选修35讲义第三章第一节敲开原子的大门.docx

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1、敲开原子的大门1 . 1858年，德国物理学家普旦克尔发觉了阴极射线，在一个抽成真空的玻璃管两端加 上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上消失绿色荧光。2 .汤姆生的试验验证说明，阴极射线本质上是由带负电的微粒组成。3 .汤姆生测定阴极射线中带电粒子比荷的根本思想是，一个质量为机、电荷为e的带 电粒子以速率。垂直进入磁场3中，假如粒子仅受磁场力作用，将做圆周运动，向心力即为洛伦兹力：m=evB9只要确定了粒子运动的速率及半径，就可以测出比荷。4 .科学家蜜立根精确测定了电子的电量e=1.602 2X10 19Co阴极射线的探究在一个抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发

2、出一种射线，使正对阴极的 玻璃管壁上消失绿色荧光，这种奇异的射线被称为阴极射线。5 .阴极射线带电性质的推断(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的 状况确定带电的性质。(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，依据亮点位置的变化和左手定那么确定带 电的性质。6 .阴极射线荷质比的测定(1)让某一速率的电子垂直进入某一电场中，在荧光屏上亮点位置发生变化。(2)在电场区域加一与其垂直的大小适宜的磁场，抵消阴极射线的偏转，由此可知qE一 EqvB=O9那么不。(3)去掉电场，只保存磁场，磁场方向与射线运动方向垂直，阴极射线在有磁场的区域 将会形成一个半径为r的

3、圆弧，依据磁场状况和轨迹偏转状况，由几何学问求出其半径r, e , 机a v E那么由得机=而=菸。7 .阴极射线的本质汤姆生依据阴极射线在电场和磁场中的偏转断定，阴极射线的本质是带负电的粒子流, 并求出了这种粒子的比荷。后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。1 .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，如下图,假设要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为（）阴极阳极A.平行于纸面对左B.平行于纸面对上C.垂直于纸面对外 D.垂直于纸面对里解析：选C 由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右，说明电子的运动方 向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定那么。使电子所受洛伦兹

4、力方向平行于纸面 对上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面对外，故C正确。知识点:电子的发觉电子是构成各种物体的共同成分，它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多， 它的电荷与氢原子的电荷大小根本相同。电子所带电量为e= 1.602 2X 1019Co2 .电子电量的测定一密立根油滴试验（1）如下图，两块平行放置的水平金属板4、区与电源相连接，使A板带正电，B板带 负电。从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场 中。喷雾器E0=1=1显微镜小油滴由于摩擦而带负电，调整A、8两板间的电压，可以使小油滴静止在两板之 间，此时电场力和重力平衡，即mg=Eg,那么电荷的电

5、量q=警。3 .电子发觉的物理意义电子是人类发觉的第一个比原子小的粒子。电子的发觉，打破了原子不行再分的传统 观念，使人们熟悉到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构。从今，原子 物理学快速开展，人们对物质结构的熟悉进入了一个。尝试应用HAGSHI YZ2.关于电子的以下说法中不正确的选项是（）A.发觉电子是从讨论阴极射线开头的B.任何物质中均有电子，它是原子的组成局部C.电子发觉的意义是：使人们熟悉到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有简单的结构D.电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同解析：选D 由物理学史学问可知，人们从讨论阴极射线开头，发觉了电

6、子，熟悉到 它是原子的组成局部，原子本身也是可以再分的。应选项A、B、C对，D错。利用电(或磁)偏转测带电粒子比荷例1汤姆生用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的试验装置如下图。真 空管内的阴极K发出的电子(不计初速度、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿 过A中心的小孔沿中心轴OiO的方向进入到两块水平正对放置的平行极板尸和P间的 区域。当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加 上偏转电压U后，亮点偏离到O点，。与。的竖直间距为d,水平间距可忽视不计。此 时，在尸和P间的区域，再加上一个方向垂直于纸面对里的匀强磁场。调整磁场的强弱, 当磁感应强

7、度的大小为8时，亮点重新回到O点。极板水平方向的长度为L1,极板间距为 b,极板右端到荧光屏的距离为七。(1)求打在荧光屏o点的电子速度的大小。(2)推导出电子的比荷的表达式。解析(1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新ETJ回到中心。点。设电子的速度为以 那么：evB=eE9可得o=豆，即。=丽。(2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度0进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为九二1。这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为离开电场时竖直向上的分速度内=M=嘉与，电子离开电场后做匀速直线运动，到达 荧光屏的时间t2=9，

8、2时间内向上运动的距离2 =。/2 =eULiLzmv2b这样，电子向上的总偏转量为 4=由+必=悬/&+3UdB2*Li(L2+y)答案(1)表Ud成必心+3/借/题/发/挥/解决带电粒子在电磁场中偏转的问题时，要切记以下几点：(1)所加电场、磁场为匀强电场、匀强磁场。(2)带电粒子只在电场中偏转时做类平抛运动，可利用运动的分解、直线运动公式、牛 顿运动定律列出相应的关系。(3)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要留意通过画轨迹示意图确定圆心位置， 利用几何学问求出其半径。(4)带电粒子假设通过相互垂直的电、磁场时，一般使其不发生偏转，由此可求出带电 粒子的速度。:跟踪演练L如下图，让一束

9、匀称的阴极射线垂直穿过正交的电磁场，选择，+B1XXXXXXX适宜的磁感应强度3和电场强度E,带电粒子将不发生偏转，然后 二 X X X XXXX XX撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，测得其半径为求阴极射线XXXXX中带电粒子的比荷。XXX解析：由于带电粒子不偏转，所以受到的电场力与洛伦兹力平衡，即qE=qBv,所以。E Bni7)粒子进入磁场后做匀速圆周运动，由洛伦兹力供应向心力所以，其半径为 KR=mvqB9所以2=篇 答案:券考向二电子电荷量的测定例2电子所带电荷量最早是由科学家密立根通过油滴试验 测出的。油滴试验的原理如下图，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

10、荷。油滴从喷雾器喷出后，由于 摩擦而带电，油滴进入上板中心小孔后落到匀强电场中，通过显微 镜可以观看到油滴的运动状况。两金属板间的距离为d,忽视空气对油滴的浮力和阻力。(1)调整两金属板间的电势差小当 =Uo时，使得某个质量为如的油滴恰好做匀速运 动。该油滴所带电荷量q为多少？(2)假设油滴进入电场时的速度可以忽视，当两金属板间的电势差u=U时，观看到某 个质量为牝的油滴进入电场后做匀加速运动，经过时间/运动到下极板，求此油滴所带电 荷量2。解析(1)油滴匀速下落过程中受到的电场力和重力平衡，可见所带电荷为负电荷， 用久一即 Q(2)油滴加速下落，电荷量为。，因油滴带负电，那么油滴所受到的电场

11、力方向向上, 设此时的加速度大小为G,由牛顿其次定律得机2g- 0=帆2, d=at29得2=明号。答案(l)mig等(g-骨/借/题/发/挥/密立根的“油滴试验”中易无视带电油滴的重力，从而使问题无从下手，像油滴、尘 埃、小颗粒、小球等宏观物体除特殊说明外都要考虑重力。给跟踪演练2.关于密立根“油滴试验，以下说法正确的选项是()A.密立根利用电场力和重力平衡的方法，测得了带电体的最小质量B.密立根利用电场力和重力平衡的方法，测出了带电体的最小带电荷量C.密立根利用磁偏转的学问推想出了电子的电荷量D.密立根”油滴试验直接验证了电子的质量缺乏氢离子的千分之一解析：选B 密立根“油滴试验”X10-

12、19X10-19C,带负电。故B对。课堂小结_测电性阴极射线一 一发现电子测比荷一、选择题（第15题为单项选择题，第68题为多项选择题）1.关于阴极射线，以下说法正确的选项是（）A.阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光而产生的B.只要阴、阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生C.阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波D.阴、阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离 阴极解析：选D 阴极射线是由阴极直接发出的，选项A错误；只有当两极间加有高压且 阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线, 选项B错误，D正确；阴极射线可以

13、穿透薄铝片，可能是电磁波，也可能是更小的粒子， 选项C错误。2 .如下图，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的 长直导线，那么阴极射线将（）A.向纸内偏转B.向纸外偏转VJ匚斤C.向下偏转D.向上偏转解析：选D 长直导线电流方向向左，由安培定那么可判定直导线下方所处磁场垂直 纸面对外，由于电子从负极端射出，依据左手定那么可判定电子向上偏转，即阴极射线将 向上偏转。3 .以下说法正确的选项是（）A.阴极射线在电场中肯定会受到电场力的作用B.阴极射线在磁场中肯定会受到磁场力的作用C.阴极射线所受电场力的方向与电场的方向是相同的D.阴极射线所受磁场力的方向与磁场的方向是相同的解析：选A 阴极射线是

14、高速运动的电子流，在电场中肯定要受到电场力的作用，所 受电场力方向与电场方向相反，故A对，C错。在磁场中假如电子运动方向与磁场平行那么电子不受磁场力，当受磁场力时，由左手定那么可知磁场力方向与磁场方向垂直，故B、D错。4.如下图，匀强电场竖直向上，匀强磁场垂直纸面对外，有一正离子不计重力，恰能沿直线从左向右水平飞越此区域，那么（）A.假设电子从右向左水平飞入,电子也沿直线运动B.假设电子从右向左水平飞入,电子将向上偏C.假设电子从右向左水平飞入,电子将向下偏假设电子从右向左水平飞入,那么无法推断电子是否偏转解析：选C 假设电子从右向左水平飞入，那么所受电场力向下，洛伦兹力也向下, 故电子向下偏

15、转，故A、B、D错，C对。5 .如下图，从S处发出的电子流经加速电压U加速后垂直进入相互垂 直的匀强电场和匀强磁场中，发觉电子流向上极板偏转。设两极板间电场 强度为E,磁感应强度为及 欲使电子流沿直线从电场和磁场区域通过， 只实行以下措施，其中可行的是（）A.适当减小电场强度EB.适当减小磁感应强度BC.适当增大加速电场极板之间的距离dD.适当减小加速电压U解析：选A 要使电子在复合场中做匀速直线运动，应当有电场力与洛伦兹力等大反 向，即：Eq = qvB9依据左手定那么推断洛伦兹力的方向竖直向下，电子向上偏转说明 EqqvB9因此要使电子不偏转，那么可采纳减小E,或增大。、3的措施，对应四个

16、选项 可知，只有选项A正确。6 .汤姆生对阴极射线的探究，最终发觉了电子，由此被称为“电子之父，关于电子 的说法正确的选项是（）A.任何物质中均有电子B.不同的物质中具有不同的电子C.电子质量是质子质量的1 836倍D.电子是一种粒子，是构成物质的根本单元解析：选AD 汤姆生对不同材料的阴极发出的射线进行讨论均为同一种相同的粒子 电子，故A、D对，B错；电子质量比质子质量小许多，故C错。7 .如下图为示波管中电子枪的原理示意图。示波管内被抽成真空，!一Ki4为放射热电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，A, K间电压为 号）U。电子离开阴极时的速度可以忽视，电子经加速后从K的小孔中射出|时的

17、速度大小为小 下面的说法中正确的选项是（）A.假如A, K间距离减半而电压仍为U不变，那么电子离开K时的速度仍为。7)8 .假如A, K间距离减半而电压仍为U不变，那么电子离开K时的速度变为不7)C.假如A, K间距离保持不变而电压减半，那么电子离开K时的速度变为不D.假如A, K间距离保持不变而电压减半，那么电子离开K时的速度变为解析：选AD 由Uq=$nv2可得可见电子经加速电场加速后的速度仅与、历电压有关，当电压减半时，速度变为原来的姿，选项A、D对。9 .有关物理学史以下说法正确的选项是()A.赫兹最先发觉了阴极射线10 汤姆生精确测出了电子的电荷量。XlOi9cC.汤姆生最先测出了阴

18、极射线的比荷D.电子电荷的精确值是由密立根通过“油滴试验测出的解析：选CD 最早发觉阴极射线的是德国科学家普里克，A错。汤姆生最先测出了阴 极射线的比荷，但并没有测定出电子的电荷量，电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴 试验”测出的，故B错，C、D对。二、非选择题11 测量电子比荷的一种精确测量方法是双电容法。如下图，在真 空管中由阴极K放射电子，其初速度可忽视，此电子被阳极A与阴 极K间的电场加速后穿过屏障回上的小孔，然后依次穿过电容器G、屏障生和其次个电容器。2而射到荧光屏方上。阳极A与阴极K间的电压为U,在电 容器G、C2上加有完全相同的沟通电压，沟通电压的频率为人选择频率/使电子打在荧

19、光 屏上的亮点不发生偏转，由此可测得电子的比荷5为多少？解析：设电子的质量为机，电荷量为e,电子经电场加速以后的速度为内，依据动能定 理得eU=mvi要使电子通过电容器。1、。2后打在荧光屏上的亮点不发生偏转，那么电子在电容器G、 。2中运动时，电容器G、C2的电压刚好为零。所以电子由C1运动到C2的时间为T 1，=丐=呵(=1,23% )Te而看五,所以浣=2n( = 1，2,3,4,i)答案：当色(=1,234,)10.在汤姆生测阴极射线比荷的试验中，采纳了如下图的阴极射线管，从。出来的阴 极射线经过A、6间的电场加速后，水平射入长度为L的。、G平行板间，接着在荧光屏尸 中心消失荧光斑。假

20、设在。、G间加上方向向下、场强为的匀强电场，阴极射线将向上 偏转;假如再利用通电线圈在。、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为3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，偏转角为仇 试解决以下问题：(1)说明阴极射线的电性；(2)说明图中磁场沿什么方向：(3)依据L、E、5和仇 求出阴极射线的比荷。解析：(1)由于阴极射线向上偏转，因此受电场力方向向上，又由于匀强电场方向向下, 那么电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电。(2)由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力，由左手定那么得磁场的方向垂直纸 面对里。设此射线带电量为q,质量为小，当射线在。G间做匀速直线运动 时，有 qE=Bqvmi当射线在DG间的磁场中偏转时，有3g=：同时又有L=rsin 0解得qEsin 6 m B2L答案：(1)负电(2)垂直纸面对里(3)Esin 0B2L