高中物理第十八章原子結(jié)構(gòu)第1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)學(xué)案解析版新人教版選修3-5

1、第1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)1英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。2構(gòu)成陰極射線(xiàn)的粒子電子。3密立根經(jīng)過(guò)“油滴實(shí)驗(yàn)”精準(zhǔn)測(cè)定了電子電荷量。4密立根實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍。一、陰極射線(xiàn)1實(shí)驗(yàn)裝置：以以下圖真空玻璃管中K是金屬板制成的陰極，A是金屬環(huán)制成的陽(yáng)極；把它們分別連在感覺(jué)圈的負(fù)極和正極上。2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：玻璃壁上出現(xiàn)淡淡的熒光及管中物體在玻璃壁上的影。3陰極射線(xiàn)：熒光是由于玻璃遇到陰極發(fā)出的某種射線(xiàn)的撞擊而惹起的，這種射線(xiàn)被命名為陰極射線(xiàn)。二、電子的發(fā)現(xiàn)1湯姆孫的研究(1)讓陰極射線(xiàn)分別經(jīng)過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，依照偏轉(zhuǎn)情況，證明它是B(A.帶正電B帶負(fù)電)的粒子流并求出了它的比荷。

2、換用不一樣樣資料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值都相同。證明這種粒子是構(gòu)成各樣物質(zhì)的共有成分。進(jìn)一步研究新現(xiàn)象，無(wú)論是由于正離子的轟擊，紫外光的照射，金屬受熱還是放射性物質(zhì)的自覺(jué)輻射，都能發(fā)射相同的帶電粒子電子。因此可知，電子是原子的構(gòu)成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。2密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”精準(zhǔn)測(cè)定電子電荷。電荷是量子化的。3電子的相關(guān)常量1自主思慮判一判玻璃壁上出現(xiàn)的淡淡熒光就是陰極射線(xiàn)。()玻璃壁上出現(xiàn)的影是玻璃遇到陰極射線(xiàn)的撞擊而產(chǎn)生的。()陰極射線(xiàn)在真空中沿直線(xiàn)流傳。()英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫認(rèn)為陰極射線(xiàn)是一種電磁輻射。()構(gòu)成陰極射線(xiàn)的粒子是電子。()電子是原子的構(gòu)成部分，電子電荷量能夠取隨意

3、數(shù)值。()2合作研究議一議氣體放電管中的氣體為什么會(huì)導(dǎo)電？提示：氣體分子內(nèi)部有電荷，正電荷和負(fù)電荷的數(shù)量相等，對(duì)外呈電中性，當(dāng)分子處于電場(chǎng)中時(shí)，正電荷和負(fù)電荷受電場(chǎng)力的方向相反，電場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)正、負(fù)電荷被“撕”開(kāi)，于是出現(xiàn)了等量的正、負(fù)電荷，在電場(chǎng)力作用下做定向運(yùn)動(dòng)，氣體就導(dǎo)電了。對(duì)陰極射線(xiàn)的認(rèn)識(shí)1對(duì)陰極射線(xiàn)實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)兩種看法電磁波說(shuō)，代表人物赫茲，他認(rèn)為這種射線(xiàn)是一種電磁輻射。粒子說(shuō)，代表人物湯姆孫，他認(rèn)為這種射線(xiàn)是一種帶電粒子流。2陰極射線(xiàn)帶電性質(zhì)的判斷方法方法一：在陰極射線(xiàn)所經(jīng)地區(qū)加上電場(chǎng)，經(jīng)過(guò)打在熒光屏上的亮點(diǎn)的變化和電場(chǎng)的情況確定帶電的性質(zhì)。方法二：在陰極射線(xiàn)所經(jīng)地區(qū)加一磁場(chǎng)，依照亮點(diǎn)地

4、點(diǎn)的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果依照陰極射線(xiàn)在電場(chǎng)中和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況，判斷出陰極射線(xiàn)是粒子流，并且?guī)ж?fù)電。1多項(xiàng)選擇對(duì)于電子的以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A發(fā)現(xiàn)電子是從研究陰極射線(xiàn)開(kāi)始的B任何原子中均有電子，它是原子的構(gòu)成部分C電子發(fā)現(xiàn)的意義是：令人們認(rèn)識(shí)到原子不是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒，原子自己也擁有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)D電子是帶正電的，它在電場(chǎng)中遇到的電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)線(xiàn)的切線(xiàn)方向相同分析：選ABC電子帶負(fù)電，其所受的電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)線(xiàn)方向相反。2以以下圖，在陰極射線(xiàn)管正上方平行放一通有強(qiáng)電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)，則陰極射線(xiàn)(電子束)將()A向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)B向紙外偏轉(zhuǎn)C向下偏轉(zhuǎn)D向上偏轉(zhuǎn)分析：選D由題目條件

5、不難判斷陰極射線(xiàn)管所在處磁場(chǎng)垂直紙面向外，由左手定則可判斷陰極射線(xiàn)(電子束)向上偏轉(zhuǎn)。故正確選項(xiàng)為D。3陰極射線(xiàn)從陰極射線(xiàn)管中的陰極發(fā)出，在此間的高電壓下加速飛旭日極，以以下圖，若要使射線(xiàn)向上偏轉(zhuǎn)，所加磁場(chǎng)的方向應(yīng)為電子從負(fù)極射出，()A平行于紙面向左B平行于紙面向上C垂直于紙面向外D垂直于紙面向里分析：選C由于陰極射線(xiàn)的實(shí)質(zhì)是電子流，陰極射線(xiàn)方向向右，說(shuō)明電子的運(yùn)動(dòng)方向向右，相當(dāng)于存在向左的電流，利用左手定則，使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上，可知磁場(chǎng)方向應(yīng)為垂直于紙面向外，故C正確。電子比荷的測(cè)定方法1.讓帶電粒子經(jīng)過(guò)相互垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)(如圖甲)，讓其做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，依照二力平E衡，

6、即F洛F電(BqvqE)，獲得粒子的運(yùn)動(dòng)速度vB。甲撤去電場(chǎng)(如圖乙)，保存磁場(chǎng)，讓粒子純真地在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力供應(yīng)向心力，v2即Bqvmr，依照軌跡偏轉(zhuǎn)情況，由幾何知識(shí)求出其半徑r。乙3由以上兩式確定粒子的比荷表達(dá)式：qE2。mBr典例帶電粒子的比荷q是一個(gè)重要的物理量。某中學(xué)物理興趣小組設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，m研究電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)軌跡的影響，以求得電子的比荷，實(shí)驗(yàn)裝置以以下圖。其中兩正對(duì)極板M1、M2之間的距離為d，極板長(zhǎng)度為L(zhǎng)。他們的主要實(shí)驗(yàn)步驟以下：A第一在兩極板M1、M2之間不加任何電場(chǎng)、磁場(chǎng)，開(kāi)啟陰極射線(xiàn)管電源，發(fā)射的電子束從兩極板中央經(jīng)過(guò)，在熒光屏的正中心處觀(guān)察到一個(gè)亮點(diǎn)；B

7、在M1、M2兩極板間加合適的電場(chǎng)：加極性以以下圖的電壓，并逐漸伐節(jié)增大，使熒光屏上的亮點(diǎn)逐漸向熒光屏下方偏移，直到熒光屏上恰巧看不見(jiàn)亮點(diǎn)為止，記下此時(shí)外加電壓為U。請(qǐng)問(wèn)本步驟的目的是什么？C保持步驟B中的電壓U不變，對(duì)M1、M2地區(qū)加一個(gè)大小、方向合適的磁場(chǎng)B，使熒光屏正中心處重現(xiàn)亮點(diǎn)。試問(wèn)外加磁場(chǎng)的方向如何？思路點(diǎn)撥d當(dāng)電子在電場(chǎng)中的豎直偏轉(zhuǎn)位移達(dá)到2時(shí)，恰幸虧熒光屏上看不到亮點(diǎn)。要使電子恰巧打在熒光屏正中心處，所加的磁場(chǎng)必定滿(mǎn)足使電子所受的電場(chǎng)力與其所受的洛倫茲力等大反向。判斷磁場(chǎng)的方向時(shí)要注意電子的電性。分析步驟B中電子在M1、M2兩極板間做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)增大兩極板間電壓時(shí)，電子在兩極板

8、間的偏轉(zhuǎn)位移增大。dUqL當(dāng)在熒光屏上看不到亮點(diǎn)時(shí)，電子恰巧打在下極板M2湊近熒光屏端的邊緣，則22dmv2，qd2v22。mUL由此能夠看出這一步的目的是使粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)位移成為已知量，就能夠表示出比荷。步驟C加上磁場(chǎng)后電子不偏轉(zhuǎn)，電場(chǎng)力等于洛倫茲力，且洛倫茲力方向向上，由左手定則可知磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外。答案看法析運(yùn)用電磁場(chǎng)測(cè)定電子比荷的解題技巧當(dāng)電子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，qEqvB，能夠測(cè)出電子速度大小。v2當(dāng)電子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，qvBmr，測(cè)出圓周運(yùn)動(dòng)半徑，即可確定比荷。(3)12qUL2當(dāng)電子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，yat2，測(cè)出電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)量也能夠確定比荷。2mvd01.多

9、項(xiàng)選擇以以下圖，從正離子源發(fā)射的正離子經(jīng)加快電壓U加快后進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，發(fā)現(xiàn)離子向上偏轉(zhuǎn)，要使此離子沿直線(xiàn)穿過(guò)電場(chǎng)，則應(yīng)()A增大電場(chǎng)強(qiáng)度E，減小磁感覺(jué)強(qiáng)度BB減小加快電壓U，增大電場(chǎng)強(qiáng)度EC合適地加大加快電壓UD合適地減小電場(chǎng)強(qiáng)度E分析：選CD正離子進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的地區(qū)中，遇到的電場(chǎng)力FqE，方向向上，遇到的洛倫茲力fqvB，方向向下，離子向上偏，說(shuō)明電場(chǎng)力大于洛倫茲力，要使離子沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，即qEqvB，則只有使洛倫茲力增大或電場(chǎng)力減小，增大洛倫茲力的途徑是增大加快電壓U或增大磁感覺(jué)強(qiáng)度B，減小電場(chǎng)力的門(mén)路是減小場(chǎng)強(qiáng)E。選項(xiàng)C、D正確。2以以下圖為湯

10、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)到點(diǎn)的豎直距離為，水平距離可忽視不計(jì)；此時(shí)在P與之間的地區(qū)里再加上一個(gè)方OdP向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，調(diào)理磁感覺(jué)強(qiáng)度，當(dāng)其大小為B時(shí)，亮點(diǎn)從頭回到O點(diǎn)。已知極板水平方向長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L(zhǎng)2。求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大小。推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式。U分析：(1)電子在正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，有BevEebe，得vUBbO點(diǎn)的電子速度的大小為U即打到熒光屏Bb。1eUL12eUL1L2(2)由題意得dv

11、v2，2mbmbU代入vBb，e2Ud。解得2mBbL1L12L2U(2)e2Ud答案：(1)2L12L2BbmBbL11歷史上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)電子的科學(xué)家是()A貝可勒爾B道爾頓C倫琴D湯姆孫分析：選D貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，道爾頓提出了原子論，倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線(xiàn)，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。2多項(xiàng)選擇對(duì)于密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”的科學(xué)意義，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A測(cè)得了電子的電荷量B第一測(cè)得了電子的比荷C為電子質(zhì)量的最后獲得作出了突出貢獻(xiàn)D為人類(lèi)進(jìn)一步研究原子的結(jié)構(gòu)供應(yīng)了必定的理論依照分析：選ACD密立根經(jīng)過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定了電子電量并發(fā)現(xiàn)電荷是量子化的。測(cè)定了e值，聯(lián)合比荷，進(jìn)一步能夠確定電子質(zhì)量，電子的比荷

12、是由湯姆孫第一測(cè)出的。3對(duì)于陰極射線(xiàn)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A陰極射線(xiàn)是由陰極發(fā)出的粒子撞擊玻璃管壁上的熒光而產(chǎn)生的B只需陰、陽(yáng)兩極間加有電壓，就會(huì)有陰極射線(xiàn)產(chǎn)生C陰極射線(xiàn)能夠穿透薄鋁片，這說(shuō)明它是電磁波D陰、陽(yáng)兩極間加有高壓時(shí)，電場(chǎng)很強(qiáng)，陰極中的電子遇到很強(qiáng)的庫(kù)侖力作用而走開(kāi)陰極分析：選D陰極射線(xiàn)是由陰極直接發(fā)出的，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；只有當(dāng)兩極間加有高壓且陰極接電源負(fù)極時(shí)，陰極中的電子才會(huì)遇到足夠大的庫(kù)侖力作用而走開(kāi)陰極成為陰極射線(xiàn)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，D正確；陰極射線(xiàn)能夠穿透薄鋁片，可能是電磁波，也可能是更小的粒子，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。4多項(xiàng)選擇電子槍發(fā)射出的電子打在熒光屏上時(shí)，會(huì)在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑，假如在熒

13、光屏上獲得以以下圖的亮斑P，那么示波管中的()A極板X(qián)應(yīng)帶正電B極板應(yīng)帶正電XC極板Y應(yīng)帶正電D極板Y應(yīng)帶正電分析：選BC由于帶電粒子向Y及X方向偏轉(zhuǎn)。故極板Y、極板X(qián)應(yīng)帶正電。正確選項(xiàng)為B、C。5多項(xiàng)選擇以以下圖是陰極射線(xiàn)顯像管及其偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈的表示圖。顯像管中有一個(gè)陰極，工作時(shí)它能發(fā)射陰極射線(xiàn)，熒光屏被陰極射線(xiàn)轟擊就能發(fā)光。安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，能夠使陰極射線(xiàn)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A假如偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈中沒(méi)有電流，則陰極射線(xiàn)應(yīng)當(dāng)打在熒光屏正中的O點(diǎn)B假如要使陰極射線(xiàn)在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上A點(diǎn)，則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向應(yīng)當(dāng)垂直紙面向里C假如要使陰極射線(xiàn)在豎直方向偏離中心，打在

14、熒光屏上B點(diǎn)，則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向應(yīng)當(dāng)垂直紙面向里D假如要使陰極射線(xiàn)在熒光屏上的地點(diǎn)由B點(diǎn)向A點(diǎn)挪動(dòng)，則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁感覺(jué)強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)先由小到大，再由大到小分析：選AC偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈中沒(méi)有電流，陰極射線(xiàn)沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，打在O點(diǎn)，A正確。由陰極射線(xiàn)的電性及左手定則可知B錯(cuò)誤，C正確。由mvB越小，R越大，故磁感覺(jué)強(qiáng)度可知，RqB應(yīng)先由大變小，再由小變大，故D錯(cuò)誤。電子所帶電荷量最早是由美國(guó)科學(xué)家密立根所做的油滴實(shí)驗(yàn)推測(cè)出的。密立根油滴實(shí)驗(yàn)的原理以以下圖，兩塊水平擱置的平行金屬板A、B與電源相接，使上面的板帶正電，下面的板帶負(fù)電。油滴從噴霧器噴出后，經(jīng)上面金屬板中間的小孔，落到兩板之間的勻強(qiáng)電場(chǎng)E中。大部分油滴在經(jīng)過(guò)噴

15、霧器噴嘴時(shí)，因摩擦而帶負(fù)電，油滴在電場(chǎng)力、重力和空氣阻力的作用下降落，觀(guān)察者可在強(qiáng)光照射下，借助顯微鏡進(jìn)行觀(guān)察。以以下圖，在A板上方用噴霧器將細(xì)油滴噴出，若干油滴從板上的一個(gè)小孔中落下，噴出的油滴因摩擦而帶負(fù)電。已知A、B板間電壓為U、間距為d，油滴恰巧靜止。撤去電場(chǎng)后油滴逐漸下落，最后測(cè)出油滴以速度v勻速運(yùn)動(dòng)，已知空氣阻力正比于速度，fkv，則油滴所帶的電荷量q_。某次實(shí)驗(yàn)q的測(cè)量值如表格所示(單位：1019C)，分析數(shù)據(jù)可知_。分析：依照均衡條件可得Ukv，解得qkdv19C，；油滴的帶電荷量是1.610mgqdmgU的整數(shù)倍，故電荷的最小電荷量為1.61019C。kdv1.61019C答

16、案：U電荷的最小電荷量為7多項(xiàng)選擇以以下圖，對(duì)于高壓的真空管，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A加了高壓的真空管中能夠看到輝光現(xiàn)象Ba為負(fù)極，b為正極CU1為高壓電源，U2為低壓電源D甲為環(huán)狀物，乙為熒光中出現(xiàn)的陰影分析：選BD真空中不可以夠發(fā)生輝光放電。U1為低壓電源，U2為高壓電源。8.以以下圖為湯姆孫陰極射線(xiàn)管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，將兩極間加有必定電壓的陰極射線(xiàn)管置于U形磁鐵兩極之間，分析左端射入的電子束可知()A增大加快電壓，觀(guān)察到的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象將更為明顯B減小磁感覺(jué)強(qiáng)度，觀(guān)察到的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象將更為明顯C電子束向下偏轉(zhuǎn)D若將粒子源改換為粒子源，磁場(chǎng)中粒子束偏轉(zhuǎn)方向不變mv分析：選C由RBq可知，增大加快電壓從而增大電子的速度，增大電子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，偏轉(zhuǎn)將不明顯，減小磁場(chǎng)的磁感覺(jué)強(qiáng)度，也增大電子的偏轉(zhuǎn)半徑，從而使偏轉(zhuǎn)不明顯，故A、B選項(xiàng)均錯(cuò)誤；電子由左向右運(yùn)動(dòng)，由左手定則能夠確定電子將向下偏轉(zhuǎn)，C正確；若將粒子源換為粒子源，因粒子帶正電，由左手定則可知，粒子將向上偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。9.以以下圖，從S處發(fā)出的電子流經(jīng)加快電壓U加快