高中物理 第十八章 原子结构 1 电子的发现学案 新人教版选修3-5

1电子的发现1阴极射线(1)气体的导电特点：通常情况下，气体是不导电的，但在强电场中，气体能够被电离而导电。平时我们在空气中看到的放电火花，就是气体电离导电的结果。在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体，导电时可以看到辉光放电现象。(2)产生：在研究低于0.1 Pa气压以下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，这种射线命名为阴极射线。(3)阴极射线的特点：碰到荧光物质能使其发光。【例1】 关于空气导电性能，下列说法正确的是()A空气导电，因为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，是因为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空气越稀薄，越容易发出辉光解析：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、负电荷重新复合，难以形成稳定的放电电流，因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，正确答案为B、D。答案：BD2电子(1)电子：从阴极射线管中射出的粒子称为电子。注意：电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质微粒。(2)电子的电荷和质量电子的电荷量：e1.61019 C；电子的质量：me9.11031 kg；电子的比荷：e/me1011 C/kg。(3)密立根油滴实验美国物理学家密立根在1910年通过著名的油滴实验精确测定了电子的电荷量。密立根实验的重要意义：发现电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍。【例2】 电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验得到的。他测定了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍。这个最小电荷量就是电子所带的电荷量。密立根实验的原理如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电。从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中。小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡。已知小油滴静止处的电场强度是1.92103 N/C，油滴半径是1.64104 cm。油的密度是0.851 g/cm3，求油滴所带的电荷量。这个电荷量是电子电荷量的多少倍？解析：小油滴质量mVr3由题意知mgqE由以上两式可得q代入数值得q8.021019 C5，即小油滴所带电荷量q是电子电荷量e的5倍。答案：q8.021019 C5倍3阴极射线电性的判定判断粒子带电正负的办法是可以让粒子以一定的初速度垂直电场线射入电场中，向正极偏转的粒子带负电；也可以让粒子以一定的初速度垂直于磁感线方向射入匀强磁场，可以根据粒子的偏转方向 ，用左手定则判断粒子带电性质。【例3】 如图所示，一支阴极射线管左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹下偏，则()A导线中的电流由A流向BB导线中的电流由B流向AC若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现D电子束的径迹与AB中的电流方向无关解析：电子向右运动，受到的洛伦兹力向下，根据左手定则知，在AB上方有垂直纸面向里的磁场，再根据右手螺旋定则判断电流方向由BA。故B、C选项正确。答案：BC4测阴极射线微粒的比荷(1)实验装置如图所示。(2)原理与方法：质量为m、电荷量为q的带负电的粒子以速度v垂直进入D1D2间的匀强电场E，仅受电场力作用偏转到P2点，做类平抛运动。在垂直电场方向加一垂直纸面向外的匀强磁场B，使粒子不发生偏转，沿直线运动到P1点，则有：v当撤去电场，只留磁场时，粒子在D1、D2间的磁场中形成一个半径为r的圆弧，出磁场后落在P3点，则粒子满足：qvB联立两式得式即为求阴极射线比荷的关系式，其中E由两极板间电压和极板间距求出。B由形成磁场的电流求出。r由射线打在屏上P3点的位置算出。【例4】 如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置。当极板P和P间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O点，O点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与P之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到O点。已知极板水平方向长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2。(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小；(2)推导出电子比荷的表达式。解析：(1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O点，设电子的速度为v，则evBeE，得v，即v。(2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为a。电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为t1。这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为d1at。离开电场时竖直向上的分速度为vat1。电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏。t2。t2时间内向上运动的距离为d2vt2。这样，电子向上的总偏转距离为dd1d2L1(L2)，可解得。答案：(1)(2)5用洛伦兹力实验仪测电子比荷如图所示，质量为m、电荷量为q的带电粒子以速率v垂直进入洛伦兹力实验仪中，如果粒子仅受磁场力作用，将做匀速圆周运动，只要确定了粒子运动的速率及半径与加速电压，就可以测出比荷。电子在加速电场中：qUmv2，v，洛伦兹力提供向心力：qvB，则。【例5】 显像管的工作原理是阴极发射的电子束经高压加速电场(电压U)加速后，垂直正对圆心进入磁感应强度为B、半径为r的圆形匀强偏转磁场，如图所示。偏转后轰击荧光屏P，荧光粉受激发而发光，在极短的时间内完成一幅画面的扫描。有时所生产的阴极材料中会有少量SO，SO打在荧光屏上出现暗斑，称为离子斑。若发生上述情况，试分析暗斑出现在荧光屏中央的原因。(电子质量为9.11031 kg，SO的质量为1.61025 kg)解析：设质量为m、电荷量为q的粒子经电场加速后进入偏转磁场，则qUmv2经过磁场区域后偏转半径为R，偏角为，如图所示Rtan联立得tanBr设电子带电荷量为e，偏角为，则SO带电荷量为2e，偏角为2，则tantan2.96102由数学知识不难判断，SO射出磁场后偏角相对于电子很小，即SO打在荧光屏中央位置及附近区域。答案：见解析4