第一部分 第三章 第一节
基础达标
1．在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束．已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是( )
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】经加速电场加速后eU＝mv2，v＝ ，电子束的电流为I＝neSv，n＝，Δl长的电子束内电子个数为N＝nSΔl＝ ，故B正确．
2．(2019年永丰名校月考)关于阴极射线的性质，下列说法正确的是( )
A．阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的
B．阴极射线本质是电子流
C．阴极射线在电磁场中的偏转，表明阴极射线带正电
D．阴极射线的比荷比氢原子核小
【答案】B
【解析】阴极射线是在真空管内由负极放出的电子流，不是电子打在玻璃管壁上产生的，故A错误；阴极射线本质就是电子流，故B正确；阴极射线本质就是电子流，故阴极射线在电磁场中的偏转表明阴极射线带负电，故C错误；电子的电量与氢离子的电量相等，质量比氢原子核质量小，所以电子的比荷比氢原子核比荷大，故D错误．
3．观察阴极射线的阴极射线管中的高电压的作用是( )
A．使管内气体电离
B．使管内产生阴极射线
C．使管内障碍物的电势升高
D．使电子加速
【答案】D
【解析】在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射出的电子流，通过高电压对电子加速获得能量，而与玻璃发生撞击而产生荧光．故D正确．
4．如图所示为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内抽成真空，A为发射电子的阴极，K为接在高电势点的加速电极，A、K之间电压为U，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K的小孔中射出的速度大小为v，下列说法正确的是( )
A．如果AK间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度为2v
B．如果AK间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度为
C．如果AK间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度为
D．如果AK间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度为v
【答案】D
【解析】当AK间电压不变，距离变化时，电场力对电子做功不变，即射出时速度仍为v，A、B错误；当AK间电压减半时，电场力对电子做功为原来的一半，而eU＝mv2，则eU＝mv′2，则v′＝v，即速度变为原来的，D正确、C错误．
5．(多选)关于空气的导电性能，下列说法正确的是( )
A．空气导电，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即能导电
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．空气变得越稀薄，越容易发出辉光
【答案】BD
【解析】空气是由多种气体组成的混合气体，在正常情况下，气体分子不带电(显中性)，是较好的绝缘体．但在射线、受热及强电场作用下，空气分子被电离，才能够导电，且空气密度较大时，电离的自由电荷很容易与其他空气分子碰撞，正、负电荷重新复合，难以形成稳定的放电电流，而电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导电性能更好，综上所述，答案应为B、D．
6．(多选)如图所示，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，发现射线的径迹往下偏，则( )
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，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
【答案】BC
【解析】因为AB中通有电流，所以会在阴极射线管中产生磁场，电子因为受到洛伦兹力的作用而发生偏转，由左手定则可知，阴极射线管中的磁场方向垂直于纸面向里，再根据安培定则可知，AB中的电流方向应是由B流向A；当AB中的电流方向变为由A流向B时，则AB上方的磁场方向变为垂直于纸面向外，电子所受洛伦兹力方向变为向上，电子束的径迹会变为向上偏转．
7．(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】开关处产生的电火花，是因为用电器切断电源瞬间，由于自感而产生高电压所致，高电压形成的强电场使空气电离导电，出现电火花；避免产生电火花的方法是使聚集在开关两端的正、负电荷慢慢放电，C项叙述是较好的解决方法．
8．(多选)如图所示，示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成．如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的( )
A．极板X应带正电 B．极板X′应带正电
C．极板Y应带正电 D．极板Y′应带正电
【答案】AC
【解析】电子受力方向与电场方向相反，因电子向X方向偏转则，电场方向为X到X′，则X带正电 同理可知Y带正电，故A、C正确，B、D错误；故选AC．
能力提升
9．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．适当地加大磁感应强度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．
10．汤姆生在测定阴极射线的荷质比时采用的方法是利用电场、磁场偏转法，即通过测出阴极射线在给定的匀强电场和匀强磁场中穿过一定距离时的速度偏转角来达到测定其荷质比的目的．利用这种方法也可以测定其他未知粒子的荷质比，反过来，知道了某种粒子的荷质比也可以利用该方法了解电场或者磁场的情况．
假设已知某种带正电粒子(不计重力)的荷质比为k，匀强电场的电场强度为E，方向竖直向下．先让粒子沿垂直于电场的方向射入电场，测出它穿过水平距离L后的速度偏转角θ(θ很小，可认为θ≈tan θ)如图甲所示；接着用匀强磁场代替电场，让粒子以同样的初速度沿垂直于磁场的方向射入磁场，测出它通过一段不超过圆周长的弧长s后的速度偏转角φ如图乙所示．试求出以k、E、L、s和φ所表示的测定磁感应强度B的关系式．
甲 乙
【答案】B＝
【解析】设粒子的初速度为v，在电场中粒子做类平抛运动，
有L＝vt，vy＝at，a＝＝kE，θ＝tan θ＝，
解得：v2＝.
在磁场中粒子做匀速圆周运动，
有qvB＝，s＝Rφ，
解得v＝＝，
由以上各式解得：B＝.
课件25张PPT。第一节 敲开原子的大门1．(多选)关于物质波，下列认识错误的是( )
A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
D．宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象
【答案】BD 【解析】由德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项是正确的；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象，并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的、无规律的，但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项D错误．综合以上分析知，本题应选B、D.2．氢原子具有不同形状的电子云，这些电子云是( )
A．电子运动时辐射的电磁波
B．电子运动轨道的形状
C．反映电子在各处出现的概率分布
D．电子衍射产生的图样
【答案】C
【解析】电子云的概念，是用来描述电子在原子核外空间各处出现的概率分布的，电子没有固定的轨道，故只有C正确．一、探索阴极射线
1．阴极射线：在抽成真空的玻璃管两端加上________时，从________发出的一种使玻璃管壁上出现荧光的射线．
2．汤姆生对阴极射线的探索方法
(1)让阴极射线通过电场，根据____________，可判断阴极射线带________．
(2)让阴极射线通过磁场，根据____________，测出阴极射线的________．高电压 阴极 偏转情况 负电 偏转情况 荷质比 二、电子的发现
1．汤姆生的探究方法
(1)换用不同的放电气体，或用不同金属材料制作电极，测得阴极射线的荷质比________．
(2)在气体电离、光电效应中，可从不同物质中放出这种射线粒子．
(3)这种粒子的电荷与氢离子基本相同，________却比氢原子小得多．
(4)结论：组成阴极射线的粒子被称为电子，电子带____________，电量e＝_____________________，质量______________________．相同 质量 负电 1.602 2×10－19 C me＝9.1×10－31 kg 阴极射线的玻璃管为什么是真空的？
【答案】在真空度高的放电管中，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，粒子还可能来自管中的气体．1．不计阴极射线的重力，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，一般不考虑重力的影响．研究“阴极射线”的性质
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． 例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，如图，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
解析：由于阴极射线是电子流，阴极射线方向向右传播，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则．使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故C正确．
答案：C
【题后反思】解答时可由题目获取以下信息：(1)阴极射线的方向向右，(2)所加磁场使射线向上偏转．先根据射线是电子流，由运动方向确定其电流方向，再由题目要求使电子向上偏转，利用左手定则判断磁场方向．1．(1)例题中如果通过施加电场来实现射线向上偏转，所加电场的方向怎样？
(2)通过磁场或电场使射线发生偏转后，其电子的速度大小发生了怎样的变化？
【答案】(1)若使电子向上偏转，电子所受电场力方向向上，由此可知，所加电场方向平行于纸面向下．
(2)当通过磁场使电子偏转时，电子受到洛伦兹力做圆周运动，而洛伦兹力总与电子速度方向垂直而不做功，因此电子的速度大小不变；当通过电场使电子偏转，则是电子沿电场力方向加速运动，电场力做正功，故电子速度变大．测量荷质比的方法 例2 在汤姆生测阴极射线荷质比的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过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，阴极射线将向上偏移；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，阴极射线向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：(1)说明阴极射线的电性；
(2)说明图中磁场沿什么方向；
(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的荷质比．
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，则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，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里．
【题后反思】(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，在匀强磁场中做匀速圆周运动，可利用几何知识求其半径．
(2)带电粒子通过互相垂直的匀强电磁场时，可使其做匀速直线运动，由qE＝Bqv求出速度．2．一种测定电子荷质比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，试求电子的荷质比．
【答案】1.61×1011 C/kg
