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1、第十八章原子结构 1电子的发现,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_,A是金 属环制成的_;把它们分别连在感应圈的负极和正极上。,阴极,阳极,2.实验现象:玻璃壁上出现淡淡的_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_发出的某种射线的撞击而引 起的,这种射线被命名为_。,荧光,阴极,阴极射线,【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。(),提示:(1)。荧光是由于玻璃受到阴极射线的撞击而引起的,不是阴极射线。 (2)。玻璃壁上出现的
2、影是玻璃没有受到阴极射线的撞击,没能产生荧光造成的。 (3)。管中十字状物体挡住了射线,说明阴极射线在真空中沿直线传播。,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_情况,证明它是_ (A.带正电B.带负电)的粒子流并求出了它的比荷。 (2)换用_的阴极做实验,所得_的数值都相同。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。,偏转,B,不同材料,比荷,(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_ 电子。由此可见,电子是原子的_,是比原子更_ 的物质单元。,带电粒子,组成部分,基本,2.密立根“油滴
3、实验”: (1)精确测定_。(2)电荷是_的。,电子电荷,量子化,3.电子的有关常量:,负电,1.60210-19C,氢离,子,9.110-31kg,【判一判】 (1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。() (2)组成阴极射线的粒子是电子。() (3)电子是原子的组成部分,电子电荷量可以取任意数值。() 提示:(1)。英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种带电粒子流。 (2)。组成阴极射线的粒子被称为电子。 (3)。电子电荷量是量子化的,只能是e的整数倍。,一、对阴极射线的认识 思考探究: 如图所示为发现阴极射线的实验装置。,(1)阴极射线是从哪个地方发出的,感应圈的作用是什么? (
4、2)管中十字状金属片的作用是什么?,提示:(1)阴极射线是从阴极K发出的,感应圈的作用是利用万伏的高压,对阴极射线进行加速。 (2)管中十字状金属片的作用是挡住阴极射线,从而形成十字形的影,首先说明荧光是由于阴极射线撞击玻璃而形成,其次说明阴极射线沿直线运动。,【归纳总结】 1.现象:真空玻璃管两极加上高电压,玻璃管壁上发出荧光及管中物体在玻璃壁上的影。 2.命名:德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线。 3.猜想: (1)阴极射线是一种电磁辐射。 (2)阴极射线是带电微粒。,4.验证:英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转,发现阴极射线带负电并测出了粒子的比荷发现电子。
5、5.实验:密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。,【典例示范】(多选)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通电 直导线AB时,发现射线径迹向下偏转,则() A.导线中的电流由A流向B B.导线中的电流由B流向A C.若要使电子束的径迹往上偏转,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,【解题探究】 (1)射线的轨迹向下偏说明了什么? 提示:粒子受到了磁场对它向下的作用力。 (2)如何确定射线所在处磁场的方向? 提示:应根据左手定则判断。,【正确解答】选B、C。阴极射线是高速电子流,由左手定则判断可知,磁场垂直纸
6、面向里,由安培定则可知,导线AB中的电流由B流向A,且改变AB中的电流方向时可以使电子束的轨迹往上偏。故选项B、C正确。,【过关训练】 1.(多选)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出的电子流 C.阴极射线是组成物体的原子 D.阴极射线沿直线传播,但可被电场和磁场偏转,【解析】选B、D。阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流,选项B正确,A错误;电子是原子的组成部分,选项C错误;阴极射线是带电粒子,可被电场和磁场偏转,选项D正确。,2.发射阴极射线的真空玻璃管中高电压的作用是() A.使玻璃壁产生压电效应从而产生辉光
7、 B.使管内产生阴极射线 C.使管内障碍物的电势升高 D.使电子加速 【解析】选D。在阴极射线管中,炽热的阴极发射电子流,再通过高电压的加速而获得能量,与玻璃壁碰撞而产生辉光,故选项A、B、C错误,选项D正确。,【补偿训练】 1.(多选)下列说法正确的是() A.阴极射线带负电 B.阴极射线带正电 C.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论,并求出了阴极射线的比荷 D.汤姆孙通过对光电效应的研究,发现了电子,【解析】选A、C。阴极射线是高速飞行的电子流,电子带负电,A正确,B错误。汤姆孙研究阴极射线发现了电子,并求出了比荷,C正确,D错误。,2.(2015宁波
8、高二检测)下面对阴极射线的认识正确的是() 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,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,B错误,D正确;阴极射线可以穿透薄铝片,可能是电磁波,也可能是更小的粒子,C错误。,【误区警示】应用复合场求带电粒子偏转时的两个误区 (1)误认为带电粒子在两个场中的偏转
9、规律相同。 带电粒子在电场中是按照类平抛的规律偏转,带电粒子在磁场中是按照圆周运动的规律偏转。 (2)误认为带电粒子在复合场中做直线运动时,只要电场和磁场垂直即可。 带电粒子在复合场中做直线运动时,电场和磁场不仅要垂直,而且垂直关系是固定的,还要大小关系成定值。,二、电子比荷的测定方法 思考探究: 如图所示为汤姆孙的气体放电管。,(1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时,发现阴极射线向下偏转,说明它带什么性质的电荷? (2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场,可以让阴极射线向上偏转?,提示:(1)阴极射线向下偏转,与电场线方向相反,说明阴极射线带负电。 (2)由左手定则可得,在
10、金属板D1、D2之间单独加垂直纸面向外的磁场,可以让阴极射线向上偏转。,【归纳总结】 1.让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场(如图),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=,2.撤去电场(如图),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= 根据轨迹偏转情况,由几何知识求出其半径r。 3.由以上两式确定粒子的比荷表达式:,【典例示范】带电粒子的比荷 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
11、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?,【解题探究】 (1)当两板间加上合适的电场时,恰好看不见亮点,则电子在电场中的竖直位移为多少? 提示:电子
12、在电场中的竖直位移为 。 (2)试分析使荧光屏的正中心处重现亮点时磁场方向的判断方法及满足的关系式。 提示:磁场方向的判断方法:用左手定则判断。 满足的关系式:qE=qvB。,【正确解答】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,由此可以看出这一步的目的是使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:见正确解答,【过关训练】如图所示,电子以
13、初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的平行板电容器中,出电场时打在屏上P点,经测量OP距离为Y0,求电子的比荷。,【解析】由于电子在电场中做类平抛运动,沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动,满足 答案:,【补偿训练】 1.汤姆孙在测定阴极射线比荷时采用的方法是利用电场、磁场偏转 法,即测出阴极射线在匀强电场或匀强磁场中穿过一定距离时的偏 角。设竖直向下的匀强电场的电场强度为E,阴极射线垂直电场射入, 穿过水平距离L后的运动偏角为(较小,tan)(如图甲);以 磁感应强度为B的匀强磁场代替电场,测出经过一段弧长L的运动偏 角为(如图乙)。已知阴极射线入射的初速度相同,试以E、
14、B、L、 、表示阴极射线粒子的比荷 的关系式。(重力不计),【解析】电子在电场中偏转做类平抛运动,设电子入射的初速度 为v0,则有L=v0t vy=at a= tan= 所以tan= 由于tan ,所以= 电子在磁场中偏转,设电子在磁场中做匀速圆周运动的半径为 R,qv0B= L=R 联立消去v0整理得 答案:,2.在研究性学习中,某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验,其实 验装置如图所示。abcd是个长方形盒子,在ad边和cd边上各开有小孔 f和e,e是cd边上的中点,荧光屏M贴着cd放置,能显示从e孔射出的粒 子落点位置。盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强磁场,磁感应强 度大小为B。
15、粒子源不断地发射相同的带电粒子,粒子的初速度可以忽 略。粒子经过电压为U的电场加速后,从f孔垂直于ad边射入盒内。粒 子经磁场偏转后恰好从e孔射出。若已知 =L,不计粒子的重力 和粒子之间的相互作用。请你根据上述条件求出带电粒子的比荷 。,【解析】带电粒子进入电场,经电场加速。根据动能 定理得qU= mv2,得v= 粒子进入磁场后做匀 速圆周运动,轨迹如图所示。设圆周半径为R,在三 角形Ode中,有(L-R)2+( )2=R2,整理得:R= L,洛 伦兹力充当向心力:qvB= ,联立上述方程,解得 答案:,【规律方法】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,qE=qvB,可以测出电子速度大小。 (2)当电子在磁场中偏转时,qvB= 测出圆周运动半径,即可确定比荷。 (3)当电子在匀强电场中偏转时,y= 测出电场中的偏转量也可以确定比荷。,【拓展例题】考查内容:阴极射线管问题研究 【典例示范】阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的粒子流,这些粒子是。若要使粒子到达阳极时速度为7.5107m/s,则加在阴极射线管两个电极之间的电压U=V。,【正确解答】电子由阴极到阳极,由动能定理得 eU= mv2, 解得 答案:电子1.6104,
