1、返回目录 原子结构 第十八章 返回目录 第1节 电子的发现返回目录 学习目标 1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分 2.知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导的过程与方法 3.了解电子的发现对揭示原子结构的重大意义 返回目录 课前 教材预案课堂 深度拓展课末 随堂演练课后 限时作业返回目录 要点一 阴极射线课前教材预案1实验研究 如图所示，真空玻璃管中K是金属板制成的_，接感应线圈的负极，A是金属环制成的_，接感应线圈的正极，接电源后，线圈会产生近万伏的高电压加在两极间阴极 阳极 返回目录 2实验现象：玻璃壁上出现淡淡的_及管中物体在玻璃壁上的影3阴极射线荧光的实质是由
2、于玻璃受到_发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为_荧光 阴极 阴极射线 返回目录 1汤姆孙的探究方法(1)让阴极射线分别通过电场或磁场，根据_现象，证明它是_的粒子流并求出了其比荷(2)换用不同的阴极做实验，所得_的数值都相同，是氢离子比荷的近_倍偏转 要点二 电子的发现带负电 比荷 两千 返回目录(3)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 返回目录 2密立根“油滴实验”(1)精确测定_(2)电荷是_的电子电荷 量子化 返回目录 3电子的有关常量返回目录 问题与思考1判断下列说法的正误(1)阴极射线是由电子
3、组成的()(2)不同物质中具有不同的电子()(3)任何物质中均有电子()返回目录 答案(1)汤姆孙对不同材料发出的阴极射线进行研究，均为同一种相同的粒子电子，(1)正确(2)不同物质中都具有相同的电子，(2)错误(3)电子是构成物质的基本单元，任何物质中均有电子，(3)正确返回目录 2根据带电粒子在电、磁场中的运动规律，哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的性质？答案 带电粒子垂直进入匀强电场时，正、负电荷的偏转方向不同，偏转方向与场强方向相同的粒子带正电，偏转方向与场强方向相反的粒子带负电带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时，所受洛伦兹力提供向心力，根据左手定则可以判断其电性返回目录 课堂深
4、度拓展考点一 对阴极射线本质的认识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返回目录 2阴极射线带电性质的判断方法(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返回目录 3实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是带电粒子流，并且带负电返回目录【例题1】阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示
5、若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为()A平行于纸面向下 B平行于纸面向上C垂直于纸面向外D垂直于纸面向里答案 C 返回目录 解析 由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右传播，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，选项C正确返回目录【变式1】下列对阴极射线的认识正确的是()A阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光物质而产生的B只要阴阳两极间加有电压，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
6、返回目录 答案 D 解析 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；可以穿透薄铝片的可能是电磁波，也可能是更小的粒子，选项C错误返回目录 1阴极射线中的粒子电性的研究为了研究阴极射线中粒子的带电性质，汤姆孙设计了如图所示的装置从阴极发出的阴极射线，经过与阳极相连的小孔，射到管壁上，产生荧光斑点用磁铁使射线偏转，进入集电圆筒静电计检测的结果表明，收集到的是负电荷考点二 电子比荷的测定返回目录 2测定阴极射线粒子的比荷汤姆孙测定阴极射线比荷的原理(1)让粒子通过正交的电磁场(如图
7、甲所示)，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vEB甲返回目录(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图乙所示)，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 mv2r，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvBmv2r 得qm vBr EB2r乙返回目录 3实验结果(1)实验发现，不同材料制成的阴极发出的射线都带负电，并且都有相同的比荷这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分后来，组成阴极射线的粒子被称为电子返回目录(2)汤姆孙测出的阴极射线粒子的比荷约为21011C/kg，是当时已知的氢离子比荷的近两千
8、倍，后来，又通过实验证实阴极射线粒子与氢离子的电荷量相等，可见阴极射线粒子的质量只比最轻原子的质量的两千分之一稍多一点返回目录 测量带电粒子比荷常用的两种方法方法一：利用磁偏转测比荷，由qvBm v2R 得 qm vBR，只需知道磁感应强度B、带电粒子的初速度v和偏转半径R即可返回目录 方法二：利用电偏转测比荷，偏转量y12at212qUmdLv2，故 qm 2ydv2UL2，所以在偏转电场U、d、L已知时，只需测量v和y即可返回目录【例题2】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、C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
9、F中心出现荧光斑若在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，偏转角为，试解决下列问题：返回目录(1)说明阴极射线的电性；(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返回目录 解析(1)由于阴极射线向上偏转，因此所受电场力方向向上，又由于匀强电场方向向下，则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)设此射线带电
10、量为q，质量为m，当射线在D、G间做匀速直线运动时，有qEBqv，返回目录 当射线在D、G间的磁场中偏转时，如图所示，有Bqvmv2r，同时又有Lrsin，联立解得qmEsin B2L 答案(1)负电(2)垂直纸面向里(3)Esin B2L返回目录【变式2】如图所示，让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B和两极之间的电压U，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，并垂直打到极板上，两极板之间的距离为d，求阴极射线中带电粒子的比荷返回目录 解析 设阴极射线粒子的电荷量为q，质量为m，则在电磁场中由平衡条件得qUdqvB，撤去电场后，由牛顿
11、第二定律得qvBmv2R，返回目录 又Rd2，联立解得qm 2UB2d2答案 2UB2d2返回目录 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板带负电从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中考点三 电子电荷量的测定返回目录(2)小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可以使小油滴静止在两板之间，此时电场力和重力平衡即mgEq，则电荷的电量qmgE 他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电量都是某个最小电量的整数倍，这个最小的电量就是电子的电量返回目录 2密立根实验更重要的发现电荷是量子化的，即任何电荷
12、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或质子所带的电荷量e返回目录 密立根的“油滴实验”中易忽视带电油滴的重力，从而使问题无从下手，像油滴、尘埃、小颗粒、小球等宏观物体除特别说明外都要考虑重力返回目录【例题3】电子所带电量的精确值，最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的，他测定了上千个带电油滴的电量，发现这些电量都等于某个最小的电量的整数倍，这个最小电量值就是电子所带的电量一个半径为1.64104 cm的带负电油滴，在电场强度等于1.92105 V/m且电场方向竖直向下的匀强电场中返回目录 如果油滴受到的库仑力恰好与重力平衡，问这个油滴带有几个电子的电量？(已知油滴的密度为
13、0.851103kg/m3，g取10 m/s2)解析 油滴的体积V r3 3.14(1.64104102)3 m31.8471017 m3返回目录 油滴的质量mV0.8511031.8471017 kg1.5721014 kg，设油滴中有N个电子，则mgqEENe，即NmgEe1.5721014101.921051.610195个答案 5个返回目录【变式3】密立根用喷雾的方法获得了带电液滴，然后把这些带有不同电荷量和质量的液滴置于电场中，通过电场力和重力平衡的方法最终测得了带电液滴带的电荷量某次测量中，他得到了如下数据，则可得出结论为：_.返回目录 液滴编号电荷量/C16.41101929.7
14、0101931.6101944.821019返回目录 解析 根据表格中的数据与电子电量的比值关系q1e 6.4110191.61019 4；q2e 9.7010191.61019 6；q3e 1.610191.610191；q4e 4.8210191.61019 3得出结论：电荷是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷e的整数倍答案 电荷是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷e的整数倍返回目录 11897年英国物理学家汤姆孙发现了电子被称为“电子之父”汤姆孙对阴极射线本质的研究，采用的主要方法有()A用阴极射线轰击金箔，观察其散射情况B用“油滴实验”精确测定电子电荷量课末随堂演练返回目录 C让阴极射线通
15、过电场和磁场，利用阴极射线的偏转情况判断其电性并计算其比荷D用阴极射线轰击荧光物质，对荧光物质发出的光进行光谱分析答案 C 解析 汤姆孙是通过对阴极射线在电场和磁场中的偏转情况的研究，来判断其电性和计算其比荷的，选项C正确返回目录 2如图所示是阴极射线管示意图，接通电源后，阴极射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线现因某种原因，荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，则下列判断正确的是()返回目录 A存在一磁场，磁场方向沿z轴负方向B存在一磁场，磁场方向沿y轴正方向C存在一电场，电场方向沿z轴负方向D存在一电场，电场方向沿y轴正方向答案 B 返回目录 解析 阴极射线由阴极沿x轴正方
16、向射出，阴极射线本质是电子流，带负电，若是洛伦兹力使阴极射线向下偏转，洛伦兹力应向下，由左手定则可知磁场方向应沿y轴正方向；若是电场力使阴极射线向下偏转，电场力方向也应向下，则电场方向应沿z轴正方向，由此可知，选项B正确返回目录 3(多选)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现()A阴极射线在电场中偏向正极板一侧B阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量答案 AD 返回目录 解析 阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，选项A正确；由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，选项B错误；不同材
17、料所产生的阴极射线都是电子，所以它们的比荷是相同的，选项C错误；在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，选项D正确返回目录 4密立根油滴实验原理如图所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正、负极相接，板间距离为d，板间电压为U，形成竖直向下、场强为E的匀强电场用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为m，重力加速度为g，则下列说法正确的是()返回目录 A悬浮油滴带正电B悬浮油滴的电荷量为mgUC增大场强，悬浮油滴将向上运动D油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍
18、答案 C 返回目录 解析 带电油滴在两板间静止时，电场力向上，应带负电，选项A错误；qEmg，即q Ud mg，所以qmgdU，选项B错误；当E变大时，qE变大，合力向上，油滴将向上运动，选项C正确；任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍，选项D错误返回目录 5如图所示，让一束均匀的阴极射线垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B和电场强度E，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，测得其半径为R，求阴极射线中带电粒子的比荷返回目录 解析 设阴极射线粒子的电荷量为q，质量为m，则在电磁场中由平衡条件得qEqvB，撤去电场后，由牛顿第二定律得qvBmv2R，联立解得qm ERB2答案 ERB2返回目录 课后限时作业