2020新教科版高中物理选修3-5第2章1电子学案73

1、-1 -1.电子学习目标1.1.知道阴极射线的概念，了解汤姆孙对阴极射线的研究方法及电子发现的意义.（重点）2.2.知道比荷的概念，知道电子是原子的组成部分.（重点）3.3.知道电子的电荷量的测量方法-密立根油滴实验，知道电子的电荷量.（重点）自主预习探新Ml- 5；tjh*LljK増曲）溢阳1潘何- - -一、 带负电的微粒1.1. 阴极射线由阴极发出撞击到玻璃壁上产生荧光的射线，称为阴极射线.2 2汤姆孙实验结论实验表明：阴极射线在磁场和电场中产生偏转，说明阴极射线是带负电的粒子流.二、 微粒比荷及电子电荷量的测定元电荷1 1 .比荷（荷质比）带电粒子的电荷量与质量之比称为比荷，又称荷质比

2、.电子的比荷是氢离子的1 1 000000 多倍，电子的电荷量与氢离子的电荷量相同而质量不到氢原子的1/11/1 000.000.2.2. 发现电子的意义（1 1）证明了电子是原子的组成部分.（2 2）电子的发现使人们认识到原子是可分的，原子不是物质不可分割的最小单元.3 3 .电子的电荷量（1 1）电子电荷量：19131913 年由密立根通过著名的油滴实验得出，电子电荷量的值为e=191.6021.602X X1010 C.C.（2 2）_ 电荷量是量子化的，即任何带电体的电荷量只能是某一最小电荷一一元电荷的整数 _倍，即e的整数倍.匚b基础自测口1 1.正误判断（正确的打“V”，错误的打“

3、X”）（1 1）阴极射线是由真空玻璃管中的感应圈发出的.（X）（2 2）阴极射线撞击玻璃管壁会发出荧光. （V）（3 3）阴极射线实际上是高速运动-2 -的电子流.（V） 电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的.（X）（5 5）带电体的电荷量可以是任意值.（X）2 2 .如图所示，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会向 _ 偏转.-3 -解析阴极射线方向水平向右，说明其等效电流的方向水平向左，与导线中的电流方 向相反，由左手定则，两者相互排斥，阴极射线向上偏转.答案上3.3.（多选）关于电荷的电荷量，下列说法正确的是（）A.A. 电子

4、的电荷量是由密立根油滴实验测得的B.B. 物体所带电荷量可以是任意值C.C. 物体所带电荷量最小值为 1.61.6 X 1010 T T9 9C CD.D. 物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍ACDACD 密立根的油滴实验测出了电子的电荷量为1.61.6 X 1010T9C,并提出了电荷量子化的观点，因而 A A 对，B B 错，C C 对；任何物体的电荷量都是e的整数倍，故 D D 对.合作探究攻重XK（1 1）方法一：在阴极射线所经区域加一磁场，根据射线的偏转情况确定其带电的性质.（2 2）方法二：在阴极射线所经区域加一电场，根据射线的偏转情况确定其带电的性质.2 2 结论根据阴极射线在磁

5、场中和电场中的偏转情况，判断出阴极射线是带负电的粒子流.【例 1 1】 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.A.平行于纸面向左B B.平行于纸面向上C 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，为使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，磁场方 向应为垂直于纸面向外，故选项 C C 正确.探究阴极射线带电性质的方法C.C.垂D.D.垂直于纸面向1 1阴檄x-、Site-4 -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

6、 电的性质若沿着电场线方向偏转，则粒子带正电；若逆着电场线方向偏转，则粒子带负电.（2 2）使阴极射线垂直进入磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质如果粒 子按图示方向进入磁场，且做顺时针的圆周运动，则粒子带正电；若做逆时针的圆周运动， 则粒子带负电.働针对训练1 1 （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 （）AB BA.导线中的电流由A流向BB.导线中的电流由B流向AC.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BCBC 阴极射线是高速电子流，由

7、左手定则判断可知，磁场垂直纸面向里，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径迹往上偏故 选项 B B、C C正确. 密点2 ,_ *r. .电子比荷的测定方法1 1 电根据电场、磁场对电子的偏转测量比荷（或电荷量），可按以下方法：（1 1）让电子通过正交的电磁场，如图甲所示，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛=F电（Bqv=qE）得到电子的运动速度v= = | |-5 -(2)(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，如图乙所示，保留磁场让电子在磁场中运动,v2q v EqvB=m得m=B7=丽2 2 .密立根油滴实验(1)(1)装置密立根实验的

8、装置如图所示.oo o o oo o 0 o o O O it1两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上板带正电，下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中.2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.(2)(2) 方法1两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E但是由于油滴太小，其质量很难直接测出.密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量没加电场时，由于空气的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空气给油滴的 摩擦力而使油

9、滴匀速下落，可测得速度Vi. .2再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量.(3)(3) 结论带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求 得了其最小值即电子所带的电荷量e. .【例 2 2】带电粒子的比荷q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M、M之间的距离为d,极板长度为L. .由洛伦兹力提供向心力，即Bqv=2mvr，根据轨迹偏转情况，由几何知

10、识求出其半径r,则由喷雾器A显微笛t二fi甲X X X X K X-6 -他们的主要实验步骤如下：A.首先在两极板M、M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M、M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 B中的电压U不变，对M、M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？思路点拨(1)(1)当电子在电场中的竖直偏转位移达

11、到号时，恰好在荧光屏上看不到亮点.(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)(3) 判断磁场的方向时要注意电子的电性.解析步骤 B B 中电子在M、M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.一d Uq3当在荧光屏上看不到亮点时，电子刚好打在下极板M靠近荧光屏端的边缘，则 2 2=2 2dmv2q d2v2m=U?. .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 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

12、磁场方向垂直于纸面向外.答案见解析观 H*H*衣斶运用电磁场测定电子比荷的解题技巧(1)(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(2)(2) 当电子在磁场中偏转时，qvB=ny，测出圆周运动半径，即可确定比荷.-7 -当电子在匀强电场中偏转时，y= 1 1at1 2=，测出电场中的偏转量也可以确定比荷.2 22 2mvd働针对训练2 2 密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性如图所示是密立根油滴实验的原理示意图，设小油滴的质量为m调节两极板间的电势差U,当小油滴悬浮不1 1 （多选）英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现（）（

13、）A.A. 阴极射线在电场中偏向正极板一侧B.B. 阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C.C. 不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D.D. 汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量ADAD 阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A A 正确. .由于电动时，测出两极板间的距离为d. .则可求出小油滴的电荷量q=乩微镜-8 -Umgd解析 由平衡条件得mg= qq,解得q= ”.知识网络密立根油实验装覺 滴实验|L|测宗右法子带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，B B 错误不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C C 错误在汤姆孙实验证实阴极

14、射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测出电子电荷量的是美国物理学家密立根，D D 正确.2 2 关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是（）A.A. 密立根利用电场力和磁场力平衡的方法，测得了带电体的最小带电荷量B.B. 密立根利用电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量C.C. 密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量D.D. 密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子质量的千分之一一答案B B3.3.（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

15、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答案mgdU1.1. 阴极射线是由电子阴极射线走义汤姆孙实验实驗装置 |实验现象微粒比荷的测定W-9 -流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的0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 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ACAC 偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在0点，A A 正确.由阴极射线的电mv性及左手定则可知 B B 错误，C C 正确.由 R=R= 可知，B越小，R越大，故磁感应强度应先由大qB变小，再反向由小变大，故 D D 错误.4.4.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，电子束打在荧光屏的中心0点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到0点，O点到0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0点.已知