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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
10、上偏转，要使此离子沿直线穿过电场，则应( ) A增大电场强度E，减小磁感应强度B B减小加速电压U，增大电场强度E C适当地加大加速电压U D适当地减小电场强度E 解析 ： 选 CD 正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场的区域中， 受到的电场力FqE， 方向向上，受到的洛伦兹力fqvB，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要 使离子沿直线运动，即qEqvB，则只有使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径 是增大加速电压U或增大磁感应强度B，减小电场力的途径是减小场强E。选项 C、D 正确。 2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
11、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)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动， 有BevEee， 得v U b U Bb 即打到荧光屏O点的电子速度的大小为。 U Bb (2)由题意得d 2 ， 1 2 eU mb( L1 v) eU
12、 mb L1L2 v2 代入v， U Bb 解得 。 e m 2Ud B2bL1L12L2 答案：(1) (2) U Bb e m 2Ud B2bL1L12L2 1历史上第一个发现电子的科学家是( ) A贝可勒尔 B道尔顿 C伦琴 D汤姆孙 解析：选 D 贝可勒尔发现了天然放射现象，道尔顿提出了原子论，伦琴发现了 X 射线， 汤姆孙发现了电子。 2多选关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确的是( ) A测得了电子的电荷量 B首先测得了电子的比荷 C为电子质量的最终获得作出了突出贡献 D为人类进一步研究原子的结构提供了一定的理论依据 解析 ： 选 ACD 密立根通过油滴实验测定了电子电量
13、并发现电荷是量子化的。 测定了e值， 结合比荷，进一步可以确定电子质量，电子的比荷是由汤姆孙首先测出的。 3关于阴极射线，下列说法正确的是( ) A阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光而产生的 B只要阴、阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生 C阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波 D阴、阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴 极 解析：选 D 阴极射线是由阴极直接发出的，选项 A 错误；只有当两极间加有高压且阴极 接电源负极时， 阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线， 选项 B 错误，D 正确 ； 阴极射线可以穿透薄铝片，可
14、能是电磁波，也可能是更小的粒子，选项 C 错误。 4多选电子枪发射出的电子打在荧光屏上时，会在那里产生一个亮斑，如果在荧光屏 上得到如图所示的亮斑P，那么示波管中的( ) A极板X应带正电 B极板X应带正电 C极板Y应带正电 D极板Y应带正电 解析：选 BC 因为带电粒子向Y及X方向偏转。故极板Y、极板X应带正电。正确选 项为 B、C。 5多选如图所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图。显像管中有一个阴极，工 作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光。安装在管颈的偏转线圈产生偏转 磁场，可以使阴极射线发生偏转。下列说法中正确的是( ) A如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧
15、光屏正中的O点 B如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏转磁场的方向应该 垂直纸面向里 C如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的方向应该 垂直纸面向里 D如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场磁感应强度应该 先由小到大，再由大到小 解析：选 AC 偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O点，A 正确。由阴极 射线的电性及左手定则可知 B 错误，C 正确。由R可知，B越小，R越大，故磁感应强度 mv qB 应先由大变小，再由小变大，故 D 错误。 6.电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴 实验推测出的。密立根
16、油滴实验的原理如图所示， 两块水平放置 的平行金属板A、B与电源相接，使上面的板带正电，下面的板 带负电。 油滴从喷雾器喷出后， 经上面金属板中间的小孔， 落到两板之间的匀强电场E中。 大多 数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下 降，观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察。如图所示，在A板上方用喷雾器将细油 滴喷出，若干油滴从板上的一个小孔中落下，喷出的油滴因摩擦而带负电。已知A、B板间电 压为U、间距为d，油滴恰好静止。撤去电场后油滴徐徐下落，最后测出油滴以速度v匀速运 动，已知空气阻力正比于速度，fkv，则油滴所带的电荷量q_。某次实验q的测
17、量值如表格所示(单位：1019 C)，分析数据可知_。 解析：根据平衡条件可得mgq，mgkv，解得q；油滴的带电荷量是 1.61019 U d kdv U C 的整数倍，故电荷的最小电荷量为 1.61019 C。 答案： 电荷的最小电荷量为 1.61019 C kdv U 7多选如图所示，关于高压的真空管，下列说法中正确的是( ) A加了高压的真空管中可以看到辉光现象 Ba为负极，b为正极 CU1为高压电源，U2为低压电源 D甲为环状物，乙为荧光中出现的阴影 解析：选 BD 真空中不能发生辉光放电。U1为低压电源，U2为高压电源。 8.如图所示为汤姆孙阴极射线管的构造简图， 将两极间加有一定
18、电压的阴极射线管置于 U 形磁铁两极之间，分析左端射入的电子束可知( ) A增大加速电压，观察到的偏转现象将更加明显 B减小磁感应强度，观察到的偏转现象将更加明显 C电子束向下偏转 D若将粒子源更换为 粒子源，磁场中粒子束偏转方向不变 解析：选 C 由R可知，增大加速电压从而增大电子的速度，增大电子圆周运动的半 mv Bq 径，偏转将不明显，减小磁场的磁感应强度，也增大电子的偏转半径，从而使偏转不明显， 故 A、B 选项均错误；电子由左向右运动，由左手定则可以确定电子将向下偏转，C 正确；若 将粒子源换为 粒子源，因 粒子带正电，由左手定则可知， 粒子将向上偏转，选项 D 错误。 9.如图所示，从S处发出的电子流经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和 匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转。设两极板间电场强度为E，磁感应强度为B。欲使电 子流沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是( ) A适当减小电场强度E B适当减小磁感应强度B C适当增大加速电场极板之间的距离d D适当减小加速电压U 解析：选 A 要使电子在复合场中做匀速直线运动，应该有电场力与洛伦兹力等大反向， 即：EqqvB，根据左手定则判断洛伦兹力的方向竖直向下，电子向上偏转说明EqqvB，因此 要使电子不偏转， 则可采用减小E， 或增大v、B的措施， 对应四个选项可知， 只有选项 A 正确。