浙江专版2023-2024学年新教材高中物理新人教版选择性必修第三册 4.3 原子的核式结构模型（课件+训练提升）（2份）

第第页浙江专版2023-2024学年新教材高中物理新人教版选择性必修第三册4.3原子的核式结构模型（课件+训练提升）（2份）3原子的核式结构模型

课后·训练提升

基础巩固

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.下列事例能说明原子具有核式结构的是()

A.光电效应现象的发现

B.汤姆孙研究阴极射线时发现了电子

C.卢瑟福的α粒子散射实验发现有少数α粒子发生大角度偏转

D.康普顿效应

答案:C

解析:光电效应现象和康普顿效应的发现都说明光的粒子性,选项A、D错误;汤姆孙研究阴极射线时发现了电子,说明原子还可以再分,选项B错误;卢瑟福的α粒子散射实验发现有少数α粒子发生大角度偏转,从而说明了原子具有核式结构,选项C正确。

2.卢瑟福利用镭源所放出的α粒子作为炮弹,去轰击金箔原子,测量α粒子的偏转情况。下列叙述符合卢瑟福的α粒子散射实验的现象的是()

A.大多数α粒子在穿过金箔后发生明显的偏转

B.少数α粒子在穿过金箔后几乎没有偏转

C.大多数α粒子在撞到金箔时被弹回

D.极个别α粒子在撞到金箔时被弹回

答案:D

解析:根据α粒子散射实验规律,大多数α粒子在穿过金箔后没有偏转,少部分发生了偏转,极少数几乎原路返回,故选项D正确,A、B、C错误。

3.在卢瑟福的α粒子散射实验中,有少数α粒子发生大角度偏转,其原因是()

A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上

B.正电荷在原子中是均匀分布的

C.原子中存在着带负电的电子

D.金箔中的金原子间存在很大的空隙,只有极少数碰到金原子

答案:A

解析:原子核集中了原子的全部正电荷和绝大部分质量,当α粒子十分接近原子核时,就会受到很大的库仑斥力,发生大角度偏转,由于原子核很小,α粒子穿过金箔时接近原子核的机会很少,所以只有少数α粒子发生大角度偏转,选项A正确;若原子的正电荷是均匀分布的,α粒子穿过原子时,它受到原子内部两侧正电荷的斥力大部分互相抵消,使α粒子偏转的力不会很大,不会产生大角度的偏转现象,选项B错误;原子中有电子,但电子的质量很小,不到α粒子的七千分之一,α粒子碰到它,就像飞行的子弹碰到一粒尘埃一样,运动方向不会发生明显的改变,选项C错误;实验中所使用的金箔尽管很薄,但也有上万层原子,由此可知,少数α粒子发生大角度偏转显然不是碰到金原子,选项D错误。

4.在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中,下列说法正确的是()

A.α粒子一直受到金原子核的斥力作用

B.α粒子的动能不断减小

C.α粒子的电势能不断增大

D.α粒子发生散射,是与电子碰撞的结果

答案:A

解析:发生大角度偏转,是因为受到原子核的库仑斥力,电子对α粒子的作用力可以忽略不计,故选项A正确,D错误;在散射的过程中,电场力先做负功再做正功,则动能先减小再增大,而电势能先增大再减小,故选项B、C错误。

5.在α粒子散射实验中,当在α粒子最接近原子核时,关于描述α粒子的有关物理量情况正确的是()

A.动能最大

B.势能最小

C.势能最大

D.α粒子与金原子核组成的系统能量最小

答案:C

解析:α粒子和金原子核都带正电,库仑力表现为斥力,两者距离减小时,库仑力做负功,故α粒子动能减小,电势能增加,选项A、B错误,C正确;系统的能量守恒,选项D错误。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

6.关于电子的发现,下列叙述正确的是()

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基本粒子

D.电子的发现,比较好地解释了物体的带电现象

答案:BCD

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,但并没有证明原子核的存在,也不能说明原子是由电子和原子核组成的,故选项A错误,B正确;电子是人类发现的第一种基本粒子,故选项C正确;物体带电的过程,就是电子的得失和转移的过程,故选项D正确。

7.关于α粒子散射实验,下列说法正确的是()

A.实验器材:放射源、金箔、荧光屏、显微镜

B.金箔的薄厚对实验无影响

C.如果改用铝箔就不能发生散射现象

D.实验装置放在真空中

答案:AD

解析:α粒子散射实验中,是用α粒子轰击很薄的金箔,通过观察α粒子穿过金箔后的偏转情况,获得原子结构的信息,为了准确观察α粒子的偏转情况,需要荧光屏和显微镜能够围绕金箔转动,且整个实验装置放在真空环境中,故选项A正确,B错误;如果改用铝箔也能发生散射现象,只是铝原子核的质量和电荷数较小,实验现象没有用金箔那么明显,故选项C错误;为了避免其他原子的影响,α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成,故选项D正确。

8.在卢瑟福的α粒子散射实验中,某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示,图中P、Q为轨迹上的点,虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线,两虚线和轨迹将平面分为五个区域,不考虑其他原子核对该α粒子的作用,下面说法正确的是()

A.α粒子受到斥力

B.该原子核的位置可能在①区域

C.根据α粒子散射实验可以估算原子核的半径

D.α粒子在P、Q间的运动为匀速圆周运动

答案:AC

解析:卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型,正电荷全部集中在原子核内,α粒子带正电,同种电荷相互排斥,故选项A正确;根据曲线运动的物体合力指向曲线内侧可知,若原子核的位置在①区域粒子轨迹将向上偏转,故选项B错误;α粒子散射实验可以用来估算核半径,故选项C正确;由库仑力公式F=k可知,由于α粒子在P、Q间运动时与原子核的距离变化导致库仑力大小变化,则α粒子不可能做匀速圆周运动,故选项D错误。

三、非选择题

9.如图所示,让一束均匀的阴极射线以速率v垂直进入正交的电场和磁场中,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。

答案:

解析:因为带电粒子在复合场中不偏转,所以qE=Bqv,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,联立可得。

能力提升

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。原子核式结构模型的α粒子散射图景如图所示,图中实线表示α粒子的运动轨迹。则关于α粒子散射实验,下列说法正确的是()

A.图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大

B.图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了碰撞

C.绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小

D.根据α粒子散射实验可以估算原子大小

答案:C

解析:图中大角度偏转的α粒子的电场力先做负功后做正功,则其电势能先增大后减小,故选项A错误;图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用,并没有发生碰撞,故选项B错误;从绝大多数α粒子几乎不发生偏转,可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小,所以带正电的物质只占整个原子的很小空间,故选项C正确;依据α粒子散射实验可以估算原子核的大小,故选项D错误。

2.下图为α粒子散射实验装置,α粒子打到荧光屏上都会引起闪烁。若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中A、B、C、D四处位置,则这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数可能符合事实的是()

A.1305、25、7、1

B.202、405、625、825

C.1202、1010、723、203

D.1202、1305、723、203

答案:A

解析:由于绝大多数粒子运动方向基本不变,所以A位置闪烁次数最多,少数粒子发生了偏转,极少数发生了大角度偏转。符合该规律的数据只有选项A。

3.下图为密立根油滴实验装置,关于该实验的意义下列说法正确的是()

A.研究悬浮油滴所带电性

B.测量悬浮油滴的电荷量

C.测出了基元电荷的值

D.利用二力平衡测出匀强电场的电场强度的大小

答案:C

解析:密立根油滴实验的目的是测量单一电子的电荷,方法主要是平衡重力与电力,使油滴悬浮于两片金属电极之间,并根据已知的电场强度,计算出油滴的电荷量。重复对许多油滴进行实验之后,密立根发现所有油滴的电荷量的值皆为同一数字的整数倍,因此认定此数值为单一电子的电荷量的值,即元电荷的值,故选项C正确。

4.下列选项图为在α粒子散射实验中,一束α粒子穿越金箔内一个金原子的轨迹示意图,正确的是()

答案:D

解析:选项A中2应该比1有较大偏转,3应该比4有较大偏转,故选项A错误;选项B中2、3的偏转方向错误,故选项B错误;选项C中3的偏转方向错误,故选项C错误;选项D中,2、4发生了明显偏转,3离核最近,发生大角度偏转,故选项D正确。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

5.1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子,汤姆孙也被称为“电子之父”。下列关于电子的说法正确的是()

A.汤姆孙通过对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.汤姆孙通过对光电效应的研究,发现了电子

C.电子质量是质子质量的1836倍

D.汤姆孙通过对不同材料做成的阴极发出射线的研究,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

答案:AD

解析:汤姆孙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粒子流,并求出了比荷,从而发现了电子,故选项A正确,B错误;电子质量是质子质量的,故选项C错误;汤姆孙发现用不同材料的阴极做实验研究阴极射线时均发出同一种粒子——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,故选项D正确。

6.根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线,实线表示一个α粒子的运动轨迹。在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中,下列说法正确的是()

A.动能先减小,后增大

B.电势能先减小,后增大

C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零

D.加速度先变大,后变小

答案:ACD

解析:粒子受到斥力作用,从a运动到b过程中电场力做负功,电势能增加,动能减小,从b运动到c过程中,电场力做正功,电势能减小,动能增加,整个过程中由于a与c在同一等势线上,则电场力总功为零,故选项A、C正确,B错误;根据点电荷周围电场可知,距离原子核近的地方电场强度大,故越靠近原子核加速度越大,因此α粒子加速度先变大后变小,故选项D正确。

7.下图为α粒子散射实验的示意图,A点为某α粒子运动中离原子核最近的位置,则该α粒子在A点具有()

A.最大的速度

B.最大的加速度

C.最大的动能

D.最大的电势能

答案:BD

解析:粒子在向原子核靠近时由于受到原子核的斥力作用,速度将越来越小;但由于越靠近原子核电场越强,故加速度越大;同时由于电场力做负功,电势能增大;而在离开的过程中,电场力做正功,速度开始增大,加速度减小,电势能减小。故粒子在A点具有最大的加速度和最大的电势能,而速度和动能最小,故选项A、C错误,B、D正确。

三、非选择题

8.为了测定带电粒子的比荷,让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间,已知匀强电场的电场强度为E,在通过长为l的两金属板间后,测得竖直方向偏离入射点的距离为d,如果在两板间加垂直于电场方向的匀强磁场,磁场方向垂直于粒子的入射方向,磁感应强度为B,则粒子恰好不偏离原来的方向,求带电粒子的比荷。

答案:

解析:设带电粒子以速度v0垂直电场方向进入匀强电场

则d=at2=

此带电粒子垂直入射到正交的电磁场区域时不发生偏转

由平衡条件qE=qv0B

解得v0=

可得

联立解得。(共61张PPT)

3原子的核式结构模型

课前·基础认知

课堂·重难突破

素养·目标定位

随堂训练

模型方法·素养提升

素养目标定位

目标素养

1.了解阴极射线及汤姆孙发现电子的过程。

2.了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据。

3.知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象以及核式结构模型的主要内容。

知识概览

课前·基础认知

一、电子发现

1.汤姆孙对阴极射线的研究。

(1)探究方法:根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况,断定它的带电性质,并求出这种粒子的比荷。

(2)实验现象:换用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都相同,是氢离子比荷的近两千倍。

(3)结论:①阴极射线粒子带负电,其电荷量的大小与氢离子大致相同,而质量比氢离子小得多,后来组成阴极射线的粒子被称为电子;②电子是原子的组成部分,是比原子更基本的物质单元。

2.电子的电荷量及电荷量子化。

(1)电子电荷量:1910年前后由密立根通过著名的“油滴实验”得出,电子电荷的现代值为e=1.602×10-19C。

(2)电荷是量子化的,即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。

(3)电子的质量:me=9.10938356×10-31kg,质子质量与电子质量的比为=1836。

微思考哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负

提示:带电粒子垂直进入匀强电场时,正负电荷的偏转方向不同,偏转方向与电场方向相同(相反)的粒子带正(负)电,不带电者不偏转。

带电粒子垂直进入匀强磁场时,做匀速圆周运动,所受的洛伦兹力提供向心力,根据左手定则可知其电性。

二、原子的核式结构模型

1.汤姆孙原子模型。

原子是一个球体,正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内,电子镶嵌其中。

2.α粒子散射实验。

(1)实验的装置:主要由放射源、金箔、荧光屏、显微镜和转动圆盘几部分组成。

(2)实验现象:绝大多数沿原来的方向前进,少数发生了

较大偏转,极少数发生大角度偏转。

(3)原子的核式结构的提出。

原子中带正电部分的体积很小,但几乎占有全部质量,

电子在正电体的外面运动。

(4)实验现象的解释。

①当α粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,α粒子就像穿过“一片空地”一样,无遮无挡,运动方向改变很小,因为原子核很小,所以绝大多数α粒子不发生偏转。

②只有当α粒子穿过原子时,十分接近原子核才受到很大的库仑力作用,偏转角才很大,而这种机会很少。

③如果α粒子正对着原子核射来,偏转角几乎达到180°,这种机会极少。

微探究下图为卢瑟福所做的α粒子

散射实验装置的示意图。

(1)该实验中为什么用金箔作靶子

(2)当把荧光屏和显微镜一起分别放

在图中的A、B、C、D四个位置时,

哪个位置相同时间内观察到屏上的闪光次数最多

提示:(1)金的延展性好,可以做得很薄而且金的原子序数大,产生的库仑斥力大,偏转明显。

(2)在A处相同时间内观察到屏上的闪光次数最多。

三、原子核的电荷与尺度

1.原子核的电荷:原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数就是核中的质子数。

2.原子核的大小:原子半径的数量级为10-10m,原子核半径的数量级为10-15m。

微判断(1)α粒子带有一个单位的正电荷,质量为氢原子质量的2倍。()

(2)α粒子散射实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。()

(3)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小,电子在正电体外面运动。()

(4)原子核的电荷数等于核中的中子数。()

(5)对于一般的原子,由于原子核很小,所以内部十分空旷。

()

×

×

√

×

√

课堂·重难突破

重难归纳

1.对阴极射线的理解。

(1)阴极射线实际上就是电子流。

(2)阴极射线的来源:若真空度高,阴极射线的粒子主要来自阴极;若真空度不高,粒子还可能来自管中气体。

(3)阴极射线不是X射线。

一对阴极射线的认识

2.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。

3.汤姆孙对阴极射线的研究。

(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比荷。

(2)换用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都相同,是氢离子比荷的近两千倍。

(3)结论:阴极射线粒子带负电,其电荷量的大小与氢离子大致相同,而质量比氢离子小得多,后来组成阴极射线的粒子被称为电子。

(1)在如图所示的演示实验中,K是金属

板制成的阴极,A是金属环制成的阳极。

K和A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

(2)人们对阴极射线的本质的认识有两种观点,一种观点认为是一种电磁波,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

提示:(1)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)可以让阴极射线通过电场或磁场,若射线垂直于磁场(电场)方向射入之后发生了偏转,说明该射线是由带电微粒组成的。

典例剖析

在汤姆孙测阴极射线比荷的

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、G平行板间,接着在荧光屏F中心出现荧光斑。若在D、G间加上方向向上、大小为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D、G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,阴极射线向上偏转,偏转角为θ。

(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,求出阴极射线的比荷。

答案:(1)负电

(2)垂直纸面向外

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。

(3)设此射线电荷量为q,质量为m,当射线在D、G间做匀速直线运动时,有qE=Bqv

学以致用

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(选填“向上”“向下”“向里”或“向外”)偏转。

答案:电子向下

解析:阴极射线管的阴极和电源的负极相连,发出的高速运动的粒子流是电子流;由于电子带负电,所以运用左手定则时四指应指向电子运动的反方向,由左手定则可知阴极射线将向下偏转。

重难归纳

1.α粒子散射实验。

(1)实验装置:α粒子源、金箔、显微镜和荧光屏。

(2)实验现象。

①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。

②少数α粒子发生了大角度的偏转。

③极少数α粒子的偏转角大于90°,甚至有极个别α粒子被反弹回来。

二α粒子散射实验和原子的核式结构模型

(3)实验的注意事项。

①整个实验过程在真空中进行。

②金箔需要做得很薄,α粒子才能穿过。

③使用金箔的原因是金的延展性好,可以做得很薄。另外一点就是金的原子序数大,α粒子与金核间的库仑斥力大,偏转明显。

(4)实验意义:卢瑟福通过α粒子散射实验,否定了汤姆孙的原子模型,建立了核式结构模型。

2.原子的核式结构模型。

(1)核式结构模型。

1911年由卢瑟福提出,在原子中心有一个很小的核,它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量,电子在核外空间运动。

(2)原子核的电荷与尺度。

3.原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的比较。

项目枣糕模型核式结构模型

特点原子是充满了正电荷的球体,电子均匀镶嵌在原子球体内原子内部是非常空旷的,正电荷集中在一个很小的核里,电子绕核高速旋转

项目枣糕模型核式结构模型

对α粒子散射实验的解释受力α粒子在原子内部时,受到的库仑斥力相互抵消,几乎为零少数靠近原子核的α粒子受到的库仑力大,而大多数离核较远的α粒子受到的库仑力较小

偏转不会发生大角度偏转,更不会被弹回绝大多数α粒子运动方向不变,少数α粒子发生大角度偏转,极少数α粒子偏转角度超过90°,有的甚至被弹回

分析不符合α粒子散射现象符合α粒子散射现象

汤姆孙的原子结构模型为什么被卢瑟福否定掉

提示:按照汤姆孙的“枣糕”原子模型,α粒子如果从原子之间或原子的中心轴线穿过时,它受到周围的正负电荷作用的库仑力是平衡的,α粒子不产生偏转;如果α粒子偏离原子的中心轴线穿过,两侧电荷作用的库仑力相当于一部分被抵消,α粒子偏转很小;如果α粒子正对着电子射来,质量远小于α粒子的电子不可能使α粒子发生明显偏转,更不可能使它反弹。所以α粒子的散射实验结果否定了汤姆孙的原子模型。

典例剖析

下图是卢瑟福的α粒子散射实验装置,

在一个小铅盒里放有少量的放射性元

素钋,它发出的α粒子从铅盒的小孔射

出,形成很细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是()

A.该实验是卢瑟福建立核式结构模型的重要依据

B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性

C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转

D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转

A

解析:α粒子散射实验的现象是绝大多数α粒子几乎不发生偏转,少数α粒子发生了较大角度的偏转,极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°,有的甚至达到180°,被反弹回来),是卢瑟福建立核式结构模型的重要依据,故选项A正确,B、D错误;发生α粒子偏转现象,主要是由于α粒子和原子核发生碰撞,故选项C错误。

规律总结1.分析α粒子散射实验中的现象时,应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为。“大角度偏转”只是少数粒子的行为。

2.α粒子散射实验是得出核式结构模型的实验基础,对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键。通过对α粒子散射实验这一宏观探测,间接地构建出原子结构的微观图景。

学以致用

(多选)在α粒子散射实验中,如果两个具有相同能量的α粒子,从不同大小的角度散射出来,则散射角度大的α粒子()

A.更接近原子核

B.更远离原子核

C.受到一个以上的原子核作用

D.受到原子核较大的冲量作用

答案:AD

解析:由于原子的体积远远大于原子核的体积,当α粒子穿越某一个原子的空间时,其他原子核距α粒子相对较远,而且其他原子核对α粒子的作用力也可以近似相互抵消,所以散射角度大的这个α粒子并非由于受到多个原子核作用,选项C错误;由库仑定律可知,α粒子受到的斥力与距离的二次方成反比,α粒子距原子核越近,斥力越大,运动状态改变越大,即散射角度越大,选项A正确,B错误;当α粒子受到原子核较大的冲量作用时,速度的变化量就大,则散射角度就大,选项D正确。

模型方法素养提升

对阴极射线的研究——科学思维培养

方法归纳

1.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。

2.电子比荷(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,如图甲所示,让其做匀速直线运动,根据二力平衡,即Bqv=qE,得到电子的运动速度v=。

如图所示,阴极射线管中电子束由阴极沿x轴正方向射出,在荧光屏上出现一条亮线,要使该亮线向z轴正方向偏转,可加上怎样的电场或磁场

提示:可加一沿z轴负方向的电场,电子受沿z轴的正方向电场力作用,将向z轴正方向偏转;加一沿y轴负方向的磁场,根据左手定则,洛伦兹力方向沿z轴正方向,亮线向z轴正方向偏转。

典例剖析

下图为汤姆孙用来测定电子比

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。

(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。

规律总结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。

3.也可以让电子匀速通过复合场进入匀强磁场,测出在磁场中的运动半径,进而求得电子比荷。

学以致用

19世纪后期,对阴极射线的本质的认识有两种观点,一种观点认为阴极射线是电磁辐射,另一种观点认为阴极射线是带电粒子。1897年,汤姆孙判断出该射线的电性,并求出了这种粒子的比荷,为确定阴极射线的本质做出了重要贡献。假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者,请回答下列问题。

(1)如图所示的真空玻璃管内,阴极K发出的粒子经加速后形成一细束射线,以平行于金属板CD的速度进入该区域,射在屏上O点。如何判断射线粒子的电性

(2)已知C、D间的距离为d,在C、D间施加电压U,使极板D的电势高于极板C,同时施加一个磁感应强度为B的匀强磁场,可以保持射线依然射到O点,求该匀强磁场的方向和此时阴极射线的速度v。

(3)撤去磁场,射线射在屏上P点。已知极板的长度为l1,极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为l2,磁感应强度为B,P到O的距离为y,求该粒子的比荷。

答案:(1)根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点判断出射线粒子带负电

解析:(1)根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点,所形成的电场方向由正极指向负极,即可判断射线粒子带负电。

(2)极板D的电势高于极板C,形成的电场竖直向上,当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时,电子做匀速直线运动,亮点重新回复到中心O点,由左手定则可知,磁场方向