第三章第一節(jié)敲開原子的大門

第三章第一節(jié)敲開原子的大門第一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四[目標定位]

1.了解陰極射線及電子發(fā)現(xiàn)的過程；2.知道湯姆生研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子的實驗及理論推導；3.知道電子電荷是1910年由密立根通過著名的“油滴實驗”得出．第二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四一、探索陰極射線1．陰極射線：在抽成真空的玻璃管兩端加上_______時，從____發(fā)出的一種使玻璃管壁上出現(xiàn)熒光的射線．2．湯姆生對陰極射線的探索方法 (1)讓陰極射線通過電場，根據(jù)________，可判斷陰極射線帶_____． (2)讓陰極射線通過磁場，根據(jù)________，測出陰極射線的_______．高電壓陰極偏轉(zhuǎn)情況負電偏轉(zhuǎn)情況荷質(zhì)比第三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四二、電子的發(fā)現(xiàn)湯姆生的探究方法1．換用不同的放電氣體，或用不同金屬材料制作電極，測得陰極射線的荷質(zhì)比_____．2．在氣體電離、光電效應中，可從不同物質(zhì)中放出這種射線粒子．3．這種粒子的電荷與氫離子基本相同，_____卻比氫原子小得多．相同質(zhì)量第四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四4．結(jié)論：

想一想電子發(fā)現(xiàn)的重大意義是什么？

答案電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個比原子小的粒子．電子的發(fā)現(xiàn)，打破了原子不可再分的傳統(tǒng)觀念，使人們認識到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也有內(nèi)部結(jié)構(gòu)．從此，原子物理學飛速發(fā)展，人們對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識進入了一個新時代.第五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四一、對陰極射線性質(zhì)的研究1．陰極射線的本質(zhì)是電子，在電場(或磁場)中所受電場力(或洛倫茲力)遠大于所受重力，故研究電場力(或洛倫茲力)對電子運動的影響時，一般不考慮重力的影響．2．帶電性質(zhì)的判斷方法 (1)方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場，通過打在熒光屏上的亮點的變化和電場的情況確定帶電的性質(zhì)． (2)方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場，根據(jù)亮點位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)．第六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四【例1】

(雙選)如圖3－1－1所示，一只陰極

射線管的左側(cè)不斷有電子射出，如果在

管的正上方放一通電直導線AB時，發(fā)現(xiàn)

射線的徑跡往下偏轉(zhuǎn)，則下列判斷正確的

是 (

) A．導線中的電流從A流向B B．導線中的電流從B流向A C．電子束的徑跡與AB中的電流無關 D．若要使電子束的徑跡往上偏轉(zhuǎn)，可以通過改變AB中的

電流方向來實現(xiàn)圖3－1－1第七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四

答案

AD

解析由于電子帶負電，并且向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則知該處的磁場方向應垂直紙面向里，又由安培定則可判斷導線中的電流方向為由A到B.可以通過改變導線中的電流方向來改變粒子的徑跡．故正確答案為A、D.

借題發(fā)揮本題是運用左手定則和安培定則的綜合性題目，在應用左手定則判斷洛倫茲力的方向時，一定要注意運動電荷的正負．第八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四針對訓練1陰極射線是從陰極射線管的陰極發(fā)出的高速運動的粒子流，這些微觀粒子是________．若在圖3－1－2所示的陰極射線管中部加上垂直于紙面向里的磁場，陰極射線將________(填“向下”、“向里”或“向外”)偏轉(zhuǎn)．

圖3－1－2第九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四

答案電子向下

解析陰極射線的實質(zhì)是電子流，電子流形成的等效電流方向向左，當加上垂直紙面向里的磁場后，由左手定則判知電子受到的洛倫茲力的方向向下，故陽極射線將向下偏轉(zhuǎn)．第十頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四二、電子荷質(zhì)比的測定實驗探究

如圖3－1－3所示為測定陰極射線粒子荷質(zhì)比的裝置，從陰極K發(fā)出的陰極射線通過一對平行金屬板D1、D2間的勻強電場，發(fā)生偏轉(zhuǎn)．

圖3－1－3第十一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四 (1)在D1、D2間加電場后射線偏到P2，則由電場方向知，該射線帶什么電？ (2)再在D1、D2間加一磁場(圖中未畫出)，電場與磁場垂直，讓射線恰好不偏轉(zhuǎn)．設電場強度為E，磁感應強度為B，則電子的速度多大？第十二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四

答案

(1)負電第十三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四【例2】

1897年，物理學家湯姆生正式測定了電子的荷質(zhì)比，打破了原子是不可再分的最小單位的觀點．因此，湯姆生的實驗是物理學發(fā)展史上最著名的經(jīng)典實驗之一．在實驗中湯姆生采用了如圖3－1－4所示的陰極射線管，從電子槍C出來的電子經(jīng)過A、B間的電場加速后，水平射入長度為L的D、E平行板間，接著在熒光屏F中心出現(xiàn)熒光斑．若在D、E間加上方向向下，場強為E的勻強電場，電子將向上偏轉(zhuǎn)；如果再利用通電線圈在D、E電場區(qū)加上一垂直紙面的磁感應強度為B的勻強磁場(圖中未畫)熒光斑恰好回到熒光屏中心，接著再去掉電場，電子向下偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為θ，試解決下列問題．第十四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四

圖3－1－4 (1)說明圖中磁場沿什么方向； (2)根據(jù)L、E、B和θ，求出電子的荷質(zhì)比．

答案

(1)垂直紙面向里第十五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四

解析

(1)磁場方向垂直紙面向里． (2)當電子在D、E間做勻速直線運動時有： eE＝Bev.

當電子在D、E間的磁場中偏轉(zhuǎn)時有第十六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四

借題發(fā)揮

(1)荷質(zhì)比的測定問題只是帶電粒子在磁場和電場中運動的一類典型例子，這種方法可以推廣到帶電粒子在復合場中運動，求其他相關的問題． (2)解決帶電粒子在電磁場中運動的問題時要注意以下幾點：

①帶電粒子的帶電性質(zhì)．②正確描繪運動軌跡．③能確定半徑、圓心．④會利用幾何知識把有關線段與半徑聯(lián)系起來．第十七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四針對訓練2如圖3－1－5所示為測量某種離

子的荷質(zhì)比的裝置．讓中性氣體分子進

入電離室A，在那里被電離成離子．這些

離子從電離室的小孔飄出，從縫S1進入

加速電場被加速．然后讓離子從縫S2垂直

進入勻強磁場，最后打在底片上的P點．已知加速電壓為U