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1、第十八章原子结构第一节电子的发现知识梳理图【知识点】1.阴极射线的电性及比荷2.研究带电粒子性质的方法情景设置长期以来,人们一直认为构成物质的最小微粒是原子,原子是一种不可再分割的粒子,这种认识一直统治了人类思想界.直到在19世纪末,科学界对实验中的阴极射线深入研究时,发现了电子,使人类对微观粒子的世界有了新的认识.电子的发现是19世纪末20世纪初物理学的三大发现之一.当时是怎样被发现的呢?深化探究电子的发现1.阴极射线如图所示,在真空玻璃管中,阴极和阳极加近万伏的高压,会有射线从阴极发出,这种射线称为阴极射线.2.汤姆孙的发现(1)阴极
2、射线电性的发现为了研究阴极射线的电性,设计了如下图所示的装置,从阴极K发出的粒子流通过小孔A､B形成一束细的射线.它穿过两片平行金属板D1､D2之间的空间,到达右侧带有标尺的荧光屏上,在D1､D2之间加上电压,粒子流在通过时,如果带电就会在电场力的作用下,发生偏转,从而会打到荧光屏上某一位置.因此可根据D1和D2的电势和偏转方向来判断粒子流的电性.结果发现阴极射线带负电.(2)测定阴极射线的比荷如下图所示,从阴极K发出的阴极射线,通过一对平行金属板D1､D2之间的匀强电场,发生偏转,偏角为θ,与电场强度E,极板长度L,以及带电粒子的速度v
3、的关系为:tanθ=①然后再加一匀强磁场方向与D1､D2之间的匀强电场垂直形成一个速度选择器,使带电粒子流在电场力和洛伦兹力作用下平衡做匀速直线运动,不发生偏转,因此可得②将②式代入①式,并代入实验数据,得到该射线粒子的比荷为≈1011C/kg汤姆孙通过进一步的实验,发现当改变阴极材料时,测得的比荷都相同,表明这种粒子是各种材料都有的成份,1898年,汤姆孙测出这种粒子所带电荷和氢离子的电荷值接近,这种粒子的质量是氢离子质量的千分之一.至此,这种粒子的“身份”已经明确,它是一个带负电,质量很小的粒子.物理学家把这种粒子称为电子.现代精确测
4、量电子的比荷=1.75881×1011C/kg. 1910年,由密立根通过著名的“油滴实验”测出电子的电荷量的现代值为e=1.60217733×10-19C.密立根的实验更重要的发现是:电荷是量子化的,即任何带电体的电量是e的整数倍.电子的质量me=9.1093897×10-31kg3.电子发现的重大意义电子是人类发现的第一个比原子小的粒子,电子的发现,打破了原子不可再分的传统观念,使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒,原子本身也有内部结构.从此,原子物理学飞速发展,人们对物质结构的认识进入了一个新时代.典例分析一､磁场对运动电荷的影响
5、例1:阴极射线从阴极射线管中的阴极发出,在高压下加速飞向阳极,如下图所示,若要使射线向上偏转,所加磁场方向应为()A.平行于纸面向左B.平行于纸面向上C.垂直纸面向外D.垂直纸面向里解析:由题意可知阴极射线的方向,阴极射线是电子流加上磁场后应使带电粒子受到向上的洛伦兹力才会向上偏转.电子向右运动,形成向左的等效电流,由左手定则判断,则磁场方向应为垂直纸面向外,故C选项正确.答案:C巩固练习1: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条通电直导线AB,发现射线径迹下偏,则()A.导线中的电流由A流向BB.若使电子束的
6、径迹向上偏,可以通过改变AB中电流方向来实现C.导线中电流由B流向AD.电子束的径迹与AB的电流方向无关答案:BC二､测量带电粒子比荷的方法例2:一种测定电子比荷的实验装置如下图所示.真空玻璃管内､阴极发出的电子经阳极A与阴极K之间的高电压加速后,形成一束细电子流,以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C､D间的区域.若两极板间无电压,电子将打在荧光屏上的O点;若在两极板间施加电压U,则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点;若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外､磁感应强度为B的匀强磁场,则电子在荧光屏上产生的光点又回到O,已知极板的长
7、度l=5.00cm,C､D间的距离d=1.50cm,极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L=12.50cm,U=200V,B=6.3×10-4T,P点到O点的距离y=3.0cm,试求电子的比荷.解析:以M点为坐标原点,水平方向为x轴,竖直方向为y轴. (1)同时加电场､磁场时,qE=Bqvx,因此vx. (2)只加电场时 到达极板右边缘时,电子在竖直方向飞行的距离为 电子在竖直方向的速度为答案:1.61×1011C/kg巩固练习2:电子所带电量的精确值,最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的,他测定了上千个带电油滴的电量,发现这
8、些电量都等于某个最小的电量的整数倍,这个最小电量值就是电子所带的电量.一个半径为1.64×10-4cm的带负电油滴,在电场强度等于1.92×105V/m的竖直向下的匀强电场中.如果油滴受到的库
