18.1第一节电子的发现

第,*,页,第,*,页,单击此处编辑母版标题样式,Wwwwwwwwwwwwwwwwww,wwwwwwwwww,第二级,第三级,第四级,第五级,第十八章 原子结构,第一节 电子的发现,知识梳理图,【,知识点,】1.,阴极射线的电性及比荷,2.,研究带电粒子性质的方法,情景设置,长期以来,人们一直认为构成物质的最小微粒是原子,原子是一种不可再分割的粒子,这种认识一直统治了人类思想界,.,直到在,19,世纪末,科学界对实验中的阴极射线深入研究时,发现了电子,使人类对微观粒子的世界有了新的认识,.,电子的发现是,19,世纪末,20,世纪初物理学的三大发现之一,.,当时是怎样被发现的呢,?,深化探究,电子的发现,1.,阴极射线,如图所示,在真空玻璃管中,阴极和阳极加近万伏的高压,会有射线从阴极发出,这种射线称为阴极射线,.,2.,汤姆孙的发现,(1),阴极射线电性的发现,为了研究阴极射线的电性,设计了如下图所示的装置,从阴极,K,发出的粒子流通过小孔,AB,形成一束细的射线,.,它穿过两片平行金属板,D,1,D,2,之间的空间,到达右侧带有标尺的荧光屏上,在,D,1,D,2,之间加上电压,粒子流在通过时,如果带电就会在电场力的作用下,发生偏转,从而会打到荧光屏上某,一位置,.,因此可根据,D,1,和,D,2,的电势和偏转方向来判断粒子流的电性,.,结果发现阴极射线带负电,.,(2),测定阴极射线的比荷,如下图所示,从阴极,K,发出的阴极射线,通过一对平行金属板,D,1,D,2,之间的匀强电场,发生偏转,偏角为,与电场强度,E,极板长度,L,以及带电粒子的速度,v,的关系为,:,tan,=,然后再加一匀强磁场方向与,D,1,D,2,之间的匀强电场垂直形成一个速度选择器,使带电粒子流在电场力和洛伦兹力作用下平衡做匀速直线运动,不发生偏转,因此可得,将式代入式,并代入实验数据,得到该射线粒子的比荷为,10,11,C/kg,汤姆孙通过进一步的实验,发现当改变阴极材料时,测得的比荷都相同,表明这种粒子是各种材料都有的成份,1898,年,汤姆孙测出这种粒子所带电荷和氢离子的电荷值接近,这种粒子的质量是氢离子质量的千分之一,.,至此,这种粒子的“身份”已经明确,它是一个带负电,质量很小的粒子,.,物理学家把这种粒子称为电子,.,现代精确测量电子的比荷,=1.7588110,11,C/kg.1910,年,由密立根通过著名的“油滴实验”测出电子的电荷量的现代值为,e=1.6021773310,-19,C.,密立根的实验更重要的发现是,:,电荷是量子化的,即任何带电体的电量是,e,的整数倍,.,电子的质量,m,e,=9.109389710,-31,kg,3.,电子发现的重大意义,电子是人类发现的第一个比原子小的粒子,电子的发现,打破了原子不可再分的传统观念,使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒,原子本身也有内部结构,.,从此,原子物理学飞速发展,人们对物质结构的认识进入了一个新时代,.,典例分析,一,磁场对运动电荷的影响,例,1:,阴极射线从阴极射线管中的阴极发出,在高压下加速飞向阳极,如下图所示,若要使射线向上偏转,所加磁场方向应为,(),A.,平行于纸面向左,B.,平行于纸面向上,C.,垂直纸面向外,D.,垂直纸面向里,解析,:,由题意可知阴极射线的方向,阴极射线是电子流加上磁场后应使带电粒子受到向上的洛伦兹力才会向上偏转,.,电子向右运动,形成向左的等效电流,由左手定则判断,则磁场方向应为垂直纸面向外,故,C,选项正确,.,答案,:C,巩固练习,1:,如图所示,一只阴极射线管,左侧不断有电子射出,若在管的正下方放一条通电直导线,AB,发现射线径迹下偏,则,(),A.,导线中的电流由,A,流向,B,B.,若使电子束的径迹向上偏,可以通过改变,AB,中电流方向来实现,C.,导线中电流由,B,流向,A,D.,电子束的径迹与,AB,的电流方向无关,答案,:BC,二,测量带电粒子比荷的方法,例,2:,一种测定电子比荷的实验装置如下图所示,.,真空玻璃管内,阴极发出的电子经阳极,A,与阴极,K,之间的高电压加速后,形成一束细电子流,以平行于平板电容器极板的速度进入两极板,CD,间的区域,.,若两极板间无电压,电子将打在荧光屏上的,O,点,;,若在两极板间施加电压,U,则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的,P,点,;,若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外,磁感应强度为,B,的匀强磁场,则电子在荧光屏上产生的光点又回到,O,已知极板的长度,l=5.00,cm,CD,间的距离,d=1.50 cm,极板区的中点,M,到荧光屏中点,O,的距离为,L=12.50,cm,U,=200 V,B=6.310,-4,T,P,点到,O,点的距离,y=3.0 cm,试求电子的比荷,.,解析,:,以,M,点为坐标原点,水平方向为,x,轴,竖直方向为,y,轴,.(1),同时加电场,磁场时,qE,=,Bqv,x,因此,v,x,.(2),只加电场时到达极板右边缘时,电子在竖直方向飞行的距离为电子在竖直方向的速度为,答案,:1.6110,11,C/kg,巩固练习,2:,电子所带电量的精确值,最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的,他测定了上千个带电油滴的电量,发现这些电量都等于某个最小的电量的整数倍,这个最小电量值就是电子所带的电量,.,一个半径为,1.6410,-4,cm,的带负电油滴,在电场强度等于,1.9210,5,V/m,的竖直向下的匀强电场中,.,如果油滴受到的库仑力恰好与重力平衡,问这个油滴带有几个电子的电量,?(,已知油滴的密度为,0.85110,3,kg/m,3,),解析,:,油滴的体积,V=r,3,=3.14(1.6410,-4,10,-2,),3,m,3,=1.84710,-17,m,3,.,油滴的质量,m=,V,=0.85110,3,1.84710,-17,kg=1.57210,-14,kg,设油滴中有,N,个电子,则,mg=,qE,=,ENe,即,梯度练习,基础强化,1.,观察阴极射线的阴极射线管中的高电压的作用是,(),A.,使管内气体电离,B.,使管内产生阴极射线,C.,使管中障碍物的电势升高,D.,使电子加速,答案,:D,解析,:,在阴极射线管中,阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射电子的,通过高压对电子加速获得能量,与玻璃发生碰撞而产生荧光,故,D,正确,.,2.,汤姆孙对阴极射线的探究,最终发现了电子,由此被称为“电子之父”,关于电子的说法正确的是,(),A.,任何物质中均有电子,B.,不同的物质中具有不同的电子,C.,电子质量是氢离子质量的,1836,倍,D.,电子是一种粒子,是构成物质的基本单元,答案,:AD,解析,:,汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究,均为同一种相同的粒子,即电子,电子是构成物质的基本单元,它的质量远小于质子质量,故,AD,选项正确,.,3.,电子的发现说明,(),A.,原子是由原子核和电子组成的,B.,物质是带电的且一定带负电,C.,原子可进行再分,D.,原子核可再分,答案,:C,4.,关于电荷量,下列说法正确的是,(),A.,物体的带电量可以是任意值,B.,物体的带电量只能是某些值,C.,物体带电量的最小值是,1.610,-19,C,D.,一个物体带上,1.610,-9,C,的正电荷,这是它失去了,10,10,个电子的缘故,答案,:BCD,5.,关于阴极射线,下列说法正确的是,(),A.,阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象,B.,阴极射线是在真空管内由阴极发生的电子流,C.,阴极射线是组成物体的原子,D.,阴极射线按直线传播,但可被电场,磁场偏转,答案,:BD,能力提升,6.,下图是电子射线管示意图,.,接通电源后,电子射线由阴极沿,x,轴方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线,.,要使荧光屏上的亮线向下,(z,轴负方向,),偏转,在下列措施中可采用的是,(),A.,加一磁场,磁场方向沿,z,轴负方向,B.,加一磁场,磁场方向沿,y,轴正方向,C.,加一电场,电场方向沿,z,轴负方向,D.,加一电场,电场方向沿,y,轴正方向,解析,:,若加磁场,由左手定则可判断其方向应沿,y,轴正方向,;,若加电场,根据受力情况可知其方向应沿,z,轴正方向,故只有,B,选项正确,.,应明确管内是电子流,然后根据洛伦兹力和电场力方向的判定方法进行判定,.,答案,:B,7.,如图,为示波管中电子枪的原理示意图,A,为发射电子的阴极,K,为接在高电势的加速极,AK,之间电压为,U,电子离开阴极时的速度可以忽略,电子经加速后从,K,的小孔中射出的速度大小为,v,下列说法正确的是,(),A.,如果,AK,之间距离减半而电压仍为,U,则电子离开,K,的速度为,2vB.,如果,AK,间距离减半电压仍为,U,则电子经过,K,时的速度为,vC.,如果,AK,间距离保持不变而电压减半,则电子离开,K,时的速度为,D.,如果,AK,间距离保持不变而电压减半,则电子离开,K,时的速度为,答案,:C,解析,:,由动能定理可知,电子在加速电场中被加速,eU,=mv,2,所以当电压减半后,速度为,故,C,选项正确,.,8.,在场强为,1.9210,5,N/C,的匀强电场中,一半径为,1.6410,-4,cm,密度为,0.851 g/cm,3,的油滴恰能悬浮,求油滴的电量是电子的多少倍,?,答案,:5,倍,9.,为了测定带电粒子的比荷,让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间,已知匀强电场的场强为,E,在通过长为,L,的两金属板间后,测得偏离入射方向的距离为,d,如果在两板间加垂直于电场方向的匀强磁场,磁场方向垂直于粒子的入射方向,磁感应强度为,B,则粒子恰好不偏离原来的方向,求,q/m,为多少,?,10.(2007,广东高考,),带电粒子的荷质比,(,即比荷,),是一个重要的物理量,.,某中学物理兴趣小组设计了一个实验,探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响,以求得电子的荷质比,实验装置如下图所示,.,(1),他们的主要实验步骤如下,:,A.,首先在两极板,M,1,M,2,之间不加任何电场,磁场,开启阴极射线管电流,发射的电子束从两极板中央通过,在荧屏的正中心处观察到一个亮点,;,B.,在,M,1,M,2,两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,使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移,直到荧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,M,1,M,2,区域加一个大小,方向合适的磁场,B,使荧光屏正中心处出现亮点,试问外加磁场的方向如何,?(2),根据上述实验步骤,同学们正确地推算出电子的荷质比与外加电场,磁场及其他相关量的关系为 一位同学说,这表明电子的荷质比大小将由外加电压决定,外加电压越大则电子的荷质比越大,你认为他的说法正确吗,?,为什么,?,解析,:(1)B,中荧光屏恰好看不到亮点,说明电子刚好落在正极板的靠近荧屏的边缘,目的是利用极板间的距离,d,表达比荷,.C,中由于要求洛伦兹力方向向上,根据左手定则,可知磁场方向垂直电场方向向外,C,垂直纸面向外,.(2),说法不正确,电子的比荷 是电子的固有参数,与测量所加电压,UB,以及极板间距离,d,无关,.,答案,:,见解析,