1、一、电子的发现1阴极射线(1)实验研究如图所示，真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，接感应圈的负极，A是金属环制成的阳极，接感应圈的正极，接电源后，感应圈会产生近万伏的高电压加在两个电极间。可观察到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影子。(2)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。(3)阴极射线的特点在真空中沿直线传播；碰到物体可使物体发出荧光。(4)对阴极射线认识的两种观点电磁辐射；带电微粒。2电子的发现(1)汤姆孙的探究方法让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转情况，证明它是带负电的粒子流并求出了其比荷；换用不同材料的阴极做实验，所得比荷
2、的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍；汤姆孙研究的新现象：如光电效应、热离子发射效应和射线等。发现不论阴极射线、射线、光电流还是热离子流，它们都包含电子。(2)结论说明1汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，发现了阴极射线就是电子流。2电子是构成物质的基本粒子，任何物质中都有电子。判一判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()二、原子的结构1汤姆孙的原子模型汤姆孙于1898年提出一种模型。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，电子镶嵌其中，如图所示，图中的小圆点代表正电荷，大
3、圆点代表电子。有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。2原子的核式结构模型(1)粒子散射实验粒子：从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍；实验装置如图所示(俯视)，整个装置放在真空中，其中：R：粒子源；F：厚度极小的金箔；M：带有荧光屏S的放大镜，能够围绕金箔F在水平面内转动，观察不同方向上的粒子的散射情况；实验结果：绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90，也就是说它们几乎被“撞了回来”；实验意义：卢瑟福通过粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了原
4、子的核式结构模型。(2)原子的核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核，它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。注意1粒子散射实验并不能观察到原子的实际结构，它只能根据粒子通过金箔时的散射情况，推断出金原子的核式结构模型。2卢瑟福的原子核式结构模型是比汤姆孙枣糕模型更科学的原子模型，但不是最科学的模型。随着人们认识水平的不断提高，原子结构模型也在不断更新。选一选多选如图为卢瑟福所做的粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下列说法中正确的是()A相同时间内在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B相同时间内在B位
5、置时观察到屏上的闪光次数与放在A位置时差不多C放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少D放在C、D位置时屏上观察不到闪光解析：选AC在卢瑟福粒子散射实验中，粒子穿过金箔后，绝大多数粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数粒子发生大角度偏转，极少数粒子偏转角度大于90，极个别粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、D错误，C正确。知识预览 1.让粒子通过正交的电磁场(如图所示)，让其做直线运动，根据二力平衡，即F洛F电(BqvqE)，得到粒子的运动速度v。2在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图所示)，保留磁场让粒子仅在磁场中运动，由洛伦兹
6、力提供向心力即Bqv，根据粒子轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvBm得，。典型例题例1.在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，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、G平行板间，接着在荧光屏中心F点出现荧光斑。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(图中未画出)，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，从D、G间射出时偏转角为。试解决下列问题：(1)说明阴极射线的电性；(2)说明所加磁场沿什么方向；(3)根据L、E
7、、B和，求出阴极射线粒子的比荷。解析(1)由于匀强电场方向向下，而阴极射线向上偏转，因此其所受电场力方向向上，即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)设此射线粒子带电量为q，质量为m，当射线粒子在DG间做匀速直线运动时，有qEBqv当射线粒子在DG间的磁场中偏转时(如图所示)，有Bqv由几何关系Lrsin 联立以上各式解得。答案(1)负电(2)垂直纸面向里(3)点评运用电磁场测定电子比荷的解题技巧1当电子在复合场中做匀速直线运动时，qEqvB，可以测出电子速度大小。2当电子在磁场中偏转时，qv
8、Bm，测出圆周运动半径，即可确定比荷。3当电子在匀强电场中偏转时，yat2，测出电场中的偏转量也可以确定比荷。即时巩固1多选如图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()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如果要使阴极射线到达荧光屏上的位置由B
9、点向A点移动，则偏转磁场磁感应强度应该先由小到大，再由大到小解析：选AC若偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O点，A正确；由阴极射线的电性及左手定则可知，B错误，C正确；由R可知，B越小，R越大，偏离中心的距离越小，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，D错误。1.实验装置(1)放射源：放出粒子(He)。(2)金箔：靶子。(3)显微镜、荧光屏(可转动)：观察工具。2实验注意事项(1)整个实验过程需在真空中进行。(2)粒子是氦核，本身很小，金箔需很薄，粒子才能很容易穿过。(3)实验中用的是金箔而不是铝箔，这是因为金的原子序数大，粒子受到金核库仑力大，偏转明显；另外金的延展性好，容易做成
10、极薄的金箔。3原子的核式结构模型对粒子散射的分析(1)分布情况：原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的。(2)受力情况：少数粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；大多数粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。(3)偏转情况：绝大多数粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于粒子很小)；少数粒子发生大角度偏转，甚至被弹回；如果粒子几乎正对着原子核射来，偏转角就几乎达到180，这种机会极少。典型例题例2.多选(2018南京高二检测)根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的粒子散射图景，图中实线表示粒子运动轨迹。其中一个粒子从a运动到
11、b、再运动到c的过程中，粒子在b点时距原子核最近。下列说法正确的是()A卢瑟福在粒子散射实验中发现了电子B粒子出现较大角度偏转的原因是粒子运动到b时受到的库仑斥力较大C粒子从a到c的运动过程中电势能先变小后变大D粒子从a到c的运动过程中加速度先变大后变小解析汤姆孙在对阴极射线的探究中发现了电子，A错误；粒子出现大角度偏转的原因是靠近原子核时(运动到b时)受到较大的库仑斥力作用，B正确；粒子从a到c受到的库仑力先增大后减小，加速度先变大后变小，库仑力先做负功后做正功，电势能先变大后变小，C错误，D正确。答案BD点评解决有关粒子散射问题的四点提醒1核外电子不会使粒子的速度发生明显改变。2汤姆孙模型
12、不能解释粒子的大角度散射。3少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物质的作用。4绝大多数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、电量都集中在体积很小的核上。即时巩固2(2018湖南师大附中期末)在粒子散射实验中，极少数的粒子出现了大角度的散射，其原因是()A组成金箔的原子的粒子均匀分布，粒子轰击金箔，正好碰撞到某个粒子，出现了大角度的散射B组成金箔的原子由质子和中子、电子组成，粒子轰击金箔，正好碰撞到质子，受到质子斥力的作用，出现了大角度的散射C带正电荷的原子核体积很小，粒子在十分靠
13、近它时，受到很强的斥力D粒子与金箔中的电子发生碰撞，偏离原来的运动方向解析：选C只有极少数的粒子出现了大角度的散射，说明带正电荷部分(原子核)体积很小，所以选项C正确。 1(2016上海高考)卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在()A电子B中子C质子 D原子核解析：选D卢瑟福在粒子散射实验中观察到绝大多数粒子穿过金箔后几乎不改变运动方向，只有极少数的粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中央存在一个体积很小的带正电的物质，将其称为原子核。故选项D正确。2(2018湖北黄冈检测)如图所示为汤姆孙阴极射线管的构造简图，将两极间加有一定电压的阴极射线管置于U形磁铁两极之间，分析左端射
14、入的电子束可知()A增大加速电压，观察到的偏转现象将更加明显B减小磁感应强度，观察到的偏转现象将更加明显C电子束向下偏转D若将粒子源更换为粒子源，磁场中粒子束偏转方向不变解析：选C由R可知，增大加速电压从而增大电子的速度，增大电子圆周运动的半径，偏转将不明显，减小磁场的磁感应强度，也增大电子圆周运动的半径，从而使偏转不明显，A、B错误；电子束由左向右运动，由左手定则可以判定电子束将向下偏转，C正确；若将粒子源换为粒子源，因粒子带正电，由左手定则可知，粒子束将向上偏转，D错误。3关于阴极射线，下列说法正确的是()A阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光而产生的B只要阴、阳两极间加有电压，
15、就会有阴极射线产生C阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波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：选D阴极射线是由阴极直接发出的，选项A错误；只有当两极间加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，选项B错误，D正确；阴极射线可以穿透薄铝片，可能是电磁波，也可能是更小的粒子，选项C错误。4多选用粒子轰击金箔，粒子在接近金原子核时发生偏转的情况如图所示，则粒子的路径可能是()Aa Bb Cc Da、b、c都是不可能的解析：选AC粒子偏转的原因是原子核对其有库仑斥力的作用，离核越近，斥力越大，偏转越明显，当
16、正好击中原子核时，由于粒子质量较小而反弹，结合题图知，A、C正确。5(2018北京汇文中学期中)电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验推测出的。密立根油滴实验的原理如图所示，两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上面的板带正电，下面的板带负电。油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场E中。大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降，观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察。实验时在A板上方用喷雾器将细油滴喷出，若干油滴从板上的一个小孔中落下，喷出的油滴因摩擦而带负电。已知A、B板间电压为U、间距为d，油滴
17、恰好静止。撤去电场后油滴徐徐下落，最后测出油滴以速度v匀速运动，已知空气阻力正比于速度，即fkv，则油滴所带的电荷量q_。某次实验q的测量值如表格所示(单位：1019 C)，分析数据可知电荷的最小电荷量是_。6.418.019.6511.2312.83解析：由题意根据平衡条件可得mgq，mgkv，解得q；由题表可知，油滴的带电量均非常接近1.61019 C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.61019 C。答案：1.61019 C基础练一、选择题1多选1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子并被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是()A汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是
18、带负电的粒子流的结论，并求出了阴极射线粒子的比荷B汤姆孙通过光电效应的研究，发现了电子C电子的质量是质子质量的1 836倍D汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更小的基本的物质单元解析：选AD由汤姆孙发现电子的过程可知，A、D正确，B错误；质子的质量是电子质量的1 836倍，C错误。2卢瑟福利用镭源所放出的粒子，作为炮弹去轰击金箔原子，测量散射粒子的偏转情况。下列叙述中符合卢瑟福的粒子散射实验事实的是()A大多数粒子在穿过金箔后发生明显的偏转B少数粒子在穿过金箔后几乎没有偏转C大多数粒子在撞到金箔时被弹回D极个别粒子在撞到金箔时被弹
19、回解析：选D根据粒子散射实验规律，易判定只有D符合实验事实。3多选关于电子的下列说法中正确的是()A发现电子是从研究阴极射线开始的B任何原子中均有电子，它是原子的组成部分C电子发现的意义是：使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，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同解析：选ABC电子带负电，其所受的电场力方向与电场线的切线方向相反，由电子的发现及其特点知，只有D错误。4(2018洛阳中学期末)如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线(电子束)将()A向纸内偏转 B向纸外偏转 C向下偏转 D向上偏转解析：选D由题图
20、可知，阴极射线管所在处磁场垂直纸面向外，电子从负极射出，由左手定则可判定阴极射线(电子束)将向上偏转，故选项D正确。5多选(2018衡水中学检测)如图所示是汤姆孙的阴极射线管的示意图，下列说法中正确的是()A若在D1、D2两极板之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的中心P1点B若在D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场 ，则阴极射线应向下偏转C若在D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转D若在D1、D2两极板之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转解析：选AC阴极射线是电子流，它在电场中偏转时应偏向D1、D2之间带正电的极板一侧，选项C正确，B错误；加上与电子运动
21、方向垂直的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要发生偏转，选项D错误；当不加电场和磁场时，因电子所受的重力可以忽略不计，不发生偏转，将打到最右端的中心P1点，选项A正确。二、非选择题6如图所示，M、N为原子核外的两个等势面，已知UNM100 V。一个粒子以2.5105 m/s的速率从等势面M上的A点运动到等势面N上的B点，求粒子在B点时速度的大小。(已知粒子的质量m6.641027 kg，电荷量q3.21019 C)解析：粒子从A点运动到B点，库仑力做的功WABqUMNqUNM，由动能定理WABmvmv，由以上两式并代入数据解得vB2.3105 m/s。答案：2.3105 m/s提能练一、选择
22、题1向图甲所示荧光屏上看去，电子向我们飞来，在偏转线圈中通过如图乙所示的电流，电子的偏转方向为()A向上 B向下 C向左 D向右解析：选A由题图乙根据安培定则，偏转线圈右侧为N极、左侧为S极，在偏转线圈内产生水平向左的匀强磁场，利用左手定则可知，电子向上偏转，选项A正确。2(2018广州高二检测)在卢瑟福的粒子散射实验中，某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示。图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域。不考虑其他原子核对该粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是()A可能在区域 B可能在区域C可能在区域 D可能在区域解
23、析：选A粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的粒子产生斥力，故原子核不会在区域；若原子核在、区域，粒子会向区域偏；若原子核在区域，可能会出现题图所示的轨迹，故A对。3多选如图所示为加了高压的真空管，下列有关说法中正确的是()A加了高压的真空管中可以看到辉光现象Ba为负极，b为正极CU1为高压电源，U2为低压电源D甲为环状物，乙为甲在玻璃壁上的阴影解析：选BD由加了高压的真空管实验相关知识可知，真空中不能发生辉光放电，U1为低压电源，U2为高压电源，a为负极，b为正极，A、C错误，B、D正确。4.(2018扬州中学期中)如图所示，从S处发出的电子流经加速电压U加速后，水平进入相互垂直的匀强电场和
24、匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转。设两极板间电场强度为E，磁感应强度为B。欲使电子流沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是()A适当减小电场强度EB适当减小磁感应强度BC适当增大加速电场极板之间的距离dD适当减小加速电压U解析：选A要使电子流沿直线通过，应该有电场力与洛伦兹力等大反向，即：EqqvB，根据左手定则判断，电子流所受洛伦兹力的方向竖直向下，电子流向上偏转说明EqqvB，因此要使电子流不偏转，则可采用减小E或增大v、B的措施，对应四个选项可知，只有A正确。5.多选(2018烟台高二检测)如图所示，是粒子散射实验中，粒子经过某一金属原子核附近的示意图，A、B、C分别
25、位于两个等势面上，则以下说法正确的是()A粒子在A处的速度比在B处的大B粒子在B处的速度最大C粒子在A、C两处的速度大小相等D粒子在B处的速度比在C处的速度要小解析：选ACD从A到B，库仑力做负功，粒子速度减小，从B到C，库仑力做正功，粒子速度增大，A正确，B错误；由于A、C处于同一等势面上，由动能定理可知，A、C两处粒子速度大小相等，C、D正确。二、非选择题6(2018人大附中期末)测量电子比荷的一种精确测量方法是双电容法。如图所示，在真空管中由阴极K发射电子，其初速度可忽略，此电子被阳极A与阴极K间的电场加速后穿过屏障D1上的小孔，然后依次穿过电容器C1、屏障D2和第二个电容器C2而射到荧光屏上，电容器C1、C2大小不计，间距为L。阳极A与阴极K间的电压为U，在电容器C1、C2上加有完全相同的交流电压，交流电压的频率为f。选择频率f使电子打在荧光屏上的亮点不发生偏转，由此测得电子的比荷为多少？解析：设电子的质量为m，电荷量为e，电子经电场加速后的速度为v0，根据动能定理得eUmv要使电子通过电容器C1、C2后打在荧光屏上的亮点不发生偏转，则电子在电容器C1、C2中运动时，电容器C1、C2的电压刚好为零。所以电子由C1运动到C2的时间为tnn(n1,2,3,4，)而t，所以(n1,2,3,4，)。答案：(n1,2,3,4，)