高中物理必修3-5第16章原子结构之电子的发现经典例题与解析

2019/09/10 12:01:25 暂无评论

一、对阴极射线的认识

[导学探究]

1.在如图2所示的演示实验中,K是金属板制成的阴极,A是金属环制成的阳极.KA之间加上近万伏的高电压后,管端玻璃壁上能观察到什么现象?该现象说明了什么问题?

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答案 能看到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影,这说明阴极能够发出某种射线,并且撞击玻璃引起荧光.

2.如何判断阴极射线的带电性质?

答案 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位置的变化和电场的情况确定带电的性质.

方法二:在阴极射线所经区域加一磁场,根据荧光屏上亮点位置的变化和磁场方向利用左手定则确定带电的性质.

[知识深化]

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——汤姆孙,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位置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 (多选)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管端玻璃壁上的荧光粉而产生的

B.只要阴阳两极间加有电压,就会有阴极射线产生

C.阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线

D.阴阳两极间加有高电压时,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

答案 CD

解析 阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线,故A错误,C正确;只有当两极间有高电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,故B错误,D正确.

例2 (多选)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,如图3所示.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向上偏,可以通过改变AB中电流的方向来实现

D.电子的径迹与AB中电流的方向无关

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答案 BC

解析 在阴极射线管中射出的阴极射线是带负电的电子流,在导线AB形成的磁场中向下偏转,由左手定则可知磁场是垂直纸面向里的,根据安培定则可知导线AB中的电流是由B流向A的,A错,B对;通过改变AB中的电流方向可以改变磁场方向从而使阴极射线的受力方向向上,使电子束的径迹向上偏,C对;由此可知电子束的径迹与AB中的电流方向即AB形成的磁场方向有关,D错.

二、带电粒子比荷的测定及电子的发现

1.带电粒子比荷的测定方法

(1)利用磁偏转测量

让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场(如图4),让其做匀速直线运动,根据二力

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撤去匀强电场(如图5),保留匀强磁场,让带电粒子单纯地在匀强磁场中运动,由洛伦兹力

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2.证明阴极射线是电子的思路:

(1)通过阴极射线在电场中的偏转证明它是带电的粒子流.

(2)测定它的比荷.

(3)根据阴极射线粒子的比荷与氢离子比荷的关系求出它的质量.

(4)证明阴极射线是质量远小于氢离子的粒子——电子.

3.电子发现的意义:

(1)电子发现以前人们认为物质由分子组成,分子由原子组成,原子是不可再分的最小微粒.

(2)现在人们发现了各种物质里都有电子,而且电子是原子的组成部分.

(3)电子带负电,而原子是电中性的,说明原子是可再分的.

4.电子电荷的精确测定是密立根通过油滴实验测定的,密立根实验的重要意义是发现电荷是量子化的,即任何电荷只能是e的整数倍.

3 在再现汤姆孙测阴极射线比荷的实验中,采用了如图6所示的阴极射线管,从C出来的阴极射线经过AB间的电场加速后,水平射入长度为LDG平行板间,接着在荧光屏F中心出现光斑.若在DG间加上方向向上、场强为E的匀强电场,阴极射线将向下偏转;如果再利用通电线圈在DG电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出),光斑恰好回到荧光屏中心,接着再去掉电场,阴极射线向上偏转,偏转角为θ,试解决下列问题:

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(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LEBθ,求出阴极射线的比荷.

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解析 (1)由于阴极射线在电场中向下偏转,因此阴极射线受电场力方向向下,又由于匀强电场方向向上,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上的洛伦兹力,而与电场力平衡,由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外.

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运用电磁场测定电子比荷的解题技巧

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