1、第十八章 原子结构 1 电子的发现,一、阴极射线 1.演示实验: 如图所示,真空玻璃管中K是金属板制成的_,接感应 线圈的_,A是金属环制成的_,接感应线圈的 _,接通电源后,线圈会产生_的高压加在两个 电极间,可观察管端玻璃壁上亮度的变化。,阴极,负极,阳极,正极,近万伏,2.实验现象:玻璃壁上出现_及管中物体在 玻璃壁上的_。 3.阴极射线:荧光是由于玻璃受到_发出的某种射 线的撞击而引起的,这种射线被命名为_。 4.阴极射线的特点:阴极射线能够使荧光物质_。,淡淡的荧光,影,阴极,阴极射线,发光,二、电子的发现 1.汤姆孙的探究: (1)让阴极射线分别通过电场和磁场,根据_情况, 证明它
2、是_(A.带正电 B.带负电)的粒子流并求出了 它的比荷。,偏转,B,(2)换用_的阴极做实验,所得比荷的数值都 _。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。,不同材料,相同,(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_。由此可见,_是原子 的组成部分,是比原子更_的物质单元。,电子,电子,基本,2.密立根“油滴实验”: (1)精确测定_。 (2)电荷是_的。,电子电荷,量子化,3.电子的有关常量:,负电,1.60210-19 C,氢离,子,9.110-31 kg,【预习诊断】 1.请判断下列说法的正误: (1)玻璃
3、壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。( ) (2)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。( ) (3)阴极射线在真空中沿直线传播。( ),(4)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。( ) (5)组成阴极射线的粒子是电子。( ) (6)电子是原子的组成部分,电子电荷量可以取任意数值。( ),提示:(1)。荧光是由于玻璃受到阴极射线的撞击而引起的,不是阴极射线。 (2)。玻璃壁上出现的影是玻璃没有受到阴极射线的撞击,没能产生荧光造成的。 (3)。管中十字状物体挡住了射线,说明阴极射线在真空中沿直线传播。,(4)。英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种带电粒子流。 (5)。组成阴极射
4、线的粒子被称为电子。 (6)。电子电荷量是量子化的,只能是e的整数倍。,2.关于阴极射线的本质,下列说法正确的是( ) A.阴极射线本质是氢原子 B.阴极射线本质是电磁波 C.阴极射线本质是电子流 D.阴极射线本质是X射线,【解析】选C。阴极射线是原子受激发射出的电子流,关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设,是错误的。,3.关于电荷量,下列说法错误的是( ) A.物体的带电荷量可以是任意的 B.物体的带电荷量只能是某些值 C.物体的带电荷量的最小值为1.610-19C D.一个物体带上1.610-9C的正电荷,这是它失去了1010个电子的缘故,【解析】选A。电子的带电
5、荷量最小值1.610-19C,物体的带电荷量只能是它的整数倍,所以A错误,B、C正确;一个物体带正电,是失去电子的缘故,所以D正确。,知识点一 对阴极射线的认识 探究导入: 如图所示为发现阴极射线的实验装置。,(1)阴极射线是从哪个地方发出的,感应圈的作用是什么? (2)管中十字状金属片的作用是什么?,提示:(1)阴极射线是从阴极K发出的,感应圈的作用是利用万伏的高压,对阴极射线进行加速。 (2)管中十字状金属片的作用是挡住阴极射线,从而形成十字形的影,首先说明荧光是由于阴极射线撞击玻璃而形成,其次说明阴极射线沿直线运动。,【归纳总结】 1.现象:真空玻璃管两极加上高电压,玻璃管壁上发出荧光及
6、管中物体在玻璃壁上的影。 2.命名:德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线。,3.猜想: (1)阴极射线是一种电磁辐射。 (2)阴极射线是带电微粒。,4.验证:英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转,发现阴极射线带负电并测出了粒子的比荷发现电子。 5.实验:密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。,【典例探究】 考查角度1 对阴极射线的认识 【典例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发出的电子流 C.阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的 D.阴极射线的比荷比氢原子的比荷小,
7、【解析】选C。阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流,故A、B错;最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线,故C对;阴极射线本质是电子流,故其比荷比氢原子比荷大,故D错。,考查角度2 阴极射线在电场和磁场中的偏转 【典例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,发现射线径迹向下偏转,则 ( ),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,【解题探究】 (1)射线的轨迹向下偏说明了什么? 提示:粒子受到了磁场
8、对它向下的作用力。 (2)如何确定射线所在处磁场的方向? 提示:应根据左手定则判断。,【解析】选B、C。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。故选项B、C正确。,【过关训练】 1.(多选)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的辉光放电现象 B.阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流 C.阴极射线是组成物体的原子 D.阴极射线沿直线传播,但可被电场和磁场偏转,【解析】选B、D。阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流,选项B正确,A错误;电子是原子的组成
9、部分,选项C错误;阴极射线是带电粒子,可被电场和磁场偏转,选项D正确。,2.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.平行于纸面向左 B.平行于纸面向上 C.垂直于纸面向外 D.垂直于纸面向里,【解析】选C。由题目可获取以下信息:(1)阴极射线的方向向右。(2)加磁场使射线向上偏转。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,使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上,由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外,故选项C正确。,【补偿训练】 1.对阴极射线管的认识,
10、下列说法错误的是( ) A.阴极射线管是用来观察电子束运动轨迹的装置 B.借助阴极射线管我们可以看到每个电子的运动轨迹 C.阴极射线管内部抽成真空 D.阴极射线管工作时,它的阴极和阳极之间存在强电场,【解析】选A。开始人们还不知道阴极射线管的射线是电子流,是汤姆孙用来验证和探究阴极射线的电性、比荷的,选项A错误,B、C、D的说法正确。,2.(多选)下列说法正确的是( ) A.阴极射线带负电 B.阴极射线带正电 C.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论,并求出了阴极射线的比荷 D.汤姆孙通过对光电效应的研究,发现了电子,【解析】选A、C。阴极射线是高速飞行的电
11、子流,电子带负电,A正确,B错误。汤姆孙研究阴极射线发现了电子,并求出了比荷,C正确,D错误。,3.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.阴极射线可以穿透薄铝片,这说明它是电磁波 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,【解析】选D。阴极射线是由阴极直接发出的,A错误;只有当两极间加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,B错误,D正确;阴极射线可以穿透薄铝片,可能是电磁波,也可能是更小的粒子,C错
12、误。,4.发射阴极射线的真空玻璃管中高电压的作用是( ) A.使玻璃壁产生压电效应从而产生辉光 B.使管内产生阴极射线 C.使管内障碍物的电势升高 D.使电子加速,【解析】选D。在阴极射线管中,炽热的阴极发射电子流,再通过高电压的加速而获得能量,与玻璃壁碰撞而产生辉光,故选项A、B、C错误,选项D正确。,知识点二 电子比荷的测定 探究导入: 如图所示为汤姆孙的气体放电管。,(1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时,发现阴极射线向下偏转,说明它带什么性质的电荷? (2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场,可以让阴极射线向上偏转?,提示:(1)阴极射线向下偏转,与电场线方向相反,说
13、明阴极射线带负电。 (2)由左手定则可得,在金属板D1、D2之间单独加垂直纸面向外的磁场,可以让阴极射线向上偏转。,【归纳总结】 根据电场、磁场对电子(带电粒子)的偏转测量比荷(或电荷量):,1.让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场(如图),让其 做匀速直线运动,根据二力平衡,即F洛=F电(Bqv=qE),得 到粒子的运动速度v= 。,2.撤去电场(如图),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Bqv=m ,根据轨迹偏 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: 。,【典例探究】 【典例】(2018延边高二检测)在再现汤姆孙测阴极 射线比荷的实验
14、中,采用了如图所示的阴极射线管,从C 出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后,水平射入长 度为L的D、G平行板间,接着 在荧光屏F中心出现荧光斑。 若在D、G间加上方向向上、,场强为E的匀强电场,阴极射线将向下偏转;如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画),荧光斑恰好回到荧光屏中心,接着再去掉电场,阴极射线向上偏转,偏转角为,试解决下列问题:,(1)说明阴极射线的电性。 (2)说明图中磁场沿什么方向。 (3)根据L、E、B和,求出阴极射线的比荷。,【解析】(1)由于阴极射线在电场中向下偏转,因此阴极射线受电场力方向向下,又由于匀强电场方向向上,则电场
15、力的方向与电场方向相反,所以阴极射线带负电。 (2)由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力,而与电场力平衡,由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外。,(3)设此射线带电量为q,质量为m,当射线在D、G间做匀 速直线运动时,有qE=Bqv。当射线在D、G间的磁场中偏 转时,有 Bqv= 同时又有L=rsin,如图所示, 解得 。 答案:(1)负电 (2)垂直纸面向外 (3),【规律方法】求解带电粒子比荷的思路 (1)带电粒子在匀强磁场中做类平抛运动,可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系式。 (2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,要注意通过画轨迹示意图来确定圆心位置,利用几何
16、知识求其半径。,(3)带电粒子通过相互垂直的匀强电磁场时,可使其做匀速直线运动,根据qE=qvB可求其速度。,【过关训练】 如图所示,让一束均匀的阴极 射线从两极板正中间垂直穿过 正交的电磁场,选择合适的磁感应强度B和两极之间的 电压U,带电粒子将不发生偏转。然后撤去电场,粒子将 做匀速圆周运动,并垂直打到极板上。已知两极板之间 的距离为d,求阴极射线中带电粒子的比荷。,【解析】设阴极射线粒子的电荷量为q,质量为m,则在 电磁场中由平衡条件得q =qvB 撤去电场后,由牛顿第二定律得qvB=m 又由题意知R= 由式得 答案:,【补偿训练】 带电粒子的比荷 是一个重要的物理量。某中学物理 兴趣小
17、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M1、M2之间的距离为d,极板长度为L。,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,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,
