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    如图甲所示为汤姆生在1897年测量阴极射线（电子）的比荷时所用实验装置的示意图．K为阴极，A1和A2为连接在一起的中心空透的阳极，电子从阴极发出后被电场加速，只有运动方向与A1和A2的狭缝方向相同的电子才能通过，电子被加速后沿00’方向垂直进人方向互相垂直的电场、磁场的叠加区域．磁场方向垂直纸面向里，电场极板水平放置，电子在电场力和磁场力的共同作用下发生偏转．已知圆形磁场的半径为r，圆心为C．
    某校物理实验小组的同学们利用该装置，进行了以下探究测量：
    第一步：调节两种场的强弱．当电场强度的大小为E，磁感应强度的大小为B时，使得电子恰好能够在复合场区域内沿直线运动．
    第二步：撤去电场，保持磁场和电子的速度不变，使电子只在磁场力的作用下发生偏转，打在荧屏上出现一个亮点P，通过推算得到电子的偏转角为α（CP与OO′下之间的夹角）．
    求：（1）电子在复合场中沿直线向右飞行的速度；
    （2）电子的比荷
    e
    m
    ；
    （3）有位同学提出了该装置的改造方案，把球形荧屏改成平面荧屏，并画出了如图乙的示意图．已知电场平行金属板长度为L1，金属板右则到荧屏垂直距离为L2．实验方案的第一步不变，可求出电子在复合场中沿直线向右飞行的速度．第二步撤去磁场，保持电场和电子的速度不变，使电子只在电场力的作用下发生偏转，打在荧屏上出现一个亮点P，通过屏上刻度可直接读出电子偏离屏中心点的距离
    .
    O/Q
    =y    ．同样可求出电子的比荷
    e
    m
    ．请你判断这一方案是否可行？并说明相应的理由．
    分析：（1）电子在复合场中二力平衡，电场力等于洛伦兹力，列方程即可求解；
    （2）画出电子在磁场中的运动轨迹，确定圆心找出半径，根据三角形角的关系求出圆心角，再结合洛伦兹力提供向心力公式即可求解；
    （3）设电子在电场中偏转的侧向位移为y′，求出y′与y的比值关系，电子通过水平电场的时间为：t=
    L1
    v
    ，电子在电场中偏转的加速度为：a=
    eE
    m
    ，而侧向位移为
    y/=
    1
    2
    at2    联立方程即可求解．
    解答：解：（1）电子在复合场中二力平衡，即：
    eE=evB    ①
    得：v=
    E
    B
    ②
    （2）如图所示：其中R为电子在磁场中做圆（弧）运动的圆轨道半径．
    所以：θ=
    π
    2
    -
    α
    2
    ③
    tanθ=
    r
    R
    ④
    又因：evB=m
    v2
    R
    ⑤
    联解以上②③④⑤式得：
    e
    m
    =
    E
    rB2
    tan
    α
    2
    ⑥
    （3）此方案可行，原因如下．   
    如图设电子在电场中偏转的侧向位移为y′，
    有
    y/
    y
    =
    L1
    2
    L1
    2
    +L2
    ⑦
    电子通过水平电场的时间为：t=
    L1
    v

    电子在电场中偏转的加速度为：a=
    eE
    m
    ⑧
    则侧向位移为y/=
    1
    2
    at2=
    1
    2
    eE
    m
    (
    L1B
    E
    )2=
    eB2
    L
    2
    1
    2mE
    ⑨
    联立⑦⑧⑨式得：
    e
    m
    =
    2E
    B2(
    L
    2
    1
    +2L1L2)
    y
    答：（1）电子在复合场中沿直线向右飞行的速度为
    E
    B
    ；
    （2）电子的比荷
    e
    m
    为
    E
    rB2
    tan
    α
    2
    ；
    （3）此方案可行．
    点评：带电粒子在电场磁场中的运动要把握其运动规律，在电场中利用几何关系得出其沿电场和垂直于电场的运动规律；而在磁场中也是要注意找出相应的几何关系，从而确定圆心和半径．
    练习册系列答案
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    相关习题

    科目：高中物理 来源： 题型：

    （选修模块3-5）
    （1）下列说法正确的是
    BD
    BD

    A．汤姆生发现了电子，表明原子具有核式结构
    B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应
    C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短
    D．将放射性元素掺杂到其它稳定元素中，并降低其温度，它的半衰期不发生改变
    （2）北京时间2011年3月11日在日本海域发生强烈地震，并引发了福岛核电站产生大量的核辐射，经研究，其中核辐射的影响最大的是铯137（
     
    137
    55
    Cs），可广泛散布到几百公里之外，且半衰期大约是30年左右）．请写出铯137发生β衰变的核反应方程：
    55137 Cs→56137Ba+-10e
    55137 Cs→56137Ba+-10e
    ．如果在该反应过程中释放的核能为E，则该反应过程中质量亏损为
    E
    c2
    E
    c2
    ．（已知碘（I）为53号元素，钡（Ba）为56号元素）
    （3）如图甲所示，光滑水平面上有A、B两物块，已知A物块的质量mA=1kg．初始时刻B静止，A以一定的初速度向右运动，之后与B发生碰撞并一起运动，它们的位移-时间图象如图乙所示（规定向右为位移的正方向），则物体B的质量为多少？

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    科目：高中物理 来源： 题型：阅读理解

    A．选修3-3
    （1）有以下说法：其中正确的是
    AEF
    AEF
    ．
    A．“用油膜法估测分子的大小”实验中油酸分子直径等于纯油酸体积除以相应油酸膜的面积
    B．理想气体在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比
    C．气体分子的平均动能越大，气体的压强就越大
    D．物理性质各向同性的一定是非晶体
    E．液体的表面张力是由于液体分子间的相互作用引起的
    F．控制液面上方饱和汽的体积不变，升高温度，则达到动态平衡后该饱和汽的质量增大，密度增大，压强也增大
    G．让一小球沿碗的圆弧型内壁来回滚动，小球的运动是可逆过程
    （2）如图甲所示，用面积为S的活塞在汽缸内封闭着一定质量的空气，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m，现对汽缸缓缓加热使汽缸内的空气温度从TI升高到T2，且空气柱的高度增加了△l，已知加热时气体吸收的热量为Q，外界大气压强为p0，问此过程中被封闭气体的内能变化了多少？请在下面的图乙的V-T图上大致作出该过程的图象（包括在图象上标出过程的方向）．
    （3）一只气球内气体的体积为2L，密度为3kg/m3，平均摩尔质量为15g/mol，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1，试估算这个气球内气体的分子个数．
    B．（选修模块3-4）
    （1）下列说法中正确的是
    BD
    BD

    A．交通警通过发射超声波测量车速，利用了波的干涉原理
    B．电磁波的频率越高，它所能携带的信息量就越大，所以激光可以比无线电波传递更多的信息
    C．单缝衍射中，缝越宽，条纹越亮，衍射现象也越明显
    D．地面上测得静止的直杆长为L，则在沿杆方向高速飞行火箭中的人测得杆长应小于L
    （2）如图所示，一弹簧振子在MN间沿光滑水平杆做简谐运动，坐标原点O为平衡位置，MN=8cm．从小球经过图中N点时开始计时，到第一次经过O点的时间为0.2s，则小球的振动周期为
    0.8
    0.8
    s，振动方程的表达式为x=
    4cos
    5πt
    2
    4cos
    5πt
    2
    cm；
    （3）一列简谐横波在t=0时刻的波形如图所示，质点P此时刻沿-y运动，经过0.1s第一次到达平衡位置，波速为5m/s，那么：
    ①该波沿
    -x
    -x
    （选填“+x”或“-x”）方向传播；
    ②图中Q点（坐标为x=7.5m的点）的振动方程y=
    5cos
    5πt
    3
    5cos
    5πt
    3
    cm；
    ③P点的横坐标为x=
    2.5
    2.5
    m．
    C．选修3-5
    （1）下列说法中正确的是
    BC
    BC

    A．X射线是处于激发态的原子核辐射出的方向与线圈中电流流向相同k
    B．一群处于n=3能级激发态的氢原子，自发跃迁时能发出3种不同频率的光
    C．放射性元素发生一次β衰变，原子序数增加1
    D．235U的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短
    （2）下列叙述中不符合物理学史的是
    BCD
    BCD

    A．麦克斯韦提出了光的电磁说
    B．爱因斯坦为解释光的干涉现象提出了光子说
    C．汤姆生发现了电子，并首先提出原子的核式结构模型
    D．贝克勒尔通过对天然放射性的研究，发现了放射性元素钋（Pa）和镭（Ra）
    （3）两磁铁各固定放在一辆小车上，小车能在水平面上无摩擦地沿同一直线运动．已知甲车和磁铁的总质量为0.5kg，乙车和磁铁的总质量为1.0kg．两磁铁的N极相对．推动一下，使两车相向运动．某时刻甲的速率为2m/s，乙的速率为3m/s，方向与甲相反．两车运动过程中始终未相碰，则两车最近时，乙的速度为多大？

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    科目：高中物理 来源： 题型：阅读理解

    精英家教网A．选修3-3
    （1）有以下说法：其中正确的是
     
    ．
    A．“用油膜法估测分子的大小”实验中油酸分子直径等于纯油酸体积除以相应油酸膜的面积
    B．理想气体在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比
    C．气体分子的平均动能越大，气体的压强就越大
    D．物理性质各向同性的一定是非晶体
    E．液体的表面张力是由于液体分子间的相互作用引起的
    F．控制液面上方饱和汽的体积不变，升高温度，则达到动态平衡后该饱和汽的质量增大，密度增大，压强也增大
    G．让一小球沿碗的圆弧型内壁来回滚动，小球的运动是可逆过程
    （2）如图甲所示，用面积为S的活塞在汽缸内封闭着一定质量的空气，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m，现对汽缸缓缓加热使汽缸内的空气温度从TI升高到T2，且空气柱的高度增加了△l，已知加热时气体吸收的热量为Q，外界大气压强为p0，问此过程中被封闭气体的内能变化了多少？请在下面的图乙的V-T图上大致作出该过程的图象（包括在图象上标出过程的方向）．
    B．选修3-5
    （1）下列说法中正确的是 
    A．X射线是处于激发态的原子核辐射出的方向与线圈中电流流向相同
    B．一群处于n=3能级激发态的氢原子，自发跃迁时能发出3种不同频率的光
    C．放射性元素发生一次β衰变，原子序数增加1
    D．235U的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短
    （2）下列叙述中不符合物理学史的是
    A．麦克斯韦提出了光的电磁说
    B．爱因斯坦为解释光的干涉现象提出了光子说
    C．汤姆生发现了电子，并首先提出原子的核式结构模型
    D．贝克勒尔通过对天然放射性的研究，发现了放射性元素钋（Pa）和镭（Ra）
    （3）两磁铁各固定放在一辆小车上，小车能在水平面上无摩擦地沿同一直线运动．已知甲车和磁铁的总质量为0.5kg，乙车和磁铁的总质量为1.0kg．两磁铁的N极相对．推动一下，使两车相向运动．某时刻甲的速率为2m/s，乙的速率为3m/s，方向与甲相反．两车运动过程中始终未相碰，则两车最近时，乙的速度为多大？

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    科目：高中物理 来源：2010-2011学年北京市丰台区高三（上）期末物理模拟试卷（解析版） 题型：解答题

    如图甲所示为汤姆生在1897年测量阴极射线（电子）的比荷时所用实验装置的示意图．K为阴极，A1和A2为连接在一起的中心空透的阳极，电子从阴极发出后被电场加速，只有运动方向与A1和A2的狭缝方向相同的电子才能通过，电子被加速后沿00’方向垂直进人方向互相垂直的电场、磁场的叠加区域．磁场方向垂直纸面向里，电场极板水平放置，电子在电场力和磁场力的共同作用下发生偏转．已知圆形磁场的半径为r，圆心为C．
    某校物理实验小组的同学们利用该装置，进行了以下探究测量：
    第一步：调节两种场的强弱．当电场强度的大小为E，磁感应强度的大小为B时，使得电子恰好能够在复合场区域内沿直线运动．
    第二步：撤去电场，保持磁场和电子的速度不变，使电子只在磁场力的作用下发生偏转，打在荧屏上出现一个亮点P，通过推算得到电子的偏转角为α（CP与OO′下之间的夹角）．
    求：（1）电子在复合场中沿直线向右飞行的速度；
    （2）电子的比荷；
    （3）有位同学提出了该装置的改造方案，把球形荧屏改成平面荧屏，并画出了如图乙的示意图．已知电场平行金属板长度为L1，金属板右则到荧屏垂直距离为L2．实验方案的第一步不变，可求出电子在复合场中沿直线向右飞行的速度．第二步撤去磁场，保持电场和电子的速度不变，使电子只在电场力的作用下发生偏转，打在荧屏上出现一个亮点P，通过屏上刻度可直接读出电子偏离屏中心点的距离．同样可求出电子的比荷．请你判断这一方案是否可行？并说明相应的理由．

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