第3章 3．1电子的发现及其重大意义

1、.31电子的发现及其重大意义学 习 目 标知 识 脉 络1.知道阴极射线的产生及其对原子物理学开展的作用重点2理解汤姆生发现电子的研究方法及电子发现的意义重点关 于 阴 极 射 线 的 争 论1阴极射线的产生将阴极射线管的阴极和阳极接上高压电源后，用真空泵逐渐抽去管内空气，管内就会产生气体放电现象，并发出光来当气压降得很低时，管内变暗，不再发光，但此时由阴极发出的射线能使荧光物质发光2阴极射线研究的成果对阴极射线的研究，引发了19世纪末物理学的三大发现：11895年伦琴发现了X射线；21896年贝可勒尔发现了放射性；31897年汤姆生发现了电子1阴极射线是由真空玻璃管中的感应圈发出的×

2、;2阴极射线撞击玻璃管壁会发出荧光3阴极射线在真空中沿直线传播产生阴极射线的玻璃管为什么是真空的？【提示】在高度真空的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴极，对于真空度不高的放电管，粒子还有可能来自管中的气体，为了使射线主要来自阴极，一定要把玻璃管抽成真空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，代表人物汤姆生，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那么确定带电的性质3

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1如图3­1­1所示，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向程度向右，那么阴极射线将会向_偏转图3­1­1【解析】阴极射线方向程度向右，说明其等效电流的方向程度向左，与导线中的电流方向相反，由左手定那么，两者互相排斥，阴极射线向上偏转【答案】上2如图3­1­2是电子射线管示意图接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线要使荧光屏上的亮线向下z轴负方向偏转，可采用加磁场或电场的方法图3­

4、;1­2假设加一磁场，磁场方向沿_方向，假设加一电场，电场方向沿_方向【解析】假设加磁场，由左手定那么可断定其方向应沿y轴正方向；假设加电场，根据受力情况可知其方向应沿z轴正方向【答案】y轴正z轴正注意阴极射线(电子)从电源的负极射出，用左手定那么判断其受力方向时四指的指向和射线的运动方向相反.汤姆生的发现电子发现的重大意义1汤姆生的探究方法1让阴极射线通过磁铁偏转， 进入集电圆筒，用静电计检测，证明阴极射线是负电荷2让阴极射线通过匀强电场发生偏转，测出偏转角，推导出与相关量的关系，得到tan .再加一垂直于电场方向的匀强磁场，使粒子不发生偏转，那么v.由此求得粒子的比荷1011 C

5、/kg.3改变阴极材料，测得的比荷都一样说明这种粒子是各种材料的共有成分4这种粒子所带电荷量与氢离子的电荷量接近那么证明它的质量小于氢原子质量的千分之一5这种粒子是一种带负电的质量很小的粒子，称之为电子2电子发现的意义电子的发现，打破了原子不可再分的传统观念人们对物质构造的认识进入了一个新时代3电子的有关数据1电子比荷1.758_80×1011C/kg.2电子的电荷量e1.602_19×1019C.3电子的质量m9.109_53×1031_kg.1阴极射线实际上是高速运动的电子流2电子的电荷量是汤姆生首先准确测定的×3带电体的电荷量可以是任意值×

6、;汤姆生怎样通过实验确定阴极射线是带负电的粒子？【提示】汤姆生通过气体放电管研究阴极射线的径迹，未加电场时，射线不偏转，施加电场后，射线向偏转电场的正极板方向偏转，由此确定阴极射线是带负电的粒子1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，故研究电磁力对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响2带电性质的判断方法1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或电场的情况确定带电的性质2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那么确定带电的性质3比荷的测定方法1让某一速率的电子垂直进入某一电场中，在荧光屏上亮点位置发生变化2在电场区域加一与其垂

7、直的大小适宜的磁场，抵消阴极射线的偏转由此可知qEqvB0，那么v.3去掉电场，只保存磁场，磁场方向与射线运动方向垂直，阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧，根据磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，那么由qvB得.3多项选择如图3­1­3所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，假设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，那么 【导学号：06092024】图3­1­3A导线中的电流由A流向BB导线中的电流由B流向AC假设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

8、【解析】阴极射线是高速电子流，由左手定那么判断可知，磁场垂直纸面向里，由安培定那么可知，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B、C正确【答案】BC4带电粒子的比荷是一个重要的物理量某中学物理兴趣小组设计了一个实验，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3­1­4所示其中两正对极板M1、M2之间的间隔 为d，极板长度为L.图3­1­4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；

9、B在M1、M2两极板间加适宜的电场：加极性如下图的电压，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、方向适宜的磁场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，那么，.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，