高中物理滬科版5第三章原子世界探秘 第3章電子的發(fā)現(xiàn)及其重大意義

電子的發(fā)現(xiàn)及其重大意義學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道陰極射線的產(chǎn)生及其對(duì)原子物理學(xué)發(fā)展的作用.(重點(diǎn))2.了解湯姆生發(fā)現(xiàn)電子的研究方法及電子發(fā)現(xiàn)的意義.(重點(diǎn))關(guān)于陰極射線的爭(zhēng)論[先填空]1.陰極射線的產(chǎn)生將陰極射線管的陰極和陽(yáng)極接上高壓電源后，用真空泵逐漸抽去管內(nèi)空氣，管內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象，并發(fā)出光來(lái).當(dāng)氣壓降得很低時(shí)，管內(nèi)變暗，不再發(fā)光，但此時(shí)由陰極發(fā)出的射線能使熒光物質(zhì)發(fā)光.2.陰極射線研究的成果對(duì)陰極射線的研究，引發(fā)了19世紀(jì)末物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)：(1)1895年倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線；(2)1896年貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性；(3)1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子.[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(huì)發(fā)出熒光.(√)3.陰極射線在真空中沿直線傳播.(√)[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(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.[核心點(diǎn)擊]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——湯姆生，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.如圖3-1-1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(zhǎng)直導(dǎo)線，且導(dǎo)線中電流方向水平向右，則陰極射線將會(huì)向________偏轉(zhuǎn).圖3-1-1【解析】陰極射線方向水平向右，說(shuō)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3-1-2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3-1-2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】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.湯姆生的發(fā)現(xiàn)電子發(fā)現(xiàn)的重大意義選修3－5|第3章原子世界探秘[先填空]1.湯姆生的探究方法(1)讓陰極射線通過(guò)磁鐵偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入集電圓筒，用靜電計(jì)檢測(cè)，證明陰極射線是負(fù)電荷.(2)①讓陰極射線通過(guò)勻強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，測(cè)出偏轉(zhuǎn)角θ，推導(dǎo)出與相關(guān)量的關(guān)系，得到tanθ＝eq\f(Eel,mv2).②再加一垂直于電場(chǎng)方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，使粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則v＝eq\f(E,B).由此求得粒子的比荷eq\f(e,m)≈1011C/kg.(3)改變陰極材料，測(cè)得的比荷都相同表明這種粒子是各種材料的共有成分.(4)這種粒子所帶電荷量與氫離子的電荷量接近則證明它的質(zhì)量小于氫原子質(zhì)量的千分之一.(5)這種粒子是一種帶負(fù)電的質(zhì)量很小的粒子，稱之為電子.2.電子發(fā)現(xiàn)的意義電子的發(fā)現(xiàn)，打破了原子不可再分的傳統(tǒng)觀念.人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代.3.電子的有關(guān)數(shù)據(jù)(1)電子比荷eq\f(e,m)＝×1011C/kg.(2)電子的電荷量e＝×10－19C(3)電子的質(zhì)量m＝×10－31_kg.[再判斷]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生首先精確測(cè)定的.(×)3.帶電體的電荷量可以是任意值.(×)[后思考]湯姆生怎樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定陰極射線是帶負(fù)電的粒子？【提示】湯姆生通過(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，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.[核心點(diǎn)擊]1.陰極射線的本質(zhì)是電子，在電場(chǎng)(或磁場(chǎng))中所受電場(chǎng)力(或洛倫茲力)遠(yuǎn)大于所受重力，故研究電磁力對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的影響時(shí)，一般不考慮重力的影響.2.帶電性質(zhì)的判斷方法(1)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)的變化或電場(chǎng)的情況確定帶電的性質(zhì).(2)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.比荷的測(cè)定方法(1)讓某一速率的電子垂直進(jìn)入某一電場(chǎng)中，在熒光屏上亮點(diǎn)位置發(fā)生變化.(2)在電場(chǎng)區(qū)域加一與其垂直的大小合適的磁場(chǎng)，抵消陰極射線的偏轉(zhuǎn).由此可知qE－qvB＝0，則v＝eq\f(E,B).(3)去掉電場(chǎng)，只保留磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與射線運(yùn)動(dòng)方向垂直，陰極射線在有磁場(chǎng)的區(qū)域?qū)?huì)形成一個(gè)半徑為r的圓弧，根據(jù)磁場(chǎng)情況和軌跡偏轉(zhuǎn)情況，由幾何知識(shí)求出其半徑r，則由qvB＝eq\f(mv2,r)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br)＝eq\f(E,B2r).3.如圖3-1-3所示，一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時(shí)，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏轉(zhuǎn)，則()圖3-1-3【導(dǎo)學(xué)號(hào)：67080024】A.導(dǎo)線中的電流由A流向BB.導(dǎo)線中的電流由B流向AC.若要使電子束的徑跡往上偏轉(zhuǎn)，可以通過(guò)改變AB中的電流方向來(lái)實(shí)現(xiàn)D.電子束的徑跡與AB中的電流方向無(wú)關(guān)E.若將直導(dǎo)線AB放在管的正上方，電流方向不變，則電子束的徑跡將向上偏【解析】陰極射線是高速電子流，由左手定則判斷可知，磁場(chǎng)垂直紙面向里，由安培定則可知，導(dǎo)線AB中的電流由B流向A，且改變AB中的電流方向時(shí)可以使電子束的軌跡往上偏.若電流方向不變，將導(dǎo)線AB放在管的上方，由左手定則可以判斷，電子束的軌跡將向上偏.故B、C、E均正確.【答案】BCE4.帶電粒子的比荷eq\f(q,m)是一個(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)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3-1-4所示.其中兩正對(duì)極板M1、M2之間的距離為d，極板長(zhǎng)度為L(zhǎng).圖3-1-4他們的主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：A.首先在兩極板M1、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(guò)，在熒光屏的正中心處觀察到一個(gè)亮點(diǎn)；B.在M1、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，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(wèn)本步驟的目的是什么？C.保持步驟B中的電壓U不變，對(duì)M1、M2區(qū)域加一個(gè)大小、方向合適的磁場(chǎng)B，使熒光屏正中心處重現(xiàn)亮點(diǎn).試問(wèn)外加磁場(chǎng)的方向如何？【解析】步驟B中電子在M1、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)，電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)，電子剛好打在下極板M2靠近熒光屏端的邊緣，則eq\f(d,2)＝eq\f(Uq,2dm)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,v)))2，eq\f(q,m)＝eq\f(d2v2,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.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】見解析測(cè)量帶電粒子比荷常用的兩種方法方法一：利用磁偏轉(zhuǎn)測(cè)比荷，由qvB＝meq\f(v2,R)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,BR)，只需知道磁感應(yīng)強(qiáng)度B、帶