高中物理 第十八章 原子结构 第1节 电子的发现学案 新人教版选修3-5

1电子的发现1知道阴极射线的产生及本质。2了解汤姆孙发现电子的研究方法及发现电子的意义。现代人已能“看到”原子的模样，而在没有任何实验设施的过去，人们是怎样感知物质的结构的呢？汤姆孙又是怎样发现电子的呢？提示：人们靠思辨推测物质的构成，汤姆孙是在研究气体放电产生阴极射线的实验中发现电子的。一、阴极射线1通常情况下，气体是不导电的，但在强电场条件下，气体能够_而导电。2研究气体放电时，一般都用稀薄气体，导电时可以看到_放电现象。3在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极，当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，它碰到荧光物质使其能发光，这种射线为_射线。二、电子的发现思考：阴极射线的发现说明了什么？答案：一、1.电离2辉光3阴极二、电场比荷负电1.6 1019 C氢离子9.11031kg组成部分基本思考提示：说明原子是可以再分的。1阴极射线的产生将金属加热，让其温度变得很高，电子热运动加剧，电子热运动能量足够大时同样可以在金属表面逸出，这时我们再以这块金属作为阴极(负极)，在相距一定距离的地方设一个正极，逸出金属表面的电子可以在电场力作用下向阳极运动，形成电子束，形成的电子束即阴极射线。2用电场、磁场研究“阴极射线”的性质(1)电性的确定：方法一：让阴极射线进入已知电场，由所受电场力方向确定带电的性质。方法二：让阴极射线进入磁场，由所受洛伦兹力的方向，根据左手定则确定带电的性质。(2)比荷的测定方法：让粒子通过正交的电磁场，如图所示，让其做直线运动，根据二力平衡条件，即F洛F电(BqvqE)得到粒子的运动速度v。在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图所示)，保留磁场，让粒子只在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即Bqv，根据磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径R。由以上方法确定粒子比荷的表达式：。类型一 电子电荷量的测量【例题1】 电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的。油滴实验的原理如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源连接，上、下板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况。两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力。(1)调节两金属板间的电势差U，当UU0时，使得某个质量为m的油滴恰好做匀速运动。该油滴所带电荷量q为多少？(2)在某次测量中，他得到了如下的数据，你根据这些数据能得出什么结论呢？液滴编号12345电荷量q/C6.4110199.7010193.2010194.8110191.601019点拨：利用平衡方程求解油滴所带的电荷量。解析：(1)油滴匀速下落过程中受到的电场力和重力平衡，可见油滴所带电荷为负电荷，即qmg，得qmg。(2)研究这些数据发现，它们几乎都是1.601019的整数倍，从而得出电荷的最小带电单位是1.601019，即e1.601019 C。答案：(1)mg(2)见解析题后反思：不同的油滴质量和带电荷量不同，如果重力和电场力大小不等，这样的油滴必做变速运动；如果某油滴受到的重力和电场力大小相等、方向相反，则这个油滴必处于平衡状态，可利用平衡条件求得其所带电荷量。触类旁通：由例题1(2)中油滴所带电荷量的情况你还能得出什么结论？类型二 阴极射线的比荷测定方法【例题2】 在汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为l的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑。若在D、G间加上方向向下、电场强度为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心；接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为。试解决下列问题：(1)说明阴极射线的电性；(2)说明图中磁场沿什么方向；(3)根据l、E、B和，求出阴极射线的比荷。点拨：利用阴极射线在电场、磁场中的偏转情况可以判断阴极射线的电性以及阴极射线的比荷大小。解析：(1)在电场中，由于阴极射线向上偏转，因此阴极射线所受电场力的方向向上，又由于匀强电场方向向下，则电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电。(2)由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里。(3)设此射线所带电荷量为q，质量为m，当射线在D、G间做匀速直线运动时，由平衡条件得qEBqv当射线在D、G间的磁场中偏转时，由洛伦兹力提供向心力得Bqv由几何关系得lRsin 解得。答案：(1)负电(2)垂直纸面向里(3)题后反思：利用磁偏转测比荷，由qvBm得，只需知道磁感应强度B、带电粒子的初速度v和偏转半径R即可。触类旁通：如果在D、G间不加电场，而只加已知磁场，能否判断阴极射线的电性？触类旁通【例题1】 答案：任何带电体的电荷量只能是电子所带电荷量的整数倍，即qne。【例题2】 解析：能。由阴极射线在已知磁场中的偏转方向确定其所受洛伦兹力的方向，再根据左手定则同样能判断出阴极射线的电性。11897年英国物理学家汤姆孙发现了电子并被称为“电子之父”。下列关于电子的说法正确的是()。A汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷B汤姆孙通过光电效应的研究发现了电子C电子的质量是质子质量的1 836倍D汤姆孙通过对用不同材料作阴极发出的射线的研究，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元2关于电荷的电荷量，下列说法错误的是()。A电子的电荷量是由密立根油滴实验测得的B物体所带电荷量可以是任意值C物体所带电荷量最小值为1.61019 CD物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍3如图所示，在阴极射线管正上方平行放一条通有强电流的长直导线，则阴极射线将()。A向纸内偏转B向纸外偏转C向下偏转D向上偏转4关于空气导电性能，下列说法正确的是()。A空气导电，是空气分子中有的带正电，有的带负电，在强电场作用下向相反方向运动的结果B空气能够导电，是空气分子在射线或强电场作用下电离的结果C空气密度越大，导电性能越好D空气密度变得越稀薄，越容易发出辉光5阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的粒子流，这些粒子是_。若加在阴极射线管内两个电极的电压为1.6106 V，电子离开阴极表面时的速度为零，则电子到达阳极时的速度v_ m/s。答案：1AD2B密立根油滴实验测出了电子的电荷量为1.61019 C，并提出了电荷量子化的观点，因而选项A、C正确，B错误；任何物体的电荷量都是e的整数倍，故选项D项正确。3D阴极射线是带负电的电子，由安培定则和左手定则可判断阴极射线向上偏转。4BD空气是由多种气体组成的混合气体，在正常情况下，气体分子不带电(显中性)，是较好的绝缘体。但在射线、受热及强电场作用下，空气分子被电离才具有导电功能，且空气密度较大时，电离的自由电荷很容易与其他空气分子碰撞，正、负电荷又重新复合，难以形成稳定的放电电流，而电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导电性能更好，综上所述，正确选项为B、D项。5解析：阴极射线是电子，由eU知v7.5108 m/s。答案：电子7.51085