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1、高中物理高中物理选修选修3-5粤教版粤教版第三章第三章 原子结构之谜原子结构之谜第一节第一节 敲开原子的大门敲开原子的大门目标定位目标定位1.了解阴极射了解阴极射线及及电子子发现的的过程；程；2.知道知道汤姆姆生研究阴极射生研究阴极射线发现电子的子的实验及理及理论推推导；3.知道知道电子子电荷荷是是1910年由密立根通年由密立根通过著名的著名的“油滴油滴实验”得出得出一、探索阴极射线一、探索阴极射线1阴极射线阴极射线：在抽成真空的玻璃管两端加上：在抽成真空的玻璃管两端加上_时，从，从_发出的一种使玻璃管壁上出出的一种使玻璃管壁上出现荧光的射光的射线2汤姆生对阴极射线的探索方法汤姆生对阴极射线的
2、探索方法(1)让阴极射阴极射线通通过电场，根据，根据_，可判断阴极射，可判断阴极射线带_(2)让阴极射阴极射线通通过磁磁场，根据，根据_，测出阴极射出阴极射线的的_ 高高电压阴极阴极偏偏转情况情况负电偏偏转情况情况荷荷质比比二、电子的发现二、电子的发现汤姆生的探究方法汤姆生的探究方法1换用不同的放电气体，或用不同金属材料制作电极，测得换用不同的放电气体，或用不同金属材料制作电极，测得阴极射线的荷质比阴极射线的荷质比_2在气体电离、光电效应中，可从不同物质中放出这种射线在气体电离、光电效应中，可从不同物质中放出这种射线粒子粒子3这种粒子的电荷与氢离子基本相同，这种粒子的电荷与氢离子基本相同， _
3、却比氢原子小却比氢原子小得多得多相同相同质量量4结论：想一想想一想电子子发现的重大意的重大意义是什么？是什么？答案答案电子是人子是人类发现的第一个比原子小的粒子的第一个比原子小的粒子电子的子的发现，打破了原子不可再分的，打破了原子不可再分的传统观念，使人念，使人们认识到原到原子不是子不是组成物成物质的最小微粒，原子本身也有内部的最小微粒，原子本身也有内部结构从构从此，原子物理学此，原子物理学飞速速发展，人展，人们对物物质结构的构的认识进入了入了一个新一个新时代代.一、对阴极射线性质的研究一、对阴极射线性质的研究1阴极射线的本质是电子，在电场阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场或磁场)中所受电场
4、力中所受电场力(或或洛伦兹力洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电场力远大于所受重力，故研究电场力(或洛伦兹力或洛伦兹力)对对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响2带电性质的判断方法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的变化和左手定则确定带电的性质【例例1】 (双
5、选双选)如如图311所示，一只阴极所示，一只阴极射射线管的左管的左侧不断有不断有电子射出，如果在子射出，如果在管的正上方放一通管的正上方放一通电直直导线AB时，发现射射线的径迹往下偏的径迹往下偏转，则下列判断正确的下列判断正确的是是()A导线中的中的电流从流从A流向流向BB导线中的中的电流从流从B流向流向AC电子束的径迹与子束的径迹与AB中的中的电流无关流无关D若要使若要使电子束的径迹往上偏子束的径迹往上偏转，可以通，可以通过改改变AB中的中的电流方向来流方向来实现图图311答案答案AD解析解析由于电子带负电，并且向下偏转，由左手定则知该由于电子带负电，并且向下偏转，由左手定则知该处的磁场方向
6、应垂直纸面向里，又由安培定则可判断导线处的磁场方向应垂直纸面向里，又由安培定则可判断导线中的电流方向为由中的电流方向为由A到到B.可以通过改变导线中的电流方向可以通过改变导线中的电流方向来改变粒子的径迹故正确答案为来改变粒子的径迹故正确答案为A、D.借题发挥借题发挥本题是运用左手定则和安培定则的综合性题目，本题是运用左手定则和安培定则的综合性题目，在应用左手定则判断洛伦兹力的方向时，一定要注意运动在应用左手定则判断洛伦兹力的方向时，一定要注意运动电荷的正负电荷的正负针对训练针对训练1阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流，这些微观粒子是的粒
7、子流，这些微观粒子是_若在图若在图312所所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将线将_(填填“向下向下”、“向里向里”或或“向外向外”)偏转偏转 图图312答案答案电子向下子向下解析解析阴极射线的实质是电子流，电子流形成的等效电流阴极射线的实质是电子流，电子流形成的等效电流方向向左，当加上垂直纸面向里的磁场后，由左手定则判方向向左，当加上垂直纸面向里的磁场后，由左手定则判知电子受到的洛伦兹力的方向向下，故阳极射线将向下偏知电子受到的洛伦兹力的方向向下，故阳极射线将向下偏转转二、电子荷质比的测定二、电子荷质比的测定实验探究实验探
8、究如图如图313所示为测定阴极射线粒子荷质比的装置，从所示为测定阴极射线粒子荷质比的装置，从阴极阴极K发出的阴极射线通过一对平行金属板发出的阴极射线通过一对平行金属板D1、D2间的匀间的匀强电场，发生偏转强电场，发生偏转 图图313(1)在在D1、D2间加加电场后射后射线偏到偏到P2，则由由电场方向知，方向知，该射射线带什么什么电？(2)再在再在D1、D2间加一磁加一磁场(图中未画出中未画出)，电场与磁与磁场垂直，垂直，让射射线恰好不偏恰好不偏转设电场强强度度为E，磁感，磁感应强强度度为B，则电子的速度多大？子的速度多大？答案答案(1)负电【例例2】1897年，物理学家年，物理学家汤姆生正式姆
9、生正式测定了定了电子的荷子的荷质比，比，打破了原子是不可再分的最小打破了原子是不可再分的最小单位的位的观点因此，点因此，汤姆生姆生的的实验是物理学是物理学发展史上最著名的展史上最著名的经典典实验之一在之一在实验中中汤姆生采用了如姆生采用了如图314所示的阴极射所示的阴极射线管，从管，从电子子枪C出来的出来的电子子经过A、B间的的电场加速后，水平射入加速后，水平射入长度度为L的的D、E平行板平行板间，接着在，接着在荧光屏光屏F中心出中心出现荧光斑光斑若在若在D、E间加上方向向下，加上方向向下，场强强为E的匀的匀强强电场，电子将子将向上偏向上偏转；如果再利用通；如果再利用通电线圈在圈在D、E电场区
10、加上一垂区加上一垂直直纸面的磁感面的磁感应强强度度为B的匀的匀强强磁磁场(图中未画中未画)荧光斑恰好光斑恰好回到回到荧光屏中心，接着再去掉光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏子向下偏转，偏，偏转角角为，试解决下列解决下列问题图图314(1)说明明图中磁中磁场沿什么方向；沿什么方向；(2)根据根据L、E、B和和，求出，求出电子的荷子的荷质比比答案答案(1)垂直垂直纸面向里面向里解析解析(1)磁场方向垂直纸面向里磁场方向垂直纸面向里(2)当电子在当电子在D、E间做匀速直线运动时有：间做匀速直线运动时有：eEBev.当电子在当电子在D、E间的磁场中偏转时有间的磁场中偏转时有借题发挥借题发挥(1)荷质
11、比的测定问题只是带电粒子在磁场和电荷质比的测定问题只是带电粒子在磁场和电场中运动的一类典型例子，这种方法可以推广到带电粒子场中运动的一类典型例子，这种方法可以推广到带电粒子在复合场中运动，求其他相关的问题在复合场中运动，求其他相关的问题(2)解决带电粒子在电磁场中运动的问题时要注意以下几点：解决带电粒子在电磁场中运动的问题时要注意以下几点：带电粒子的带电性质带电粒子的带电性质正确描绘运动轨迹正确描绘运动轨迹能确定能确定半径、圆心半径、圆心会利用几何知识把有关线段与半径联系起会利用几何知识把有关线段与半径联系起来来针对训练针对训练2如图如图315所示为测量某种离所示为测量某种离子的荷质比的装置让中性气体分子进子的荷质比的装置让中性气体分子进入电离室入电离室A，在那里被电离成离子这些，在那里被电离成离子这些离子从电离室的小孔飘出，从缝离子从电离室的小孔飘出，从缝S1进入进入加速电场被加速然后让离子从缝加速电场被加速然后让离子从缝S2 2垂直垂直进入匀强磁场，最后打在底片上的进入匀强磁场，最后打在底片上的P点已知加速电压为点已知加速电压为U，磁场的磁感应强度为，磁场的磁感应强度为B，缝，缝S2与与P之间的距离为之间的距离为a，离子，离子从缝从缝S1进入电场时的速度不计，求该离子的荷质比进入电场时的速度不计，求该离子的荷质比 .图图315
