高中物理教科版5第二章原子結(jié)構(gòu)電子 2023版第2章電子

1．電子學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.知道陰極射線的概念，了解湯姆孫對陰極射線的研究方法及電子發(fā)現(xiàn)的意義．(重點(diǎn))2.知道比荷的概念，知道電子是原子的組成部分．(重點(diǎn))3.知道電子的電荷量的測量方法——密立根油滴實(shí)驗(yàn)，知道電子的電荷量．(重點(diǎn))帶負(fù)電的微粒eq\o([先填空])1．陰極射線由陰極發(fā)出撞擊到玻璃壁上產(chǎn)生熒光的射線，稱為陰極射線．2．湯姆孫實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)表明：陰極射線在磁場和電場中產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，說明陰極射線是帶負(fù)電的粒子流．eq\o([再判斷])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發(fā)出熒光．(√)3．陰極射線是帶負(fù)電的粒子流．(√)eq\o([后思考])圖2-1-1如圖2-1-1，從陰極射線管發(fā)出的射線是一種粒子，如何利用電場和磁場確定粒子的電性？【提示】粒子在電場中或磁場中運(yùn)動時(shí)，如果粒子帶電，將受電場力或磁場力．在力的作用下粒子的運(yùn)動軌跡會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所以可以讓粒子垂直進(jìn)入電場或磁場，看粒子是否偏轉(zhuǎn)及怎樣偏轉(zhuǎn)，就可判斷出粒子是否帶電及電性如何．1．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)域加磁場，根據(jù)射線的偏轉(zhuǎn)情況確定其帶電的性質(zhì)．(2)方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一電場，根據(jù)射線的偏轉(zhuǎn)情況確定其帶電的性質(zhì)．2．結(jié)論根據(jù)陰極射線在磁場中和電場中的偏轉(zhuǎn)情況，判斷出陰極射線是帶負(fù)電的粒子流．1．如圖2-1-2所示，在陰極射線管正下方平行放置一根通有足夠強(qiáng)直流電流的長直導(dǎo)線，且導(dǎo)線中電流方向水平向右，則陰極射線將會向________偏轉(zhuǎn)．圖2-1-2【解析】陰極射線方向水平向右，說明其等效電流的方向水平向左，與導(dǎo)線中的電流方向相反，由左手定則，兩者相互排斥，陰極射線向上偏轉(zhuǎn)．【答案】上2．如圖2-1-3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)，可采用加磁場或電場的方法.【導(dǎo)學(xué)號：22482023】圖2-1-3若加一磁場，磁場方向沿________方向，若加一電場，電場方向沿________方向．【解析】若加磁場，由左手定則可判定其方向應(yīng)沿y軸正方向；若加電場，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)動方向相反.微粒比荷及電子電荷量的測定元電荷eq\o([先填空])1．比荷(荷質(zhì)比)帶電粒子的電荷量與質(zhì)量之比稱為比荷，又稱荷質(zhì)比．電子的比荷是氫離子的1000多倍，電子的電荷量與氫離子的電荷量相同，而質(zhì)量不到氫原子的1/1000.2．發(fā)現(xiàn)電子的意義(1)證明了電子是原子的組成部分．(2)電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識到原子是可分的，原子不是物質(zhì)不可分割的最小單元．3．電子的電荷量(1)電子電荷量：1913年由密立根通過著名的油滴實(shí)驗(yàn)得出，電子電荷的值為e＝×10－19C.(2)電荷量是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍．eq\o([再判斷])1．陰極射線實(shí)際上是高速運(yùn)動的電子流．(√)2．電子的電荷量是湯姆孫首先精確測定的．(×)3．帶電體的電荷量可以是任意值．(×)eq\o([后思考])如圖2-1-4所示，為測定電子比荷的實(shí)驗(yàn)裝置，其中M1、M2為兩正對平行金屬板．請思考下列問題？圖2-1-41．電子在兩平行金屬板間的運(yùn)動軌跡是什么形狀？【提示】拋物線．2．電子飛出金屬板間后到熒光屏P的過程中的運(yùn)動軌跡是什么形狀？【提示】一條直線．3．要使電子在M1、M2之間沿水平方向做直線運(yùn)動，所加的磁場應(yīng)為什么方向？【提示】垂直于紙面向外．1．電子比荷(或電荷量)的測定方法根據(jù)電場、磁場對電子的偏轉(zhuǎn)測量比荷(或電荷量)，可按以下方法：(1)讓電子通過正交的電磁場，如圖2-1-5甲所示，讓其做勻速直線運(yùn)動，根據(jù)二力平衡，即F洛＝F電(Bqv＝qE)得到電子的運(yùn)動速度v＝eq\f(E,B).甲(2)在其他條件不變的情況下，撤去電場，如圖2-1-5乙所示，保留磁場讓電子在磁場中運(yùn)動，由洛倫茲力提供向心力，即Bqv＝eq\f(mv2,r)，根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況，由幾何知識求出其半徑r，則由qvB＝meq\f(v2,r)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br)＝eq\f(E,B2r).乙圖2-1-52．密立根油滴實(shí)驗(yàn)(1)裝置密立根實(shí)驗(yàn)的裝置如圖2-1-6所示．圖2-1-6①兩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)電場中．②大多數(shù)油滴在經(jīng)過噴霧器噴嘴時(shí)，因摩擦而帶負(fù)電，油滴在電場力、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①兩板間的電勢差、兩板間的距離都可以直接測得，從而確定極板間的電場強(qiáng)度E.但是由于油滴太小，其質(zhì)量很難直接測出．密立根通過測量油滴在空氣中下落的終極速度來測量油滴的質(zhì)量．沒加電場時(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，可測得速度v1.②再加一足夠強(qiáng)的電場，使油滴做豎直向上的運(yùn)動，在油滴以速度v2勻速運(yùn)動時(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法正確的是()A．電子的電荷量是由密立根油滴實(shí)驗(yàn)測得的B．物體所帶電荷量可以是任意值C．物體所帶電荷量最小值為×10－19CD．物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍【解析】密立根的油滴實(shí)驗(yàn)測出了電子的電荷量為×10－19C，并提出了電荷量子化的觀點(diǎn)，因而A對，B錯(cuò)，C對；任何物體的電荷量都是e的整數(shù)倍，故D對．【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2-1-7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)兩極板間的電勢差U，當(dāng)小油滴懸浮不動時(shí)，測出兩極板間的距離為d.則可求出小油滴的電荷量q＝________.圖2-1-7【解析】由平衡條件得mg＝qeq\f(U,d)，解得q＝eq\f(mgd,U).【答案】eq\f(mgd,U)5．如圖2-1-8所示為湯姆孫用來測定電子比荷的裝置．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，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度為L1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L2.【導(dǎo)學(xué)號：22482023】圖2-1-8(1)求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大??；(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)電場和勻強(qiáng)磁場中做勻速直線運(yùn)動，有Bev＝Ee＝eq\f(U,b)e，得v＝eq\f(U,Bb)即打到熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大小為eq\f(U,Bb).(2)由d＝eq\f(1,2)eq\f(Ue,bm)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L1,v)))eq\s\up12(2)＋eq\f(Ue,bm)eq\f(L1,v)·eq\f(L2,v)可得eq\f(e,m)＝eq\f(2dbv2,UL1L1＋2L2)＝eq\f(2dU,B2bL