
(2024·北京延庆·统考一模)电子的电荷量e与其质量m之比称为电子的比荷,测定电子的比荷是物理学发展史上的非常重要的事件,电子比荷的测定有多种方法。
(1)汤姆孙偏转法测电子的比荷
图是汤姆孙用来测定电子比荷的实验装置示意图,某实验小组的同学利用此装置进行了如下探索:
①真空管内的阴极K发出的电子经加速后,穿过A'中心的小孔沿中心线OP的方向进入到两块水平正对放置的平行极板M和N间的区域。当M和N间不加偏转电压时,电子束打在荧光屏的中心P点处,形成了一个亮点;
②在M和N间加上大小为U的偏转电压后,亮点偏离到P1点;
③在M和N之间再加上垂直于纸面向外的匀强磁场,调节磁场的强弱,当磁感应强度的大小为B时,电子在M、N间作匀速直线运动,亮点重新回到P点;
④撤去M和N间的偏转电压,只保留磁场,电子在M、N间作匀速圆周运动,亮点偏离到P2点。荧光屏可视为平面,测得P、P2的距离。
若已知平行板的间距为d,并已经求得电子在M、N间作匀速圆周运动的轨迹半径为r,请结合上述步骤求电子的比荷。(不计电子所受的重力和电子间的相互作用)
(2)磁聚焦法测电子的比荷图2磁聚焦法测量电子比荷的装置示意图。在抽成真空的玻璃管中装有热阴极K和有小孔的阳极A。在A、K之间加一电压,对电子进行加速,电子由阳极小孔高速射出;在电容器C的两极板间加一不大的交变电场,使不同时刻通过这里的电子发生不同程度的微小偏转,在电容器右侧和荧光屏之间加一水平方向的匀强磁场,进入磁场的电子会沿不同的螺旋线运动,每绕行一周后都会到达同一位置聚焦,适当调节磁感应强度的大小,可使电子流的焦点落在荧光屏S上。
已知加速电压的大小为U0,电容器右端到荧光屏的水平距离为l,匀强磁场的磁感应强度大小为B,假设电子在磁场中运动仅绕行一周就刚好打在荧光屏上,请根据以上条件及所学的知识求电子的比荷。(不计电子所受的重力和电子间的相互作用)
(3)如何说明金属导电靠的是电子?有人尝试用下述实验来证明这件事:让一块向前运动的金属长方体突然刹车,其中的载流子便会因惯性而聚集到前端使之带电,而在后端由于缺乏这种电荷而带相反电性的电,于是在导体前后两端之间形成电场,通过分析该情景下载流子的受力和运动就可以求解载流子的比荷。若该比荷的数值与汤姆孙所研究的阴极射线(电子流)的比荷相同,就可以说明金属导电靠的是电子。
已知金属导体突然刹车的加速度大小为a,你认为这种实验方法能否测出电子的比荷?
如果能,请写出还需测量的物理量和对应的测量工具,并用需要测量的物理量表示金属内部载流子的比荷。
如果不能,你认为还有什么方法可以测量该金属导体内部载流子的比荷?
【答案】(1);(2)
;(3)
,还需要用合适的电表测出
,用刻度尺测出导体沿运动方向的长度L
该题有详细解析可以查阅
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