1、第十八章 原子结构 1 电子的发现 1.知道阴极射线的发现、产生及本质。2.了解J.J.汤姆孙发现电子的研究方法及发现电子的意义。一 二 一、阴极射线 1.发现。1858年德国物理学家普吕克尔发现阴极射线。2.产生。如图所示,研究低压气体导电的装置,玻璃管内有阴、阳两极,当两极间加一定电压时,阴极便发出一种射线,这种射线命名为阴极射线。3.特点。(1)在真空中沿直线传播。(2)碰到荧光物质能使其发光。一 二 二、电子的发现 一 二 阴极射线的发现说明了什么?提示：说明原子是可以再分的。一 二 三 一、阴极射线的产生 将金属加热,让其温度变得很高,电子热运动加剧,电子热运动能量足够大时在金属表面
2、逸出,以这块金属作为阴极(负极),在相距一定距离的地方设一个阳极(正极),逸出金属表面的电子在电场力作用下向阳极运动,形成电子束,形成的电子束即阴极射线。一 二 三 二、用电场、磁场研究“阴极射线”的性质 1.电性的确定。方法一:让阴极射线进入已知电场,由所受电场力方向确定带电的性质。方法二:让阴极射线进入磁场,由所受洛伦兹力的方向,根据左手定则确定带电的性质。2.比荷的测定方法。(1)让粒子通过正交的电磁场,如图所示,让其做直线运动,根据二力平衡条件,即F洛=F电(Bqv=qE)得到粒子的运动速度 v=。一 二 三(2)在其他条件不变的情况下,撤去电场(如图所示),保留磁场,让粒子只在磁场中
3、运动,由洛伦兹力提供向心力,即 Bqv=2,根据磁场情况和轨迹偏转情况,由几何知识求出其半径。(3)由以上方法确定粒子比荷的表达式:=2。一 二 三 三、电子的发现历程 2.德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线。3.猜想:(1)阴极射线是一种电磁辐射。(2)阴极射线是带电微粒。4.英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转。5.密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。1.类型一 类型二 电子电荷量的测量【例题1】电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的。油滴实验的原理如图所示,两块水平放置的平行金属板与电源连接,上、下板分别带正、负电荷。油滴
4、从喷雾器喷出后,由于摩擦而带电,油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中,通过显微镜可以观察到油滴的运动情况。两金属板间的距离为d,忽略空气对油滴的浮力和阻力。类型一 类型二(1)调节两金属板间的电势差U,当U=U0时,使得某个质量为m的油滴恰好做匀速运动。该油滴所带电荷量q为多少?(2)在某次测量中,他得到了如下的数据,你根据这些数据能得出什么结论呢?液滴编号 1 2 3 4 5 电荷量q/C 6.4110-19 9.7010-19 3.2010-19 4.8110-19 1.6010-19 类型一 类型二 点拨:利用平衡方程求解油滴所带的电荷量。解析:(1)油滴匀速下落过程中受到的电场力和重力
5、平衡,可见油滴所带电荷为负电荷,即0=,得q=m0。(2)研究这些数据发现,它们几乎都是 1.6010-19的整数倍,从而得出电荷量的最小值是 1.6010-19,即e=1.6010-19 C。答案:(1)m0 (2)见解析题后反思不同的油滴质量和电荷量不同,如果重力和电场力大小不等,这样的油滴必做变速运动;如果某油滴受到的重力和电场力大小相等、方向相反,则这个油滴必处于平衡状态,可利用平衡条件求得其所带电荷量。类型一 类型二 触类旁通由例题1(2)中油滴所带电荷量的情况你还能得出什么结论?答案:任何带电体的电荷量只能是电子所带电荷量的整数倍,即q=ne。类型一 类型二 阴极射线的比荷测定方法
6、【例题2】在汤姆孙测阴极射线比荷的实验中,采用的阴极射线管如图所示,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F中心出现荧光斑。若在D、G间加上方向向下、电场强度为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),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:类型一 类型二(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。点拨:利用阴极射线在电场、磁场中的偏转情况可以判断阴极射线的电性以及
7、阴极射线的比荷大小。解析:(1)在电场中,由于阴极射线向上偏转,因此阴极射线所受电场力的方向向上,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。类型一 类型二(3)设此射线所带电荷量为q,质量为m,当射线在D、G间做匀速直线运动时,由平衡条件得 qE=Bqv 当射线在D、G间的磁场中偏转时,由洛伦兹力提供向心力得 Bqv=2由几何关系得 l=Rsin 解得 =sin 2。答案:(1)负电(2)垂直纸面向里(3)sin 2题后反思利用磁偏转测比荷,由 qvB=2 得=,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。类型一 类型二 触类旁通如果在D、G间不加电场,而只加已知磁场,能否判断阴极射线的电性?答案:能。由阴极射线在已知磁场中的偏转方向确定其所受洛伦兹力的方向,再根据左手定则同样能判断出阴极射线的电性。
