2016新課標(biāo)三維人教物理選修3-5第十八章原子結(jié)構(gòu)第1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)

1、原等結(jié)構(gòu)電子的發(fā)現(xiàn)竄陰膛第+八章DISHIBAZHANG /二二：；-二二二：；：二：；二二；：二二：；二二二：；二二：；二二二：；三/夕第1節(jié)/7 .英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。8 .組成陰極射線的粒子 一一電子。9 .密立根通過 “油滴實(shí)驗(yàn)”精確測(cè)定了電子電荷量。4,密立根實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：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、/版權(quán)所有：中國(guó)好課堂 課前自主學(xué)習(xí)，基穩(wěn)才能樓高、陰極射線1 .實(shí)驗(yàn)裝置：如圖18-1-1所示真空玻璃管中K是金屬板制成的陽(yáng)極一 A是金屬環(huán)制成的陽(yáng)極;把它們分別連在感應(yīng)圈的負(fù)極和正極上。圖 18-1-12 .實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：玻璃壁上出現(xiàn)淡淡的熒光及管中物體在

2、玻璃壁上的影。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，這種射線被 命名為陰極射線。二、電子的發(fā)現(xiàn)1 .湯姆孫的探究(1)讓陰極射線分別通過電場(chǎng)和磁場(chǎng)，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情也 證明它是 B(A.帶正電 B.帶負(fù) 電)的粒子流并求出了它的比荷。(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。證明這種粒子是構(gòu)成各種物 質(zhì)的共有成分。(3)進(jìn)一步研究新現(xiàn)象，不論是由于正離子的轟擊，紫外光的照射，金屬受熱還是放射 性物質(zhì)的自發(fā)輻射，都能發(fā)射同樣的帶電粒子電子。由此可見，電子是原子的組成名生是比原子更基本的物質(zhì)單元。2.密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”(1)精確測(cè)定電子電荷。(2)電荷是量子化的

3、。3.電子的有關(guān)常量一f電性；負(fù)電電正旬f電垃”=L 602 A 10-收、,與小離子陽(yáng)極馱 帶電量相同射線成分f 質(zhì)量；77a = 9. 1 X IO:qkxf質(zhì)子Lj電子的質(zhì)量比：= 1 8361 .自主思考一一判一判(1)玻璃壁上出現(xiàn)的淡淡熒光就是陰極射線。(X )(2)玻璃壁上出現(xiàn)的影是玻璃受到陰極射線的撞擊而產(chǎn)生的。(X )(3)陰極射線在真空中沿直線傳播。(，)(4)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫認(rèn)為陰極射線是一種電磁輻射。(X )(5)組成陰極射線的粒子是電子。(，)(6)電子是原子的組成部分，電子電荷量可以取任意數(shù)值。(X)2 .合作探究一一議一議氣體放電管中的氣體為什么會(huì)導(dǎo)電？提示：氣體

4、分子內(nèi)部有電荷，正電荷和負(fù)電荷的數(shù)量相等，對(duì)外呈電中性，當(dāng)分子處 于電場(chǎng)中時(shí)，正電荷和負(fù)電荷受電場(chǎng)力的方向相反，電場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)正、負(fù)電荷被“撕”開， 于是出現(xiàn)了等量的正、負(fù)電荷，在電場(chǎng)力作用下做定向運(yùn)動(dòng)，氣體就導(dǎo)電了。課堂訓(xùn)練設(shè)計(jì)，舉一能迎美題對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)3 .對(duì)陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)一一兩種觀點(diǎn)第好嗯(1)電磁波說，代表人物 一一赫茲，他認(rèn)為這種射線是一種電磁輻射。(2)粒子說，代表人物 一一湯姆孫，他認(rèn)為這種射線是一種帶電粒子流。4 .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

5、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)。5 .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。0通題組6 .關(guān)于陰極射線，下列說法正確的是()A.陰極射線就是稀薄氣體導(dǎo)電時(shí)的輝光放電現(xiàn)象B.陰極射線是在真空管內(nèi)由正極放出的電子流C.陰極射線是由德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦命名的D .陰極射線就是X射線解析：選C 陰極射線是在真空管中由負(fù)極發(fā)出的電子流，故 A、B錯(cuò)；陰極射線最早 由德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦在1876年提出并命名，故 C對(duì)；陰極射線本質(zhì)是電子流，故 D錯(cuò)。7 .如圖18-1-2所示，一玻璃管中有從左向右的可能是電磁波或某種粒子流形成的射線，

6、若在其下方放一通電直導(dǎo)線 AB,射線發(fā)生如圖所示的偏轉(zhuǎn)，AB中的電流方向由 B到A,則該射線的本質(zhì)為()-圖 18-1-2A.電磁波B.帶正電的高速粒子流C.帶負(fù)電的高速粒子流D.不帶電的高速中性粒子流解析：選C 射線在電流形成的磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即可確定該射線是由帶電粒子構(gòu)成 的粒子流。根據(jù)安培定則可知，AB上方的磁場(chǎng)是垂直紙面向里的。粒子向下偏轉(zhuǎn)，洛倫茲力方向向下，由左手定則可知射線所形成的電流方向向左，與粒子的運(yùn)動(dòng)方向相反，故粒 子帶負(fù)電。3.陰極射線從陰極射線管中的陰極發(fā)出，在其間的高電壓下加速飛向陽(yáng)極，如圖18-1-3所示若要使射線向上偏轉(zhuǎn)，所加磁場(chǎng)的方向應(yīng)為（）陽(yáng)極圖 18-1-3A

7、.平行于紙面向左B.平行于紙面向上C.垂直于紙面向外D.垂直于紙面向里解析：選C 由于陰極射線的本質(zhì)是電子流，陰極射線方向向右，說明電子的運(yùn)動(dòng)方 向向右，相當(dāng)于存在向左的電流，利用左手定則，使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向 上，可知磁場(chǎng)方向應(yīng)為垂直于紙面向外，故 C正確。電子比荷的測(cè)定方法1通知識(shí)1 .讓帶電粒子通過相互垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)（如圖18-1-4）,讓其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)二 力平衡，即F洛=F馱Bqv=qE）,得到粒子的運(yùn)動(dòng)速度 v=E。B圖 18-1-42 .撤去電場(chǎng)（如圖18-1-5）,保留磁場(chǎng)，讓粒子單純地在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力，即Bqv=mv-,根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況

8、，由幾何知識(shí)求出其半徑r。rxxxxXXXxflXXXX圖 18-1-53 .由以上兩式確定粒子的比荷表達(dá)式：m=B）。屯通方法典例帶電粒子的比荷q是一一個(gè)重要的物理量。某中學(xué)物理興趣小組設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí) m驗(yàn)，探究電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)軌跡的影響，以求得電子的比荷，實(shí)驗(yàn)裝置如圖18-1-6所示。其中兩正對(duì)極板 Mr M2之間的距離為d,極板長(zhǎng)度為L(zhǎng)。圖 18-1-6他們的主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:A.首先在兩極板 Mi、M2之間不加任何電場(chǎng)、磁場(chǎng)，開啟陰極射線管電源，發(fā)射的電 子束從兩極板中央通過，在熒光屏的正中心處觀察到一個(gè)亮點(diǎn)；B.在Mi、M2兩極板間加合適的電場(chǎng)：加極性如圖所示的電壓，并逐步調(diào)節(jié)增大

9、，使 熒光屏上的亮點(diǎn)逐漸向熒光屏下方偏移，直到熒光屏上恰好看不見亮點(diǎn)為止，記下此時(shí)外 加電壓為U。請(qǐng)問本步驟的目的是什么？C.保持步驟B中的電壓U不變，對(duì)Mi、M2區(qū)域加一個(gè)大小、方向合適的磁場(chǎng) 熒光屏正中心處重現(xiàn)亮點(diǎn)。試問外加磁場(chǎng)的方向如何？思路點(diǎn)撥(i)當(dāng)電子在電場(chǎng)中的豎直偏轉(zhuǎn)位移達(dá)到d時(shí)，恰好在熒光屏上看不到亮點(diǎn)。(2)要使電子恰好打在熒光屏正中心處，所加的磁場(chǎng)必須滿足使電子所受的電場(chǎng)力與其 所受的洛倫茲力等大反向。(3)判斷磁場(chǎng)的方向時(shí)要注意電子的電性。解析步驟B中電子在Mi、M2兩極板間做類平拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)增大兩極板間電壓時(shí)，隹 子在兩極板間的偏轉(zhuǎn)位移增大。當(dāng)在熒光屏上看不到亮點(diǎn)時(shí)，電子

10、剛好打在下極板 M2靠近熒光屏端的邊緣， 則"dL 2v/J，q d2vm= UL2。由此可以看出這一步的目的是使粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)位移成為已知量，就可以表示出 比荷。B,使_Uq2dm步驟C加上磁場(chǎng)后電子不偏轉(zhuǎn)，電場(chǎng)力等于洛倫茲力，且洛倫茲力方向向上，由左手 定則可知磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外。答案見解析運(yùn)用電磁場(chǎng)測(cè)定電子比荷的解題技巧(i)當(dāng)電子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，qE=qvB,可以測(cè)出電子速度大小。理第膛2(2)當(dāng)電子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí),qvB=mv,測(cè)出圓周運(yùn)動(dòng)半徑，即可確定比荷。(3)當(dāng)電子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，y=1at2=2qUv2d，測(cè)出電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)量也可以確定比荷。0

11、通題組1.(多選)如圖18-1-7所示，從正離子源發(fā)射的正離子經(jīng)加速電壓U加速后進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng) E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，發(fā)現(xiàn)離子向上偏轉(zhuǎn)，要使此離子沿直線穿過電場(chǎng)，則應(yīng)U L 十 十 十 一圖 18-1-7A.增大電場(chǎng)強(qiáng)度 E,減小磁感應(yīng)強(qiáng)度 BB.減小加速電壓 U,增大電場(chǎng)強(qiáng)度 EC.適當(dāng)?shù)丶哟蠹铀匐妷?UD.適當(dāng)?shù)販p小電場(chǎng)強(qiáng)度 E解析：選CD 正離子進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域中，受到的電場(chǎng)力 F = qE,方向向上，受到的洛倫茲力 f= qvB,方向向下，離子向上偏，說明電場(chǎng)力大于洛倫 茲力，要使離子沿直線運(yùn)動(dòng)，即qE=qvB,則只有使洛倫茲力增大或電場(chǎng)力減小，增大洛倫茲力的

12、途徑是增大加速電壓U或增大磁感應(yīng)強(qiáng)度 B,減小電場(chǎng)力的途徑是減小場(chǎng)強(qiáng)E。選項(xiàng)C、D正確。2.如圖18-1-8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 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。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。點(diǎn)。已知極板水平方向長(zhǎng)度為 L極板間距為b,極板右端到熒光屏的距離為1.2°(1)求打在熒光屏 O點(diǎn)的電子速度的大小。(2)推

13、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)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有Bev=Ee = %e,得v=Bb即打到熒光屏 。點(diǎn)的電子速度的大小為 2。Bb1 eU Li 2 eU L1L2 面由題息得d=2mb / + mb丁，代入v=Bbe 2Ud 斛倚一=-2om B bLi(Li 2L2)U2Ud日木 Bb(2)B2bLi(Li + 2L2)課后層級(jí)訓(xùn)練，力步提升能力一、基礎(chǔ)題熟1 .歷史上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)電子的科學(xué)家是（）A.貝可勒爾B.道爾頓C.倫琴D.湯姆孫解析：選D 貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，道爾頓提出了原子論，倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。2 .（多選）關(guān)于密立根“

14、油滴實(shí)驗(yàn)”的科學(xué)意義，下列說法正確的是（）A.測(cè)得了電子的電荷量B.首先測(cè)得了電子的比荷C.為電子質(zhì)量的最終獲得作出了突出貢獻(xiàn)D.為人類進(jìn)一步研究原子的結(jié)構(gòu)提供了一定的理論依據(jù)解析：選ACD 密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定了電子電量并發(fā)現(xiàn)電荷是量子化的。測(cè)定了 e值，結(jié)合比荷，進(jìn)一步可以確定電子質(zhì)量，電子的比荷是由湯姆孫首先測(cè)出的。3.（多選）英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫通過對(duì)陰極射線的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)（）A.陰極射線在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè)B.陰極射線在磁場(chǎng)中受力情況跟正電荷受力情況相同C.不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷不同D.湯姆孫并未得出陰極射線粒子的電荷量解析：選AD 陰極射線實(shí)質(zhì)上就是高速電子流，所以在電場(chǎng)

15、中偏向正極板一側(cè)，A正確。由于電子帶負(fù)電，所以其受力情況與正電荷不同，B錯(cuò)誤。不同材料所產(chǎn)生的陰極射線都是電子流，所以它們的比荷是相同的，C錯(cuò)誤。在湯姆孫實(shí)驗(yàn)證實(shí)陰極射線就是帶負(fù)電的電子流時(shí)并未得出電子的電荷量，最早測(cè)量電子電荷量的是美國(guó)科學(xué)家密立根，D正4.（多選）如圖1所示是湯姆孫的氣體放電管的示意圖，下列說法中正確的是（）圖1A.若在Di、D2之間不加電場(chǎng)和磁場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)打到最右端的Pi點(diǎn)B.若在Di、D2之間加上豎直向下的電場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)C.若在Di、D2之間加上豎直向下的電場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)D.若在Di、D2之間加上垂直紙面向里的磁場(chǎng)，則陰極射線不偏轉(zhuǎn)解析：選AC

16、 實(shí)驗(yàn)證明，陰極射線是電子，它在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)偏向帶正電的極板一 側(cè)，可知選項(xiàng) C正確，選項(xiàng)B的說法錯(cuò)誤。加上磁場(chǎng)時(shí)，電子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用, 要發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因而選項(xiàng) D錯(cuò)誤。當(dāng)不加電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，電子所受的重力可以忽略不計(jì)，因 而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng) A的說法正確。5 .（多選）電子槍發(fā)射出的電子打在熒光屏上時(shí)，會(huì)在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑，如果在熒光屏上得到如圖2所示的亮斑P,那么示波管中的（）圖2A.極板X應(yīng)帶正電B.極板X 應(yīng)帶正電C.極板Y應(yīng)帶正電D.極板Y 應(yīng)帶正電解析：選BC 因?yàn)閹щ娏Ｗ酉?Y及X'方向偏轉(zhuǎn)。故極板 Y、極板X 應(yīng)帶正電。正 確選項(xiàng)為B、Co6 .（多選）如圖3所示

17、是陰極射線顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖。顯像管中有一個(gè)陰極，工作時(shí)它能發(fā)射陰極射線，熒光屏被陰極射線轟擊就能發(fā)光。安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生 偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，可以使陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。下列說法中正確的是（）A .如果偏轉(zhuǎn)線圈中沒有電流，則陰極射線應(yīng)該打在熒光屏正中的。點(diǎn)B.如果要使陰極射線在豎直方向偏離中心, 該垂直紙面向里打在熒光屏上A點(diǎn)，則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向應(yīng)C.如果要使陰極射線在豎直方向偏離中心,打在熒光屏上B點(diǎn)，則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向應(yīng)該垂直紙面向里D .如果要使陰極射線在熒光屏上的位置由B點(diǎn)向A點(diǎn)移動(dòng)，則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)該先由小到大，再由大到小解析：選AC 偏轉(zhuǎn)線圈中沒有電流，陰極射線沿直線運(yùn)動(dòng)，打在

18、 。點(diǎn)，A正確。由陰極射線的電性及左手定則可知B, C正確。由R = mv可知，B越小,R越大，故磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)先由大變小，再由小變大，故 D錯(cuò)誤。二、能力題號(hào)通7.如圖4所示，電子由靜止從 。點(diǎn)經(jīng)電場(chǎng)U加速后垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,經(jīng)偏轉(zhuǎn)后打在MN板的P點(diǎn)，射入點(diǎn)到P點(diǎn)的距離為d,求電子的比荷q的表達(dá)式。 m（不考慮電子的重力）解析：設(shè)電子的電荷量為 q、質(zhì)量為m,在加速電場(chǎng)U中加速的過程,根據(jù)動(dòng)能定理,12有 qU= 2mv解得v =2qU mqv B兩塊水平放置垂直進(jìn)入磁場(chǎng)后，電子受到的洛倫茲力提供向心力，電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故有2 m vR由題意又知：R=d由以上各式整理可得電子的比荷為q_ _8U_ m- B2d2°答案：粉8.如圖5所示為美國(guó)物理學(xué)家密立根測(cè)量油滴所帶電荷量裝置的截面圖,的金屬板間距為d,油滴從噴霧器的噴嘴噴出時(shí)，由于與噴嘴摩擦而帶負(fù)電，油滴散布在油 滴室中，在重力作用下，少數(shù)油滴通過上面金屬板的小孔進(jìn)入平行金屬板間，當(dāng)平行金屬板間不加電壓時(shí)，由于受到氣體阻力的作用，油滴最終以速度v 1豎直向下勻速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)上板帶正電，下板帶負(fù)電，兩板間的電壓為U時(shí)，帶電油滴恰好能以速度 v2豎直向上勻速運(yùn)動(dòng)。已知油滴在極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)所受氣體