山东省专用2018_2019学年高中物理第十八章原子结构第1节电子的发现讲义含解析新人教版选修3_5.pdf
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1、第 1 节电子的发现第 1 节电子的发现 1英国物理学家汤姆孙发现了电子。 2组成阴极射线的粒子电子。 3密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷量。 4密立根实验发现:电荷是量子化的,即任何带电体的电荷 只能 是e的整数倍。 一、阴极射线 1实验装置:如图所示真空玻璃管中 K 是金属板制成的阴极,A 是金属环制成的阳极; 把它们分别连在感应圈的负极和正极上。 2实验现象:玻璃壁上出现淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。 3阴极射线:荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的,这种射线被命 名为阴极射线。 二、电子的发现 1汤姆孙的探究 (1)让阴极射线分别通过电场和磁场,根据偏转情况
2、,证明它是 B(A.带正电 B带负 电)的粒子流并求出了它的比荷。 (2)换用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都相同。证明这种粒子是构成各种物质 的共有成分。 (3)进一步研究新现象,不论是由于正离子的轰击,紫外光的照射,金属受热还是放射性 物质的自发辐射,都能发射同样的带电粒子电子。由此可见,电子是原子的组成部分, 是比原子更基本的物质单元。 2密立根“油滴实验” (1)精确测定电子电荷。 (2)电荷是量子化的。 3电子的有关常量 1自主思考判一判 (1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。() (2)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。() (3)阴极射线在真空中沿直线传
3、播。() (4)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。() (5)组成阴极射线的粒子是电子。() (6)电子是原子的组成部分,电子电荷量可以取任意数值。() 2合作探究议一议 气体放电管中的气体为什么会导电? 提示:气体分子内部有电荷,正电荷和负电荷的数量相等,对外呈电中性,当分子处于 电场中时,正电荷和负电荷受电场力的方向相反,电场很强时正、负电荷被“撕”开,于是 出现了等量的正、负电荷,在电场力作用下做定向运动,气体就导电了。 对阴极射线的认识 1对阴极射线本质的认识两种观点 (1)电磁波说,代表人物赫兹,他认为这种射线是一种电磁辐射。 (2)粒子说,代表人物汤姆孙,他认为这种射线
4、是一种带电粒子流。 2阴极射线带电性质的判断方法 (1)方法一:在阴极射线所经区域加上电场,通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情 况确定带电的性质。 (2)方法二:在阴极射线所经区域加一磁场,根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的 性质。 3实验结果 根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况,判断出阴极射线是粒子流,并且带负电。 1多选关于电子的下列说法中正确的是( ) A发现电子是从研究阴极射线开始的 B任何原子中均有电子,它是原子的组成部分 C电子发现的意义是:使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒,原子本身也具有复 杂的结构 D电子是带正电的,它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向
5、相同 解析:选 ABC 电子带负电,其所受的电场力方向与电场线方向相反。 2如图所示,在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线, 则阴极射线(电子束)将( ) A向纸内偏转 B向纸外偏转 C向下偏转 D向上偏转 解析 : 选 D 由题目条件不难判断阴极射线管所在处磁场垂直纸面向外, 电子从负极射出, 由左手定则可判定阴极射线(电子束)向上偏转。故正确选项为 D。 3阴极射线从阴极射线管中的阴极发出,在其间的高电压下加 速飞向阳极,如图所示, 若要使射线向上偏转,所加磁场的方向应为 ( ) A平行于纸面向左 B平行于纸面向上 C垂直于纸面向外 D垂直于纸面向里 解析:选 C 由于阴极射线的
6、本质是电子流,阴极射线方向向右,说明电子的运动方向向 右,相当于存在向左的电流,利用左手定则,使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上,可 知磁场方向应为垂直于纸面向外,故 C 正确。 电子比荷的测定方法 1.让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场(如图甲), 让其做匀速直线运动, 根据二力平衡, 即F洛F电(BqvqE),得到粒子的运动速度v 。 E B 甲 2.撤去电场(如图乙),保留磁场,让粒子单纯地在磁场中运动,由洛伦兹力提供向心力, 即Bqvm,根据轨迹偏转情况,由几何知识求出其半径r。 v2 r 乙 3由以上两式确定粒子的比荷表达式: 。 q m E B2r 典例 带电粒子的比荷 是一个重
7、要的物理量。某中学物理兴趣小组设计了一个实验, q m 探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响,以求得电子的比荷,实验装置如图所示。其中两正 对极板M1、M2之间的距离为d,极板长度为L。 他们的主要实验步骤如下: A首先在两极板M1、M2之间不加任何电场、磁场,开启阴极射线管电源,发射的电子束 从两极板中央通过,在荧光屏的正中心处观察到一个亮点; B在M1、M2两极板间加合适的电场:加极性如图所示的电压,并逐步调节增大,使荧光 屏上的亮点逐渐向荧光屏下方偏移,直到荧光屏上恰好看不见亮点为止,记下此时外加电压 为U。请问本步骤的目的是什么? C保持步骤 B 中的电压U不变,对M1、M2区域加一个大
8、小、方向合适的磁场B,使荧光 屏正中心处重现亮点。试问外加磁场的方向如何? 思路点拨 (1)当电子在电场中的竖直偏转位移达到 时,恰好在荧光屏上看不到亮点。 d 2 (2)要使电子恰好打在荧光屏正中心处,所加的磁场必须满足使电子所受的电场力与其所 受的洛伦兹力等大反向。 (3)判断磁场的方向时要注意电子的电性。 解析 步骤 B 中电子在M1、M2两极板间做类平抛运动,当增大两极板间电压时,电子 在两极板间的偏转位移增大。 当在荧光屏上看不到亮点时, 电子刚好打在下极板M2靠近荧光屏端的边缘, 则 2, d 2 Uq 2dm( L v) 。 q m d2v2 UL2 由此可以看出这一步的目的是使
9、粒子在电场中的偏转位移成为已知量,就可以表示出比 荷。 步骤 C 加上磁场后电子不偏转,电场力等于洛伦兹力,且洛伦兹力方向向上,由左手定 则可知磁场方向垂直于纸面向外。 答案 见解析 运用电磁场测定电子比荷的解题技巧 (1)当电子在复合场中做匀速直线运动时,qEqvB,可以测出电子速度大小。 (2)当电子在磁场中偏转时,qvBm,测出圆周运动半径,即可确定比荷。 v2 r (3)当电子在匀强电场中偏转时,yat2, 测出电场中的偏转量也可以确定比荷。 1 2 qUL2 2mv02d 1.多选如图所示,从正离子源发射的正离子经加速电压U 加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中,发现离子向
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