高中物理第十八章原子结构第1节电子的发现教学案新人教选修3-5

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18­1­1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。

图18­1­1

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，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．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时的辉光放电现象

B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流

C．阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的

D．阴极射线就是X射线

解析：选C 阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故A、B错；阴极射线最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名，故C对；阴极射线本质是电子流，故D错。

2.如图18­1­2所示，一玻璃管中有从左向右的可能是电磁波或某种粒子流形成的射线，若在其下方放一通电直导线AB，射线发生如图所示的偏转，AB中的电流方向由B到A，则该射线的本质为( )

图18­1­2

A．电磁波

B．带正电的高速粒子流

C．带负电的高速粒子流

D．不带电的高速中性粒子流

解析：选C 射线在电流形成的磁场中发生偏转，即可确定该射线是由带电粒子构成的粒子流。根据安培定则可知，AB上方的磁场是垂直纸面向里的。粒子向下偏转，洛伦兹力方向向下，由左手定则可知射线所形成的电流方向向左，与粒子的运动方向相反，故粒子带负电。

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18­1­3所示若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为( )

图18­1­3

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18­1­4)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F 洛＝F 电(Bqv ＝qE )，得到粒子的运动速度v ＝E B

。

图18­1­4

2.撤去电场(如图18­1­5)，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Bqv ＝m v 2

r

，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r 。

图18­1­5

3．由以上两式确定粒子的比荷表达式：q m ＝

E

B 2r

。

[典例] 带电粒子的比荷q

m

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，以求得电子的比荷，实验装置如图18­1­6所示。其中两正对极板M 1、M 2之间的距离为d ，极板长度为L 。

图18­1­6

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；