物理粤教版选修3-5 第三章第一节敲开原子的大门 课时作业 Word版含解析
高中物理(粤教版选修3-5)教师用书：第3章 第1节 敲开原子的大门 含答案
学 习 目 标知 识 脉 络1.知道阴极射线的概念，了解电子的发现过程．(重点)2.知道电子是原子的组成部分．(重点)3.知道电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系．(重点、难点)探索阴极射线[先填空]1．实验装置真空玻璃管、阴极、阳极和高压电源．2．实验现象及阴极射线在一个被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出现绿色荧光．这种奇妙的射线被称为阴极射线．3．阴极射线的本质汤姆生通过实验证明阴极射线本质上是由带负电的微粒组成的．[再判断]1．阴极射线的本质是由带正电的微粒组成．(×)2．在阴极射线所在的区域加一磁场，可判断阴极射线的性质．(√)3．阴极射线在真空中沿直线传播．(√)[后思考]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311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311【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312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向．图312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.电 子 的 发 现[先填空]1．汤姆生的探究方法及结论(1)根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的荷质比．(2)换用不同材料的阴极做实验，所得荷质比的数值都相同，汤姆生计算出的荷质比大约比当时已知的质量最小的氢离子的荷质比大2 000倍．(3)结论：汤姆生直接测量出粒子的电荷，发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本上相同，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此，汤姆生完全确认了电子的存在．2．电子的电荷量和质量(1)电荷量：美国科学家密立根精确地测定了电子的电量e＝1.602_2×10－19 C.(2)质量：根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为m＝9.109_4×10－31 kg.[再判断]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．(×)[后思考]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．电子荷质比(或电荷量)的测定方法根据电场、磁场对电子的偏转测量比荷(或电荷量)，可按以下方法：(1)让电子通过正交的电磁场，如图313甲所示，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)得到电子的运动速度v＝.甲(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，如图313乙所示，保留磁场让电子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvB＝m得＝＝.乙图3132．密立根油滴实验(1)装置密立根实验的装置如图314所示．图314①两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上板带正电，下板带负电．油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中．②大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降．观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察．(2)方法①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E.但是由于油滴太小，其质量很难直接测出．密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量．没加电场时，由于空气的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空气给油滴的摩擦力而使油滴匀速下落，可测得速度v1.②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡．根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量．(3)结论带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e.3．(多选)关于电荷的电荷量，下列说法正确的是( )【导学号：55272074】A．物体所带电荷量可以是任意值B．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19 CC．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍D．电子就是元电荷【解析】密立根的油滴实验测出了电子的电量为1.6×10－19 C，并提出了电荷量子化的观点，因而故A错，B对；任何物体的电荷量都是e的整数倍，故C对，D错．【答案】BC4．密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性．如图315所示是密立根油滴实验的原理示意图，设小油滴的质量为m，调节两极板间的电势差U，当小油滴悬浮不动时，测出两极板间的距离为d.则可求出小油滴的电荷量q＝________.图315【解析】由平衡条件得mg＝q，解得q＝.【答案】mgdU5．如图316所示为汤姆生用来测定电子比荷的装置．当极板P 和P′间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O′点，O′点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与P′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B 时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2.【导学号：55272075】图316(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小．(2)推导出电子比荷的表达式．【解析】(1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有Bev＝Ee＝e，得v＝UBb即打到荧光屏O点的电子速度的大小为.(2)由d＝2＋·可得e＝＝.m【答案】(1) (2)2dUB2bL1L1＋2L2巧妙运用电磁场测定电子比荷1．当电子在复合场中做匀速直线运动时，qE＝qvB，可以测出电子速度的大小．2．电子在荧光屏上的落点到屏中心的距离等于电子在电场中的偏转位移与电子出电场到屏之间的倾斜直线运动偏转位移的和．。
2019-2020版物理新课堂学案选修3-5粤教版检测：第三章第一节敲开原子的大门 Word版含解析
第三章原子结构之谜第一节敲开原子的大门A级抓基础1．阴极射线是()A．光子流B．电子流C．质子流D．中子流解析：阴极射线是电子流，电子带负电．而γ射线是光子流，故B正确，A、C、D错误．答案：B2．以下说法正确的是()A．密立根用摩擦起电的实验发现了电子B．密立根用摩擦起电的实验测定了电子的电荷量C．密立根用油滴实验发现了电子D．密立根用油滴实验测定了电子的电荷量解析：密立根用油滴实验测定了电子的电荷量，故D正确．答案：D3．(多选)1897年英国物理学家汤姆生发现了电子，被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是()A．汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的荷质比B．汤姆生通过对光电效应的研究，发现了电子C．电子的质量无法测定D．汤姆生通过对不同材料的阴极发出的射线的研究，并研究了光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元解析：汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的荷质比，故A正确；汤姆生通过对阴极射线的研究，发现了电子，故B错误；根据电子的电荷量及荷质比，可以测出电子的质量，故C错误；汤姆生通过对不同材料的阴极发出的射线的研究，并研究了光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元，故D正确．答案：AD4．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．垂直于纸面向里解析：由于阴极射线的本质是电子流，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：CB级提能力5．下列说法正确的是()A．阴极射线在电场中一定会受到电场力的作用B．阴极射线在磁场中一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：阴极射线是高速运动的电子流，在电场中一定要受到电场力的作用，所受电场力方向与电场方向相反，A对，C错．在磁场中如果电子运动方向与磁场方向平行则电子不受磁场力，当受磁场力时，由左手定则知所受磁场力方向与磁场方向垂直，B、D错．答案：A6．从阴极射线管发射出的一束电子，通过图示的磁场，以下四幅图中能正确描绘电子偏转情况的是()A B C D解析：如题图，电子束从阴极(负极)射出，根据左手定则：伸开左手，磁感线穿过手心，四指指向电子运动的相反方向，拇指指向洛伦兹力方向，判断得知电子所受的洛伦兹力方向向下，则电子束向下偏转，故B正确．答案：B7．如图是阴极射线管示意图．接通电源后，阴极射线由阴极沿x轴正方向射出，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轴正方向解析：若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方向，故A错误，B正确；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿z 轴正方向，故C、D错误．答案：B8．电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验测出的．密立根实验的原理如图所示．两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上面的A板带正电，下面的B板带负电．油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场E中．大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降，观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察．如图所示，在A板上方用喷雾器将细油滴喷出，若干油滴从板上的一个小孔中落下，喷出的油滴因摩擦而带负电．已知A、B板间电压为U、间距为d时，油滴恰好静止．撤去电场后油滴徐徐下落，最后测出油滴以速度v匀速运动，已知空气阻力正比于速度：f＝k v，则油滴所带的电荷量q＝________．某次实验得q 的测量值见下表(单位：10－19 C)：_____________________________________________________.解析：mg －U d q ＝0，mg －k v ＝0，解得q ＝k v d U.油滴的带电荷量是1.6×10－19 C 的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6×10－19 C.答案：k v d U 油滴的带电荷量是1.6×10－19C 的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6×10－19C。
2017粤教版高中物理选修31《敲开原子的大门》规范训练
第三章原子结构之谜第一节敲开原子的大门（时间：60分钟）考查知识点及角度难度及题号基础中档稍难阴极射线及气体导电1、2、34、5、67带电粒子比荷的测定8、91011、12综合提升1314知识点一阴极射线及气体导电1.(双选)关于阴极射线，下列说法正确的是（)。
A。
阴极射线带负电B。
阴级射线带正电C.阴级射线的比荷比氢原子的比荷大D.阴极射线的比荷比氢原子的比荷小解析由阴极射线在电场中的偏转方向可判断其带负电,A对；汤姆生用实验测定，阴极射线比荷是氢原子比荷的近两千倍，C对.答案AC2。
(双选)关于空气导电性能,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荷，有的带负电荷,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,才具有导电性能,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,正确答案B、D、答案BD3。
下列现象中与阴极射线所含粒子不同的是().A。
光电效应中射出的粒子 B.β射线包含的粒子C.热离子发射效应中的粒子D。
热辐射包含的粒子解析光电效应中射出的粒子、β射线包含的粒子、热离子发射效应中的粒子,和阴极射线中所含粒子一样，都是电子.但热辐射中辐射出的是光子。
答案 D4.(双选)汤姆生对阴极射线的探究,最终发现了电子,由此被称为“电子之父”，下列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,均为同一种粒子--即电子,电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量；由此可知A、D 正确,B、C错误。
物理粤教版选修3-5素材：课堂互动 第三章1.敲开原子的
课堂互动三点剖析一、阴极射线的研究1.1858年德国人普吕克尔在研究气体放电时，注意到放电管正对阳极的管壁上发出了荧光，证明是因为有一种射线从阴极发出打在管壁上所致，因此就把这一射线叫阴极射线.2.E·戈德斯认为阴极射线是一种电磁辐射，但英国物理学家克鲁克斯和其他的人却说不是；他们认为阴极射线是某种粒子束.1897年，物理学家J·汤姆生证实了阴极射线也会被电荷影响而偏转，无疑解决了这一问题.然而这些阴极“粒子”是什么呢？那时候唯一知道的带负电的粒子是原子的负离子.实验证明，阴极射线粒子不可能是这种离子，因为它们受电磁场的偏转如此强，所以它们必然具有难以想象的高电荷，要不就是非常轻的粒子，质量不到氢原子的1/1 000，最后确定它为电子.二、研究“阴极射线”性质所需的电磁场知识1.阴极射线的本质是电子，在不大的电磁场中运动时，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影响时，一般不考虑重力影响.2.当电子流垂直磁场进入磁场，电子将做匀速圆周运动，所受洛伦兹力提供其做圆周运动的向心力，即evB=Rm v 2得R=eB mv ,然后根据所给几何关系，不难求出电子射到荧光屏上的偏转量.3.质量为m e ,电荷量为e 的电子，假设以速度v 垂直射入电场强度为E 的电场，如图3-1-3所示：射出电场时其偏移量y=2222121vL m eE at e ∙=;图3-1-3各个击破【例1】 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 射线解析：阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X 射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的.答案：C类题演练1关于阴极射线的性质，判断正确的是（ ）A.阴极射线带负电B.阴极射线带正电C.阴极射线的比荷比氢原子比荷大D.阴极射线的比荷比氢原子比荷小解析：通过让阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢原子的比荷大得多，故仅A 、C 两项正确.答案：AC类题演练2汤姆生是怎样发现电子的？解析：汤姆生通过测定阴极射线的电性实验，测得阴极射线中含有带负电的粒子，然后通过测定阴极射线中负粒子的比荷的大小（通过带电粒子在电磁场中的运动实验）从而推理得到阴极射线中的粒子是电子.答案：见解析【例2】 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3-1-2所示，若两板间距d=1.0 cm,板长l=5.0 cm,那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？图3-1-2解析：在加速电压一定时，偏转电压U′越大，电子在极板间的偏距就越大.当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出，此时的偏转电压，即为题目要求的最大电压.加速过程，由动能定理得eU=2021mv ① 进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速运动l=v 0t ② 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动，加速度a=dm eU m F '= ③ 偏距y=221at ④ 能飞出的条件为y≤2d ⑤ 解①—⑤式得U′≤V l Ud 222222)100.5()100.1(500022--⨯⨯⨯⨯==4.0×102 V. 答案：U′≤4.0×102 V。
物理粤教版选修3-5课后训练：第三章第一、二节敲开原
敲开原子的大门原子的结构练习1．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轴正方向射出，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2．（2011·泉州高二模拟）如图所示为卢瑟福α粒子散射实验的原子核和两个α粒子的径迹，其中可能正确的是（）．3．（2010·上海单科）卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是（）．A．α粒子的散射实验 B．对阴极射线的研究C．天然放射性现象的发现 D．质子的发现4．（双选）1897年英国物理学家汤姆生发现了电子并被为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是（）．A．汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷B．汤姆生通过光电效应的研究，发现了电子C．电子质量是质子质量的1 836倍D．汤姆生通过对不同材料做阴极发生的射线做研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元5．（双选）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，说明原子核具有一定的结构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6．（双选）（2011·沈阳高二检测）卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出（）．A．原子的核式结构模型B．原子核内有中子存在C．电子在原子核外面运动D．原子核是由质子和中子组成的7．汤姆生1897年用阴极射线管测量了电子的比荷（电子电荷量与质量之比），其实验原理如图所示．电子流平行于极板射入，极板P、P′间同时存在匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B时，电子流不会发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B时，电子流穿出平行板电容器时的偏向角1= rad15．已知极板长L＝3.0×10－2m，电场强度大小为E＝1.5×104 V/m，磁感应强度大小为B＝5.0×10－4 T．求电子比荷．试估算金核的密度为多少？参考答案1．答案：B2．答案：A3． 答案：A 解析：卢瑟福根据α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构模型．4．答案：AD 解析：1897年汤姆生根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定阴极射线本质上是带负电的电子流，并求出了比荷，从而发现了电子，故A 对，B 错；电子质量是质子质量的11836，故C 错；汤姆生通过对不同材料做阴极研究阴极射线时均为同一种相同粒子——电子，这就说明电子是构成物质的基本单元，而对光电效应等现象的研究更加验证了这一点．故D 对．5．答案：CD 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 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．6．答案：AC 解析：卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，发现α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进，但有少数发生大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，有的几乎达到180°．大多数不发生偏转，说明原子中存在很大的空间，少数发生大角度偏转，说明α粒子受到很强的库仑力的作用，由此可知，原子内部存在质量很大、体积很小的粒子，就是原子核，因此A 、C 选项正确．7．答案：1.3×1011 C/kg解析：无偏转时，洛伦兹力和电场力平衡，则eE ＝evB 只存在磁场时，有2v evB m r=，由几何关系sin L r θ=，偏转角很小时，L r θ≈ 联立上述公式并代入数据得电子的比荷2e E m B Lθ=≈1.3×1011 C/kg ． 8．答案：9.8×1015 kg/m 3解析：粗略地，可把金核看做一个球体，把α粒子接近它的最小距离作为它的半径r ，则金核的体积表示为34π3V r =，而金核的质量M ＝197×1.67×10－27 kg≈3.29×10－25 kg ，故其密度为251433.2910/4 3.142103M V ρ--⨯==⨯⨯(⨯)kg/m 3≈9.8×1015 kg/m 3．。
2019粤教版选修(3-5)3.1《敲开原子的大门》word学案
2019粤教版选修(3-5)3.1《敲开原子的大门》word 学案【学习目标】（1）了结汤姆生发现电子的历史过程。
（2）知道什么是阴极射线，了解他的实质。
（3）体会研究阴极射线的方法。
【学习重点】电子发现的方法和过程。
通过实验说明阴极射线的存在，对阴极射线的一系列实验研究发现了电子。
电子的发现说明原子不是组成物质的最小微粒。
【知识要点】1、阴极射线气体分子在高压电场下可以发生电离，使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体史料：科学家在研究气体导电时发现了辉光放电现象。
1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。
德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的。
所以他把这种未知射线称之为阴极射线。
对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。
（1）电磁波说：代表人物，赫兹。
认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。
认为这种射线的本质是一种高速粒子流。
2、汤姆孙的研究英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。
实验装置如图所示，从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过C 1C 2后沿直线打在荧光屏A ＇上。
（1）当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，（2）为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域采取什么措施。
在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外。
当满足条件： 时，则阴极射线不发生偏转。
则：（3）根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角为：又因为：且 则： 根据已知量，可求出阴极射线的比荷。
思考：利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计算阴极射线的比荷？汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的。
这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。
高中物理粤教版选修3-5 第三章第一节敲开原子的大门 课堂练习 Word版含解析
1．(单选)发现电子的科学家是()A．汤姆生B．玻尔C．卢瑟福D．查德威克解析：选A.1897年汤姆生发现电子．2．(单选)下面对阴极射线的认识正确的是()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，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，B错误，D正确；阴极射线可以穿透薄铝片，可能是电磁波，也可能是更小的粒子，C错误．3．(双选)下列是某实验小组测得的一组电荷量，哪些是符合事实的()A．＋3×10－19 C B．＋4.8×10－19 CC．－3.2×10－26 C D．－4.8×10－19 C解析：选BD.电荷是量子化的，任何带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍.1.6×10－19 C是目前为止自然界中最小的电荷量，故B、D正确．4．(双选)下列关于电子的说法正确的是()A．汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷B．汤姆生通过光电效应的研究，发现了电子C．电子质量是质子质量的1 836倍D．汤姆生通过对不同材料做阴极发出的射线进行研究，并研究了光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元解析：选AD.1897年汤姆生根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定阴极射线本质上是带负电的电子流，并求出了比荷，从而发现了电子，故A对，B错；电子质量是质，故C错；汤姆生通过对不同材料做阴极研究阴极射线时均为同一种相同粒子质量的11 836子——电子，这就说明电子是构成物质的基本单元，而对光电效应等现象的研究更加验证了这一点，故D对．5.阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流，这些微观粒子是______．若在如图所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将________(填“向上”“向下”“向里”或“向外”)偏转．解析：由电子的发现过程可知，阴极射线本质是高速运动的电子流．当电子在磁场中偏转时，由左手定则可知电子会受到向下的磁场力，故向下偏转．答案：电子向下。
物理粤教版选修3-5课后集训：第三章1.敲开原子的大门
课后集训基础达标1.如图3-1-4所示，电子在电势差为U 1的电场加速后，垂直射入电势差为U 2的偏转电场.在满足电子能射出偏转电场的条件下，下列四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是（ ）图3-1-4A.U 1变大、U 2变大B.U 1变小、U 2变大C.U 1变大、U 2变小D.U 1变小、U 2变小解析：要使电子的偏转角变大，可以有两种途径：①减小U 1使发射速度减小，从而增加偏转时间.②增大U 2增加偏转力.答案：B2.如图3-1-5所示，光电管的阴极被某种频率的光照射后，能产生光电效应.阴极K 上的电子被激发逸出表面（初速为零），经电压U 加速后打到阳极A 上，并立即被A 吸收.若电流大小为I ，电子电荷量为e ，质量为m.图3-1-5（1）A 极在单位时间内所受的冲量为________________.（2）阴极K 的材料原来为铷，现改为铯，若照射光的频率保持不变，则A 极受到的光压将_______________（填“增大”或“减小”）.解析：光电子逸出动能增大，光电子数增多，这都会使光压增加.（1）光电子在电场中加速eU=221mv 故每个电子的动量为p 0=mv=meU 2I=ne故电子个数n=eI 故单位时间的冲量I=Δ（n p 0）=em U I 2. (2)改为铯，光电子的初动能变大，故A 极受的光压增大.答案：（1）em U I 2 （2）增大 3.（1）向荧光屏看去，电子向我们飞来，在偏转线圈中通以如图3-1-6所示电流，电子偏转方向为( )图3-1-6A.向上B.向下C.向左D.向右（2）如果发现电视画面的幅度比正常偏小，可能是下列哪些原因引起的（ ）A.电子枪发射能力减小B.加速电压的电压过高，电子速度大C.偏转线圈匝间短路，偏转匝数减少D.偏转线圈电流过小，偏转磁场减弱解析：（1）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，选项A 正确.（2）电视画面幅度减小是由于偏转角太小引起的.其原因一是因为电子的速度太大，即加速电压过高；二是因为偏转磁场的强度太弱.偏转线圈中电流太小和匝间短路引起的有效匝数减少都会使磁感应强度减弱，故选项B 、C 、D 正确.答案：（1）A （2）BCD4.(2006北京模拟)如图3-1-7所示，一束阴极射线自下而上进入一水平方向的匀强电场后发生偏转，则电场方向______________，进入电场后，阴极射线粒子的动能______________（填“增加”“减少”或“不变”）图3-1-7解析：阴极射线为电子流；带负电，现在向右偏转，故电场方向水平向左；进入电场后，电场做正功，电子动能增加.答案：水平向左 增加5.已知电子质量为9.1×10-31 kg,静电荷量为-1.6×10-19e ，当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10-10 m 时，求电子绕核运动的速度、频率、动能和等效的电流.（静电力常量k=9.0×109 N·m 2/C 2）解析：电子受核的库仑力为绕核转动的向心力，由公式：r v m rke 222 ,可得v=rm k e =2.18×106 m/s,f=v/2πr=6.55×1015Hz,E=mv 2/2=2.16×10-18J,I=e/T=1.05×10-3A.答案：2.18×106 m/s 6.55×1015 Hz 2.16×10-18J 1.05×10-3A综合运用6.S 为电子源，它只在图3-1-8所示的纸面上360°范围内发射速率相同，质量为m,电荷量为e 的电子，MN 是一块足够大的竖直挡板，与S 的水平距离OS=L.挡板左侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B ，求：图3-1-8（1）要使S 发射的电子能够达到挡板，则发射电子的速度至少为多大？（2）若电子发射的速度为eBL/m ，则挡板被击中的范围有多大？解析：（1）从S 发射电子速度方向竖直向上，并且轨道半径恰好等于2L 时，为能够达到挡板的最小发射速度.如右图，eBv=meBL v L m v 2,2=.图3-1-8(2)如右图，R=eB mv =L,Sa=2L,Oa=33,322===-LL L Oa L SO Sa =tanθ,θ=60°,所以击中挡板上边界的电子，发射角应为与水平成30°角斜向上，电子在磁场中恰好运动半圆周达到挡板上边界.若要击中挡板下边界，电子发射方向应正对挡板O 点，电子在磁场中才能恰好运动1/4圆周达到挡板下边界，Sb=L L L 222=+,Ob=22SO Sb -=L,ab=(3+1)L.答案：（1）meBL 2 (2)(3+1)L 7.如图3-1-9中S 为一离子源，它能机会均等地向各方向持续发射大量正离子.离子质量皆为m ，电荷量皆为q ，速率皆为v 0.在离子源的右侧有一半径为R 的圆屏，O O′是通过圆屏中心O 并垂直于屏面的轴线，S 位于轴线上.空间有一平行于轴线向右的匀强磁场，磁感应强度为B.发射的离子中，有的离子不论SO 的距离如何，总能打到圆屏上，求这类离子占离子总数的比例（不考虑离子间的碰撞）.图3-1-9解答：S 发出的正离子凡是方向偏左的，都打不到圆屏上，所以只考虑偏右的.设大量离子围成一球形，如果球半径为R ，发射方向与轴线间的夹角是θ，则离子沿轴方向的分速度v ∥=v 0cosθ垂直于轴方向的分速度v ⊥=v 0sinθ.在洛伦兹力作用下，每个离子都做等螺距螺旋运动，运动轨迹都和轴相切.根据牛顿第二定律，用r 表示圆周运动的半径，应有qBv 0sinθ=qBmv r r v m θθsin ,)sin (020=.凡是r ＜2R 的离子，不论SO 多大，总能打在圆屏上，即2sin 0R qB mv <θ,sinθm =02m v RBq .由上图可知，在以S 为顶点、以OO′为轴线、以2θm 为顶点的圆锥范围内的那些离子，总能击中圆屏.这些离子数为A 1=2πRh=2πR·R （1-cosθm ）,A=4πR 2,所以，当RBq ＜2mv 0时，k=211=A A (1-cosθm )=21(1-022220224m v q B R v m -),当RBq ≥2mv 0时，k=21. 答案：21 8.如图3-1-10所示，在磁感应强度B=9.1×10-4 T 的匀强磁场中，CD 是垂直于磁场方向上的同一平面上的两点，相距d=0.05 m ，在磁场中运动的电子经过C 时速度方向与CD 成30°角，而后又通过D 点，求：图3-1-10（1）在图中标出电子在C 点受磁场力方向；（2）电子在磁场中运动的速度；（3）电子由C 点到D 点经历的时间.（电子质量m=9.1×10-31 kg,电子电荷量e=1.6×10-19 C ） 解析：本题是r=Bq m v 和T=Bqm π2的应用，解题关键是画出运动轨迹示意图，从中找出各量之间的关系.（1）电子在C 点受磁场力方向如图所示，垂直于速度方向，沿CD 方向.(2)O 点为电子运动轨迹的圆心，由几何关系可知∠COD=60°,电子运动轨迹的半径r=d,由r=eBmv 得电子在磁场中运动的速度v=s m m eBd /101.905.0101.9106.131419---⨯⨯⨯⨯⨯==8.0×106 m/s. (3)设所用时间为t ，由于转过的弧长CD 所对圆心角为60°则 t=s eB m T 41931101.9106.13101.914.3361---⨯⨯⨯⨯⨯⨯==π=6.5×10-9s.答案：（1）如解析图所示 （2）8.0×106 m/s (3)6.5×10-9s拓展探究9.已知电子的质量m=9.1×10-31 kg,电荷量e=1.6×10-19 C,它以初速度v 0=3.0×106 m/s 沿着与场强垂直的方向射入宽度l=6.0×10-2 m 的匀强电场中，场强大小为E=2×103 N/C ，方向如图3-1-11所示，求：图3-1-11（1）电子在电场中运动的时间；（2）电子射离电场时的速度；（3）电子偏转的侧移距离.解析：(1)电子在电场中运动的时间 t=620100.3100.6⨯⨯=-v l s=2.0×10-8 s; (2)电子在电场中只受电场力作用，沿电场方向加速度 a=31319101.9100.2106.1--⨯⨯⨯⨯=m qE m/s 2=3.5×1014 m/s 2 电子射离电场时沿电场方向的速度分量v′=at=3.5×1014×2.0×10-8 m/s=7.0×106 m/s 电子射离电场时速度大小为v t =2626220)100.7()100.3('⨯+⨯=+v v m/s=7.6×106 m/s偏转角的正切值tanθ=660100.3100.7'⨯⨯=v v =2.33 偏转角 θ=arctan2.33=66.8°;(3)偏转的侧移y=21212=at ×3.5×1014×(2.0×10-8)2 m=7.0×10-2 m. 答案：(1)2.0×10-8 s(2)7.6×106 m/s 右偏下66.8°(3)7.0×10-2 m。
粤教版高中物理选修(3-5)第三章《敲开原子的大门》word学案
学案1 敲开原子的大门[学习目标定位] 1.了解阴极射线及电子发现的过程.2.知道汤姆生是如何测定电子荷质比的，知道电子的电荷量和质量．1．电场和磁场对电荷的作用力(1)电场力F＝qE，正电荷受力方向与场强E方向相同，负电荷受力方向与场强E方向相反．(2)洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力f＝qvB，其方向可用左手定则判断．2．探索阴极射线(1)阴极射线：在一个被抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极发出的一种使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光的射线叫做阴极射线．(2)汤姆生设计了阴极射线管来测定阴极射线的电荷．他通过阴极射线在磁场中偏转、在电场中偏转的实验证明阴极射线本质上是由带负电的微粒组成的，这种粒子的荷质比大约比当时已知的质量最小的氢离子的荷质比大2_000倍．3．电子的发现汤姆生发现，对于不同的放电气体，或者用不同的金属材料制作电极，都测得相同的荷质比，随后又发现在气体电离和光电效应等现象中，可以从不同物体中逸出这种带电粒子，这表明它是构成各种物体的共同成分．汤姆生发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本上相同，质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此汤姆生完全确认了电子的存在，电子是构成原子的组成部分．4．美国物理家密立根精确地测定了电子的电荷量，并根据荷质比精确地计算出了电子的质量．5．电子的发现打破了传统的“原子不可分”的观念，使人类对自然世界的认识又向前迈进了一步.一、阴极射线[问题设计]1．在图1所示的演示实验中，K和A之间加上近万伏的高电压后，玻璃管壁上观察到什么现象？该现象说明了什么问题？图1答案玻璃管壁上观察到淡淡的荧光及管中物体在玻璃管壁上的影，这说明阴极能够发出某种射线，并且撞击玻璃引起荧光．2．人们对阴极射线的本质的认识有两种观点，一种观点认为是电磁辐射，另一种观点认为是带电微粒，你认为应如何判断哪种观点正确？答案可以让阴极射线通过磁场，若射线垂直于磁场方向进入磁场后发生了偏转，则该射线是由带电微粒组成的．[要点提炼]1．阴极射线科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管阴极会发射出一种射线，叫做阴极射线．2．阴极射线的产生阴极射线是一种带负电的粒子流．英国物理学家汤姆生通过阴极射线在磁场和电场中产生偏转的实验，确定了射线微粒的带电性质．二、电子的发现[问题设计]如图2所示为测定阴极射线粒子比荷的装置，从阴极K发出的阴极射线通过一对平行金属板D1、D2间的匀强电场，发生偏转．图2(1)在D1、D2间加电场后射线偏到P2，则由电场方向知，该射线带什么电？(2)再在D1、D2间加一磁场(图中未画出)，电场与磁场垂直，让射线恰好不偏转．设电场强度为E，磁感应强度为B，则电子的速度多大？(3)撤去电场，只保留磁场，使射线在磁场中做圆周运动，若测出轨道半径为r，则粒子的荷质比q m是多大？ 答案 (1)负电(2)粒子受两个力作用：电场力和磁场力，两个力平衡，即有qE ＝qvB ，得：v ＝E B(3)根据洛伦兹力充当向心力：qvB ＝m v 2r ，得出：q m ＝vBr.又v ＝EB ，则q m ＝E B 2r .测出E 、B 、r 即可求荷质比qm. [要点提炼]1．汤姆生的研究方法及结论(1)汤姆生根据阴极射线在电场和磁场中的偏转断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的荷质比．(2)汤姆生用不同材料的阴极和不同的气体做实验，所得的荷质比都是相同的，是氢离子荷质比的近两千倍．(3)汤姆生直接测量了阴极射线粒子的电荷，发现这种粒子的电荷与氢离子电荷大小基本相同．后来把组成阴极射线的粒子称为电子． 2．对电子的认识 电子的电荷量e ＝1.6×10－19C ，是由密立根通过著名的“油滴实验”测出来的．并计算出电子的质量m ＝9.1×10－31kg ，质子的质量与电子的质量的比值：m pm e＝1_836.一、对阴极射线的认识例1 (单选)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3所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为( )图3A ．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 由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右传播，说明电子的运动方向向右，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，故选项C 正确． 答案 C二、测量带电粒子的比荷例2 带电粒子的荷质比qm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，以求得电子的荷质比，实验装置如图4所示．图4(1)他们的主要实验步骤如下：A ．首先在两极板M 1、M 2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，射出的电子从两极板中央通过，在荧光屏的正中心处观察到一个亮点；B ．在M 1、M 2两极板间加合适的电场：加上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，在M 1M 2区域加一个大小、方向合适的磁场B ，使荧光屏正中心重现亮点，试问外加磁场的方向如何？(2)根据上述实验步骤，同学们正确推算出电子的荷质比与外加电场、磁场及其他相关量的关系为q m ＝UB 2d 2.一位同学说，这表明电子的荷质比将由外加电压决定，外加电压越大则电子的荷质比越大，你认为他的说法正确吗？为什么？解析 依据运动的带电粒子在电场中受电场力和在磁场中受洛伦兹力，两者平衡列方程求荷质比．(1)B 中荧光屏上恰好看不到亮点说明电子刚好落在正极板的近荧光屏的边缘，目的是利用极板间的距离d 表示荷质比qm.C 中由于要求洛伦兹力方向向上，根据左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外．(2)不正确，电子的荷质比q m是电子的固有参数，与测量所加U 、B 以及极板间距离d 无关． 答案 见解析敲开原子的大门⎩⎪⎨⎪⎧阴极射线⎩⎪⎨⎪⎧产生性质：带负电，真空中沿直线传播电子的发现⎩⎪⎨⎪⎧汤姆生的研究方法电子发现的意义电子的电荷量和质量1．(单选)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 C2．(单选)关于电子的下列说法中，不正确的是( ) A ．发现电子是从研究阴极射线开始的 B ．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分C ．电子发现的意义是：使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构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 答案 D3．(单选)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磁场力平衡的方法，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质量的千分之一 答案B[概念规律题组]1．(双选)关于阴极射线的性质，判断正确的是( ) A ．阴极射线带负电B．阴极射线带正电C．阴极射线的荷质比比氢原子荷质比大D．阴极射线的荷质比比氢原子荷质比小答案AC解析通过阴极射线在电场、磁场中的偏转发现阴极射线带负电，其荷质比比氢原子的荷质比大得多，故A、C正确．2．(双选)如图1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，发现射线径迹下偏，则( )图1A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．如要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变AB中电流方向来实现D．电子的径迹与AB中电流的方向无关答案BC解析阴极射线带负电，由左手定则判断管内磁场垂直纸面向里；由安培定则判断AB 中电流的方向由B流向A.电流方向改变，管内磁场方向改变，电子受力方向也改变．[方法技巧题组]3．(单选)如图2是阴极射线管示意图．接通电源后，阴极射线由阴极沿x轴正方向射出，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( )图2A．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解析若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方向，B正确；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿z轴正方向．4．(单选)图3为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空，A为发射热电子的阴极，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 .下面的说法中正确的是( )图3A ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为2vB ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为v2C ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为v2D ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为22v 答案 D解析 对电子从A 到K 的过程应用动能定理：eU ＝12mv 2－0，所以电子离开K 时的速度取决于A 、K 之间电压的大小，A 、B 错；如果电压减半，则v 应变为原来的22倍，C 错，D 对．5．亥姆霍兹线圈是一对彼此平行串联的共轴圆形线圈，两线圈大小相同，线圈之间距离d 正好等于圆形线圈的半径R ，如图4所示．这种线圈的特点是能在其公共轴线中点O 附近产生近似匀强磁场，且该匀强磁场的磁感应强度与线圈中的电流成正比，即B ＝kI .电子枪将灯丝溢出的电子经电压为U 的电场加速后，垂直射入上述匀强磁场中，测得电子做匀速圆周运动的半径为r ，试求电子的荷质比．图4答案2UkIr2解析 电子经电压U 加速，由动能定理得：eU ＝12mv 2①当电子垂直射入由亥姆霍兹线圈产生的匀强磁场中，在洛伦兹力作用下电子发生偏转，做圆周运动．洛伦兹力为向心力，则evB ＝m v 2r②由①②两式得：e m＝2UBr2又知，亥姆霍兹线圈产生的磁场与电流成正比，即B ＝kI ，则e m＝2UkIr2.[创新应用题组]6．汤姆生1897年用阴极射线管测量了电子的荷质比(电子电荷量与质量之比)，其实验原理如图5所示．电子流平行于极板射入，极板P 、P ′间同时存在匀强电场E 和垂直纸面向里的匀强磁场B 时，电子流不发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B 时，电子流穿出平行板电容器时的偏向角θ＝115rad.已知极板长L ＝3.0×10－2 m ，电场强度大小为E ＝1.5×104V/m ，磁感应强度大小为B ＝5.0×10－4T ．求电子的荷质比．图5答案 1.3×1011C/kg 解析 无偏转时，有eE ＝evB只存在磁场时，有evB ＝m v 2r (或r ＝mv eB )，由几何关系得r ＝Lsin θ偏转角很小时，r ≈L θ，联立并代入数据得e m ＝E θB L＝1.3×1011C/kg.。
粤教版高中物理选修(3-5)3.1《敲开原子的大门》一课三练
第三章原子结构之谜第一节敲开原子的大门1．1858年，德国科学家__________发现了________射线．在一个抽成真空的玻璃管两端加上________，阴极便会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现__________．这种射线便是阴极射线．2．汤姆生对阴极射线的探究(1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据______现象，证明它是__________的粒子流并求出了其荷质比．(2)换用不同材料的阴极做实验，所得粒子的____________相同，是氢离子荷质比的近两千倍．(3)结论：粒子带______，其电荷量的大小与________大致相同，而质量________氢离子的质量，后来，组成阴极射线的粒子被称为______．3．美国科学家________，精确地测定了电子的电量：e＝______________，并且根据荷质比计算出了电子的质量为m＝______________ kg.【概念规律练】知识点一阴极射线1．关于阴极射线的下列说法中正确的是()A．阴极射线是高速质子流B．阴极射线可以用人眼直接观察到C．阴极射线是高速电子流D．阴极射线是电磁波2．如图1所示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(沿z轴负方向)偏转，则下列措施中可采用的是()图1A．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轴正方向知识点二电子的发现3．关于电子的发现，下列说法中正确的是()A．电子是由德国物理学家普里克发现的B．电子是由德国物理学家戈德斯坦发现的C．电子是由法国物理学家安培发现的D．电子是由英国物理学家汤姆生发现的4．关于电子，下列说法中不正确的是()A．发现电子是从研究阴极射线开始的B．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分C．发现电子的意义是：使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构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5．关于汤姆生发现电子的下列说法中正确的是()A．戈德斯坦是第一个测出阴极射线荷质比的人B．汤姆生直接测出了阴极射线的质量C．汤姆生发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的荷质比是不同的D．汤姆生由实验得到的阴极射线粒子的荷质比是氢离子荷质比的近两千倍【方法技巧练】带电粒子荷质比的测定方法6．带电粒子的荷质比qm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，以求得电子的荷质比，实验装置如图2所示．图2(1)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，并逐步调节增大电压，使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移，直到荧屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压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，使荧屏正中心处重现亮点，试问外加磁场的方向如何？(2)根据上述实验步骤，同学们正确地推算出电子的荷质比与外加电场、磁场及其他相关量的关系为qm＝UB2L2.一位同学说，这表明电子的荷质比大小由外加电压决定，外加电压越大则电子的荷质比越大，你认为他的说法正确吗？为什么？图37．如图3所示，质量为m的带负电的油滴，静止于水平放置的带电平行金属板间，设油滴的密度为ρ，空气密度为ρ′，试求：两板间场强最大值E m的表达式．1．关于阴极射线，下列说法正确的是()A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流C．阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的D．阴极射线的荷质比比氢原子的荷质比小2．关于电量，下列说法不正确的是()A．物体的带电量可以是任意值B．物体的带电量只能是某些值C．物体的带电量的最小值为1.6×10－19 CD．一个物体带1.6×10－9 C的正电荷，这是它失去了1010个电子的缘故3．(双选)1897年英国物理学家汤姆生发现了电子并被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是()A．汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷B．汤姆生通过对光电效应的研究，发现了电子C．电子的质量无法测定D．汤姆生通过对不同材料的阴极发出的射线做研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元4．关于电量，下列说法错误的是()A．电子的电量是由密立根油滴实验测得的B．物体所带电量可以是任意值C．物体所带电量最小值为1.6×10－19 CD．物体所带的电量都是元电荷的整数倍图45．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4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6．(双选)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 CB．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荷质比及电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量图57．如图5所示，在平行板两极间接上电压为400 V 的恒压电源，在平行板的中间有A 、B 两个小孔，一个电子以300 eV 的动能从A 孔射入，则电子从两板间出来时其动能为( )A ．0B ．300 eVC ．700 eVD ．400 eV8．如图6所示为示波管中电子枪的原理示意图．图6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 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A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度为2vB ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度为v2 C ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度为v2 D ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度为2v图79．电子所带电荷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荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍．这个最小电荷量就是电子所带的电荷量．密立根实验的原理如图7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，求油滴所带的电荷量．这个电荷量是电子电荷量的多少倍？(g取9.8 m/s2)第三章原子结构之谜第一节敲开原子的大门课前预习练1．普里克阴极高电压绿色荧光2．(1)偏转带负电(2)荷质比数值(3)负电氢离子远小于电子3．密立根 1.6×10－19 C9.1×10－31课堂探究练1．C2．B [由于电子沿x 轴正方向运动，若加一磁场使电子射线向下偏转，则所受洛伦兹力应向下，由左手定则可知所加磁场的方向应沿y 轴正方向；若加一电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z 轴正方向，由此可知B 正确．]3．D 4.D 5.D6．(1)B.使电子刚好落在极板靠近荧屏端的边缘，利用已知量表达q/m. C ．磁场方向垂直纸面向外(2)说法不正确，电子的荷质比是电子的固有参数．解析 (1)设M 1、M 2两极板间距为h ，电子在电场中做类平抛运动，屏上恰好看不到亮点时，电子刚好落在靠近荧屏端的边缘，沿电场方向位移为h 2，则有h 2＝12·qU mh ·(L v 0)2；加上磁场B 时，电子束不偏转，洛伦兹力与电场力平衡，Bqv 0＝q U h ，两式联立有q m ＝UB 2L 2.因M 2带正电，电子受到向下的电场力，所以洛伦兹力方向向上，根据左手定则可判断出磁场方向垂直纸面向外．(2)荷质比是带电粒子的电量与其质量的比值，而电量、质量都是粒子本身的固有属性，故荷质比也是粒子的固有属性，与外界条件无关．方法总结 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、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系式．(3)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图确定圆心位置，利用几何知识求出其半径．(4)带电粒子若通过相互垂直的电、磁场时，一般使其不发生偏转，由此可求出带电粒子的速度．7．Em＝mg ρ－ρ′ρe解析设油滴的体积为V，则V＝m ρ，油滴受到空气对它的浮力为F，则F＝ρ′Vg＝ρ′m ρg.取油滴为研究对象，设其带电荷量为q，在电场中受重力、浮力和电场力而平衡，受力如图所示，有：F＋Eq＝mg，即ρ′mgρ＋Eq＝mg所以E＝mg(ρ－ρ′)ρq又因为任何带电体所带电荷量为电子所带电荷量的整数倍，所以有：q＝ne，即E＝mg(ρ－ρ′)ρne当n＝1时，E最大，即Em＝mg(ρ－ρ′)ρe课后巩固练1．C[阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故A、B错；最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线，故C对；阴极射线本质是电子流，故其荷质比比氢原子荷质比大的多，故D错．]2．A[电子的电荷量是最小值1.6×10－19C，物体的带电荷量只能是它的整数倍，所以A不正确，B、C正确；一个物体带正电，是因为失去电子的缘故，所以D 正确．]3．AD4．B [密立根的油滴实验测出了电子的电量为1.6×10－19 C ，并提出了电荷量子化的观点，因而A 、C 对，B 错；任何物体的电量都是e 的整数倍，故D 对．因此选B.]5．C [由于阴极射线的本质是电子流，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，故选项C 正确．]6．BD 7.B8．D [由eU ＝12mv 2得v ＝2eUm ，由公式可知，电子经加速电场加速后的速度与加速电极之间的距离无关，对于确定的加速粒子——电子，其速度只与加速电压有关，由此不难判定D 正确．]9．5倍解析 小油滴质量：m ＝ρV ＝ρ·43πr 3① 由题意知mg －Eq ＝0② 由①②两式可得： q ＝ρ·4πr 3g 3E＝0.851×103×4π×(1.64×10－6)3×9.83×1.92×105 C≈8.02×10－19 C小油滴所带电荷量q 是电子电荷量e 的倍数为 n ＝8.02×10－191.6×10－19倍＝5倍。
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一、单项选择题
1．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，发出荧光
解析：选B.电磁波能透过薄铝片，且可以产生衍射现象，但电磁波不能在电场或磁场中偏转，故阴极射线是带电微粒．
2．下列关于电子的说法中不．正确的是()
A．发现电子是从研究阴极射线开始的
B．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分
C．电子发现的意义是使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构
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.研究表明电子是物质的组成部分，电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，是可以再分的．
3．如果阴极射线像X射线一样，则下列说法正确的是()
A．阴极射线管内的高电压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．阴极射线通过偏转电场能够改变方向
D．阴极射线通过磁场时方向可能发生改变
解析：选B.X射线是电磁波，不带电，通过电场、磁场时不受力的作用，不会发生偏转、加速，B正确．
4．关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法不．正确的是()
A．测得了质子的电荷量
B．提出了电荷分布的量子化观点
C．为电子电量的最终获得作出了突出贡献
D．为人类进一步研究原子的结构提供了一定的理论依据
解析：选A.密立根油滴实验精确测定了电子的电荷量．
5．如图所示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
解析：选B.由于电子沿x轴正方向运动，若所受洛伦兹力向下，使电子射线向下偏转，由左手定则可知磁场方向应沿y轴正方向；若加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z轴正方向，由此可知B正确．
二、双项选择题
6．汤姆生对阴极射线的探究，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：选AD.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．
7．关于阴极射线的性质，判断正确的是()
A．阴极射线带负电
B．阴极射线带正电
C．阴极射线的比荷比氢原子比荷大
D．阴极射线的比荷比氢原子比荷小
解析：选AC.通过对阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢原子的比荷大得多，故仅A、C两项正确．
8.如图所示，一只阴极射线管的左侧不断有电子射出，如果在管的正上
方放一通电直导线AB时，发现射线的径迹往下偏转，则下列判断正确的是
()
A．导线中的电流从A流向B
B．导线中的电流从B流向A
C．电子束的径迹与AB中的电流无关
D．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
解析：选AD.由于电子带负电，并且向下偏转，由左手定则知该处的磁场方向应垂直纸面向里，又由安培定则可判断导线中的电流方向为由A到B.可以通过改变导线中的电流方向来改变粒子的径迹．故正确答案为A、D.
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
解析：选CD.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＝q v B，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＝q v B，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正确．
☆10.如图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()
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向A点移动，则偏磁场强度应该先由小到
大，再由大到小
解析：选AC.由粒子的电性及左手定则可知B 项错误；由R ＝m v qB
可知，B 越小R 越大，故D 项错误．
三、非选择题
11.如图所示，在y ＜0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xOy 平
面并指向纸面外，磁感应强度为B ，一带负电的粒子以速度v 0从O 点射入磁
场，入射方向在xOy 平面内，与x 轴正方向的夹角为θ.若粒子射出磁场的位
置与O 点距离为l ，求该粒子的比荷q m
. 解析：由圆的对称性可知，带电粒子离开x 轴时与轴的夹角也是θ，根据几何知识可知，粒子运动的圆弧所夹
的圆心角为2θ.由几何知识得，轨道半径为R ＝l 2sin θ
， 又R ＝m v 0qB ，所以q m ＝2v 0sin θlB
. 答案：2v 0sin θlB
☆12.美国科学家密立根通过油滴实验首次测得电子的电量．油滴实验
的原理如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连，上、下板分别
带正、负电荷．油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，经上板中央小孔
落到两板间的匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况，两金
属板间的距离为d ，忽略空气对油滴的浮力和阻力作用．
(1)调节两金属板间的电势差U ，当U ＝U 0时，使得某个质量为m 1的油滴恰好做匀速直线运动，求该油滴所带的电荷量；
(2)若油滴进入电场时的初速度可以忽略，当两金属板间的电势差U ＝U 1时，观察到某个质量为m 2的油滴进入电场后做匀加速直线运动，经过时间t 运动到下极板，求此油滴所带的电荷量．
解析：(1)质量为m 1的油滴恰好做匀速直线运动，则其所受重力与库仑力平衡，即m 1g ＝qU 0d ，得q ＝m 1gd U 0
. (2)质量为m 2的油滴向下做匀加速运动，则
d ＝12at 2，得a ＝2d t 2. 若油滴带正电，所受库仑力方向向下，由牛顿第二定律得a ＝m 2g ＋q U 1d m 2
>g ，到达下极板的时间很短，难以精确测量，与事实不符，则油滴带负电，受到库仑力的方向竖直向上，由
牛顿第二定律m 2g －q U 1d
＝m 2a ，解得 q ＝m 2d U 1⎝
⎛⎭⎫g －2d t 2. 答案：(1)m 1gd U 0 (2)m 2d U 1⎝
⎛⎭⎫g －2d t 2。