最新201X版 第18章 1　電子的發(fā)現(xiàn)

1、1電子的發(fā)現(xiàn)學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道陰極射線的概念，了解電子的發(fā)現(xiàn)過(guò)程(重點(diǎn))2.知道電子是原子的組成部分(重點(diǎn))3.知道電子的電荷量及其他電荷與電子電荷量的關(guān)系(重點(diǎn)、難點(diǎn))陰 極 射 線1實(shí)驗(yàn)裝置真空玻璃管、陰極、陽(yáng)極和感應(yīng)圈2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象感應(yīng)圈產(chǎn)生的高電壓加在兩極之間，玻璃管壁上發(fā)出B(A.陰極射線B熒光)3陰極射線熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線命名為陰極射線1陰極射線是由真空玻璃管中的感應(yīng)圈發(fā)出的(×)2陰極射線撞擊玻璃管壁會(huì)發(fā)出熒光()3陰極射線在真空中沿直線傳播()產(chǎn)生陰極射線的玻璃管為什么是真空的？【提示】在高度真空的放電管中，陰極

2、射線中的粒子主要來(lái)自陰極，對(duì)于真空度不高的放電管，粒子還有可能來(lái)自管中的氣體，為了使射線主要來(lái)自陰極，一定要把玻璃管抽成真空如圖18­1­1所示，在陰極和陽(yáng)極之間加上高電壓，陰極射線從陰極射線管中的陰極發(fā)出，射向陽(yáng)極圖18­1­1探討1：怎樣判定陰極射線是不是電磁輻射？【提示】電磁輻射是電磁波的輻射，若使陰極射線通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)，看傳播方向是否受其影響則可判定是不是電磁輻射探討2：根據(jù)帶電粒子在電、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，哪些方法可以判斷運(yùn)動(dòng)的帶電粒子所帶電荷的正負(fù)？【提示】帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，正負(fù)電荷的偏轉(zhuǎn)方向不同，偏轉(zhuǎn)方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相同(相反)的粒子

3、帶正(負(fù))電，不帶電者不偏轉(zhuǎn)帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所受的洛倫茲力提供向心力，根據(jù)左手定則可知其電性1對(duì)陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)兩種觀點(diǎn)(1)電磁波說(shuō)，代表人物赫茲，他認(rèn)為這種射線是一種電磁輻射(2)粒子說(shuō)，代表人物湯姆孫，他認(rèn)為這種射線是一種帶電粒子流2陰極射線帶電性質(zhì)的判斷方法(1)方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場(chǎng)，通過(guò)打在熒光屏上的亮點(diǎn)的變化和電場(chǎng)的情況確定帶電的性質(zhì)(2)方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場(chǎng)，根據(jù)亮點(diǎn)位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)3實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)陰極射線在電場(chǎng)中和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況，判斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж?fù)電1陰極射線管中加高電壓的作用是() 【導(dǎo)

4、學(xué)號(hào)：54472042】A使管內(nèi)的氣體電離B使陰極發(fā)出陰極射線C使管內(nèi)障礙物的電勢(shì)升高D使管內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力做功使電子加速【解析】在陰極射線管中，陰極射線是由陰極處于熾熱狀態(tài)而發(fā)射出的電子流，B錯(cuò)誤；陰極發(fā)射出的電子流通過(guò)高電壓加速后，獲得較高的能量，與玻璃壁發(fā)生撞擊而產(chǎn)生熒光，故A、C錯(cuò)，D正確【答案】D2.如圖18­1­2是電子射線管示意圖接通電源后，電子射線由陰極沿x軸方向射出，在熒光屏上會(huì)看到一條亮線要使熒光屏上的亮線向下(z軸負(fù)方向)偏轉(zhuǎn)，可采用加磁場(chǎng)或電場(chǎng)的方法圖18­1­2若加一磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向沿_方向，若加一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿_方向【解析

5、】若加磁場(chǎng)，由左手定則可判定其方向應(yīng)沿y軸正方向；若加電場(chǎng)，根據(jù)受力情況可知其方向應(yīng)沿z軸正方向【答案】y軸正z軸正注意陰極射線(電子)從電源的負(fù)極射出，用左手定則判斷其受力方向時(shí)四指的指向和射線的運(yùn)動(dòng)方向相反.電 子 的 發(fā) 現(xiàn)1湯姆孫的探究方法及結(jié)論(1)根據(jù)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況斷定，它的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷(2)換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值都相同，是氫離子比荷的近兩千倍(3)結(jié)論：陰極射線粒子帶負(fù)電，其電荷量的大小與氫離子大致相同，而質(zhì)量比氫離子小得多，后來(lái)組成陰極射線的粒子被稱為電子2湯姆孫的進(jìn)一步研究湯姆孫又進(jìn)一步研究了許多新現(xiàn)象，證明

6、了電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元3電子的電荷量及電荷量子化(1)電子電荷量：1910年前后由密立根通過(guò)著名的得出，電子電荷的現(xiàn)代值為e×1019_C.(2)電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍(3)電子的質(zhì)量：me9.109 389 7×1031 kg，質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比1_836.1陰極射線實(shí)際上是高速運(yùn)動(dòng)的電子流()2電子的電荷量是湯姆孫首先精確測(cè)定的(×)3帶電體的電荷量可以是任意值(×)湯姆孫怎樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定陰極射線是帶負(fù)電的粒子？【提示】湯姆孫通過(guò)氣體放電管研究陰極射線的徑跡，未加電場(chǎng)時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，施加電場(chǎng)后

7、，射線向偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的正極板方向偏轉(zhuǎn)，由此確定陰極射線是帶負(fù)電的粒子如圖18­1­3所示，為測(cè)定電子比荷的實(shí)驗(yàn)裝置，其中M1、M2為兩正對(duì)平行金屬板圖18­1­3探討1：電子在兩平行金屬板間的運(yùn)動(dòng)軌跡是什么形狀？【提示】拋物線探討2：電子飛出金屬板間后到熒光屏P的過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡是什么形狀？【提示】一條直線探討3：要使電子在M1、M2之間沿水平方向做直線運(yùn)動(dòng)，所加的磁場(chǎng)應(yīng)為什么方向？【提示】垂直于紙面向外1電子比荷(或電荷量)的測(cè)定方法根據(jù)電場(chǎng)、磁場(chǎng)對(duì)電子的偏轉(zhuǎn)測(cè)量比荷(或電荷量)，可按以下方法：(1)讓電子通過(guò)正交的電磁場(chǎng)，如圖18­1­

8、;4(甲)所示，讓其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)二力平衡，即F洛F電(BqvqE)得到電子的運(yùn)動(dòng)速度v.甲(2)在其他條件不變的情況下，撤去電場(chǎng)，如圖18­1­4(乙)所示，保留磁場(chǎng)讓電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力，即Bqv，根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況，由幾何知識(shí)求出其半徑r，則由qvBm得.乙圖18­1­42密立根油滴實(shí)驗(yàn)(1)裝置密立根實(shí)驗(yàn)的裝置如圖18­1­5所示圖18­1­5兩塊水平放置的平行金屬板A、B與電源相接，使上板帶正電，下板帶負(fù)電油滴從噴霧器噴出后，經(jīng)上面金屬板中間的小孔，落到兩板之間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中大多數(shù)油滴

9、在經(jīng)過(guò)噴霧器噴嘴時(shí)，因摩擦而帶負(fù)電，油滴在電場(chǎng)力、重力和空氣阻力的作用下下降觀察者可在強(qiáng)光照射下，借助顯微鏡進(jìn)行觀察(2)方法兩板間的電勢(shì)差、兩板間的距離都可以直接測(cè)得，從而確定極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E.但是由于油滴太小，其質(zhì)量很難直接測(cè)出密立根通過(guò)測(cè)量油滴在空氣中下落的終極速度來(lái)測(cè)量油滴的質(zhì)量沒(méi)加電場(chǎng)時(shí)，由于空氣的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空氣給油滴的摩擦力而使油滴勻速下落，可測(cè)得速度v1.再加一足夠強(qiáng)的電場(chǎng)，使油滴做豎直向上的運(yùn)動(dòng)，在油滴以速度v2勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，油滴所受的靜電力與重力、阻力平衡根據(jù)空氣阻力遵循的規(guī)律，即可求得油滴所帶的電荷量(3)結(jié)論帶電油滴的電荷量都等于某個(gè)最小電荷量的整

10、數(shù)倍，從而證實(shí)了電荷是量子化的，并求得了其最小值即電子所帶的電荷量e.3(多選)關(guān)于電荷的電荷量下列說(shuō)法正確的是()A電子的電量是由密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)得的B物體所帶電荷量可以是任意值×1019 CD物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍【解析】×1019 C，并提出了電荷量子化的觀點(diǎn)，因而A對(duì)，B錯(cuò)，C對(duì)；任何物體的電荷量都是e的整數(shù)倍，故D對(duì)【答案】ACD4密立根油滴實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了電子的存在，揭示了電荷的非連續(xù)性如圖18­1­6所示是密立根油滴實(shí)驗(yàn)的原理示意圖，設(shè)小油滴的質(zhì)量為m，調(diào)節(jié)兩極板間的電勢(shì)差U，當(dāng)小油滴懸浮不動(dòng)時(shí)，測(cè)出兩極板間的距離為d.則可求出

11、小油滴的電荷量q_.圖18­1­6【解析】由平衡條件得mgq，解得q.【答案】5如圖18­1­7所示為湯姆孫用來(lái)測(cè)定電子比荷的裝置當(dāng)極板P和P間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到O點(diǎn)，O點(diǎn)到O點(diǎn)的豎直距離為d，水平距離可忽略不計(jì)；此時(shí)在P與P之間的區(qū)域里再加上一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)其大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)已知極板水平方向長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L(zhǎng)2.圖18­1­7(1)求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大小(2)推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式【解析】(1)電子在正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)