1、第十八章原子结构1电子的发现一、阴极射线1阴极射线科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管阴极发射出的一种射线，叫做阴极射线2阴极射线的产生阴极射线是一种带负电的粒子流英国物理学家汤姆孙使阴极射线在磁场和电场中产生偏转，来确定射线微粒的带电性质3阴极射线的特点(1)在真空中沿直线传播；(2)碰到物体可使物体发出荧光电子的发现是与阴极射线的实验研究联系在一起的，而阴极射线的发现和研究是从真空放电现象开始的.1858年，德国物理学家普吕克在利用德国玻璃工盖斯勒发明的盖斯勒放电管研究气体放电时，发现对着阴极的管壁上出现了美丽的绿色荧光.1876年德国物理学家戈德斯坦证实这种绿色荧光是由阴极
2、上所产生的某种射线射到玻璃上产生的，他把这种射线命名为“阴极射线”“阴极射线”到底是什么？提示：带负电的粒子流(高速电子流)这个问题曾引起了物理学界一场大争论法国物理学家大多认为阴极射线是一种电磁波(以太波)，英国的物理学家则认为是一种带电粒子流，这一争论持续了二十年，促使许多物理学家进行了很多有意义的实验，推动了物理学的发展，这场争论最后由J.J.汤姆孙解决了，他用实验表明阴极射线就是带负电的粒子流二、电子的发现1汤姆孙的探究方法及结论汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转判定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷汤姆孙用不同材料的阴极和不同的气体做实验，所得的比荷都是相同的，是
3、氢离子比荷的近千倍汤姆孙直接测量了阴极射线粒子的电荷量，得到这种粒子的电荷量大小与氢离子电荷基本相同后来把组成阴极射线的粒子称为电子2汤姆孙的进一步研究汤姆孙的新发现：不论是阴极射线、射线、光电效应中的光电流还是热离子发射效应中的离子流，它们都包含电子结论：它是从原子中发射出来的，它的质量只比最轻原子的质量的两千分之一稍多一点，由此可见，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元3对电子的认识电子电荷量e1.61019C，是由密立根通过著名的“油滴实验”测出来的密立根发现，电荷是量子化的，任何电荷只能是e的整数倍电子质量m9.11031kg，质子的质量与电子的质量的比值：1_836.这个丰
4、富多彩的世界是由原子构成的原子内部呈现的复杂的结构，不断地吸引着人们去探索现在利用先进的手段已经能够“看到”或“拿起”一个原子，但在19世纪，实验手段和设备相当简陋，人类只能运用观测的现象推测原子内部的情景汤姆孙在研究原子结构方面取得开拓性的成果汤姆孙在当时是通过什么样的实验发现电子的呢？提示：汤姆孙是在研究气体放电产生阴极射线的实验中发现电子的考点一 对阴极射线的认识1对阴极射线本质的认识两种观点(1)电磁波说，代表人物赫兹，他认为这种射线的本质是一种电磁辐射(2)粒子说，代表人物汤姆孙，他认为这种射线的本质是一种带电粒子流2阴极射线带电性质的判断方法阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中
5、所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电磁力对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响，其带电性质的判断方法如下：(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】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，则阴极射线将()A向纸内偏转B向纸外偏转C向下偏转D向上偏转先判断出直导线下方电流产生的磁场的方向，再由左手定则即可判断出阴极射线的偏转方向【答案】D【解析】长直导线的电流方向向左，由安培定则可判定直导线下方所处磁场垂直纸面向外，由于
6、电子从负极射出，根据左手定则可判定电子向上偏转，即阴极射线将向上偏转总结提能 本题综合考查了电流的磁场、左手定则以及阴极射线的产生和实质(多选)关于阴极射线，下列说法正确的是(BD)A阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象B阴极射线是在真空管内由阴极发生的电子流C阴极射线是组成物体的原子D阴极射线沿直线传播，但在电场、磁场中偏转解析：阴极射线是原子受激发射出的电子；碰到荧光物质时，能使荧光物质发光；电子流在电场和磁场中会发生偏转考点二带电粒子比荷的确定1电荷量的量子化带电体所带电荷量具有量子化，即任何带电体所带电荷量只能是电子电荷量的整数倍，即qne(n为自然数)2比荷(或电荷量)的测定根据电
7、场、磁场对电子(带电粒子)的偏转测量比荷(或电荷量)，分以下两步：(1)让粒子通过正交的电磁场(如图)，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)，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，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvBm得.【例2】在测阴极射线比荷的实验中，汤姆孙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，阴极射线将向上偏转；如果再利用
8、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，试解决下列问题：(1)说明阴极射线的带电性；(2)说明图中磁场沿什么方向；(3)根据L、E、B和，求出阴极射线的比荷由阴极射线在电场和磁场中受到的电场力和洛伦兹力的方向判断电性和磁场方向，利用两力的平衡关系，及阴极射线在磁场中做匀速圆周运动列方程求解比荷【答案】(1)负电(2)垂直纸面向里(3)【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，即电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电(2)根据题意知，在D、E区加上
9、磁场时，阴极射线受到的洛伦兹力应向下，由左手定则可判断，磁场方向垂直纸面向里(3)当射线在D、E间做匀速直线运动时有：qEBqv.当射线在D、E间的磁场中发生偏转时，有Bqv，同时又有：Lrsin，如图可得：.总结提能 (1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图确定圆心位置，利用几何知识求其半径(3)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，根据qEqvB可求其速度解决此类问题，要在熟练掌握各部分知识的基础上灵活解答为了测定带电粒子的比荷，让这个带电粒子垂直电场
10、方向飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E，在通过长为L的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d，如果在两板间加垂直于电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直于粒子的入射方向，磁感应强度为B，则粒子恰好不偏离原来的方向，求q/m为多少？答案：解析：设带电粒子以v0跟电场垂直进入匀强电场，则dat2()2此带电粒子垂直入射到正交的电磁场区域时不发生偏转，由平衡条件qEqv0B，得v0由两式得.解得.重难疑点辨析密立根油滴实验测量电子带的电荷量1密立根实验的原理(1)如图所示，两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接，使A板带正电，B板带负电从喷雾器嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔，落到两板之
11、间的匀强电场E中(2)小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可以使小油滴在两板之间静止或做匀速直线运动，忽略空气阻力，此时油滴所受的电场力和重力平衡，即mgEq，则电荷的电荷量q.实验发现，q一定是某个最小电荷量的整数倍，这个最小的电荷量就是电子的电荷量，即e1.602 177 331019 C.2密立根实验更重要的发现电荷量是量子化的，即任何电荷的电荷量只能是元电荷e的整数倍，并求得了元电荷即电子所带的电荷量e.【典例】图中，在A板上方用喷雾器将油滴喷出，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时，油滴恰好静止撤去电场后油滴徐徐下落，
12、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fkv，则油滴所带的电荷量q_.某次实验得q的测量值见下表(单位：1019 C)：6.418.019.6511.2312.83分析这些数据可知：_.【解析】mgEq0，mgkv0，解得q.油滴带的电荷量是1.61019 C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.61019 C.【答案】电荷的最小电荷量为1.61019 C实际调节电压使油滴静止是很困难的，故实际测量需使油滴匀速运动，测出油滴匀速下降、上升的速度v1、v2，再求油滴带的电荷量1下面对阴极射线的认识正确的是(D)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
13、电压，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：阴极射线是由阴极直接发出的，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，B错误，D正确；可以穿透薄铝片的，可能是电磁波，也可能是更小的粒子，C错误2(多选)关于电荷量，下列说法中正确的是(BCD)A物体所带电荷量可以是任意值B物体所带电荷量只能是某些值C物体所带电荷量的最小值为1.61019 CD一个物体带1.6109 C的正电荷，这是它失去了1.01010个电子的缘故解析：电荷量是
14、量子化的，即物体的带电荷量只能是某一最小电荷量的整数倍，这一最小电荷量是1.61019 C，A错误，B、C正确；物体带正电，是由于它失去了带负电的电子，D正确3带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的(A)A2.41019 C B6.41019 CC1.61018 C D4.01017 C解析：任何带电体的电荷量都只能是元电荷的整数倍，元电荷电荷量为e1.61019 C，选项A中电荷量为元电荷的3/2倍，B中电荷量为元电荷的4倍，C中电荷量为元电荷的10倍，D中电荷量为元电荷的250倍也就是说B、C、D选项中的电荷量数值均是元电荷的整数倍，所以只有选项A是不可能的4如图所示为电视机显像管的偏转线
15、圈示意图，圆心黑点表示从电子枪垂直于纸面射出的电子，它的方向由纸内指向纸外，当偏转线圈通以图示方向的电流时，电子束应(D)A向左偏转 B向下偏转C向右偏转 D向上偏转解析：由安培定则可判定上、下螺旋管的N极都在右方，S极都在左方，考虑到电子带负电，用左手定则，不难判断出，电子受洛伦兹力的方向向上，即电子束向上偏转，故正确选项为D.5阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流若在如图所示的阴极射线管中部加上竖直向上的匀强电场，阴极射线将向下(选填“外”“里”“上”或“下”)偏转；若使阴极射线不偏转，可在匀强电场区域再加一大小合适、方向垂直纸面向外(选填“外”或“里”)的匀强磁场解析：阴极射线带负电，在竖直向上的匀强电场中受向下的库仑力作用，将向下偏转；要使阴极射线不偏转，应使其再受一竖直向上的洛伦兹力与库仑力平衡，由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外
