1、第1節(jié) 電子的發(fā)現(xiàn)1英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。2組成陰極射線的粒子電子。3密立根通過“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測(cè)定了電子電荷量。4密立根實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍。一、陰極射線1實(shí)驗(yàn)裝置：如圖1811所示真空玻璃管中K是金屬板制成的陰極，A是金屬環(huán)制成的陽極；把它們分別連在感應(yīng)圈的負(fù)極和正極上。圖18112實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：玻璃壁上出現(xiàn)淡淡的熒光及管中物體在玻璃壁上的影。3陰極射線：熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線被命名為陰極射線。二、電子的發(fā)現(xiàn)1湯姆孫的探究(1)讓陰極射線分別通過電場(chǎng)和磁場(chǎng)，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況，證明它是B(A.帶正電B帶負(fù)電)的粒子

2、流并求出了它的比荷。(2)換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值都相同。證明這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。(3)進(jìn)一步研究新現(xiàn)象，不論是由于正離子的轟擊，紫外光的照射，金屬受熱還是放射性物質(zhì)的自發(fā)輻射，都能發(fā)射同樣的帶電粒子電子。由此可見，電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。2密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”(1)精確測(cè)定電子電荷。(2)電荷是量子化的。3電子的有關(guān)常量1自主思考判一判(1)玻璃壁上出現(xiàn)的淡淡熒光就是陰極射線。()(2)玻璃壁上出現(xiàn)的影是玻璃受到陰極射線的撞擊而產(chǎn)生的。()(3)陰極射線在真空中沿直線傳播。()(4)英國物理學(xué)家湯姆孫認(rèn)為陰極射線是一種電磁輻射。()(5)組

3、成陰極射線的粒子是電子。()(6)電子是原子的組成部分，電子電荷量可以取任意數(shù)值。()2合作探究議一議氣體放電管中的氣體為什么會(huì)導(dǎo)電？提示：氣體分子內(nèi)部有電荷，正電荷和負(fù)電荷的數(shù)量相等，對(duì)外呈電中性，當(dāng)分子處于電場(chǎng)中時(shí)，正電荷和負(fù)電荷受電場(chǎng)力的方向相反，電場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)正、負(fù)電荷被“撕”開，于是出現(xiàn)了等量的正、負(fù)電荷，在電場(chǎng)力作用下做定向運(yùn)動(dòng)，氣體就導(dǎo)電了。對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)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，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，代表人物湯姆孫，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)，通過打在

4、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關(guān)于陰極射線，下列說法正確的是()A陰極射線就是稀薄氣體導(dǎo)電時(shí)的輝光放電現(xiàn)象B陰極射線是在真空管內(nèi)由正極放出的電子流C陰極射線是由德國物理學(xué)家戈德斯坦命名的D陰極射線就是X射線解析：選C陰極射線是在真空管中由負(fù)極發(fā)出的電子流，故A、B錯(cuò)；陰極射線最早由德國物理學(xué)家戈德斯坦在1876年提出并命名，故C對(duì)；陰極射線本質(zhì)是電子流，故D錯(cuò)。2.如圖1812所示，一玻璃管中有從左向右的

5、可能是電磁波或某種粒子流形成的射線，若在其下方放一通電直導(dǎo)線AB，射線發(fā)生如圖所示的偏轉(zhuǎn)，AB中的電流方向由B到A，則該射線的本質(zhì)為()圖1812A電磁波B帶正電的高速粒子流C帶負(fù)電的高速粒子流D不帶電的高速中性粒子流解析：選C射線在電流形成的磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即可確定該射線是由帶電粒子構(gòu)成的粒子流。根據(jù)安培定則可知，AB上方的磁場(chǎng)是垂直紙面向里的。粒子向下偏轉(zhuǎn)，洛倫茲力方向向下，由左手定則可知射線所形成的電流方向向左，與粒子的運(yùn)動(dòng)方向相反，故粒子帶負(fù)電。3.陰極射線從陰極射線管中的陰極發(fā)出，在其間的高電壓下加速飛向陽極，如圖1813所示若要使射線向上偏轉(zhuǎn)，所加磁場(chǎng)的方向應(yīng)為()圖1813A平行

6、于紙面向左B平行于紙面向上C垂直于紙面向外 D垂直于紙面向里解析：選C由于陰極射線的本質(zhì)是電子流，陰極射線方向向右，說明電子的運(yùn)動(dòng)方向向右，相當(dāng)于存在向左的電流，利用左手定則，使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上，可知磁場(chǎng)方向應(yīng)為垂直于紙面向外，故C正確。電子比荷的測(cè)定方法1.讓帶電粒子通過相互垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)(如圖1814)，讓其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)二力平衡，即F洛F電(BqvqE)，得到粒子的運(yùn)動(dòng)速度v。圖18142.撤去電場(chǎng)(如圖1815)，保留磁場(chǎng)，讓粒子單純地在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力，即Bqvm，根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況，由幾何知識(shí)求出其半徑r。圖18153由以上兩式確定粒子的比荷

7、表達(dá)式：。典例帶電粒子的比荷是一個(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1816所示。其中兩正對(duì)極板M1、M2之間的距離為d，極板長度為L。圖1816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，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)問本步驟的目的是什么？C保持步驟B中的電壓U不變，

8、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)。試問外加磁場(chǎng)的方向如何？思路點(diǎn)撥(1)當(dāng)電子在電場(chǎng)中的豎直偏轉(zhuǎn)位移達(dá)到時(shí)，恰好在熒光屏上看不到亮點(diǎn)。(2)要使電子恰好打在熒光屏正中心處，所加的磁場(chǎng)必須滿足使電子所受的電場(chǎng)力與其所受的洛倫茲力等大反向。(3)判斷磁場(chǎng)的方向時(shí)要注意電子的電性。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2，。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)，

9、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。答案見解析運(yùn)用電磁場(chǎng)測(cè)定電子比荷的解題技巧(1)當(dāng)電子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，qEqvB，可以測(cè)出電子速度大小。(2)當(dāng)電子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，qvBm，測(cè)出圓周運(yùn)動(dòng)半徑，即可確定比荷。(3)當(dāng)電子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，yat2，測(cè)出電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)量也可以確定比荷。1. (多選)如圖1817所示，從正離子源發(fā)射的正離子經(jīng)加速電壓U加速后進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，發(fā)現(xiàn)離子向上偏轉(zhuǎn)，要使此離子沿直線穿過電場(chǎng)，則應(yīng)()圖1817A增大電場(chǎng)強(qiáng)度E，減小磁感應(yīng)強(qiáng)度BB減小加速電壓U，增大電場(chǎng)強(qiáng)度EC適當(dāng)?shù)丶哟蠹铀匐妷?/p>

10、UD適當(dāng)?shù)販p小電場(chǎng)強(qiáng)度E解析：選CD正離子進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域中，受到的電場(chǎng)力FqE，方向向上，受到的洛倫茲力fqvB，方向向下，離子向上偏，說明電場(chǎng)力大于洛倫茲力，要使離子沿直線運(yùn)動(dòng)，即qEqvB，則只有使洛倫茲力增大或電場(chǎng)力減小，增大洛倫茲力的途徑是增大加速電壓U或增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B，減小電場(chǎng)力的途徑是減小場(chǎng)強(qiáng)E。選項(xiàng)C、D正確。2如圖1818所示為湯姆孫用來測(cè)定電子比荷的裝置。當(dāng)極板P和P間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到O點(diǎn)，O點(diǎn)到O點(diǎn)的豎直距離為d，水平距離可忽略不計(jì)；此時(shí)在P與P之間的區(qū)域里再加上一個(gè)方向垂直于

11、紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)其大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)。已知極板水平方向長度為L1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L2。圖 1818(1)求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大小。(2)推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式。解析：(1)電子在正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有BevEee，得v即打到熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大小為。(2)由題意得d2，代入v，解得。答案：(1)(2)1歷史上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)電子的科學(xué)家是()A貝可勒爾B道爾頓C倫琴 D湯姆孫解析：選D貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，道爾頓提出了原子論，倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。2(多選)關(guān)于密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”的科學(xué)意義，

12、下列說法正確的是()A測(cè)得了電子的電荷量B首先測(cè)得了電子的比荷C為電子質(zhì)量的最終獲得作出了突出貢獻(xiàn)D為人類進(jìn)一步研究原子的結(jié)構(gòu)提供了一定的理論依據(jù)解析：選ACD密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定了電子電量并發(fā)現(xiàn)電荷是量子化的。測(cè)定了e值，結(jié)合比荷，進(jìn)一步可以確定電子質(zhì)量，電子的比荷是由湯姆孫首先測(cè)出的。3(多選)英國物理學(xué)家湯姆孫通過對(duì)陰極射線的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)()A陰極射線在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè)B陰極射線在磁場(chǎng)中受力情況跟正電荷受力情況相同C不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷不同D湯姆孫并未得出陰極射線粒子的電荷量解析：選AD陰極射線實(shí)質(zhì)上就是高速電子流，所以在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè)，A 正確。由于電子帶負(fù)電，所

13、以其受力情況與正電荷不同，B錯(cuò)誤。不同材料所產(chǎn)生的陰極射線都是電子流，所以它們的比荷是相同的，C錯(cuò)誤。在湯姆孫實(shí)驗(yàn)證實(shí)陰極射線就是帶負(fù)電的電子流時(shí)并未得出電子的電荷量，最早測(cè)量電子電荷量的是美國科學(xué)家密立根，D正確。4(多選)如圖1所示是湯姆孫的氣體放電管的示意圖，下列說法中正確的是()圖1A若在D1、D2之間不加電場(chǎng)和磁場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)打到最右端的P1點(diǎn)B若在D1、D2之間加上豎直向下的電場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)C若在D1、D2之間加上豎直向下的電場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)D若在D1、D2之間加上垂直紙面向里的磁場(chǎng)，則陰極射線不偏轉(zhuǎn)解析：選AC實(shí)驗(yàn)證明，陰極射線是電子，它在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)偏向帶

14、正電的極板一側(cè)，可知選項(xiàng) C 正確，選項(xiàng) B 的說法錯(cuò)誤。加上磁場(chǎng)時(shí)，電子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用，要發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因而選項(xiàng) D 錯(cuò)誤。當(dāng)不加電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，電子所受的重力可以忽略不計(jì)，因而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)A的說法正確。5(多選)電子槍發(fā)射出的電子打在熒光屏上時(shí)，會(huì)在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑，如果在熒光屏上得到如圖2所示的亮斑P，那么示波管中的()圖2A極板X應(yīng)帶正電B極板X應(yīng)帶正電C極板Y應(yīng)帶正電 D極板Y應(yīng)帶正電解析：選BC因?yàn)閹щ娏Ｗ酉験及X方向偏轉(zhuǎn)。故極板Y、極板X應(yīng)帶正電。正確選項(xiàng)為B、C。6(多選)如圖3所示是陰極射線顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖。顯像管中有一個(gè)陰極，工作時(shí)它能發(fā)射陰極射線，熒光屏被

15、陰極射線轟擊就能發(fā)光。安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，可以使陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。下列說法中正確的是()圖3A如果偏轉(zhuǎn)線圈中沒有電流，則陰極射線應(yīng)該打在熒光屏正中的O點(diǎn)B如果要使陰極射線在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上A點(diǎn)，則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向應(yīng)該垂直紙面向里C如果要使陰極射線在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上B點(diǎn)，則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向應(yīng)該垂直紙面向里D如果要使陰極射線在熒光屏上的位置由B點(diǎn)向A點(diǎn)移動(dòng)，則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)該先由小到大，再由大到小解析：選AC偏轉(zhuǎn)線圈中沒有電流，陰極射線沿直線運(yùn)動(dòng)，打在O點(diǎn)，A正確。由陰極射線的電性及左手定則可知B錯(cuò)誤，C正確。由R可知，B越小，R越大，故磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)先由

16、大變小，再由小變大，故D錯(cuò)誤。7.如圖4所示，電子由靜止從O點(diǎn)經(jīng)電場(chǎng)U加速后垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，經(jīng)偏轉(zhuǎn)后打在MN板的P點(diǎn)，射入點(diǎn)到P點(diǎn)的距離為d，求電子的比荷 的表達(dá)式。(不考慮電子的重力)圖4解析：設(shè)電子的電荷量為q、質(zhì)量為m，在加速電場(chǎng)U中加速的過程，根據(jù)動(dòng)能定理，有qUmv2解得 v 垂直進(jìn)入磁場(chǎng)后，電子受到的洛倫茲力提供向心力，電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故有qvB由題意又知：R由以上各式整理可得電子的比荷為。答案：8.如圖5所示為美國物理學(xué)家密立根測(cè)量油滴所帶電荷量裝置的截面圖，兩塊水平放置的金屬板間距為d，油滴從噴霧器的噴嘴噴出時(shí)，由于與噴嘴摩擦而帶負(fù)電，油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少數(shù)油滴通過上面金屬板的小孔進(jìn)入平行金屬板間，當(dāng)平行金屬板間不加電壓時(shí)，由于受到氣體阻力的作用，油滴最終以速度v1豎直向下勻速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)上板帶正電，下板帶負(fù)電，兩板間的電壓為U時(shí)，帶電油滴恰好能以速度v2豎直向上勻速運(yùn)動(dòng)。已知油