物理创新设计配套PPT及教师word第1节,电子发现,第2节,原子核式结构模型

时间：2021-01-28 20:21:20 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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　第 第 1 节 节

　电子的发现 第 第 2 节 节

　原子的核式结构模型

　一、阴极射线 阅读教材第 47 页内容，知道阴极射线是怎样产生的。

　1.实验装置：如图 1 所示真空玻璃管中 K 是金属板制成的阴极，A 是金属环制成的阳极；把它们分别连在感应圈的负极和正极上。

　图 1 2.实验现象：玻璃壁上出现淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。

　3.阴极射线：荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴极射线。

　思考判断 (1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。(

　) (2)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。(

　) (3)阴极射线在真空中沿直线传播。(

　)

　答案 (1)× (2)× (3)√ 二、电子的发现 阅读教材第 47～49 页内容，了解电子发现的方法和过程。

　1.汤姆孙的探究 (1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转情况，证明它是 B(A.带正电 B.带负电)的粒子流并求出了它的比荷。

　(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。

　(3)进一步研究新现象，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，是比原子更基本的物质单元。

　2.密立根“油滴实验” (1)精确测定电子电荷。

　(2)电荷是量子化的。

　3.电子的有关常量

　思考判断 (1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。(

　) (2)组成阴极射线的粒子是电子。(

　) (3)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。(

　) 答案 (1)× (2)√ (3)× 三、汤姆孙的原子模型 阅读教材第 51 页内容，了解汤姆孙原子结构模型。

　汤姆孙于 1898 年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中。

　 图 2 汤姆孙的原子模型，小圆点代表正电荷，大圆点代表电子。

　汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型，该模型能解释一些实验现象，但后来被 α 粒子散射实验否定了。

　思考判断 汤姆孙的枣糕式模型认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内。(

　) 答案 √ 四、α 粒子散射实验 阅读教材第 51～53 页内容，知道 α 粒子散射实验现象。

　1.α 粒子 α 粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，含有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的 4 倍。

　2.实验方法 用 α 粒子源发射的 α 粒子束轰击金箔，用带有荧光屏的放大镜，在水平面内不同方向对散射的 α 粒子进行观察，根据散射到各方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中正、负电荷的分布情况。

　3.实验装置

　图 3 4.实验现象 (1)绝大多数的 α 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。

　(2)少数 α 粒子发生了大角度偏转；偏转的角度甚至大于 90°，它们几乎被“撞了回来”。

　5.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。

　思考判断 (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 粒子实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。(

　) 答案 (1)× (2)× 五、卢瑟福的核式结构模型 阅读教材第 53 页内容，了解核式结构模型，知道原子核电荷与尺度。

　1.核式结构模型：1911 年由卢瑟福提出，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。

　2.原子核的电荷与尺度

　 思考判断 (1)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。(

　) (2)原子核的电荷数等于核中的中子数。(

　) (3)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷。(

　) 答案 (1)√ (2)× (3)√

　 对阴极射线的认识 [精典示例]

　[例 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玻璃管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生的射线 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 阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线，故选项 A 错误，C 正确；只有当两极间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，故选项 B 错误，D 正确。

　答案 CD [针对训练 1] (多选)如图 4 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(

　)

　图 4 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 点向 A 点移动，则偏转磁感应强度应该先由小到大，再由大到小 解析 偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在 O 点，选项 A 正确；由阴极射线的电性及左手定则可知选项 B 错误，C 正确；由 R＝ mvqB 可知，B 越小，R 越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，故选项 D 错误。

　答案 AC

　带电粒子比荷的测定 [要点归纳]

　1.利用磁偏转测量

　(1)让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场(如图 5)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即 F 洛 ＝F 电 (qvB＝qE)，得到粒子的运动速度 v＝ EB 。

　图 5

　(2)撤去电场(如图 6)，保留磁场，让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即 qvB＝m v2r，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径 r。

　图 6

　(3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：

　qm ＝EB 2 r 。

　2.利用电偏转测量 带电粒子在匀强电场中运动，偏转量 y＝ 12 at2 ＝ 12 ·qUmdLv2，故 qm ＝2ydv 2UL 2，所以在偏转电场中，U、d、L 已知时，只需测量 v 和 y即可。

　[精典示例] [例 2] 在汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图 7 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 间加上方向向下、场强为 E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；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，阴极射线向下偏转，偏转角为 θ，试解决下列问题：

　图 7

　(1)说明阴极射线的电性； (2)说明图中磁场的方向； (3)根据 L、E、B 和 θ，求出阴极射线的比荷。

　审题指导 解答本题时应注意以下三点：

　(1)由电场中的偏转方向确定电性。

　(2)由电场中的运动情况确定磁场方向。

　(3)由磁场中的圆周运动知识确定比荷。

　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，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里。

　(3)设此射线带电量为 q，质量为 m，当射线在 D、G 间做匀速直线运动时，有 qE＝qvB。当射线在 D、G 间的磁场中偏转时，有 qvB＝ mv2r 同时又有 L＝rsin θ，如图所示。

　解得 qm ＝Esin θB 2 L。

　答案 见解析 [针对训练 2] (2020·九江高二检测)如图 8 所示，电子以初速度 v 0 从 O 点进入长为l、板间距离为 d、电势差为 U 的电场，出电场时打在屏上 P 点，经测量 O′P 为X 0 ，求电子的比荷。

　图 8 解析 由于电子进入电场中做类平抛运动，沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动。

　满足 X 0 ＝ 12 at2 ＝ 12e Udm lv 02＝ 错误! !

　则em ＝ 错误! ! 。

　答案 错误! !

　 对 α 粒子散射实验的理解 [要点归纳] 1.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 粒子发生较大的偏转。

　(3)极少数 α 粒子偏转角度超过 90°，有的几乎达到 180°。

　2.理解 (1)核外电子不会使 α 粒子的速度发生明显改变。

　(2)汤姆孙的原子模型不能解释 α 粒子的大角度散射。

　(3)少数 α 粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些 α 粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用。

　(4)绝大多数 α 粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的质量、正电荷量都集中在体积很小的核内。

　[精典示例]

　[例 3] (多选)如图 9 为 α 粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜在图中的A、B、C、D 四个位置时，关于观察到的现象，下述说法正确的是(

　)

　图 9 A.相同时间内放在 A 位置时观察到屏上的闪光次数最多 B.相同时间内放在 B 位置时观察到屏上的闪光次数比放在 A 位置时少得多 C.放在 C、D 位置时屏上观察不到闪光

　D.放在 D 位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少 审题指导 解答本题应把握以下两点：

　(1)明确实验装置中各部分的组成及作用。

　(2)弄清实验现象，知道“绝大多数”“少数”和“极少数”α 粒子的运动情况。

　解析 根据 α 粒子散射实验的现象，绝大多数 α 粒子穿过金箔后，基本上沿原方向前进，因此在 A 位置观察到的闪光次数最多，故选项 A 正确；少数 α 粒子发生大角度偏转，因此从 A 到 D 观察到的闪光次数会逐渐减少，因此选项 B、D 正确，C 错误。

　答案 ABD [针对训练 3] (多选)用 α 粒子轰击金箔，α 粒子在接近原子核时发生偏转的情况如图 10 所示，则 α 粒子的路径可能是(

　)

　图 10 A.a

　 B.b C.c

　 D.a、b、c 都是不可能的 解析 α 粒子在穿过金箔时轨迹发生大角度偏转的主要原因是金原子核对 α 粒子的静电力作用。由于电子质量太小，对 α 粒子的运动影响甚微，α 粒子和金原子核均带正电，故应相互排斥，轨迹 a、c 是符合实验情况的轨迹。α 粒子与原子核(金核)通过库仑力发生作用，二者表现为斥力，而 b 路径表现为引力，故选项 B不正确。判断 α 粒子的轨迹时，要根据散射的原理判断。

　答案 AC

　原子的核式结构分析 [要点归纳] 1.原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子序数。

　2.原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。

　3.原子的核式结构模型对 α 粒子散射实验结果的解释 (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 粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，所以有少数粒子发生了大角度偏转。

　(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，如图11 所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于 90°。

　图 11 [精典示例]

　[例 4] 在 α 粒子散射实验中，根据 α 粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离可以估算原子核的大小。现有一个 α 粒子以 2.0×10 7

　m/s 的速度去轰击金箔，若金原子核的电荷数为 79，求该 α 粒子与金原子核的最近距离。(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为 E p ＝ kq1 q 2r，式中 k＝9.0×10 9

　N·m 2 /C 2 ，α粒子的质量为 6.64×10－ 27

　kg) 审题指导 解答本题应掌握以下两点：

　(1)α 粒子和金的原子核的作用。

　(2)α 粒子的动能和电势能的转化关系。

　解析 当只有库仑力做功时，动能和势能才相互转化，两者的和保持不变。开始相距很远，可认为电势能为零，相距最近时，可认为动能为零。当 α 粒子靠近原子核运动时，α 粒子的动能转化为其电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设所能达到的最小距离为 d，则：

　12 mv2 ＝k q 1 q 2d，得 d＝ 2kq1 q 2mv 2，代入已知数据计算得 d＝2.7×10－ 14

　m。

　答案 2.7×10－ 14

　m [针对训练 4] 卢瑟福的 α 粒子散射实验结果表明了(

　) A.原子核是可分的

　B.原子核是由质子和中子组成的 C.原子是由均匀带正电的物质和带负电的电子构成的 D.原子内部有一个很小区域，集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量 解析 由 α 粒子散射实验的结果可知，原子是可分的，它由原子核和电子组成；另外原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量，故选项 A、B 错误，D正确；选项 C 是汤姆孙提出的原子模型，故选项 C 错误。

　答案 D

　1.(电子的发现及对电子的认识)(多选)下列关于电子的说法正确的是(

　) A.发现电子是从研究阴极射线开始的 B.发现物质中发出的电子比荷是不同的 C.电子发现的意义是让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，可以在电场和磁场中偏转 解析 发现电子是从研究阴极射线开始的，选项 A 正确；发现物质中发出的电子比荷是相同的，选项 B 错误；电子的发现让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，选项 C 正确；电子是带负电的，选项 D 错误。

　答案 AC 2.(阴极射线)(2020·河北正定中学月考)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 12 所示。若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为(

　)

　图 12 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，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，得出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 3.(α 粒子散射实验的理解)(多选)关于 α 粒子散射实验，下列说法正确的是(

　) A.在实验中，观察到的现象是：绝大多数 α 粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，极少数发生了较大角度的偏转 B.使 α 粒子发生明显偏转的力来自带正电的核和核外电子，当 α 粒子接近核时，是核的斥力使 α 粒子发生明显偏转；当 α 粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转 C.实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分 D.实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和全部原子的质量 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，选项 A 正确；当 α 粒子接近核时，是核的斥力使 α 粒子发生明显偏转，选项 B 错误；从绝大多数 α 粒子几乎不发生偏转，推测使粒子受到排斥力的核体积极小，选项 C 正确；实验表明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量，选项 D 错误。

　答案 AC 4.(原子的核式结构模型)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 13 所示，图中 P、Q 两点为轨迹上的点，虚线是过 P、Q 两点并与轨道相切的直线。两虚线和轨迹将平面分成四个区域，不考虑其他原子核对 α 粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法正确的是(

　)

　图 13 A.可能在①区域

　 B.可能在②区域 C.可能在③区域

　 D.可能在④区域 解析 因为 α 粒子与此原子核之间存在着斥力，如果原子核在②、③或④区，α粒子均应向①区偏折，所以不可能。

　答案 A 5.(原子的核式结构模型)(多选)α 粒子散射实验中，当 α 粒子最接近金原子核时，α

　粒子符合下列哪种情况(

　) A.动能最小 B.势能最小 C.α 粒子与金原子核组成的系统的能量小 D.所受金原子核的斥力最大 解析 α 粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑斥力做功，动能减少，电势能增加，两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒，根据库仑定律，距离最近时，斥力最大。

　答案 AD

　 1. (2019·河北唐山第二十三中学测试)α 粒子散射实验中，不考虑电子和 α 粒子的碰撞影响，是因为(

　) A．α 粒子与电子根本无相互作用 B．电子是均匀分布的，α粒子受电子作用的合力为零 C．α 粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计 D．电子很小，α 粒子碰撞不到电子 解析 α 粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有 α 粒子质量的17 300 ，所以碰撞时对 α 粒子的运动影响极小，几

　乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一粒尘埃一样，故选项 C 正确。

　答案 C 2．α 粒子散射实验中，使α粒子散射的原因是(

　) A．α 粒子与原子核外电子碰撞 B．α 粒子与原子核发生接触碰撞 C．α 粒子发生明显衍射 D．α 粒子与原子核的库仑斥力的作用 解析 α 粒子与原子核外的电子的作用是很微弱的，选项 A 错误；α 粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足以使 α 粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使 α 粒子散射的原因是库仑斥力的作用，选项 B、C 错误，D 正确。

　答案 D 3．(多选)关于 α 粒子散射实验的装置，下列说法正确的是(

　) A．全部设备都放在真空中 B．荧光屏和显微镜能围绕金箔在一个圆周上转动 C．若将金箔改为银箔，就不能发生散射现象 D．金箔的厚度不会影响实验结果 解析 实验必须在真空中进行，故选项 A 正确；荧光屏和显微镜应该能围绕金箔在一个圆周上转动，选项 B 正确；金箔改为银箔能发生散射现象，但不明显，选项 C 错误；α 粒子穿透能力弱，金箔必须很薄，故选项 D 错误。

　答案 AB 4．密立根油滴实验原理如图 1 所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接，板间电压为 U，形成竖直向下、场强为 E 的匀强电场。用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴。通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为 m，重力加速度为 g，则下列说法正确的是(

　)

　图 1 A．悬浮油滴带正电

　B．悬浮油滴的电荷量为 mgU C．增大场强，悬浮油滴将向上运动 D．油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍 解析 带电油滴在两板间静止时，电场力向上，应带负电，选项 A 错误；qE＝mg，即 q Ud ＝mg，所以 q＝mgdU，选项 B 错误；当 E 变大时，qE 变大，合力向上，油滴向上运动，选项 C 正确；任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍，选项 D 错误。

　答案 C 5.如图 2 所示，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(

　)

　图 2 A．动能先增大后减小 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．加速度先减小后增大 解析 α 粒子及原子核均带正电，故α粒子受到原子核的斥力，α粒子从 a 运动到 b，电场力做负功，动能减小，电势能增大，从 b 运动到 c，电场力做正功，动能增大，电势能减小，a、c 在同一条等势线上，a、c 两点的电势差为零，则 α粒子从 a 到 c 的过程中电场力做的总功等于零，选项 A、B 错误，C 正确；α 粒子所受的库仑力 F＝ kq1 q 2r 2，b 点离原子核最近，所以 α 粒子在 b 点时所受的库仑力最大，加速度最大，故加速度先增大后减小，选项 D 错误。

　答案 C 6．(多选)关于原子核式结构理论，下列说法正确的是(

　)

　A．是通过天然放射性现象得出来的 B．原子的中心有个核，叫做原子核 C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中 D．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外运动 解析 原子的核式结构理论是在 α 粒子散射实验的基础上提出的，选项 A 错误；原子所带的正电荷都集中在一个很小的核里面，不是均匀分布在原子中，选项 C错误，所以选项 B、D 正确。

　答案 BD 7．(多选)下列说法正确的是(

　) A．汤姆孙精确地测出了电子电荷量 e＝1.602 177 33(49)×10－ 19

　C B．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的 C．汤姆孙油滴实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何电荷量只能是 e的整数倍 D．通过实验测出电子的比荷和电子电荷量 e 的值，就可以确定电子的质量 解析 电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的，电荷是量子化的也是密立根发现的，选项 A、C 错误，B 正确；测出电子比荷的值em 和电子电荷量 e 的值，可以确定电子的质量，故选项 D 正确。

　答案 BD 8．(多选)如图 3 所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法正确的是(

　)

　图 3 A．若在 D 1 、D 2 之间不加电场和磁场，阴极射线应打到最右端的 P 1 点 B．若在 D 1 、D 2 之间加上竖直向下的电场，阴极射线应向下偏转 C．若在 D 1 、D 2 之间加上竖直向下的电场，阴极射线应向上偏转 D．若在 D 1 、D 2 之间加上垂直纸面向里的磁场，阴极射线不偏转 解析 实验证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，

　可知选项 C 正确，选项 B 的说法错误；加上磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要发生偏转，因而选项 D 错误；当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项 A 的说法正确。

　答案 AC 9. (多选)如图 4 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复合场，则下列说法正确的是(

　)

　图 4 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 正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，受到的电场力 F＝qE，方向向上，受到的洛伦兹力 F 洛 ＝qvB，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，即 qE＝qvB，则可以使洛伦兹力增大或使电场力减小，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电场强度 E。选项 C、D 正确。

　答案 CD 10.如图 5 所示为对光电管产生的光电子进行荷质比测定的原理图。两块平行金属板间距为 d，极板足够大，其中 N 为锌板，受紫外光照射后将激发出沿不同方向运动的光电子，开关 S 闭合，电流表 A 有读数，若调节变阻器 R，逐渐增大极板间的电压，A 表读数逐渐减小，当电压表示数为 U 时，A 表读数恰好为零；断开S，在 MN 间加上垂直纸面的匀强磁场，当磁感强度为 B 时，A 表读数也恰好为零。求光电子的比荷em 的表达式。

　图 5 解析 由题意得 eU＝ 12 mv2 ，evB＝ mv2R R＝ d2 ，解得em ＝8UB 2 d 2 。

　答案 8UB 2 d 2

　11.如图 6 所示，让一束均匀的阴极射线垂直穿过正交的电磁场，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，然后撒去电场，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。

　图 6 解析 因为带电粒子不偏转，所以受到的电场力与洛伦兹力平衡，即 qE＝qvB，所以 v＝ EB

　撤去电场后，粒子进入磁场后做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力 qvB＝ mv2R 所以，其半径为 R＝ mvqB 。所以qm ＝ERB 2 。

　答案 ERB 2

　12．假设 α 粒子以速率 v 0 与静止的电子或金原子核发生弹性正碰，α 粒子的质量为 m α ，电子的质量 m e ＝17 300 m α ，金原子核的质量 m Au ＝49m α ，求：

　(1)α 粒子与电子碰撞后的速度变化； (2)α粒子与金原子核碰撞后的速度变化。

　解析 α 粒子与静止的粒子发生弹性碰撞，系统的动量和能量均守恒，由动量守恒定律有 m α v 0 ＝m α v 1 ′＋mv 2 ′ 由能量守恒定律有 12 m α v20 ＝ 12 m α v 1 ′2 ＋ 12 mv 2 ′2

　解得 v 1 ′＝ mα －mm α ＋m v 0

　速度变化Δv＝v 1 ′－v 0 ＝－2mm α ＋m v 0

　(1)若 α 粒子与电子碰撞，将 m e ＝17 300 m α代入，得 Δv 1 ≈－2.7×10－ 4 v 0

　(2)若 α 粒子与金原子核碰撞，将 m Au ＝49m α 代入，得 Δv 2 ＝－1.96v 0 。

　答案 (1)－2.7×10－ 4 v 0

　 (2)－1.96v 0

　13.电子的比荷最早由美国科学家密立根通过油滴实验测出，如图 7 所示，两块水平放置的平行金属板上、下极板与电源正负极相接，上、下极板分别带正、负电荷，油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带负电，油滴进入上极板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动，两金属板间距为 d，不计空气阻力和浮力。

　图 7

　(1)调节两板的电势差 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，求油滴所带的电荷量 q 为多少？ (2)若油滴进入电场时的速度可以忽略，当两金属板间的电势差 u＝U 时，观察到某个质量为 m 2 的油滴进入电场后做匀加速运动时，经过时间 t 运动到下极板，求此油滴的电荷量 Q。

　解析 (1)油滴匀速下落过程受到的电场力和重力平衡，由平衡条件得：q U0d＝m 1 g，得 q＝m 1 gdU 0 。

　(2)油滴加速下落，其所带电荷量为 Q，因油滴带负电，则油滴所受的电场力方向向上，设此时的加速度的大小为 a，由牛顿第二定律和运动学公式得：m 2 g－Q Ud ＝m 2 a，d＝ 12 at2 ，解得 Q＝ m 2 dU g－ 2dt 2。

　答案 (1) m1 gdU 0 (2) m2 dU g－ 2dt 2