第十八章 1
基础达标
1．(多选)关于空气导电性能，下列说法正确的是( )
A．空气导电，是因为空气分子中有的带正电，有的带负电，在强电场作用下向相反方向运动的结果
B．空气能够导电，是因为空气分子在射线或强电场作用下电离的结果
C．空气密度越大，导电性能越好
D．空气密度变得越稀薄，越容易发出辉光
【答案】BD 解析：一般情况下，空气是绝缘体，在射线受热作用或强电场作用下空气分子被电离，才具有导电功能，并且电离后的自由电荷在稀薄空气中导电效果更好，B、D对．
2．(多选)某大功率用电器在开关切断瞬间，开关处有电火花，其正确解释是( )
A．因为空气是良导体，电火花是空气放电形成的
B．开关两端产生的高电压，使空气电离放电
C．为避免产生电火花，可把开关浸在绝缘油中
D．以上说法均不对
【答案】BC 解析：由于通常状态下空气是绝缘体，A错；空气在强电场作用下电离形成导体而导电，故B对，C对．
3．下列实验现象中，支持阴极射线是带电微粒观点的是( )
A．阴极射线可以透过薄铝片
B．阴极射线通过电场或磁场时要产生相应的偏转
C．阴极射线透过镍单晶时产生衍射现象
D．阴极射线轰击荧光物质时发出荧光
【答案】B 解析：γ射线也能透过薄铝片，但γ射线不带电，从A选项不能确定X射线是否带电，故A错误；阴极射线是电子流，电子带负电，因此可通过电场或磁场偏转来确定阴极射线是否带电，故B正确；C项只表明阴极射线具有波的特性，不能判断其是否带电，故C错误；紫外线轰击荧光物质时也能发出荧光但紫外线不带电，从D项不能确定X射线是否带电，故D错误．故选B．
4．(2017武汉模拟)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
【答案】C 解析：应用左手定则判断洛伦兹力时，四指指向电子运动的反方向，磁场穿过掌心，则大拇指所指方向为受力方向，故所加的磁场垂直于纸面向外．故A、B、D错误，C正确．
5．(多选)关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确的是( )
A．测得了电子的质量
B．提出了电荷分布的量子化观点
C．为电子质量的最终获得做出了突出贡献
D．为人类进一步研究原子的结构提供了全部的理论依据
【答案】AC
6．(2018合肥模拟)如图所示，阴极射线示波管的聚集电场是由电极A1、A2形成，实线为电场线，虚线为等势线，x轴为该电场的中心轴线，P、Q、R为一个从左侧进入聚焦电场的电子运动轨迹上的三点，则下列说法不正确的是( )
A．电极A1的电势低于电极A2的电势
B．电子在P点处的动能大于在Q点处的动能
C．电场中Q点的电场强度大于R点的电场强度
D．电子从P至R的运动过程中，电场力对它一直做正功
【答案】B 解析：沿电场线电势降低，因此电极A1的电势低于电极A2，故A正确；电子从P至R的运动过程中，是由低电势向高电势运动，电场力做正功，动能增加，电势能减小，故B错误，D正确；等势线密的地方电场线也密，因此Q点电场线比R点电场线密，故Q点的电场强度大于R点的电场强度，因此C正确．本题选择错误的，故选B．
能力提升
7．(多选)如图所示，从正离子源发射的正离子经加速电压
U加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，发现离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过电场( )
A．增大电场强度E，减小磁感应强度B
B．减小加速电压U，增大电场强度E
C．适当地加大加速电压U
D．适当地减小电场强度E
E．增大磁感应强度B
【答案】CDE 解析：正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场的区域中，受到的电场力F＝qE，方向向上，受到的洛伦兹力f＝qvB，方向向下，离子向上偏，说明了电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，即qE＝qvB，则只有使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U或增大磁感应强度B，减小电场力的途径是减小场强E.选项C、D、E正确．
8．一个半径为1.64×10－4
cm的带负电的油滴，在电场强度等于1.92×105
V/m的竖直向下的匀强电场中，如果油滴受到的电场力恰好与重力平衡，问：这个油滴带有几个电子的电荷？(已知油的密度为0.851×103
kg/m3)
【答案】5 解析：油滴体积V＝πr3＝×3.14×(1.64×10－4×10－2)3
m3＝1.847×10－17
m3，
油滴质量m＝ρV＝0.851×103×1.847×10－17
kg＝1.572×10－14
kg，设油滴中有N个电子，因油滴所受库仑力与重力平衡，所以有mg＝Eq＝ENe，
N＝＝个＝5个，
所以这个油滴带有约5个电子．
9．在研究性学习中，某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如图所示．abcd是个长方形盒子，在ad边和cd边上各开有小孔f和e，e是cd边上的中点，荧光屏M贴着cd放置，能显示从e孔射出的粒子落点位置．盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B.粒子源不断地发射相同的带电粒子，粒子的初速度可以忽略．粒子经过电压为U的电场加速后，从f孔垂直于ad边射入盒内．粒子经磁场偏转后恰好从e孔射出．若已知
＝＝L，不计粒子的重力和粒子之间的相互作用．请你根据上述条件求出带电粒子的比荷.
【答案】 解析：带电粒子进入电场，经电场加速．根据动能定理qU＝mv2，得v＝
.粒子进入磁场后做匀速圆周运动，轨迹如图所示．
设圆周半径为R，在三角形Ode中，有
(L－R)2＋2＝R2，
整理得：R＝L，
洛伦兹力充当向心力：qvB＝m，
联立上述方程，解得＝.(共32张PPT)
1 电子的发现
通过回答下面的问题复习上一章我们学习的知识：在一杯静置室内的开水中放入一支温度计，可以看到开水的温度是逐渐降低的．既然从微观的角度来看开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？
答案：开水向外辐射的每一份能量子能量很小(微观量)，而水降低1
℃释放的能量很大(宏观量)，由于温度计的精度不够，所以观察到的温度计的温度是逐渐降低的．
一、阴极射线
1．气体导电特点：(1)通常状态下，气体是________的，在强电场条件下，气体能够被________而导电；(2)研究气体放电时一般都用____________，导电时可以看到________放电现象；(3)当气体压强很低时，从阳极射出的粒子打在玻璃上发出的荧光，实际上是________打在管壁上发光．
【答案】(1)不导电 电离 (2)稀薄气体 辉光 (3)电子
2．产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴阳两极时，当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，叫________．
【答案】阴极射线
3．特点：碰到荧光物质能使其________．
【答案】发光
二、电子的发现
1．汤姆孙的探究方法
(1)让阴极射线分别通过电场或磁场，根据________现象，证明它是________的粒子流并求出了其比荷．
(2)换用不同材料的阴极和不同的________，所得粒子的________________相同．
(3)粒子带负电荷，比荷是氢离子的近两千倍，说明阴极射线粒子质量远小于氢离子质量．
(4)组成阴极射线的粒子称为________．
【答案】(1)偏转 带电 (2)场 比荷的数值 (4)电子
2．汤姆孙的进一步研究
(1)汤姆孙研究的新现象：如____________，热离子发射效应和β射线等发现，不论____________，β射线，光电流还是热离子流，它们都含有____________．
(2)结论：不论是由于正离子的轰击，紫外光的照射，金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的带电粒子——电子．由此可见，电子是原子的组成部分，是比原子更________的物质单元．
【答案】(1)光电效应 阴极射线 电子 (2)基本
1．辉光放电
(1)辉光放电现象是在置有板状电极的玻璃管内充入低压气体或蒸气，当两极间电压较高(约1
000
V)时，稀薄气体中的残余正离子在电场中加速，有足够的动能轰击阴极，产生二次电子，使气体导电，辉光放电的特征是电流强度较小(约几毫安)，温度不高，故电管内有特殊的亮区和暗区，呈现瑰丽的发光现象．
阴极射线产生与应用
(2)辉光放电的应用：利用其发光(如霓虹灯，日光灯)以及正常辉光放电的稳压效应(如氖稳压管)．
2．荧光的产生：玻璃管内气体接近真空，辉光消失，却在阴极孔外玻璃板上观察到荧光，并且能使不透明物体产生阴影，产生这种现象的原因是阴极发出的某种射线撞击玻璃的结果，即阴极射线．
3．阴极射线的应用：如示波器、电视显像管、电子显微镜、高速的阴极射线打在某些金属靶上能产生X射线，还能用于研究物质晶体结构，直接用于切割、熔化、焊接等．
1．(2017温州月考)关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( )
A．阴极射线本质是氢原子
B．阴极射线本质是电磁波
C．阴极射线本质是电子
D．阴极射线本质是X射线
【答案】C
解析：阴极射线是电子流，电子带负电．故A、B、D错误，C正确．
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，故研究电场力(或洛伦兹力)对电子运动的影响时，一般不计重力的影响．
2．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．
探究阴极射线的方法
2．一种测定电子比荷的实验装置如图所示．真空玻璃管内，阴极K发出的电子经阳极A与阴极K之间的高电压加速后，形成一细束电子流，以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C、D间的区域．
若两极板C、D间无电压，电子将打在荧光屏上的O点；若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O.已知极板的长度l＝5.00
cm，C、D间的距离d＝1.50
cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L＝12.50
cm，U＝200
V，B＝6.3×10－4
T，P点到O点的距离y＝3.0
cm.试求电子的比荷．
【答案】1.612
5×1011
C/kg
例1 一束电子流在经U＝5
000
V
的加速电压加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示．若两板间距d＝1.0
cm，板长l＝5.0
cm，那么，要使电子能从平板间飞出，两极板上最多能加多大电压？
阴极射线在电场或磁场中偏转
反思领悟：阴极射线在电场中或磁场中偏转实质是带电粒子在电磁场中的运动，解决这类题目关键还是需进行受力分析和运动情况分析，然后运用力学规律解决问题，另外，应注意电子一般不计重力．
1．(2017连云港质检)如图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，在下列措施中可采用的是( )
A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向
D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
【答案】B
解析：若加一沿z轴负方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿y轴负方向，亮线不偏转，不符合题意，故A错误．若加一沿y轴正方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿z轴负方向，亮线向下偏转，符合题意，故B正确．若加一沿z轴负方向的电场，电子带负电，电场力方向沿z轴正方向，亮线向上偏转，不符合题意，故C错误．若加一沿y轴正方向的电场，电子带负电，电场力方向沿y轴负方向，亮线不偏转，不符合题意，故D错误．
例2 1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在实验中汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑．若在D、E间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区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，电子向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题．
测量带电粒子的比荷
反思领悟：(1)比荷的测定问题只是带电粒子在磁场和电场中运动的一类典型例子，这种方法可以推广到带电粒子在复合场中运动，求其他相关的问题．
(2)解决带电粒子在电磁场中运动的问题时要注意以下几点：
①带电粒子的带电性质．②正确描绘运动轨迹．③能确定半径、圆心．④会利用几何知识把有关线段与半径联系起来．
