高中物理沪科版5第三章原子世界探秘 第3章电子的发现及其重大意义

电子的发现及其重大意义学习目标知识脉络1.知道阴极射线的产生及其对原子物理学发展的作用.(重点)2.了解汤姆生发现电子的研究方法及电子发现的意义.(重点)关于阴极射线的争论[先填空]1.阴极射线的产生将阴极射线管的阴极和阳极接上高压电源后，用真空泵逐渐抽去管内空气，管内就会产生气体放电现象，并发出光来.当气压降得很低时，管内变暗，不再发光，但此时由阴极发出的射线能使荧光物质发光.2.阴极射线研究的成果对阴极射线的研究，引发了19世纪末物理学的三大发现：(1)1895年伦琴发现了X射线；(2)1896年贝可勒尔发现了放射性；(3)1897年汤姆生发现了电子.[再判断]1.阴极射线是由真空玻璃管中的感应圈发出的.(×)2.阴极射线撞击玻璃管壁会发出荧光.(√)3.阴极射线在真空中沿直线传播.(√)[后思考]产生阴极射线的玻璃管为什么是真空的？【提示】在高度真空的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴极，对于真空度不高的放电管，粒子还有可能来自管中的气体，为了使射线主要来自阴极，一定要把玻璃管抽成真空.[核心点击]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——汤姆生，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.如图3­1­1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.图3­1­1【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2.如图3­1­2是电子射线管示意图.接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，可采用加磁场或电场的方法.图3­1­2若加一磁场，磁场方向沿________方向，若加一电场，电场方向沿________方向.【解析】若加磁场，由左手定则可判定其方向应沿y轴正方向；若加电场，根据受力情况可知其方向应沿z轴正方向.【答案】y轴正z轴正注意阴极射线(电子)从电源的负极射出，用左手定则判断其受力方向时四指的指向和射线的运动方向相反.汤姆生的发现电子发现的重大意义选修3－5|第3章原子世界探秘[先填空]1.汤姆生的探究方法(1)让阴极射线通过磁铁偏转，进入集电圆筒，用静电计检测，证明阴极射线是负电荷.(2)①让阴极射线通过匀强电场发生偏转，测出偏转角θ，推导出与相关量的关系，得到tanθ＝eq\f(Eel,mv2).②再加一垂直于电场方向的匀强磁场，使粒子不发生偏转，则v＝eq\f(E,B).由此求得粒子的比荷eq\f(e,m)≈1011C/kg.(3)改变阴极材料，测得的比荷都相同表明这种粒子是各种材料的共有成分.(4)这种粒子所带电荷量与氢离子的电荷量接近则证明它的质量小于氢原子质量的千分之一.(5)这种粒子是一种带负电的质量很小的粒子，称之为电子.2.电子发现的意义电子的发现，打破了原子不可再分的传统观念.人们对物质结构的认识进入了一个新时代.3.电子的有关数据(1)电子比荷eq\f(e,m)＝×1011C/kg.(2)电子的电荷量e＝×10－19C(3)电子的质量m＝×10－31_kg.[再判断]1.阴极射线实际上是高速运动的电子流.(√)2.电子的电荷量是汤姆生首先精确测定的.(×)3.带电体的电荷量可以是任意值.(×)[后思考]汤姆生怎样通过实验确定阴极射线是带负电的粒子？【提示】汤姆生通过气体放电管研究阴极射线的径迹，未加电场时，射线不偏转，施加电场后，射线向偏转电场的正极板方向偏转，由此确定阴极射线是带负电的粒子.[核心点击]1.阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电磁力对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响.2.带电性质的判断方法(1)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或电场的情况确定带电的性质.(2)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.比荷的测定方法(1)让某一速率的电子垂直进入某一电场中，在荧光屏上亮点位置发生变化.(2)在电场区域加一与其垂直的大小合适的磁场，抵消阴极射线的偏转.由此可知qE－qvB＝0，则v＝eq\f(E,B).(3)去掉电场，只保留磁场，磁场方向与射线运动方向垂直，阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧，根据磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvB＝eq\f(mv2,r)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br)＝eq\f(E,B2r).3.如图3­1­3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()图3­1­3【导学号：67080024】A.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E.若将直导线AB放在管的正上方，电流方向不变，则电子束的径迹将向上偏【解析】阴极射线是高速电子流，由左手定则判断可知，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轨迹往上偏.若电流方向不变，将导线AB放在管的上方，由左手定则可以判断，电子束的轨迹将向上偏.故B、C、E均正确.【答案】BCE4.带电粒子的比荷eq\f(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3­1­4所示.其中两正对极板M1、M2之间的距离为d，极板长度为L.图3­1­4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eq\f(d,2)＝eq\f(Uq,2dm)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,v)))2，eq\f(q,m)＝eq\f(d2v2,UL2).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】见解析测量带电粒子比荷常用的两种方法方法一：利用磁偏转测比荷，由qvB＝meq\f(v2,R)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,BR)，只需知道磁感应强度B、带