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    精英家教網(wǎng)1897年湯姆生通過(guò)對(duì)陰極射線的研究,發(fā)現(xiàn)了電子,從而使人們認(rèn)識(shí)到原子是可分的.湯姆生當(dāng)年用來(lái)測(cè)定電子比荷(電荷量e與質(zhì)量m之比)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,真空玻璃管內(nèi)C、D為平行板電容器的兩極,圓形陰影區(qū)域內(nèi)可由管外電磁鐵產(chǎn)生一垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),圓形區(qū)域的圓心位于C、D中心線的中點(diǎn),直徑與C、D的長(zhǎng)度相等.已知極板C、D的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1,C、D間的距離為d,極板右端到熒光屏的距離為L(zhǎng)2.由K發(fā)出的電子,經(jīng)A與K之間的高電壓加速后,形成一束很細(xì)的電子流,電子流沿C、D中心線進(jìn)入板間區(qū)域.若C、D間無(wú)電壓,則電子將打在熒光屏上的O點(diǎn);若在C、D間加上電壓U,則電子將打在熒光屏上的P點(diǎn),P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為h;若再在圓形區(qū)域內(nèi)加一方向垂直于紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則電子又打在熒光屏上的O點(diǎn).不計(jì)重力影響.
    (1)求電子打在熒光屏O點(diǎn)時(shí)速度的大小.
    (2)推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式.
    (3)利用這個(gè)裝置,還可以采取什么方法測(cè)量電子的比荷?
    分析:(1)電子所受電場(chǎng)力與洛侖茲力相等,根據(jù)平衡條件列方程求電子的速度大小;
    (2)若在兩極板間加上電壓U,電子在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)在豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng),根據(jù)類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律列方程求解;
    (3)結(jié)合帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的有關(guān)知識(shí)思考一些其他方法即可.
    解答:解:(1)加上磁場(chǎng)后,電子所受電場(chǎng)力與洛侖茲力相等,電子做勻速直線運(yùn)動(dòng),則:evB=eE
    又:E=
    U
    d

    即:v=
    U
    Bd

    (2)若在兩極板間加上電壓U,
    電子在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng),通過(guò)極板所需的時(shí)間為:t1=
    L1
    v

    電子在豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng),加速度為:a=
    eU
    md

    在時(shí)間t1內(nèi)垂直于極板方向豎直向下偏轉(zhuǎn)的距離為:y1=
    1
    2
    a
    t
    2
    1

    離開(kāi)極板區(qū)域時(shí)豎直向下的分速度為:vy=at1
    電子離開(kāi)極板區(qū)域后做勻速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)t2時(shí)間到達(dá)熒光屏,t2=
    L2
    v

    在時(shí)間t2內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)的距離為:y2=vyt2
    則:h=y1+y2
    解得:
    e
    m
    =
    2Uh
    B2dL1(L1+2L2)

    (3)說(shuō)出任何一種合理方法均可,例如:
    a.測(cè)量出A與K之間的電壓U′;再在兩極板間加上電壓U,電子將打在熒光屏上的P點(diǎn);測(cè)出OP的長(zhǎng)度便能計(jì)算電子的比荷;
    b.測(cè)量出A與K之間的電壓U′;只在圓形區(qū)域內(nèi)加一方向垂直于紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),電子將打在熒光屏上的P′點(diǎn);測(cè)出OP′的長(zhǎng)度便能計(jì)算電子的比荷;
    c.在兩極板間加上電壓U,在圓形區(qū)域內(nèi)加一方向垂直于紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),使電子打在熒光屏上的O點(diǎn);再撤去兩極板間加上電壓,電子將打在熒光屏上的P′點(diǎn);測(cè)出OP′的長(zhǎng)度便能計(jì)算電子的比荷;
    d.只在兩極板間加上電壓U,電子將打在熒光屏上的P點(diǎn);只在圓形區(qū)域內(nèi)加一方向垂直于紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),電子將打在熒光屏上的P′點(diǎn);測(cè)出OP、OP′的長(zhǎng)度便能計(jì)算電子的比荷.
    答:(1)電子打在熒光屏O點(diǎn)時(shí)速度的大小
    U
    Bd

    (2)推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式為
    e
    m
    =
    2Uh
    B2dL1(L1+2L2)

    (3)方法如上所述.
    點(diǎn)評(píng):本題考查帶電粒子在混合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的知識(shí)有關(guān)應(yīng)用,難點(diǎn)是帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn),要靈活運(yùn)用類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)的有關(guān)規(guī)律求解.
    練習(xí)冊(cè)系列答案
    相關(guān)習(xí)題

    科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

    1897年湯姆生通過(guò)對(duì)陰極射線的研究,發(fā)現(xiàn)了電子,從而使人們認(rèn)識(shí)到原子是可分的。湯姆生當(dāng)年用來(lái)測(cè)定電子比荷(電荷量e與質(zhì)量m之比)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,真空玻璃管內(nèi)C、D為平行板電容器的兩極,圓形陰影區(qū)域內(nèi)可由管外電磁鐵產(chǎn)生一垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),圓形區(qū)域的圓心位于CD中心線的中點(diǎn),直徑與CD的長(zhǎng)度相等。已知極板CD的長(zhǎng)度為L1,CD間的距離為d,極板右端到熒光屏的距離為L2。由K發(fā)出的電子,經(jīng)AK之間的高電壓加速后,形成一束很細(xì)的電子流,電子流沿C、D中心線進(jìn)入板間區(qū)域。

    C、D間無(wú)電壓,則電子將打在熒光屏上的O點(diǎn);若在CD間加上電壓U,則電子將打在熒光屏上的P點(diǎn),P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為h;若再在圓形區(qū)域內(nèi)加一方向垂直于紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則電子又打在熒光屏上的O點(diǎn)。不計(jì)重力影響。

      (1)求電子打在熒光屏O點(diǎn)時(shí)速度的大小。

      (2)推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式。

      (3)利用這個(gè)裝置,還可以采取什么方法測(cè)量電子的比荷?

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    科目:高中物理 來(lái)源:2012年粵教版高中物理選修3-5 3.1敲開(kāi)原子的大門(mén)練習(xí)卷(解析版) 題型:選擇題

    1897年英國(guó)物理學(xué)家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子并被稱(chēng)為“電子之父”,下列關(guān)于電子的說(shuō)法正確的是(  )

    A.湯姆生通過(guò)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)得出了陰極射線是帶負(fù)電的粒子的結(jié)論,并求出了陰極射線的比荷

    B.湯姆生通過(guò)對(duì)光電效應(yīng)的研究,發(fā)現(xiàn)了電子

    C.電子的質(zhì)量無(wú)法測(cè)定

    D.湯姆生通過(guò)對(duì)不同材料的陰極發(fā)出的射線做研究,并研究光電效應(yīng)等現(xiàn)象,說(shuō)明電子是原子的組成部分,是比原子更基本的物質(zhì)單元

     

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    科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

    1897年英國(guó)物理學(xué)家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子并被稱(chēng)為“電子之父”,下列關(guān)于電子的說(shuō)法正確的是


    1. A.
      湯姆生通過(guò)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)得出了陰極射線是帶負(fù)電的粒子的結(jié)論,并求出了陰極射線的比荷
    2. B.
      湯姆生通過(guò)對(duì)光電效應(yīng)的研究,發(fā)現(xiàn)了電子
    3. C.
      電子的質(zhì)量無(wú)法測(cè)定
    4. D.
      湯姆生通過(guò)對(duì)不同材料的陰極發(fā)出的射線做研究,并研究光電效應(yīng)等現(xiàn)象,說(shuō)明電子是原子的組成部分,是比原子更基本的物質(zhì)單元

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    科目:高中物理 來(lái)源:北京模擬題 題型:計(jì)算題

    1897年湯姆生通過(guò)對(duì)陰極射線的研究,發(fā)現(xiàn)了電子,從而使人們認(rèn)識(shí)到原子是可分的。湯姆生當(dāng)年用來(lái)測(cè)定電子比荷(電荷量e與質(zhì)量m之比)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,真空玻璃管內(nèi)C、D為平行板電容器的兩極,圓形陰影區(qū)域內(nèi)可由管外電磁鐵產(chǎn)生一垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),圓形區(qū)域的圓心位于C、D中心線的中點(diǎn),直徑與C、D的長(zhǎng)度相等,已知極板C、D的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1,C、D間的距離為d,極板右端到熒光屏的距離為L(zhǎng)2。由K發(fā)出的電子,經(jīng)A與K之間的高電壓加速后,形成一束很細(xì)的電子流,電子流沿C、D中心線進(jìn)入板間區(qū)域,若C、D間無(wú)電壓,則電子將打在熒光屏上的O點(diǎn);若在C、D間加上電壓U,則電子將打在熒光屏上的P點(diǎn),P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為h;若再在圓形區(qū)域內(nèi)加一方向垂直于紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則電子又打在熒光屏上的O點(diǎn)。不計(jì)重力影響。
    (1)求電子打在熒光屏O點(diǎn)時(shí)速度的大小;
    (2)推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式;
    (3)利用這個(gè)裝置,還可以采取什么方法測(cè)量電子的比荷?

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