第18章1電子的發(fā)現(xiàn)

1、1電子的發(fā)現(xiàn)知識(shí)脈絡(luò)學(xué)習(xí)目標(biāo)廠1實(shí)驗(yàn)裝置1T真空y+丨實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象H環(huán)定義-匕1知道陰極射線的概念，了解電子的發(fā)現(xiàn)過程.-湯姆耐的探究方點(diǎn)）2. 知道電子是原子的組成部分.（重點(diǎn)）電子的的ifl咗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)）第 6 頁先填空1. 實(shí)驗(yàn)裝置真空玻璃管、陰極、陽極和感應(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.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.（x）2. 陰極射線撞擊玻璃管壁會(huì)發(fā)出熒光

2、.（V）3 陰極射線在真空中沿直線傳播.(V)后思考產(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，陰極射線中的粒子主要來自陰極，對(duì)于 真空度不高的放電管，粒子還有可能來自管中的氣體，為了使射線主要來自陰極， 一定要把玻璃管抽成真空.合作探討如圖18-1-1所示，在陰極和陽極之間加上高電壓，陰極射線從陰極射線管 中的陰極發(fā)出，射向陽極.圖 18-1-1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，若使陰極射線通過電場或磁場，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

3、電荷的正負(fù)？【提示】 帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場時(shí)，正負(fù)電荷的偏轉(zhuǎn)方向不同，偏轉(zhuǎn) 方向與場強(qiáng)方向相同(相反)的粒子帶正(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.核心點(diǎn)擊1. 對(duì)陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)一一兩種觀點(diǎn)(1) 電磁波說，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，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，通過打在熒光屏上的亮點(diǎn)的變化和電場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，根據(jù)亮點(diǎn)位置

4、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)陰極射線在電場中和磁場中的偏轉(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)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，電場力做功使電子加速【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18-1-2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

5、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)，可采用加磁場或電場的方法.圖 18-1-2若加一磁場，磁場方向沿 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(dòng)方向相反1識(shí)點(diǎn)先填空電子的發(fā)現(xiàn)1. 湯姆孫的探究方法及結(jié)論(1)根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(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

6、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，后來組成陰極射線的粒子被稱為電 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著名的油滴實(shí)驗(yàn)得出，電子電荷 的現(xiàn)代值為e= 1.602X 10T9_C.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：me = 9.109 389 7X 10一31 kg，質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比 嚴(yán)=me 1_836.再判斷1 .陰極射線實(shí)際上是

7、高速運(yùn)動(dòng)的電子流.(V)2.電子的電荷量是湯姆孫首先精確測(cè)定的.(X)3帶電體的電荷量可以是任意值.(X)后思考湯姆孫怎樣通過實(shí)驗(yàn)確定陰極射線是帶負(fù)電的粒子？【提示】湯姆孫通過氣體放電管研究陰極射線的徑跡，未加電場時(shí)，射線 不偏轉(zhuǎn)，施加電場后，射線向偏轉(zhuǎn)電場的正極板方向偏轉(zhuǎn)， 由此確定陰極射線是 帶負(fù)電的粒子.合作探討如圖18-1-3所示，為測(cè)定電子比荷的實(shí)驗(yàn)裝置，其中 Mi、M2為兩正對(duì)平行 金屬板.圖 18-1-3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、M

8、2之間沿水平方向做直線運(yùn)動(dòng)，所加的磁場應(yīng)為 什么方向？【提示】垂直于紙面向外.核心點(diǎn)擊1.電子比荷（或電荷量）的測(cè)定方法根據(jù)電場、磁場對(duì)電子的偏轉(zhuǎn)測(cè)量比荷（或電荷量），可按以下方法:（1）讓電子通過正交的電磁場，如圖18-1-4（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（Bqv = qE）得到電子的運(yùn)動(dòng)速度v = g.（2）在其他條件不變的情況下，撤去電場，如圖電子在磁場中運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力，即18-1-4（乙）所示，保留磁場讓2Bqv = m，根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況,2 E由幾何知識(shí)求出其半徑r，則由圖 18-1-42.密立根油滴實(shí)驗(yàn)裝置密立根實(shí)驗(yàn)的裝置如圖18-1-5所

9、示.圖 18-1-5兩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 強(qiáng)度E.但是由于油滴太小，其質(zhì)量很難直接測(cè)出密立根通過測(cè)量油滴在空氣 中下落的終極速度來測(cè)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(cè)得速度 v1.

10、再加一足夠強(qiáng)的電場，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)最小電荷量的整數(shù)倍，從而證實(shí)了電荷是量子第 9 頁化的，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C.物體所帶電荷量最小值為1.6X1O_19 CD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(cè)出了電子的電量為1.6X10-19 C,并提出了電荷量子化的觀點(diǎn)， 因而 A 對(duì)，

11、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18-1-6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.則可求出小 油滴的電荷量q =.圖 18-1-6【解析】由平衡條件得mg= qU，解得q =-【答案】mgd5如圖18-1-7所示為湯姆孫用來測(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0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0點(diǎn)，0點(diǎn)到0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0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.圖 18-1-7(1) 求打在熒光屏0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)電場和勻強(qiáng)磁場中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有BevUU二 Ee二 be，得心 Bb即打到熒光屏0點(diǎn)的電子速度的大小為Bb.r 1Uei1_1 UeL1 L2心(2)由