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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1.6022×10－19Cme＝9.1×10－31kg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1．让粒子通过正交的电磁场，让其做直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)得到粒子的运动速度v＝EB.如图所示．2．在其他条件不变的情况下，撤去电场，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Bqv＝mv2r，根据磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r.如图所示．3．由以上两式确定粒子的荷质比表达式qm＝EB2r，最后经定量计算汤姆生认定组成阴极射线的粒子为电子．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．(3)设此射线带电量为q，质量为m，当射线在DE间做匀速直线运动时，有qE＝Bqv，①当射线在DE间的磁场中偏转时，有Bqv＝mv2r，②同时又有L＝r·sinθ，③①②③联立得qm＝EsinθB2L.答案：(1)负电(2)方向垂直纸面向里(3)EsinθB2L【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＝5.00cm.C、D间的距离d＝1.50cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L＝12.50cm，U＝200V，B＝6.3×10－4T．P点到O点的距离y＝3.0cm，试求电子的荷质比．【答案】1.61×1011C/kg【解析】当CD间既有电场又有磁场时，由电子做直线运动可知，电子所受的电场力与磁场力大小相等．设电子经电场加速后的速度为v0.qv0B＝qUd，则v0＝UBd＝2.12×107m/s.到达极板右边缘时，电子在竖直方向飞行的距离为y1＝12ayt2＝qUl22mdv20，在竖直方向的速度为vy＝ayt＝qUlmdv0，电子飞出到达P点时，在竖直方向经过的距离为y2＝vyt＝qUlL－l2mdv20，y＝y1＋y2，解得：qm＝1.61×1011C/kg.