1、1 1 电子的发现电子的发现 学科素养与目标要求 物理观念： 1.知道阴极射线是由电子组成的， 电子是原子的组成部分.2.知道电荷是量子化的， 即任何电荷只能是 e 的整数倍.3.领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义 科学思维：体会电子的发现过程中蕴含的科学方法 一、阴极射线 1实验装置：如图 1 所示，真空玻璃管中 K 是金属板制成的阴极，A 是金属环制成的阳极； 把它们分别连接在感应圈的负极和正极上 图 1 2实验现象：玻璃壁上出现淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影 3阴极射线：荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为 阴极射线 二、电子的发现 1汤姆孙的探究
2、 (1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转情况，证明它是带负电(选填“正电”或“负 电”)的粒子流并求出了它的比荷 (2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，说明这种粒子是构成各种物质的共 有成分 (3)进一步研究新现象，不论是由于正离子的轰击、紫外光的照射、金属受热还是放射性物质 的自发辐射，都能发射同样的带电粒子电子由此可见，电子是原子的组成部分，是比 原子更基本的物质单元 2密立根“油滴实验” (1)精确测定电子电荷 (2)电荷是量子化的 3电子的有关常量 判断下列说法的正误 (1)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的( ) (2)阴极射线在真空中沿直线传播(
3、 ) (3)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射( ) (4)组成阴极射线的粒子是电子( ) (5)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值( ) 一、对阴极射线的认识 1.在如图所示的演示实验中，K 是金属板制成的阴极，A 是金属环制成的阳极K 和 A 之间 加上近万伏的高电压后，管端玻璃壁上能观察到什么现象？该现象说明了什么问题？ 答案 能看到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影，这说明阴极能够发出某种射 线，并且撞击玻璃引起荧光 2如何判断阴极射线的带电性质？ 答案 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位置的变化和电场 的情况确定带电的性质 方法
4、二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据荧光屏上亮点位置的变化和磁场方向利用左手 定则确定带电的性质 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，代表人物汤姆孙，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位置的变化和电场的情 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 例 1 关于阴极射线，下列说法正确的
5、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阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的 D阴极射线就是 X 射线 答案 C 解析 阴极射线是在真空中由负极发出的电子流，故 A、B 错误；阴极射线是由德国物理学 家戈德斯坦在 1876 年提出并命名的，故 C 正确；阴极射线本质是电子流，故 D 错误 对阴极射线的理解 1阴极射线实际上就是电子流 2辉光现象产生的条件：玻璃管中气体稀薄 3阴极射线的来源：若真空度高，阴极射线的粒子主要来自阴极；若真空度不高，粒子还可 能来自管中气体 4阴极射线不是 X 射线 针对训练 (多选)一只阴极射线管，左侧不
6、断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线 AB 时，发现射线径迹下偏，如图 2 所示则( ) 图 2 A导线中的电流由 A 流向 B B导线中的电流由 B 流向 A C若要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变 AB 中电流的方向来实现 D电子的径迹与 AB 中电流的方向无关 答案 BC 解析 在阴极射线管中射出的阴极射线是带负电的电子流，在导线 AB 形成的磁场中向下偏 转，由左手定则可知磁场是垂直纸面向里的，根据安培定则可知导线 AB 中的电流是由 B 流 向 A 的，A 错，B 对；通过改变 AB 中的电流方向可以改变磁场方向从而使阴极射线的受力 方向向上，使电子束的径迹向上偏，C 对；由
7、此可知电子束的径迹与 AB 中的电流方向即通 电直导线 AB 形成的磁场方向有关，D 错 二、带电粒子比荷的测定及电子的发现 1如何测定射线粒子的比荷？阅读课本，请提出一种可行的方案 答案 (1)让粒子通过正交的电磁场(如图)， 使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即 BqvqE 得到粒子的运动速度 vE B. (2)在其他条件不变的情况下，撤去匀强电场(如图)， 保留磁场，让粒子在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即 qvBmv 2 r ，根据磁场情况 和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径 r. (3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：q m E B2r. 2 电子电荷的精确测定是密立根通过
8、“油滴实验”测定的， 密立根实验的重要意义是什么？ 答案 发现电荷是量子化的，即任何电荷只能是 e 的整数倍 1利用磁偏转测量 (1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，如图 3 所示，使其做匀速直线运动，根 据二力平衡，即 F洛F电(BqvqE)，得到粒子的运动速度 vE B. 图 3 (2)撤去电场， 如图 4 所示， 保留磁场， 让粒子单纯地在磁场中运动， 由洛伦兹力提供向心力， 即 Bqvmv 2 r ，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径 r. 图 4 (3)由以上两式确定粒子的比荷表达式： q m E B2r.最后经定量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒 子为电子 2.利用电
9、偏转测量 带电粒子在匀强电场中运动，如图 5.偏转量 y1 2at 21 2 qU md( L v) 2，故q m 2ydv2 UL2 ，所以在偏转电 场中，U、d、L 已知时，只需测量 v 和 y 即可 图 5 3电子发现的意义 (1)电子发现以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒 (2)现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分 (3)电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的 例 2 如图 6 所示， 初速度可忽略不计的电子经加速电场加速后从小孔 O 进入磁感应强度为 B 的有界匀强磁场，磁场宽度为 l，射出磁场时电子的偏转角为 .已知
10、加速电场电势差为 U， 求电子的比荷 图 6 答案 2Usin2 B2l2 解析 在加速电场中由动能定理得 eU1 2mv 2 在匀强磁场中由牛顿第二定律得 evBmv 2 R 如图所示，由几何关系得 R l sin 解得：e m 2Usin2 B2l2 带电粒子的比荷常见的三种测量方法 1利用磁偏转测比荷：由 qvBmv 2 R得 q m v BR，只需知道磁感应强度 B、带电粒子的初速度 v 和偏转半径 R 即可 2利用电偏转测比荷：偏转量 y1 2at 21 2 qU md L v 2，故q m 2ydv2 UL2 ，所以在偏转电场 U、d、L 已知时，只需测量 v 和 y 即可 3利用
11、加速电场测比荷：由动能定理 qU1 2mv 2得q m v2 2U，只需测出 v 即可 1(对阴极射线的认识)(多选)下面对阴极射线的认识正确的是( ) A阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的 B只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生 C阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线 D阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极 答案 CD 解析 阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线，故 A 错误，C 正确；只有当两极间 有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴 极射线，故 B 错误，D 正确 2(电
12、子发现的意义)(多选)关于电子的发现，下列说法正确的是( ) A电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成 B电子的发现，说明原子具有一定的结构 C在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒 D电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分 答案 BCD 解析 发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但它使人们意识到电子应该是原子的组 成部分，故 A 错误，B 正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒， C 正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到原子中应该还有其他带正电的部 分，D 正确 3(对电子的认识)(多选)1897 年英国物理学家汤姆孙对阴极射
13、线的探究，最终发现了电子， 由此被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是( ) A任何物质中均有电子 B不同物质中具有不同性质的电子 C电子质量是质子质量的 1 836 倍 D电子是一种粒子，是比原子更基本的物质单元 答案 AD 解析 汤姆孙用不同的材料做阴极，都能发现阴极射线且阴极射线均为同一物质电子， 这说明任何物质中均含有电子，A 对，B 错；根据对电子比荷的测定可知，电子电荷量和氢 原子核的电荷量相同，电子的质量远小于质子质量，是质子质量的 1 1 836，说明电子有质量和 电荷量，是一种粒子，并且电子是比原子更基本的物质单元，C 错，D 对 4(电子比荷的测定)密立根油滴实验原
14、理如图 7 所示，两块水平放置的金属板分别与电源的 正、负极相接，板间距离为 d，板间电压为 U，形成竖直向下、场强为 E 的匀强电场用喷 雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴通过显微镜可找到悬浮不 动的油滴，若此悬浮油滴的质量为 m，重力加速度为 g，则下列说法正确的是( ) 图 7 A悬浮油滴带正电 B悬浮油滴的电荷量为mg U C增大场强，悬浮油滴将向上运动 D油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍 答案 C 解析 带电油滴在两板间静止时， 电场力向上，应带负电， A 项错误； qEmg， 即 qU dmg， 所以 qmgd U ，B 项错误；当 E 变大时，qE 变大，合力向上，油滴将向上运动，C 项正确； 任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍，D 项错误 5(电子比荷的测定)如图 8 所示，电子以初速度 v0从 O 点沿 OO进入长为 l、板间距离为 d、电势差为 U 的平行板电容器中，出电场时打在屏上 P 点，经测量 O、P 的距离为 y0， 求电子的比荷(电子电荷量为 e) 图 8 答案 2dy0v02 Ul2 解析 由于电子进入电场中做类平抛运动，沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动，满 足 y01 2at 21 2 eU d m l v0 2eUl 2 2mdv20，则 e m 2dy0v02 Ul2 .
