学业分层测评(八)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．已知X射线的“光子”不带电，假设阴极射线像X射线一样，则下列说法不正确的是( )
A．阴极射线管内的高电压不能够对其加速而增加能量
B．阴极射线通过偏转电场不会发生偏转
C．阴极射线通过磁场方向一定不会发生改变
D．阴极射线通过偏转电场能够改变方向
【解析】因为X射线的“光子”不带电，故电场、磁场对X射线不产生作用力，故选项A、B、C正确，D错误．
【答案】D
2．(多选)汤姆生通过对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，关于电子的说法正确的是( )
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，是构成物质的基本单元
【解析】汤姆生对不同材料的阴极发出的射线进行研究，发现均为同一种相同的粒子——即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子的质量；由此可知A、D正确，B、C错误．
【答案】AD
3．(多选)下列说法中正确的是( )
A．汤姆生精确地测出了电子电荷量e＝1.602 177 33(49)×10－19 C
B．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的
C．汤姆生油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e的整数倍
D．通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量
【解析】电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的，A、C错误，B正确．测出比荷的值和电子电荷量e的值，可以确定电子的质量，故D正确．
【答案】BD
4．(多选)关于电子的发现，下列叙述中正确的是( )
A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
B．电子的发现，说明原子具有一定的结构
C．电子是第一种被人类发现的微观粒子
D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
【解析】发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确A错误；电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程D正确．
【答案】BCD
5．关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是 ( )
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带电荷量
B．密立根利用电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量
C．密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量
D．密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子的千分之一
【解析】密立根“油滴实验”是利用喷雾的方法，在已知小液滴质量的前提下，利用电场力和小液滴的重力平衡，推算出每个小液滴带电荷量都是1.6×10－19C的整数倍；带电体的带电荷量不是连续的，而是量子化的，并且电子的带电荷量也为1.6×10－19C，带负电．故选项B正确．
【答案】B
6．向荧光屏上看去，电子向我们飞来，在偏转线圈中通以如图3-1-5所示的电流，电子的偏转方向为________．
图3-1-5
【解析】根据安培定则，环形磁铁右侧为N极、左侧为S极，在环内产生水平向左的匀强磁场，利用左手定则可知，电子向上偏转．
【答案】向上
7．如图3-1-6所示，让一束均匀的阴极射线以速率v垂直进入正交的电、磁场中，选择合适的磁感应强度B和电场强度E，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，测得其半径为R，求阴极射线中带电粒子的比荷．
图3-1-6
【解析】因为带电粒子在复合场中时不偏转，所以qE＝qvB，即v＝，撤去电场后，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，则qvB＝m.由此可得＝.
【答案】
[能力提升]
8．(多选)如图3-1-7所示，从阴极射线管发出的阴极射线(电子流)经加速电压U加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，发现电子向上偏转，要使电子沿直线穿过电磁场，则下列说法正确的是( )
图3-1-7
A．增大电场强度E
B．增大磁感应强度B
C．减小加速电压U，增大电场强度E
D．适当地加大加速电压U
【解析】电子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，受到的电场力F＝qE，方向向下，受到的洛伦兹力F洛＝qvB，方向向上，电子向上偏，说明电场力小于洛伦兹力，要使电子沿直线运动，须qE＝qvB，则可使洛伦兹力减小或电场力增大，减小洛伦兹力的途径是减小加速电压U或减小磁感应强度B，增大电场力的途径是增大电场强度E.选项A、C正确．
【答案】AC
9．(多选)如图3-1-8所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图．显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光．安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转．下列说法中正确的是( )
图3-1-8
A．如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点
B．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
C．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
D．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场强度应该先由小到大，再由大到小
【解析】偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O点，A正确；由阴极射线的电性及左手定则可知B错误，C正确；由R＝可知，B越小，R越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，故D错误．
【答案】AC
10．电子所带电量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的．他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电量都等于某个最小电量的整数倍．这个最小电量就是电子所带的电量．密立根实验的原理如图3-1-9所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电．从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中．小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡．已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/C，油滴半径是1.64×10－4 cm，油的密度是0.851 g/cm3，求油滴所带的电量．这个电量是电子电量的多少倍？(g取9.8 m/s2)
图3-1-9
【解析】小油滴质量为
m＝ρV＝ρ·πr3
由题意得mg＝Eq
联立解得q＝
＝C
＝8.02×10－19 C
小油滴所带电量q是电子电量e的倍数为n＝＝＝5倍．
【答案】8.02×10－19 C5
11．为了测定带电粒子的比荷，让带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E，在通过长为L的两金属板后，测得偏离入射方向的距离为d.如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直粒子的入射方向，磁感应强度为B，则粒子恰好不偏离原来方向，求.
【解析】加速度a＝，仅加电场时有d＝·2，加复合场时有Bqv0＝Eq，解以上两式得＝.
【答案】
3．1电子的发现及其重大意义
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.知道阴极射线的产生及其对原子物理学发展的作用．(重点)
2．理解汤姆生发现电子的研究方法及电子发现的意义．(重点)
关 于 阴 极 射 线 的 争 论
1．阴极射线的产生
将阴极射线管的阴极和阳极接上高压电源后，用真空泵逐渐抽去管内空气，管内就会产生气体放电现象，并发出光来．当气压降得很低时，管内变暗，不再发光，但此时由阴极发出的射线能使荧光物质发光．
2．阴极射线研究的成果
对阴极射线的研究，引发了19世纪末物理学的三大发现：(1)1895年伦琴发现了X射线；(2)1896年贝可勒尔发现了放射性；(3)1897年汤姆生发现了电子．
1．阴极射线是由真空玻璃管中的感应圈发出的．(×)
2．阴极射线撞击玻璃管壁会发出荧光．(√)
3．阴极射线在真空中沿直线传播．(√)
产生阴极射线的玻璃管为什么是真空的？
【提示】在高度真空的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴极，对于真空度不高的放电管，粒子还有可能来自管中的气体，为了使射线主要来自阴极，一定要把玻璃管抽成真空．
1．对阴极射线本质的认识——两种观点
(1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射．
(2)粒子说，代表人物——汤姆生，他认为这种射线是一种带电粒子流．
2．阴极射线带电性质的判断方法
(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情况确定带电的性质．
(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质．
3．实验结果
根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电．
1．如图3-1-1所示，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会向________偏转．
图3-1-1
【解析】阴极射线方向水平向右，说明其等效电流的方向水平向左，与导线中的电流方向相反，由左手定则，两者相互排斥，阴极射线向上偏转．
【答案】上
2．如图3-1-2是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，可采用加磁场或电场的方法．
图3-1-2
若加一磁场，磁场方向沿________方向，若加一电场，电场方向沿________方向．
【解析】若加磁场，由左手定则可判定其方向应沿y轴正方向；若加电场，根据受力情况可知其方向应沿z轴正方向．
【答案】y轴正z轴正
注意阴极射线?电子?从电源的负极射出，用左手定则判断其受力方向时四指的指向和射线的运动方向相反.
汤姆生的发现电子发现的重大意义
1．汤姆生的探究方法
(1)让阴极射线通过磁铁偏转， 进入集电圆筒，用静电计检测，证明阴极射线是负电荷．
(2)①让阴极射线通过匀强电场发生偏转，测出偏转角θ，推导出与相关量的关系，得到tan θ＝.
②再加一垂直于电场方向的匀强磁场，使粒子不发生偏转，则v＝.
由此求得粒子的比荷
≈1011 C/kg.
(3)改变阴极材料，测得的比荷都相同表明这种粒子是各种材料的共有成分．
(4)这种粒子所带电荷量与氢离子的电荷量接近则证明它的质量小于氢原子质量的千分之一．
(5)这种粒子是一种带负电的质量很小的粒子，称之为电子．
2．电子发现的意义
电子的发现，打破了原子不可再分的传统观念．人们对物质结构的认识进入了一个新时代．
3．电子的有关数据
(1)电子比荷＝1.758_80×1011C/kg.
(2)电子的电荷量
e＝1.602_19×10－19C.
(3)电子的质量
m＝9.109_53×10－31_kg.
1．阴极射线实际上是高速运动的电子流．(√)
2．电子的电荷量是汤姆生首先精确测定的．(×)
3．带电体的电荷量可以是任意值．(×)
汤姆生怎样通过实验确定阴极射线是带负电的粒子？
【提示】汤姆生通过气体放电管研究阴极射线的径迹，未加电场时，射线不偏转，施加电场后，射线向偏转电场的正极板方向偏转，由此确定阴极射线是带负电的粒子．
1．阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电磁力对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响．
2．带电性质的判断方法
(1)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或电场的情况确定带电的性质．
(2)在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质．
3．比荷的测定方法
(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合适的磁场，抵消阴极射线的偏转．由此可知qE－qvB＝0，则v＝.
(3)去掉电场，只保留磁场，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的圆弧，根据磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvB＝得＝＝.
3．(多选)如图3-1-3所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹向下偏转，则( )
图3-1-3
A．导线中的电流由A流向B
B．导线中的电流由B流向A
C．若要使电子束的径迹往上偏转，可以通过改变AB中的电流方向来实现
D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关
【解析】阴极射线是高速电子流，由左手定则判断可知，磁场垂直纸面向里，由安培定则可知，导线AB中的电流由B流向A，且改变AB中的电流方向时可以使电子束的轨迹往上偏．故B、C正确．
【答案】BC
4．带电粒子的比荷是一个重要的物理量．某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的比荷，实验装置如图3-1-4所示．其中两正对极板M1、M2之间的距离为d，极板长度为L.
图3-1-4
他们的主要实验步骤如下：
A．首先在两极板M1、M2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子束从两极板中央通过，在荧光屏的正中心处观察到一个亮点；
B．在M1、M2两极板间加合适的电场：加极性如图所示的电压，并逐步调节增大，使荧光屏上的亮点逐渐向荧光屏下方偏移，直到荧光屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为U.请问本步骤的目的是什么？
C．保持步骤B中的电压U不变，对M1、M2区域加一个大小、方向合适的磁场B，使荧光屏正中心处重现亮点．试问外加磁场的方向如何？
【解析】步骤B中电子在M1、M2两极板间做类平抛运动，当增大两极板间电压时，电子在两极板间的偏转位移增大．
当在荧光屏上看不到亮点时，电子刚好打在下极板M2靠近荧光屏端的边缘，则＝，
＝.
由此可以看出这一步的目的是使粒子在电场中的偏转位移成为已知量，就可以表示出比荷．
步骤C加上磁场后电子不偏转，电场力等于洛伦兹力，且洛伦兹力方向向上，由左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外．
【答案】见解析
测量带电粒子比荷常用的两种方法
方法一：利用磁偏转测比荷，由qvB＝m得＝，只需知道磁感应强度B、带电粒子的初速度v和偏转半径R即可．
方法二：利用电偏转测比荷，偏转量y＝at2＝·，故＝.所以在偏转电场U、d、L已知时，只需测量v和y即可．
