第13.1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)（原卷版）

第十三章原子結(jié)構(gòu)13.1電子的發(fā)現(xiàn)??目標(biāo)導(dǎo)航知識(shí)要點(diǎn)難易度1.陰極射線是電子流2.湯姆孫測(cè)量電子比荷的公式推導(dǎo)3.密立根用油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定電子的電荷量★★★★

★★??知識(shí)精講一、陰極射線的本質(zhì)湯姆孫已經(jīng)可以確認(rèn)陰極射線是一種帶負(fù)電的粒子流?！x光放電：日光燈是常見(jiàn)的輝光放電現(xiàn)象，原理是稀薄氣體中正離子被電場(chǎng)加速，撞擊陰極，產(chǎn)生大量高能態(tài)帶電粒子，這些被激發(fā)的粒子躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生光子，從而發(fā)光的現(xiàn)象。二、電子的發(fā)現(xiàn)湯姆孫通過(guò)測(cè)量比荷發(fā)現(xiàn)電子，實(shí)驗(yàn)裝置如下。將陰極K和陽(yáng)極A與直流高壓電源相連，陰極射線自K射出，并在A、K間加速后，沿直線向右運(yùn)動(dòng)。C、D是一對(duì)平行金屬板，接到另一直流電源上，C、D之間的電場(chǎng)對(duì)粒子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)作用，從C、D板右側(cè)射出的粒子束沿直線射到偏轉(zhuǎn)管最右端熒光屏上的P處。在管外于C、D極板前后兩側(cè)加裝載流線圈，線圈產(chǎn)生一個(gè)與C、D間強(qiáng)電場(chǎng)及粒子束運(yùn)動(dòng)方向均垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。調(diào)節(jié)線圈中的電流，使得粒子束在C、D間所受電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡，粒子束便無(wú)偏轉(zhuǎn)地沿直線射至熒光屏上O處。測(cè)得C、D間偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電勢(shì)差U，載流線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，平行金屬板C、D的長(zhǎng)度l以及間距d，從偏電場(chǎng)右邊界直至O、P兩處的粒子直線徑跡間的夾角θ。由這些數(shù)據(jù)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將v0帶入前式，可得到比荷。湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，密立根用油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定了電子的電荷量。三、陰極射線的研究和電子的發(fā)現(xiàn)所具有的重要意義湯姆孫的研究表明，相對(duì)于原子而言，電子是更基本的組成物質(zhì)的粒子，它是原子的組成部分。電子的發(fā)現(xiàn)打破了原子不可分的傳統(tǒng)物質(zhì)觀。①原子不可分↓②陰極射線是什么？↓③比荷的測(cè)量↓④電子的發(fā)現(xiàn)例1．關(guān)于陰極射線，下列說(shuō)法正確的是（）A．陰極射線就是稀薄氣體導(dǎo)電時(shí)的輝光放電現(xiàn)象B．陰極射線是在真空管內(nèi)由正極放出的電子流C．陰極射線管中的高電壓是為了使電子加速D．陰極射線管中的高電壓是為了使電子偏轉(zhuǎn)，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯例2．如圖是電子射線管示意圖。接通電源后，電子射線由陰極沿x軸方向射出，在熒光屏上會(huì)看到一條亮線，要使熒光屏上的亮線向下(z軸負(fù)方向)偏轉(zhuǎn)，在下列措施中可采用的是()A．加一磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向B．加一磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向沿y軸正方向C．加一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向D．加一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿y軸正方向??鞏固練習(xí)1.（多選）如圖所示是湯姆孫的氣體放電管的示意圖，下列說(shuō)法中正確的是（）A．若在D1、D2之間不加電場(chǎng)和磁場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)打到最右端的P1點(diǎn)B．若在D1、D2之間加上豎直向下的電場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)C．若在D1、D2之間加上豎直向下的電場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)D．若在D1、D2之間加上垂直紙面向里的磁場(chǎng)，則陰極射線向上偏轉(zhuǎn)2.（多選）如圖所示，一只陰極射線管左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時(shí)，發(fā)現(xiàn)射線的軌跡往下偏，則()A．導(dǎo)線中的電流由A流向BB．陰極射線管處磁場(chǎng)方向垂直紙面向里C．若要使電子束的軌跡往上偏，可以通過(guò)改變AB中的電流方向來(lái)實(shí)現(xiàn)D．電子束的軌跡與AB中的電流方向無(wú)關(guān)3.（多選）如圖是密立根油滴實(shí)驗(yàn)的示意圖．油滴從噴霧器嘴噴出，落到圖中的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，調(diào)節(jié)兩板間的電壓，通過(guò)顯微鏡觀察到某一油滴靜止在電場(chǎng)中，下列說(shuō)法正確的是()A．油滴帶負(fù)電B．油滴質(zhì)量可通過(guò)天平來(lái)測(cè)量C．只要測(cè)出兩板間的距離和電壓就能求出油滴所帶的電荷量D．該實(shí)驗(yàn)測(cè)得油滴所帶電荷量等于元電荷的整數(shù)倍4.美國(guó)物理學(xué)家密立根通過(guò)研究帶電油滴在平行金屬板間的運(yùn)動(dòng)，比較準(zhǔn)確地測(cè)定了元電荷，獲得了1923年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。其實(shí)驗(yàn)原理可簡(jiǎn)化為如圖所示的模型，置于真空中的油滴室內(nèi)有兩塊水平放置的平行金屬板A、B與電壓為U的恒定電源兩極相連，平行金屬板A、B間距為d，兩板間存在豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，噴霧器噴出帶同種電荷的油滴，少數(shù)油滴通過(guò)金屬板A的小孔進(jìn)入平行金屬板間，油滴進(jìn)入金屬板間后，有的油滴剛好懸浮不動(dòng)。（1）已知金屬板A帶正電，金屬板B帶負(fù)電，則平行金屬板A、B間的電場(chǎng)方向______（填“豎直向上”或“豎直向下”），油滴帶______（填“正電”或“負(fù)電”）。（2）若已知兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為，懸浮油滴的質(zhì)量為m，重力加速度大小為g，忽略空氣對(duì)油滴的影響，則懸浮油滴帶的電荷量為_(kāi)_____。（3）現(xiàn)在公認(rèn)的元電荷的值______C。5.如圖所示為湯姆孫用來(lái)測(cè)定電子比荷的裝置．當(dāng)極板P和P′間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到O′點(diǎn)，O′點(diǎn)到O點(diǎn)的豎直距離為d，水平距離可忽略不計(jì)；此時(shí)在P與P′之間的區(qū)域里再加上一個(gè)方向垂直于紙面向