精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
(2010?西城区一模)1897年汤姆逊发现电子后,许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索.1907-1916年密立根用带电油滴进行实验,发现油滴所带的电荷量是某一数值e的整数倍,于是称这一数值e为基本电荷.
如图所示,两块完全相同的金属极正对着水平放置,板间的距离为d.当质量为m的微小带电油滴在两板间运动时,所受空气阻力的大小与速度大小成正比.两板间不加电压时,可以观察到油滴竖直向下做匀速运动,通过某一段距离所用时间为tl;当两板间加电压U(上极板的电势高)时,可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动,且在时间t2内运动的距离与在时间tl内运动的距离相等.忽略空气浮力.重力加速度为g.
(1)判断上述油滴的电性,要求说明理由;
(2)求上述油滴所带的电荷量Q;
(3)在极板间照射X射线可以改变油滴的带电量.再采用上述方法测量油滴的电荷量.如此重复操作,测量出油滴的电荷量Qi如下表所示.如果存在基本电荷,请根据现有数据求出基本电荷的电荷量e(保留到小数点后两位).
实验次序 1 2 3 4 5
电荷量Qi(10-18C) 0.95 1.10 1.41 1.57 2.02
分析:(1)电场力向上,场强向下,故粒子带负电;
(2)对上升和下降过程分别运用平衡条件列式;再根据上升和下降的位移相等列式;最后联立求解即可;
(3)找电荷量的最大公约数即可.
解答:解:(1)当极板上加了电压U后,该油滴竖直向上做匀速运动,说明油滴受到的电场力竖直向上,与板间电场的方向相反,所以该油滴带负电.                     
(2)设油滴运动时所受空气阻力f与速度大小v满足关系为:f=kv
当不加电场时,设油滴以速率v1匀速下降,受重力和阻力而平衡,即:
mg=kv1           
当极板加电压U时,设油滴以速率v2匀速上升,受电场力、重力和阻力,即:
QE=mg+kv2
其中:E=
U
d
   
根据题意有:v1t1=v2t2  
解得:Q=
mgd(t1+t2)
Ut2
  
(3)如果存在基本电荷,那么油滴所带的电荷量Q应为某一最小单位的整数倍,即油滴电荷量的最大公约数(或油滴带电量之差的最大公约数)为基本电荷e.由于
Q2-Q1=0.15×10-18C,Q3-Q2=0.31×10-18C,Q4-Q3=0.16×10-18C,Q5-Q4=0.45×10-18C
可以看出,油滴带电量之差都近似为某个数的整数倍,即:
Q2-Q1=e1,Q3-Q2=2e2,Q4-Q3=e3,Q5-Q4=3e4
所以:e=
e1+e2+e3+e4
4
=1.54×10-19C
答:(1)该油滴带负电,分析如上;
(2)油滴所带的电荷量Q为
mgd(t1+t2)
Ut2

(3)基本电荷的电荷量e约为1.54×10-19C.
点评:本题信息量较大,要能从题目中找出有用的信息,然后根据平衡条件列式求解,较难.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:

(2010?西城区一模)如图所示,空间存在一有边界的条形匀强磁场区域,磁场方向与竖直平面(纸面)垂直,磁场边界的间距为L.一个质量为m、边长也为L的正方形导线框沿竖直方向运动,线框所在平面始终与磁场方向垂直,且线框上、下边始终与磁场的边界平行.t=0时刻导线框的上边恰好与磁场的下边界重合(图中位置I),导线框的速度为v0.经历一段时间后,当导线框的下边恰好与磁场的上边界重合时(图中位置II),导线框的速度刚好为零.此后,导线框下落,经过一段时间回到初始位置I.则(  )

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

(2010?西城区一模)一理想变压器原、副线圈匝数比n1:n2=5:3.原线圈两端接一正弦式交变电流,其电压u随时间t变化的规律如图所示.当副线圈仅接入一个100Ω的纯电阻用电器时,用电器恰能正常工作.则(  )

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:阅读理解

(2010?西城区一模)(1)某班同学在做“练习使用多用电表”的实验.

①某同学用多用电表的欧姆挡测量电阻Rx的阻值,当选择开关置于欧姆挡“×100”的位置
时,多用电表指针示数如图1所示,此被测电阻的阻值约为
2.6k
2.6k
Ω.
②某同学按如图2所示的电路图连接元件后,闭合开关S,发现A、B灯都不亮.该同学用多用电表的欧姆挡检查电路的故障.检查前,应将开关S
断开
断开
.(选填“闭合”或“断开”)
③若 ②中同学检查结果如表所示,由此可以确定
D
D

测试点 b.f b.e b,d d,e
多用表盘指示
A.灯A断路
B.灯B断路
C.灯A、B都断路
D.d、e间导线断路
(2)某同学采用如图3所示的装置验证规律:“物体质量一定,其加速度与所受合力成正比”.
a.按图3把实验器材安装好,不挂配重,反复移动垫木直到小车做匀速直线运动;
b.把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂配重,接通电源,放开小车,打点计时器在被小车带动的纸带上打下一系列点,取下纸带,在纸带上写上编号;
c.保持小车的质量M不变,多次改变配重的质量m,再重复步骤b;
d.算出每条纸带对应的加速度的值;
e.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示配重受的重力mg(作为小车受到的合力F),作出a-F图象.
①在步骤d中,该同学是采用v-t图象来求加速度的.图4为实验中打出的一条纸带的一部分,纸带上标出了连续的3个计数点,依次为B、C、D,相邻计数点之间还有4个计时点没有标出.打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上.打点计时器打C点时,小车的速度为
0.44
0.44
m/s;

②其余各点的速度都标在了v-t坐标系中,如图5所示.t=0.10s时,打点计时器恰好打B点.请你将①中所得结果标在图5所示的坐标系中,并作出小车运动的v-t图线;利用图线求出小车此次运动的加速度a=
1
1
m/s2
③最终该同学所得小车运动的a-F图线如图6所示,从图中我们看出图线是一条经过原点的直线.根据图线可以确定下列说法中不正确的是
B
B

A.本实验中小车质量一定时,其加速度与所受合力成正比
B.小车的加速度可能大于重力加速度g
C.可以确定小车的质量约为0.50kg
D.实验中配重的质量m远小于小车的质量 M

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

(2010?西城区一模)太阳内部持续不断地发生着热核反应,质量减少.核反应方程是4
 
1
1
H→
 
4
2
He+2X
,这个核反应释放出大量核能.已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3,真空中的光速为c.下列说法中正确的是(  )

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

(2010?西城区一模)下列叙述中不正确的是(  )

查看答案和解析>>

同步练习册答案