高中物理 2.1 电子教学课件 教科版选修35.ppt

1电子 1 了解阴极射线及电子发现的过程 2 知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导 3 知道电子电荷是1910年由密立根通过著名的 油滴实验 得出 一 阴极射线演示实验 如图2 1 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 管中十字状物体是一个金属片 接通电源后 感应圈产生的近万伏的高电压加在两个电极之间 观察管端玻璃壁上亮度的变化 图2 1 1 实验现象 德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到了玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影 阴极射线 荧光的实质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 电子的发现汤姆孙的探究方法及结论 1 根据阴极射线在电场和磁场中的情况断定 它的本质是的粒子流并求出了这种粒子的比荷 2 换用的阴极做实验 所得的数值都相同 是氢离子比荷的近 3 结论 粒子带 其电荷量的大小与大致相同 而质量氢离子的质量 后来 组成阴极射线的粒子被称为 偏转 带负电 不同材料 比荷 两千倍 负电 氢离子 远小于 电子 汤姆孙的进一步研究 1 汤姆孙研究的新现象 如 热离子发射效应和 射线等发现 不论 射线 还是热离子流 它们都包含 2 结论 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 是比原子更的物质单元 光电效应 阴极射线 光电流 电子 电子 电子 组成部分 基本 密立根 1 60217733 49 10 19c e的整数倍 9 1093897 10 31 1836 一 对阴极射线性质的研究阴极射线的本质是电子 在电场 或磁场 中所受电场力 或洛伦兹力 远大于所受重力 故研究电场力 或洛伦兹力 对电子运动的影响时 一般不考虑重力的影响 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 二 对电子比荷的测定实验装置如图2 1 2所示 从高压电的阴极c发出的阴极射线 穿过小孔c1 c2后沿直线打在荧光屏a 上 图2 1 2 图2 1 3 典例1 如图2 1 4所示 一只阴极射线管的左侧不断有电子射出 如果在管的正上方放一通电直导线ab时 发现射线的径迹往下偏转 则下列判断正确的是 a 导线中的电流从a流向bb 导线中的电流从b流向ac 电子束的径迹与ab中的电流无关d 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 对阴极射线的理解 图2 1 4 解析由于电子带负电 并且向下偏转 由左手定则知该处的磁场方向应垂直纸面向里 又由安培定则可判断导线中的电流方向为由a到b 可以通过改变导线中的电流方向来改变粒子的径迹 故正确答案为a d 答案ad借题发挥本题是运用左手定则和安培定则的综合性题目 在应用左手定则判断洛伦兹力的方向时 一定要注意运动电荷的正负 变式1 阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流 这些微观粒子是 若在图2 1 5所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场 阴极射线将 填 向下 向里 或 向外 偏转 图2 1 5 解析阴极射线的实质是电子流 电子流形成的等效电流方向向左 当加上垂直纸面向里的磁场后 由左手定则判知电子受到的洛伦兹力的方向向下 故阳极射线将向下偏转 答案电子向下 典例2 1897年 物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷 打破了原子是不可再分的最小单位的观点 因此 汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一 在实验中汤姆孙采用了如图2 1 6所示的阴极射线管 从电子枪c出来的电子经过a b间的电场加速后 水平射入长度为l的d e平行板间 接着在荧光屏f中心出现荧光斑 若在d e间加上方向向下 场强为e的匀强电场 电子将向上偏转 如果再利用通电线圈在d e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 电子向下偏转 偏转角为 试解决下列问题 理解电子的发现过程 1 说明图中磁场沿什么方向 2 根据l e b和 求出电子的比荷 图2 1 6 借题发挥 1 比荷的测定问题只是带电粒子在磁场和电场中运动的一类典型例子 这种方法可以推广到带电粒子在复合场中运动 求其他相关的问题 2 解决带电粒子在电磁场中运动的问题时要注意以下几点 带电粒子的带电性质 正确描绘运动轨迹 能确定半径 圆心 会利用几何知识把有关线段与半径联系起来 图2 1 7 电子的荷质比的测定方法测定荷质比的方法很多 最早的是1897年汤姆孙 josephjohnthomson1856 1940 测电子荷质比的方法 测定带电粒子流在磁场区沿圆弧运动时的圆弧半径 再用静电力与洛伦兹力相抵消的办法测定粒子的速度 进而算出荷质比 汤姆孙测电子荷质比的仪器结构如图2 1 8所示 玻璃管抽成真空 在阳极a与阴极k之间维持数千伏的电压 阳极a及第二个金属屏a 的中央各有一个小孔 c d是电容器的两个极板 其间可产生竖直方向的电场 图中圆形阴影部分可由管外的电磁铁产生一方向垂直纸面的磁场 阴极发射出的阴极射线 电子流 被k a间的电场加速 只有很窄的一束穿过a a 上的小孔 在玻璃管中部没有电场 磁场的情况下 电子束将依惯性前进 直射在玻璃管另一端荧光屏s的中央 形成一个光点o 当加上垂直纸面向内的磁场时 电子束在磁场区内将沿圆弧运动 荧光屏s上的光点将向下偏移到o 点 根据光点移动距离oo 和仪器中的一些几何参数可求出圆弧的半径r 再在c d间加一竖直向下的电场 并调节场强e使荧光屏上的光点回到o 从这时的e b值可求出电子的速度v 进而求出电子的荷质比e m v rb 利用