴所受的电场力减小,则油滴将向下运动.故D错误.

故选:AC.

点评:

本题整合了微粒的力平衡、电容器动态分析,由平衡条件判断微粒的电性,注意由受力情况来确定运动情况是解题的思路.

举一反三
多选题

(多选)美国物理学家密立根(R•A•Millikan)在1907-1913年的七年间,致力于测量微小油滴上所带电荷的工作,这即是著名的密立根油滴实验,它是近代物理学发展过程中具有重要意义的实验.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,油滴从上板中央小孔落入匀强电场中,空气阻力和浮力可忽略,通过显微镜可以观察到油滴的运动情况,根据上述实验,下列说法正确的是(  )

A
图中能刚好悬浮的油滴带的是正电荷
B
由qE=mg求油滴带的电荷量
C
通过该实验装置可直接测量出电子所带的电荷量
D
不同油滴所带电荷量虽不相同,但都是某个最小电荷量的整数倍

题目答案

BD

答案解析

分析:

根据油滴恰好悬浮,油滴受力平衡,即所受电场力等于重力,即可确定油滴的电性,及所带电量;

根据所带电量均是最小电荷量的整数倍,通过所测得电量,及倍数,即可求解电子电量.

解答:

解:A、根据刚好悬浮,处于平衡状态,即有电场力与重力平衡,因此油滴带的是负电荷,故A错误;

B、由题意可知油滴所带电荷为负电荷,当油滴恰好处于静止时,油滴受力平衡,则:q$\frac {U}{d}$=mg,得q=mg$\frac {d}{U}$,因此结合油滴的质量,从而求得油滴的电量,故B正确;

C、由上分析可知,只能测量油滴的带电量,不能测量出电子的电荷量,但不论油滴带电量多少,均是最小电荷量的整数倍,故C错误,D正确;

故选:BD.

点评:

该题主要考查了受力平衡条件,掌握负电荷的电场力与电场强度方向关系,注意油滴的电量是最小电荷量的整数倍是解题的突破口.

多选题

(多选)美国物理学家密立根设计了如图所示的实验进行测定油滴的电荷量,两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相连,板间产生匀强电场,用一个喷雾器把许多油滴从上板中间的小孔喷入电场.油滴从喷口出来时由于摩擦而带电,在实验中要用显微镜来观察,找到悬浮不动的油滴,根据观测数据算出油滴的质量,再根据已知所加的电压算出油滴的电荷量.在进行了上百次测量以后,密立根发现油滴所带的电荷量虽然不相同,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e(e=1.6×10_C),下列有关对密立根实验说法中正确的是(  )

A
油滴带正电
B
密立根实验是根据油滴静止平衡状态来测量电荷量
C
密立根实验测定油滴电荷量中可能有8.6×10_C
D
若只增加两极板间距所测得相同质量油滴的电荷量将变大

题目答案

BD

答案解析

分析:

带电荷量为q的油滴静止不动,所受的电场力与重力平衡,由平衡条件分析微粒的电性和带电量.

解答:

解:A、带电荷量为q的油滴静止不动,则油滴受到向上的电场力;

题图中平行板电容器上极板带正电,下极板带负电,故板间场强方向竖直向下,则油滴带负电,故A错误;

B、D、根据平衡条件,有:mg=q$\frac {U}{d}$,故q=$\frac {mgd}{U}$,然后发现q总是某个最小值的整数倍,可估算出电子的电量,故B正确,D也正确;

C、不同油滴的所带电荷量虽不相同,但都是某个最小电荷量(元电荷)的整数倍,故C错误;

故选:BD.

点评:

本题关键是明确密立根油滴实验的实验原理,密立根通过该实验测量出电子的电荷量而获得诺贝尔物理奖.

多选题

(多选)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=U_0时,使得某个质量为m$_1$的油滴恰好做匀速运动.该油滴所带电荷量为q;(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m$_2$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,该油滴所带电荷量Q.则下列说法正确的是(  )

A
q=$\frac {m$_1$gd}{U}$
B
q=$\frac {m$_1$gd}{2U}$
C
Q=$\frac {m$_2$d}{2U}$(g-$\frac {2d}{t}$)
D
Q=$\frac {m$_2$d}{U}$(g-$\frac {2d}{t}$)

题目答案

AD

答案解析

分析:

(1)质量为m_l的油滴恰好做匀速运动,油滴受力平衡,根据所受电场力等于重力即可求解;

(2)油滴进入电场后做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律及运动学公式列式即可求解,要注意油滴可能带正电,也可能带负电.

解答:

解:A、由题意可知油滴所带电荷为负电荷,油滴恰好做匀速运动,油滴受力平衡,则

q$\frac {U}{d}$=m$_1$g,解得q=$\frac {m$_1$gd}{U}$.故A正确,B错误.

C、若油滴带负电,电荷量为Q$_1$,则油滴所受到的电场力方向向上,设此时的加速度大小为a$_1$,

由牛顿第二定律得,m$_2$g-Q$_1$$\frac {U}{d}$=m$_2$a$_1$,

d=$\frac {1}{2}$a$_1$t_.

联立两式得,Q$_1$=$\frac {m$_2$d}{U}$(g-$\frac {2d}{t}$).

若油滴带正电,电荷量为Q$_2$,则油滴所受到的电场力方向向下,设此时的加速度大小为a$_2$,

由牛顿第二定律得,m$_2$g+Q$_2$$\frac {U}{d}$=m$_2$a$_2$,

d=$\frac {1}{2}$a$_2$t_

联立解得Q$_2$=$\frac {m$_2$d}{U}$($\frac {2d}{t}$-g).故C错误,D正确.

故选:AD.

点评:

该题主要考查了牛顿第二定律及匀加速直线运动位移时间公式的应用,要注意匀加速运动时,油滴可能带正电,也可能带负电.

多选题

(多选)有一个负点电荷只受电场力的作用,分别从两电场中的a点由静止释放,在它沿直线运动到b点的过程中,动能E_k随位移S变化的关系图象如图中的①、②图线所示,则能与图线相对应的两个电场的电场线分布图分别是图中的(  )

A
B
C
D

题目答案

BC

答案解析

分析:

负点电荷从a运动到b,只有电场力做功,动能增加,图线①动能随位移均匀增加,图线②动能随位移增加的越来越快,可根据动能定理列式分析.

解答:

解:A、B、负点电荷从a运动到b,只有电场力做功,动能增加,根据动能定理

Fx=E_k

只有当F为定值时,E_k才与x成正比,由于负电荷受静电力方向与场强方向相反,故与图线①相对应的电场的电场线分布图是图中的B选项;

C、D、图线②为曲线,动能随位移增加的不均匀(越来越快),电场力做正功,由于负电荷受静电力方向与场强方向相反,故C正确,D错误;

故选BC.

点评:

本题关键根据动能定理列式分析,同时抓住负电荷所受的静电力与电场强度方向相反.

多选题

(多选)如图所示,BD是竖直平面内圆上的一条竖直直径,AC是该圆的另一条直径,该圆处于匀强电场中,场强方向平行于圆周平面.将带等量负电荷的相同小球从O点以相同的动能射出,射出方向不同时,小球会经过圆周上不同的点,在这些所有的点中,到达A点时小球的动量总是最小.忽略空气阻力,则下列说法中正确的是(  )

A
可以断定电场方向由O点指向圆弧AEB上的某一点
B
若忽略小球的重力,其它条件不变,则电场强度的方向一定由C点沿直径指向A点
C
到达B点时小球的动能和电势能之和总是最小
D
到达C点时小球的电势能和重力势能之和总是最小

题目答案

BCD

答案解析

分析:

小球运动过程中受到重力和电场力,根据动量最大点判断出合力方向,运用平行四边形定则得到电场力方向;最后根据功能关系列式分析.

解答:

解:A、首先明确一点,在这个电场中,小球受到两个力影响:1.重力,2.电场力.在A点动量最小,那说明速度最小了,说明OA方向发射的小球克服合力做功最大,也就是说在这个电场跟重力场中,合力方向是OC,对O点小球受力分析,重力竖直向下,合力方向指向OC,受力方向指向为OB与OC之间,即电场方向应该是由O指向AD弧方向,故A错误;

B、由A选项分析可知,电场线的方向与AC共线,由于忽略小球的重力,其它条件不变,则负电荷做负功,因此电场强度的方向一定由C点沿直径指向A点,故B正确;

C、由于只有重力和电场力做功,故任何点的小球,动能+重力势能+电势能=定值; 明显B点的重力势能最大,那么肯定B点的动能与电力势能之和最小了,故C正确;

D、动能+重力势能+电势能=定值,故电势能和重力势能之和最小的话,那么肯定是动能最大了,很明显,从O到C合力做功最多,故C点动能最大,故正确;

故选BCD.

点评:

本题是带电粒子在复合场中的运动问题,关键找出合力方向,然后根据功能关系列式判断,难题.

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