第13.1节电子的发现

第十三章原子结构13.1电子的发现🧭目标导航知识要点难易度1.阴极射线是电子流2.汤姆孙测量电子比荷的公式推导3.密立根用油滴实验测定电子的电荷量★★★★

★★📚知识精讲一、阴极射线的本质汤姆孙已经可以确认阴极射线是一种带负电的粒子流。※辉光放电：日光灯是常见的辉光放电现象，原理是稀薄气体中正离子被电场加速，撞击阴极，产生大量高能态带电粒子，这些被激发的粒子跃迁到基态时产生光子，从而发光的现象。二、电子的发现汤姆孙通过测量比荷发现电子，实验装置如下。将阴极K和阳极A与直流高压电源相连，阴极射线自K射出，并在A、K间加速后，沿直线向右运动。C、D是一对平行金属板，接到另一直流电源上，C、D之间的电场对粒子束产生偏转作用，从C、D板右侧射出的粒子束沿直线射到偏转管最右端荧光屏上的P处。在管外于C、D极板前后两侧加装载流线圈，线圈产生一个与C、D间强电场及粒子束运动方向均垂直的匀强磁场。调节线圈中的电流，使得粒子束在C、D间所受电场力与洛伦兹力平衡，粒子束便无偏转地沿直线射至荧光屏上O处。测得C、D间偏转电场的电势差U，载流线圈所产生的磁场的磁感应强度B，平行金属板C、D的长度l以及间距d，从偏电场右边界直至O、P两处的粒子直线径迹间的夹角θ。由这些数据便可推得粒子的比荷。tanθ＝eq\f(y,l)＝eq\f(qUl,2mveq\o\al(2,0)d)q=qv0B将v0带入前式，可得到比荷。汤姆孙发现了电子，密立根用油滴实验测定了电子的电荷量。三、阴极射线的研究和电子的发现所具有的重要意义汤姆孙的研究表明，相对于原子而言，电子是更基本的组成物质的粒子，它是原子的组成部分。电子的发现打破了原子不可分的传统物质观。①原子不可分↓②阴极射线是什么？↓③比荷的测量↓④电子的发现例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．阴极射线管中的高电压是为了使电子加速D．阴极射线管中的高电压是为了使电子偏转，使实验现象更明显答案：C解析：A．辉光放电是气体中正离子被加速，撞击产生电子，使气体导电，电子从高能态跃迁时发光现象，不是阴极射线，A错误。B．阴极射线是在真空管内由负极放出的高速电子流，B错误。CD．阴极射线管中的高电压是为了使电子加速，选项C正确，D错误。例2．如图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，在下列措施中可采用的是()A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向答案：B解析：管内是电子流，然后根据洛伦兹力和电场力方向的判定方法进行判定。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，故B正确。✏️巩固练习1.（多选）如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是（）A．若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点B．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转C．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转D．若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线向上偏转答案：AC解析：BC．实验证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，C正确，B错误；D．加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要向下偏转，D错误；A．当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，A正确。2.（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，发现射线的轨迹往下偏，则()A．导线中的电流由A流向BB．阴极射线管处磁场方向垂直纸面向里C．若要使电子束的轨迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的轨迹与AB中的电流方向无关答案：BC解析：A、电子往下偏，说明受向下的洛伦兹力，由左手定则判断出磁场的方向向里，由右手定则得到AB中电流的方向由B向A，故A错误，B正确；C、若要使电子束的轨迹往上偏，即使电子受向上的洛伦兹力，则可以使电流的方向改变为由A向B，故C正确，D错误。3.（多选）如图是密立根油滴实验的示意图．油滴从喷雾器嘴喷出，落到图中的匀强电场中，调节两板间的电压，通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中，下列说法正确的是()A．油滴带负电B．油滴质量可通过天平来测量C．只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量D．该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍答案：AD解析：由题图知电容器极板间电场方向向下，油滴所受的电场力向上，则知油滴带负电，故A正确；油滴质量极小，不能用天平直接测量，B项错误；根据油滴受力平衡：，所以要测出两板间的距离、电压和油滴的质量才能求出油滴的电量，C项错误；根据密立根油滴实验研究知，该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍，D项正确。4.美国物理学家密立根通过研究带电油滴在平行金属板间的运动，比较准确地测定了元电荷，获得了1923年的诺贝尔物理学奖。其实验原理可简化为如图所示的模型，置于真空中的油滴室内有两块水平放置的平行金属板A、B与电压为U的恒定电源两极相连，平行金属板A、B间距为d，两板间存在竖直方向的匀强电场，喷雾器喷出带同种电荷的油滴，少数油滴通过金属板A的小孔进入平行金属板间，油滴进入金属板间后，有的油滴刚好悬浮不动。（1）已知金属板A带正电，金属板B带负电，则平行金属板A、B间的电场方向______（填“竖直向上”或“竖直向下”），油滴带______（填“正电”或“负电”）。（2）若已知两板间的电场强度大小为，悬浮油滴的质量为m，重力加速度大小为g，忽略空气对油滴的影响，则悬浮油滴带的电荷量为______。（3）现在公认的元电荷的值______C。答案：（1）竖直向下负电（2）mgdU（3）1.6×10解析：（1）已知金属板A带正电，金属板B带负电，电场从正电荷指向负电荷，则平行金属板A、B间的电场方向竖直向下，有的油滴进入金属板间后，刚好悬浮不动，则油滴受到电场力和重力平衡，油滴受竖直向上电场力与场强方向相反，则油滴带负电。（2）悬浮油滴在两极板间受力平衡，根据平衡条件得qE=mg，E=Ud（3）e=1.6×1019C5.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O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O′点，O′点到O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O点。已知极板水平方向