2017_2018学年高中物理第三章原子结构之谜第一节敲开原子的大门教学案粤教版选修3_5
高中物理第三章原子结构之谜第一节敲开原子的大门导学案粤教选修
第一节 敲开原子的大门班级 姓名 学号 评价【自主学习】一、学习目标1．知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分。
2．领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。
3．知道汤姆生是如何测定电子荷质比的，知道电子的电荷量和质量．二、重点难点1．电子的发现过程三、问题导学1．什么是阴极射线？其本质是什么？2．汤姆生是怎样发现电子的？他建立了什么样的原子结构模型？四、自主学习（阅读课本P48-51页，《金版学案》P48-49知识点1、2）完成《金版学案》P48预习篇五、要点透析 见《金版学案》P48-49知识点1、2【预习自测】1． 阴极射线：科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管__ _会发射出一种射线，叫做阴极射线．2． 阴极射线的产生:阴极射线是一种带_ __电的粒子流．英国物理学家_ 通过阴极射线在磁场和电场中产生偏转的实验，确定了射线微粒的带电性质．3． 对电子的认识：电子的电荷量e ＝1.6×10－19C ，是由密立根通过著名的“_ _”测出来的．并计算出电子的质量m ＝9.1×10－31 kg ，质子的质量与电子的质量的比值：m p m e ＝______.4． 如图所示，一束阴极射线自下而上进入一水平方向的匀强电场后发生偏转，则电场方向____ __，进入电场后，阴极射线粒子的动能_____ __（填“增加”“减少”或“不变”）5． 关于电量，下列说法错误的是( )A ．电子的电量是由密立根油滴实验测得的B ．物体所带电量可以是任意值C ．物体所带电量最小值为1. 6×10－19 C D ．物体所带的电量都是元电荷的整数倍第一节 敲开原子的大门 【巩固拓展】 1．(双选)下列说法中，正确的是( ) A ．汤姆生精确地测出了电子电荷量e ＝1.602 177 33(49)×10－19 C B ．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的 C ．汤姆生油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e 的整数倍 D ．通过实验测得电子的荷质比及电子电荷量e 的值，就可以确定电子的质量 2．1897年英国物理学家汤姆生发现了电子并被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是( ) A ．汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷 B ．汤姆生通过对光电效应的研究，发现了电子 C ．电子的质量无法测定 D ．汤姆生通过对不同材料的阴极发出的射线做研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元 3．电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的．他测定了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍．这个最小电荷量就是电子所带的电荷量．密立根实验的原理图如图所示，A 、B 是两块平行放置的水平金属板，A 板带正电，B 板带负电．从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A 、B 两板之间的电场中．小油滴由于摩擦而带负电，调节A 、B 两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡．已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/C ，油滴半径是1.64×10－4 cm ，油的密度是0.851 g/cm 3，求油滴所带的电荷量．这个电荷量是电子电荷量的多少倍？第一节 敲开原子的大门班级 姓名 学号 评价【课堂检测】一、阴极射线1．(单选)阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为 ( )A．平行于纸面向左B．平行于纸面向上C．垂直于纸面向外D．垂直于纸面向里二、电子的发现2．如图所示为测定阴极射线粒子比荷的装置，从阴极K发出的阴极射线通过一对平行金属板D1、D2间的匀强电场，发生偏转．(1)在D1、D2间加电场后射线偏到P2，则由电场方向知，该射线带什么电？(2)再在D1、D2间加一磁场(图中未画出)，电场与磁场垂直，让射线恰好不偏转．设电场强度为E，磁感应强度为B，则电子的速度多大？(3)撤去电场，只保留磁场，使射线在磁场中做圆周运动，若测出轨道半径为r，则粒子的荷质比q是多大？m【互动研讨】1．阴极射线的本质是什么？2．电子的发现揭示了什么？3．电子的电量是通过什么实验测量的？第一节敲开原子的大门班级姓名学号评价【当堂训练】1．(单选)关于阴极射线的本质，下列说法正确的是 ( )A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波C．阴极射线本质是电子D．阴极射线本质是X射线2．(单选)关于电子的下列说法中，不正确的是 ( )A．发现电子是从研究阴极射线开始的B．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分C．电子发现的意义是：使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构D．电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同3．(单选)关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是( )A．密立根利用电场力和磁场力平衡的方法，测得了带电体的最小带电荷量B．密立根利用电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量C．密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量D．密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子质量的千分之一学习心得：。
高中物理 第3章 第1节 敲开原子的大门学案 粤教版选修
高中物理第3章第1节敲开原子的大门学案粤教版选修1、1858年，德国物理学家普吕克尔发现了阴极射线，在一个抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光、2、英国科学家汤姆生的实验验证表明，阴极射线本质上是由带负电的微粒组成、3、汤姆生测定阴极射线中带电粒子比荷的基本思想是，一个质量为m、电荷为e的带电粒子以速率v垂直进入磁场B中，如果粒子仅受磁场力作用，将做圆周运动，向心力即为洛伦兹力：＝evB，只要确定了粒子运动的速率及半径，就可以测出比荷、4、美国科学家密立根精确测定了电子的电量e＝1、6022C、1、(多选)有关物理学史下列说法正确的是(CD)A、赫兹最先发现了阴极射线B、汤姆生精确测出了电子的电荷量e＝1、6 CC、汤姆生最先测出了阴极射线的比荷D、电子电荷的精确值是由密立根通过“油滴实验”测出的解析：最早发现阴极射线的是德国科学家普里克，A错、汤姆生最先测出了阴极射线的比荷，但并没有测定出电子的电荷量，电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的，故B错，C、D对、2、(多选)关于阴极射线，下列说法正确的是(AC)A、阴极射线带负电B、阴极射线带正电C、阴极射线的比荷比氢原子的比荷大D、阴极射线的比荷比氢原子的比荷小解析：由阴极射线在电场中的偏转方向可判断其带负电，A对；汤姆生用实验测定，阴极射线比荷是氢原子比荷的近两千倍，C对、3、(多选)关于空气导电性能，下列说法正确的是(BD)A、空气导电，因为空气分子中有的带正电荷，有的带负电荷，在强电场作用下向相反方向运动的结果B、空气能够导电，是因为空气分子在射线或强电场作用下电离的结果C、空气密度越大，导电性能越好D、空气密度变得越稀薄，越容易发出辉光解析：空气是由多种气体组成的混合气体，在正常情况下，气体分子不带电(显中性)，是较好的绝缘体、但在射线、受热及强电场作用下，空气分子被电离，才具有导电性能，且空气密度较大时，电离的自由电荷很容易与其他空气分子碰撞，正、负电荷重新复合，难以形成稳定的放电电流，而电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导电性能更好，综上所述，正确答案B、D、4、下列现象中与阴极射线所含粒子不同的是(D)A、光电效应中射出的粒子B、β射线包含的粒子C、热离子发射效应中的粒子D、热辐射包含的粒子解析：光电效应中射出的粒子、β射线包含的粒子、热离子发射效应中的粒子，和阴极射线中所含粒子一样，都是电子、但热辐射中辐射出的是光子、5、阴极射线管中的高电压的作用(D)A、使管内气体电离B、使管内产生阴极射线C、使管内障碍物的电势升高D、使电子加速解析：在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射出的电子流，通过高电压对电子加速使电子获得能量，与玻璃发生撞击而产生荧光、故D正确、6、(多选)某大功率用电器在开关切断瞬间，开关处有电火花，其正确解释是(BC)A、因为空气是良导体，电火花是空气放电形成的B、开关两端产生的高电压，使空气电离放电C、为避免产生电火花，可把开关浸在绝缘油中D、以上说法均不对解析：由于通常状态下空气是绝缘体，A 错；空气在强电场作用下电离形成导体而导电，故B对、C对、7、如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将(D)A、向纸内偏转B、向纸外偏转C、向下偏转D、向上偏转解析：长直导线电流方向向左，由安培定则可判定直导线下方所处磁场垂直纸面向外，由于电子从负极端射出，根据左手定则可判定电子向上偏转，即阴极射线将向上偏转、8、1913年美国科学家密立根通过油滴实验(D)A、发现了中子B、发现了电子C、测出了中子的质量D、测出了电子的电荷量解析：密立根通过油滴实验精确测定了电子的电荷量、9、1897年，汤姆生在研究阴极射线性质时，测出了阴极射线的_______，并确定其带_________，组成粒子被称为_________、答案：比荷负电电子10、如图所示为测量某种离子的比荷的装置、让中性气体分子进入电离室A，在那里被电离成离子、这些离子从电离室的小孔飘出，从缝S1进入加速电场被加速、然后让离子从缝S2垂直进入匀强磁场，最后打在底片上的P点、已知加速电压为U，磁场的磁感应强度为B，缝S2与P之间的距离为a，离子从缝S1进入电场时的速度不计，求该离子的比荷、解析：离子在电场中qU＝，① 离子在磁场中Bqv＝，②2R＝a，③ 解①②③得＝、答案：。
高中物理第三章敲开原子的大门学案(含解析)粤教版选修3_5
学案1 敲开原子的大门[学习目标定位] 1.了解阴极射线及电子发现的过程.2.知道汤姆生是如何测定电子荷质比的，知道电子的电荷量和质量．1．电场和磁场对电荷的作用力(1)电场力F＝qE，正电荷受力方向与场强E方向相同，负电荷受力方向与场强E方向相反．(2)洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力f＝qvB，其方向可用左手定则判断．2．探索阴极射线(1)阴极射线：在一个被抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极发出的一种使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光的射线叫做阴极射线．(2)汤姆生设计了阴极射线管来测定阴极射线的电荷．他通过阴极射线在磁场中偏转、在电场中偏转的实验证明阴极射线本质上是由带负电的微粒组成的，这种粒子的荷质比大约比当时已知的质量最小的氢离子的荷质比大2_000倍．3．电子的发现汤姆生发现，对于不同的放电气体，或者用不同的金属材料制作电极，都测得相同的荷质比，随后又发现在气体电离和光电效应等现象中，可以从不同物体中逸出这种带电粒子，这表明它是构成各种物体的共同成分．汤姆生发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本上相同，质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此汤姆生完全确认了电子的存在，电子是构成原子的组成部分．4．美国物理家密立根精确地测定了电子的电荷量，并根据荷质比精确地计算出了电子的质量．5．电子的发现打破了传统的“原子不可分”的观念，使人类对自然世界的认识又向前迈进了一步.一、阴极射线[问题设计]1．在图1所示的演示实验中，K和A之间加上近万伏的高电压后，玻璃管壁上观察到什么现象？该现象说明了什么问题？图1答案玻璃管壁上观察到淡淡的荧光及管中物体在玻璃管壁上的影，这说明阴极能够发出某种射线，并且撞击玻璃引起荧光．2．人们对阴极射线的本质的认识有两种观点，一种观点认为是电磁辐射，另一种观点认为是带电微粒，你认为应如何判断哪种观点正确？答案可以让阴极射线通过磁场，若射线垂直于磁场方向进入磁场后发生了偏转，则该射线是由带电微粒组成的．[要点提炼]1．阴极射线科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管阴极会发射出一种射线，叫做阴极射线．2．阴极射线的产生阴极射线是一种带负电的粒子流．英国物理学家汤姆生通过阴极射线在磁场和电场中产生偏转的实验，确定了射线微粒的带电性质．二、电子的发现[问题设计]如图2所示为测定阴极射线粒子比荷的装置，从阴极K发出的阴极射线通过一对平行金属板D1、D2间的匀强电场，发生偏转．图2(1)在D1、D2间加电场后射线偏到P2，则由电场方向知，该射线带什么电？(2)再在D1、D2间加一磁场(图中未画出)，电场与磁场垂直，让射线恰好不偏转．设电场强度为E，磁感应强度为B，则电子的速度多大？(3)撤去电场，只保留磁场，使射线在磁场中做圆周运动，若测出轨道半径为r，则粒子的荷质比q m是多大？ 答案 (1)负电(2)粒子受两个力作用：电场力和磁场力，两个力平衡，即有qE ＝qvB ，得：v ＝E B(3)根据洛伦兹力充当向心力：qvB ＝m v 2r ，得出：q m ＝vBr.又v ＝EB ，则q m ＝E B 2r .测出E 、B 、r 即可求荷质比qm. [要点提炼]1．汤姆生的研究方法及结论(1)汤姆生根据阴极射线在电场和磁场中的偏转断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的荷质比．(2)汤姆生用不同材料的阴极和不同的气体做实验，所得的荷质比都是相同的，是氢离子荷质比的近两千倍．(3)汤姆生直接测量了阴极射线粒子的电荷，发现这种粒子的电荷与氢离子电荷大小基本相同．后来把组成阴极射线的粒子称为电子． 2．对电子的认识 电子的电荷量e ＝1.6×10－19C ，是由密立根通过著名的“油滴实验”测出来的．并计算出电子的质量m ＝9.1×10－31kg ，质子的质量与电子的质量的比值：m pm e＝1_836.一、对阴极射线的认识例 1 (单选)阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图3所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为( )图3A ．平行于纸面向左B ．平行于纸面向上C ．垂直于纸面向外D ．垂直于纸面向里解析 由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右传播，说明电子的运动方向向右，利用左手定则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C 正确． 答案 C二、测量带电粒子的比荷例2 带电粒子的荷质比q m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，以求得电子的荷质比，实验装置如图4所示．图4(1)他们的主要实验步骤如下：A ．首先在两极板M 1、M 2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，射出的电子从两极板中央通过，在荧光屏的正中心处观察到一个亮点；B ．在M 1、M 2两极板间加合适的电场：加上极性如图所示的电压，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，在M 1M 2区域加一个大小、方向合适的磁场B ，使荧光屏正中心重现亮点，试问外加磁场的方向如何？(2)根据上述实验步骤，同学们正确推算出电子的荷质比与外加电场、磁场及其他相关量的关系为q m ＝UB 2d 2.一位同学说，这表明电子的荷质比将由外加电压决定，外加电压越大则电子的荷质比越大，你认为他的说法正确吗？为什么？解析 依据运动的带电粒子在电场中受电场力和在磁场中受洛伦兹力，两者平衡列方程求荷质比．(1)B 中荧光屏上恰好看不到亮点说明电子刚好落在正极板的近荧光屏的边缘，目的是利用极板间的距离d 表示荷质比qm.C 中由于要求洛伦兹力方向向上，根据左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外．(2)不正确，电子的荷质比q m是电子的固有参数，与测量所加U 、B 以及极板间距离d 无关． 答案 见解析敲开原子的大门⎩⎪⎨⎪⎧阴极射线⎩⎪⎨⎪⎧产生性质：带负电，真空中沿直线传播电子的发现⎩⎪⎨⎪⎧汤姆生的研究方法电子发现的意义电子的电荷量和质量1．(单选)关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( ) A ．阴极射线本质是氢原子 B ．阴极射线本质是电磁波 C ．阴极射线本质是电子 D ．阴极射线本质是X 射线 答案 C2．(单选)关于电子的下列说法中，不正确的是( ) A ．发现电子是从研究阴极射线开始的 B ．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分C ．电子发现的意义是：使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构D ．电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同 答案 D3．(单选)关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是( )A ．密立根利用电场力和磁场力平衡的方法，测得了带电体的最小带电荷量B ．密立根利用电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量C ．密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量D ．密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子质量的千分之一 答案B[概念规律题组]1．(双选)关于阴极射线的性质，判断正确的是( ) A ．阴极射线带负电B．阴极射线带正电C．阴极射线的荷质比比氢原子荷质比大D．阴极射线的荷质比比氢原子荷质比小答案AC解析通过阴极射线在电场、磁场中的偏转发现阴极射线带负电，其荷质比比氢原子的荷质比大得多，故A、C正确．2．(双选)如图1所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹下偏，则( )图1A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．如要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变AB中电流方向来实现D．电子的径迹与AB中电流的方向无关答案BC解析阴极射线带负电，由左手定则判断管内磁场垂直纸面向里；由安培定则判断AB 中电流的方向由B流向A.电流方向改变，管内磁场方向改变，电子受力方向也改变．[方法技巧题组]3．(单选)如图2是阴极射线管示意图．接通电源后，阴极射线由阴极沿x轴正方向射出，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，在下列措施中可采用的是( )图2A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向答案 B解析若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方向，B正确；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿z轴正方向．4．(单选)图3为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空，A为发射热电子的阴极，K 为接在高电势点的加速阳极，A 、K 间电压为U ，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K 的小孔中射出的速度大小为v .下面的说法中正确的是( )图3A ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为2vB ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为v2C ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为v2D ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为22v 答案 D解析 对电子从A 到K 的过程应用动能定理：eU ＝12mv 2－0，所以电子离开K 时的速度取决于A 、K 之间电压的大小，A 、B 错；如果电压减半，则v 应变为原来的22倍，C 错，D 对．5．亥姆霍兹线圈是一对彼此平行串联的共轴圆形线圈，两线圈大小相同，线圈之间距离d 正好等于圆形线圈的半径R ，如图4所示．这种线圈的特点是能在其公共轴线中点O附近产生近似匀强磁场，且该匀强磁场的磁感应强度与线圈中的电流成正比，即B ＝kI .电子枪将灯丝溢出的电子经电压为U 的电场加速后，垂直射入上述匀强磁场中，测得电子做匀速圆周运动的半径为r ，试求电子的荷质比．图4答案2U kIr2解析 电子经电压U 加速，由动能定理得：eU ＝12mv 2①当电子垂直射入由亥姆霍兹线圈产生的匀强磁场中，在洛伦兹力作用下电子发生偏转，做圆周运动．洛伦兹力为向心力，则evB ＝m v 2r②由①②两式得：e m ＝2UBr 2又知，亥姆霍兹线圈产生的磁场与电流成正比，即B ＝kI ，则e m ＝2UkIr 2.[创新应用题组]6．汤姆生1897年用阴极射线管测量了电子的荷质比(电子电荷量与质量之比)，其实验原理如图5所示．电子流平行于极板射入，极板P 、P ′间同时存在匀强电场E 和垂直纸面向里的匀强磁场B 时，电子流不发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B 时，电子流穿出平行板电容器时的偏向角θ＝115 rad.已知极板长L ＝3.0×10－2m ，电场强度大小为E ＝1.5×104V/m ，磁感应强度大小为B ＝5.0×10－4T ．求电子的荷质比．图5答案 1.3×1011C/kg 解析 无偏转时，有eE ＝evB只存在磁场时，有evB ＝m v 2r (或r ＝mv eB )，由几何关系得r ＝L sin θ偏转角很小时，r ≈L θ，联立并代入数据得e m ＝E θB 2L＝1.3×1011C/kg.。
高中物理第三章原子结构之谜3.1敲开原子的大门课件粤教版选修3_5
一
二
二、电子的发现 1.汤姆生的探究方法及结论 汤姆生根据阴极射线在电场和磁场中的偏转判定,它的本质是带 负电的粒子流,并求出了这种粒子的荷质比. 汤姆生用不同材料的阴极和不同的气体做实验,所得的荷质比都 是相同的,是氢离子荷质比的近千倍. 汤姆生直接测量了阴极射线粒子的电荷量,得到这种粒子的电荷 量大小与氢离子电荷基本相同.后来把组成阴极射线的粒子称为电 子.
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预习交流1 怎样用实验的方法判断阴极射线的电性? 答案：为了研究阴极射线的带电性质,汤姆生设计了如图所示的装 置.从阴极发出的阴极射线,经过与阳极相连的小孔,射到管壁上,产 生荧光斑点;用磁铁使射线偏转,进入集电圆筒;用静电计检测的结 果表明,收集到的是负电荷.
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第一节 敲开原子的大门
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学习目标
重点难点
1. 知道阴极射线的产生及本质. 2. 了解汤姆生发现电子的研究方法 及发现电子的意义. 重点:1. 对阴极射线演示实验, 先了 解器材结构, 再认识现象和理解原 理. 2. 电子发现的探究方法. 难点:电子质量的测定.
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一、阴极射线 1.阴极射线 科学家用真空度很高的真空管做放电实验时,发现真空管阴极发 射出的一种射线,叫做阴极射线. 2.阴极射线的产生 阴极射线是一种带负电的粒子流.英国物理学家汤姆生使阴极射 线在磁场和电场中产生偏转,来确定射线微粒的带电性质. 3.阴极射线的特点 (1)在真空中沿直线传播; (2)碰到物体可使物体发出荧光.
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知识精要
思考探究
典题例解
迁移应用
二、电子的发现 1.汤姆生实验装置 实验装置如图所示,从高压电场的阴极发出的阴极射线,穿过 C1C2后沿直线打在荧光屏上.
20172018学年高中物理粤教版选修35教学案：第三章第一节敲开原子的大门Word版含答案全面版
电子的发现，说明原子内含有电子，而光谱的发射仿佛与电子的行为有亲近关系。
在这从前，人们对原子的内部状态一无所知，只好把原子看作是一个不行分的整体，而在发现电子、确证原子可分以后，才有可能真切建立原子结构的模型，研究原子结构的理论，从而对光谱的发射和其余原子现象作出正确的解说。
物理学家们依据自己的实践和看法从不一样的角度提出各种不一样的模型。
本章我们将找寻科学家的踪影，研究微观世界的巧妙。
第一节 敲开原子的大门对应学生用册页码 P351．1858 年，德国物理学家普吕克尔发现了阴极射线，在一个抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光。
2．汤姆生的实验考据表示，阴极射线实质上是由带负电的微粒构成。
3．汤姆生测定阴极射线中带电粒子比荷的基本思想是，一个质量为m 、电荷为 e 的带电粒子以速率 v 垂直进入磁场B 中，假如粒子仅受磁场力作用，将做圆周运动，向心力即2为洛伦兹力： m v＝evB ，只要确立了粒子运动的速率及半径，就可以测出比荷。
r－ 194．美国科学家密立根精确测定了电子的电量e＝× 10C。
对应学生用册页码P35阴极射线的研究1.什么是阴极射线在一个抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光，这类巧妙的射线被称为阴极射线。
2．阴极射线带电性质的判断(1)方法一：在阴极射线所经地域加上电场，经过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的状况确立带电的性质。
(2)方法二：在阴极射线所经地域加一磁场，依据亮点地点的变化和左手定章确立带电的性质。
3．阴极射线荷质比的测定(1)让某一速率的电子垂直进入某一电场中，在荧光屏上亮点地点发生变化。
(2)在电场所区加一与其垂直的大小适合的磁场，抵消阴极射线的偏转。
由此可知qE－EqvB＝ 0。
则 v＝B。
(3)去掉电场，只保留磁场，磁场方向与射线运动方向垂直，阴极射线在有磁场的地域将会形成一个半径为r 的圆弧，依据磁场状况和轨迹偏转状况，由几何知识求出其半径r ，2mv q v E则由 qvB＝得＝＝ 2 。
2017-2018学年高中物理粤教版选修3-5教师用书：第3章 第1节 敲开原子的大门 含答案 精品
第一节敲开原子的大门[先填空]1．实验装置真空玻璃管、阴极、阳极和高压电源．2．实验现象及阴极射线在一个被抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光．这种奇妙的射线被称为阴极射线．3．阴极射线的本质汤姆生通过实验证明阴极射线本质上是由带负电的微粒组成的．[再判断]1．阴极射线的本质是由带正电的微粒组成．(×)2．在阴极射线所在的区域加一磁场，可判断阴极射线的性质．(√)3．阴极射线在真空中沿直线传播．(√)[后思考]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则确定带电的性质．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，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会向________偏转．图311【解析】阴极射线方向水平向右，说明其等效电流的方向水平向左，与导线中的电流方向相反，由左手定则，两者相互排斥，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向．图312若加一磁场，磁场方向沿________方向，若加一电场，电场方向沿________方向．【解析】若加磁场，由左手定则可判定其方向应沿y轴正方向；若加电场，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，用左手定则判断其受力方向时四指的指向和射线的运动方向相反.[先填空]1．汤姆生的探究方法及结论(1)根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的荷质比．(2)换用不同材料的阴极做实验，所得荷质比的数值都相同，汤姆生计算出的荷质比大约比当时已知的质量最小的氢离子的荷质比大2 000倍．(3)结论：汤姆生直接测量出粒子的电荷，发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本上相同，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此，汤姆生完全确认了电子的存在．2．电子的电荷量和质量(1)电荷量：美国科学家密立根精确地测定了电子的电量e＝1.602_2×10－19 C.(2)质量：根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为m＝9.109_4×10－31 kg.[再判断]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精确测定的．(×)3．带电体的电荷量可以是任意值．(×)[后思考]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．电子荷质比(或电荷量)的测定方法根据电场、磁场对电子的偏转测量比荷(或电荷量)，可按以下方法：(1)让电子通过正交的电磁场，如图313甲所示，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F 洛＝F 电(Bqv ＝qE )得到电子的运动速度v ＝E B.甲(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，如图313乙所示，保留磁场让电子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv ＝mv 2r ，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r ，则由qvB ＝m v 2r 得q m ＝v Br ＝EB 2r.乙 图3132．密立根油滴实验 (1)装置密立根实验的装置如图314所示．图314①两块水平放置的平行金属板A 、B 与电源相接，使上板带正电，下板带负电．油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中．②大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降．观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察．(2)方法①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E .但是由于油滴太小，其质量很难直接测出．密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量．没加电场时，由于空气的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空气给油滴的摩擦力而使油滴匀速下落，可测得速度v 1.②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v 2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡．根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量．(3)结论带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e .3．(多选)关于电荷的电荷量，下列说法正确的是( )【导学号：55272074】A ．物体所带电荷量可以是任意值B ．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19CC ．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍D ．电子就是元电荷【解析】 密立根的油滴实验测出了电子的电量为1.6×10－19C ，并提出了电荷量子化的观点，因而故A 错，B 对；任何物体的电荷量都是e 的整数倍，故C 对，D 错．【答案】 BC4．密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性．如图315所示是密立根油滴实验的原理示意图，设小油滴的质量为m ，调节两极板间的电势差U ，当小油滴悬浮不动时，测出两极板间的距离为d .则可求出小油滴的电荷量q ＝________.图315【解析】 由平衡条件得mg ＝q Ud ，解得q ＝mgd U. 【答案】mgd U5．如图316所示为汤姆生用来测定电子比荷的装置．当极板P 和P ′间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O 点处，形成一个亮点；加上偏转电压U 后，亮点偏离到O ′点，O ′点到O 点的竖直距离为d ，水平距离可忽略不计；此时在P 与P ′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B 时，亮点重新回到O 点．已知极板水平方向长度为L 1，极板间距为b ，极板右端到荧光屏的距离为L 2.【导学号：55272075】图316(1)求打在荧光屏O 点的电子速度的大小． (2)推导出电子比荷的表达式．【解析】 (1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有Bev ＝Ee ＝Ube ，得v ＝U Bb即打到荧光屏O 点的电子速度的大小为U Bb. (2)由d ＝12Ue bm ⎝ ⎛⎭⎪⎫L 1v 2＋Ue bm L 1v ·L 2v可得e m ＝2dbv 2UL 1L 1＋2L 2＝2dU B 2bL 1L 1＋2L 2. 【答案】 (1)U Bb(2)2dUB 2bL1L 1＋2L 2巧妙运用电磁场测定电子比荷1．当电子在复合场中做匀速直线运动时，qE ＝qvB ，可以测出电子速度的大小． 2．电子在荧光屏上的落点到屏中心的距离等于电子在电场中的偏转位移与电子出电场到屏之间的倾斜直线运动偏转位移的和．。
粤教版敲开原子的大门PPT课件
7.下列关于细胞膜化学组成的表述最全面的是
ＡA、蛋白质、糖类、脂质
B、糖蛋白、核酸、脂质 C、蛋白质、糖类、脂肪 D、糖蛋白、核酸、脂肪
８.小麦细胞细胞膜的主要组成元素是（ ） Ａ. Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ
ＢＢ．Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｐ
Ｃ．Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｓ Ｄ．Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓ
电流方向来实现
答案 AD 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. 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．
针对训练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3－1－2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3－1－2
答案 电子 向下 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．
细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。你
能解释“染色排除法”的原理吗？
活细胞的细胞膜具有控制物质进出 的能力，染色剂无法进入细胞内；当细 胞死亡后，细胞膜随之失去控制物质进 出的能力，染色剂进入细胞，细胞被染 成蓝色。
３.细胞膜上含量最多的成分是
A、蛋白质
B、糖类
ＣC、脂质
D、水
４.细胞之间依靠细胞膜进行信息交流，下列 不属于信息交流的是 A、激素与细胞膜表面受体结合 B、相邻细胞的细胞膜接触 C、植物细胞的胞间连丝
粤教版高中物理3-5第三章原子结构导学案
第三章第一节《敲开原子的大门》学习目标1、了解阴极射线的特点、本质，汤姆生是如何发现电子2、汤姆生发现电子的过程和研究方法3、如何测定电子的荷质比学习过程一、预习指导：预习书本 P48—P501、阅读书本P48第二段，谁发现了阴极射线？阴极射线是如何产生的？它有什么特点？2、阅读书本P49第三段，见图P49图3-1-3汤姆生如何测定阴极射线的电性？阴极射线由带何种电性的粒子组都成？3、阅读书本P49第四段，汤姆生是如何测定阻极射中带电粒子荷质比（难点）？4、阅读书本P50，汤姆生发现了电子（阴极射线是高速电子流），哪么电子的质量和电量是谁通过实验测定的？二、课堂导学：※学习探究（1）什么是荷质比？（2）汤姆生测阴极射线荷质比的思路：质量为m，电荷为e的带电粒子以速率V进入磁场B中，仅受磁场力，将做运动。
因为：向心力由提供，即有 =图13 得荷质比：e/m=可见：只要测出粒子的半径R 和速率V 就可测出荷质比。
难点1：汤姆生如何测定粒子的速度V？（见P50书本讨论与交流）难点2；汤姆生如何测定粒子做圆周运动的半径R？（见P50书本讨论与交流）难点3：请推出荷质比的表达式：※ 典型例题（2007广东）带电粒子的荷质比mq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，以求得电子的荷质比，实验装臵如图13所示。
①他们的主要实验步骤如下：A ．首先在两极板M 1M 2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子从两极板中央通过，在荧幕的正中心处观察到一个亮点；B ．在M 1M 2两极板间加合适的电场：加极性如图13所示的电压，并逐步调节增大，使荧幕上的亮点逐渐向荧幕下方偏移，直到荧幕上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为U 。
请问本步骤目的是什么？C ．保持步骤B 中的电压U 不变，对M 1M 2 区域加一个大小、方向合适的磁场B ，使荧 幕正中心重现亮点，试问外加磁场的方向如何？②根据上述实验步骤，同学们正确推算处电子的荷质比与外加电场、磁场及其他相关量的关系为22dB Um q 。
高中物理 第三章 原子结构之谜 3.1 敲开原子的大门教案 粤教版选修35
3.1 敲开原子的大门课堂互动三点剖析一、阴极射线的研究1.1858年德国人普吕克尔在研究气体放电时，注意到放电管正对阳极的管壁上发出了荧光，证明是因为有一种射线从阴极发出打在管壁上所致，因此就把这一射线叫阴极射线.2.E·戈德斯认为阴极射线是一种电磁辐射，但英国物理学家克鲁克斯和其他的人却说不是；他们认为阴极射线是某种粒子束.1897年，物理学家J·汤姆生证实了阴极射线也会被电荷影响而偏转，无疑解决了这一问题.然而这些阴极“粒子”是什么呢？那时候唯一知道的带负电的粒子是原子的负离子.实验证明，阴极射线粒子不可能是这种离子，因为它们受电磁场的偏转如此强，所以它们必然具有难以想象的高电荷，要不就是非常轻的粒子，质量不到氢原子的1/1 000，最后确定它为电子.二、研究“阴极射线”性质所需的电磁场知识1.阴极射线的本质是电子，在不大的电磁场中运动时，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影响时，一般不考虑重力影响.2.当电子流垂直磁场进入磁场，电子将做匀速圆周运动，所受洛伦兹力提供其做圆周运动的向心力，即evB=R mv 2得R=eBmv ,然后根据所给几何关系，不难求出电子射到荧光屏上的偏转量.3.质量为m e ,电荷量为e 的电子，假设以速度v 垂直射入电场强度为E 的电场，如图3-1-3所示：射出电场时其偏移量y=2222121vL m eE at e ∙=;图3-1-3各个击破【例1】 关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（ ）A.阴极射线本质是氢原子B.阴极射线本质是电磁波C.阴极射线本质是电子D.阴极射线本质是X 射线解析：阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X 射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的.答案：C类题演练1关于阴极射线的性质，判断正确的是（ ）A.阴极射线带负电B.阴极射线带正电C.阴极射线的比荷比氢原子比荷大D.阴极射线的比荷比氢原子比荷小解析：通过让阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢原子的比荷大得多，故仅A 、C 两项正确.答案：AC类题演练2汤姆生是怎样发现电子的？解析：汤姆生通过测定阴极射线的电性实验，测得阴极射线中含有带负电的粒子，然后通过测定阴极射线中负粒子的比荷的大小（通过带电粒子在电磁场中的运动实验）从而推理得到阴极射线中的粒子是电子.答案：见解析【例2】 一束电子流在经U=5 000 V 的加速电压加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图3-1-2所示，若两板间距d=1.0 cm,板长l=5.0 cm,那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？图3-1-2解析：在加速电压一定时，偏转电压U′越大，电子在极板间的偏距就越大.当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出，此时的偏转电压，即为题目要求的最大电压. 加速过程，由动能定理得eU=2021mv ① 进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速运动l=v 0t ② 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动，加速度a=dm eU m F '= ③ 偏距y=221at ④ 能飞出的条件为y≤2d ⑤ 解①—⑤式得U′≤V l Ud 222222)100.5()100.1(500022--⨯⨯⨯⨯==4.0×102 V. 答案：U′≤4.0×102 V。
2024-2025学年高中物理第三章原子结构之谜第1节敲开原子的大门教案粤教版选修3-5
1.硬件资源：原子结构模型教具、电子示教板、多媒体投影仪。
2.软件资源：物理教学软件、原子结构动画演示程序。
3.课程平台：校园网络教学平台、教室互动教学系统。
4.信息化资源：电子教材、在线实验模拟系统、科普视频。
5.教学手段：PPT展示、课堂讨论、小组合作、实验探究、案例分析。
教学过程
首先，让我们一起来回顾一下我们已经了解的原子知识。在初中阶段，你们已经学习过原子由原子核和电子组成的基本概念。今天，我们将深入探索原子的内部结构，揭开原子之谜。（5分钟）
（3）绘制原子核式结构模型图和电子云模型图，标注出主要组成部分和特点。
（4）撰写一篇小论文，探讨原子结构与化学性质之间的关系，结合实例进行分析。
2.作业反馈：
（1）在批改学生的作业时，重点关注学生对原子结构基本概念的理解，以及能否正确运用所学知识解决问题。
（2）针对学生在作业中出现的共性问题，如对原子核式结构模型的理解偏差、电子云模型图绘制不准确等，进行集中讲解和纠正。
学情分析
本节课面向的是高中年级学生，他们在知识层面已具备基本的物理和化学知识，对原子概念有初步了解。在能力方面，学生具备一定的实验观察和数据分析能力，能够理解科学探究的过程。然而，对于较为抽象的原子内部结构及其运动规律的深入理解，可能还存在困难。在素质方面，学生的科学思维和创新能力有待加强，对物理现象的好奇心和求知欲是推动学习的积极因素。
答案：原子核式结构模型和电子云模型是原子结构研究的两个重要阶段。原子核式结构模型强调了原子核和电子的位置关系，而电子云模型进一步解释了电子在原子中的具体分布情况。两者之间的关系在于，电子云模型在原子核式结构模型的基础上，提供了更精细的电子运动描述，从而更准确地解释了原子的化学性质。
2017-2018学年高二物理粤教版选修3-5学案：3-1 敲开原子的大门 Word版含解析
第一节 敲开原子的大门[目标定位] 1.了解阴极射线及电子发现的过程；2.知道汤姆生研究阴极射线发现电子的实验及理论推导；3.知道电子电荷量的测定．一、探索阴极射线1．阴极射线：在抽成真空的玻璃管两端加上高电压时，从阴极发出的一种使玻璃管壁上出现绿色荧光的射线．2．汤姆生对阴极射线的探索方法(1)让阴极射线通过电场，根据偏转情况，可判断阴极射线带负电．(2)让阴极射线通过磁场，根据偏转情况，测出阴极射线的荷质比．二、电子的发现 汤姆生的探究方法1．换用不同的放电气体，或用不同金属材料制作电极，测得相同的荷质比．2．在气体电离、光电效应中，可从不同物体中逸出这种射线粒子．3．这种粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本相同，质量却比氢原子小得多．4．想一想 电子发现的重大意义是什么？答案 电子是人类发现的第一个比原子小的粒子．电子的发现，打破了原子不可再分的传统观念，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构．从此，原子物理学飞速发展，人们对物质结构的认识进入了一个新时代．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、对阴极射线性质的研究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．2．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．【例1】 (多选)如图1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( )图1A．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答案 AD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.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．针对训练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答案 电子 向下解析 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，故阴极射线将向下偏转．二、电子荷质比的测定实验探究如图3所示为测定阴极射线粒子荷质比的装置，从阴极K 发出的阴极射线通过一对平行金属板D 1、D 2间的匀强电场，发生偏转．图3(1)在D 1、D 2间加电场后射线偏到P 2，则由电场方向知，该射线带什么电？(2)再在D 1、D 2间加一磁场(图中未画出)，电场与磁场垂直，让射线恰好不偏转．设电场强度为E ，磁感应强度为B ，则电子的速度多大？(3)撤去电场，只保留磁场，使射线在磁场中做圆周运动，若测出轨道半径为r ，则粒子的荷质比是多大？qm 答案 (1)负电 (2) (3)EB EB 2r解析 (2)粒子受两个力作用：电场力和磁场力，两个力平衡，即有qE ＝q v B ，得：v ＝EB(3)由洛伦兹力充当向心力：q v B ＝m ，v 2r 得出：＝.q m vBr 又v ＝，E B 则＝.qm EB 2r 测出E 、B 、r 即可求荷质比.qm 【例2】 1897年，物理学家汤姆生正式测定了电子的荷质比，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆生的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在实验中汤姆生采用了如图4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θ，试解决下列问题．图4(1)说明图中磁场沿什么方向；(2)根据L 、E 、B 和θ，求出电子的荷质比．答案 (1)垂直纸面向里(2)E sin θB 2L解析 (1)磁场方向垂直纸面向里．(2)当电子在D 、E 间做匀速直线运动时有：eE ＝Be v.当电子在D 、E 间的磁场中偏转时(如图所示)有Be v ＝，同时又有：L ＝r ·sin θ，mv 2r 可得：＝.em E sin θB 2L 借题发挥 (1)荷质比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问题，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：①粒子的带电性质．②正确描绘运动轨迹．③能确定半径、圆心．④会利用几何知识把有关线段与半径联系起来．针对训练2 如图5所示为测量某种离子的荷质比的装置．让中性气体分子进入电离室A ，在那里被电离成离子．这些离子从电离室的小孔飘出，从缝S 1进入加速电场被加速．然后让离子从缝S 2垂直进入匀强磁场，最后打在底片上的P 点．已知加速电压为U ，磁场的磁感应强度为B ，缝S 2与P 之间的距离为a ，离子从缝S 1进入电场时的速度不计，求该离子的荷质比.qm 图5答案 8UB 2a 2解析 离子在电场中qU ＝m v 212①离子在磁场中Bq v ＝m v 2R②2R ＝a③解①②③得＝.qm 8UB 2a 2对阴极射线的理解1．(多选)关于阴极射线的性质，下列说法中正确的是( )A ．阴极射线带负电B ．阴极射线带正电C ．阴极射线的荷质比比氢原子荷质比大D ．阴极射线的荷质比比氢原子荷质比小答案 AC解析 通过让阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电，其荷质比比氢原子的荷质比大得多，故A 、C 正确．2.阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图6所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为( )图6A ．平行于纸面向左B ．平行于纸面向上C ．垂直于纸面向外D ．垂直于纸面向里答案 C解析 由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线向右传播，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C正确．电子的电量3．(多选)汤姆生对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，关于电子的说法正确的是( )A．电子是原子核的组成部分B．电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的C．电子电量的数值约为1.602×10－19 CD．电子质量与电量的比值称为电子的荷质比答案 BC解析 电子是原子的组成部分，电子的发现说明原子是可以再分的．电子的电量与质量的比值称为电子的荷质比．4．关于电量，下列说法中错误的是( )A．物体所带电量可以是任意值B．物体所带电量只能是某些值C．物体所带电量的最小值为1.6×10－19 CD．一个物体带1.6×10－9 C的正电荷，这是它失去了1.0×1010个电子的缘故答案 A解析 电量是量子化的，即物体的带电量只能是某一最小电量的整数倍，这一最小电量是1.6×10－19C，A错误，B、C正确；物体带正电，是由于它失去了带负电的电子，D正确．(时间：60分钟)题组一 阴极射线1．关于阴极射线，下列说法正确的是( )A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流C．阴极射线是由德国物理学家普吕克尔发现的D．阴极射线的荷质比比氢原子的荷质比小答案 C解析 阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故A、B错；1858年，德国科学家普吕克尔发现了阴极射线，故C对；阴极射线本质是电子流，故其荷质比比氢原子荷质比大的多，故D错误．2．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( )A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波C．阴极射线本质是电子D．阴极射线本质是X射线答案 C解析 阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的．3．下列关于对阴极射线的说法，正确的是( )A．是由很小的不带电的粒子构成的B．是由原子构成的C．是由电子构成的D．以上说法都不对答案 C解析 对阴极射线的研究结果显示，阴极射线是由电子构成的．这是英国物理学家汤姆生在1897年得出的结论．题组二 电子的发现4．(多选)汤姆生对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是( )A．任何物质中均有电子B．不同的物质中具有不同的电子C．电子质量是质子质量的1 836倍D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元答案 AD解析 汤姆生对不同材料的阴极发出的射线进行研究，均为同一种粒子——即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量；由此可知A、D正确，B、C错误．5．下列关于电子的说法中不正确的是( )A．发现电子是从研究阴极射线开始的B．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分C．电子发现的意义是使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构D．电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同答案 D解析 研究表明电子是物质的组成部分，电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，是可以再分的．题组三 阴极射线的研究 电子比荷的测定6．如图1是阴极射线管示意图．接通电源后，阴极射线由阴极沿x轴正方向射出，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，在下列措施中可采用的是( )图1A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向答案 B解析 若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方向，B正确；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿z 轴正方向．7．电子所带电量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的．他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电量都等于某个最小电量的整数倍．这个最小电量就是电子所带的电量．密立根实验的原理如图2所示，A 、B 是两块平行放置的水平金属板，A 板带正电，B 板带负电．从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A 、B 两板之间的电场中．小油滴由于摩擦而带负电，调节A 、B 两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡．已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/C ，小油滴半径是1.64×10－4 cm ，油的密度是0.851 g/cm 3，求小油滴所带的电量．这个电量是电子电量的多少倍？(g 取9.8 m/s 2)图2答案 8.02×10－19 C 5倍解析 小油滴质量m ＝ρV ＝ρ·πr 343①由题意知mg ＝qE②由①②两式可得q ＝ρ·4πr 3g3E＝C0.851×103×4π×(1.64×10－6)3×9.83×1.92×105≈8.02×10－19 C小油滴所带电量q 是电子电量e 的≈5倍．8.02×10－191.6×10－19。
物理粤教版选修3-5 第三章第一节敲开原子的大门 课件
q E 3．由以上两式确定粒子的比荷表达式： ＝ 2 ，最后经 m Br 定量计算汤姆生认定组成阴极射线的粒子为电子．
(2014· 河源高二检测)一种测定电子比荷的实验装置如 图所示．真空玻璃管内，阴极K发出的电子经阳极A与阴极K 之间的高电压加速后,形成细细的一束电子流，以平行于平板 电容器极板的方向进入两极板C、D间的区域．若两极板C、 D间无电压，电子将打在荧光屏上的O点；若在两极板间施加 电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再 在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的 匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O.已知极板 的长度l＝5.00 cm，C、D间的距离d＝1.50 cm，极板区的中
说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左
手定则．使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可
知磁场方向应为垂直于纸面向外，故C正确．
1．(单选)关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( C ) A．阴极射线本质是氢原子
B．阴极射线本质是电磁波
C．阴极射线本质是电子 D．阴极射线本质是X射线 解析：阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是 电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是 错误的．
[ 想一想 ]
为什么说电子的发现打破了“原子不可分”这一
观点？
提示：英国科学家道尔顿建立了科学的原子理论 ,此后“原子 是不可分割的实物粒子”这一观点牢牢占据统治地位.1897年,
汤姆生用实验证实了存在比原子更小的微粒 ——电子，从此
改变了这一观点.
对“阴极义，阴极射线是阴极放射出来的射线．经验证它实际
带电粒子比荷的测定
1．让粒子通过正交的电磁场 (如图 )，让其做直线运动，根 据二力平衡， 即 F 洛 ＝ F 电(Bqv＝ qE)得到粒子的运动速度 v E ＝ B
2018-2019学年粤教版选修3-5第3章第一节敲开原子的大门第二节原子的结构学案
第一节敲开原子的大门第二节原子的结构一、探索阴极射线1．阴极射线：在抽成真空的玻璃管两端加上______时，从______发生的一种使玻璃管壁上出现荧光的射线．2．汤姆生对阴极射线的探索方法（1）让阴极射线通过电场，根据__________，可判断阴极射线带______．（2）让阴极射线通过磁场，根据__________，测出阴极射线的________．预习交流1阴极射线管的玻璃管为什么要抽成真空呢？二、电子的发现汤姆生的探究方法（1）换用不同的放电气体，或用不同金属材料制作电极，测得阴极射线的荷质比______．（2）在气体电离、光电效应中，可从不同物质中放出这种射线粒子．（3）这种粒子的电荷与氢离子基本相同，______却比氢原子小得多．预习交流219世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点．一种观点认为阴极射线是电磁波，另一种观点认为阴极射线是带电微粒．如果阴极射线带电，用什么方法才能判断？三、原子的结构1．汤姆生的原子结构模型——______________模型．2．α粒子散射实验（1）实验方法：用α放射源放射的α粒子束轰击______，利用荧光屏接收，探测通过金箔后的α粒子______情况．（2）实验结果：__________α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，但______α粒子发生了较大的偏转，并且有__________α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°．3．原子的核式结构的提出（1）卢瑟福的原子核式结构模型原子的中心有一个带正电的________，它几乎集中了原子的__________，而电子则在核外空间__________．（2）核式结构模型能够解释α粒子散射实验．4．原子核的大小原子核的半径约为__________________，原子半径大约是________ m．预习交流3在α粒子散射实验中，偏转角大的α粒子与偏转角小的α粒子相比，谁离原子核更近一些？答案：一、1．高压阴极2．（1）偏转情况负电（2）偏转情况荷质比预习交流1：答案：如果玻璃管内有气体，稀薄气体在高压下导电产生辉光放电，也可产生荧光，这时粒子可能来自管中气体，为了使射线来自阴极，就一定要把玻璃管中抽成真空．二、（1）相同（3）质量预习交流2：答案：带电粒子在电场中受到电场力的作用，能够发生电偏转，同样在磁场中受到洛伦兹力的作用，能够发生磁偏转．若阴极射线是带电微粒，则加上合适的电场或磁场后会发生偏转；若阴极射线是电磁波，则在任何情况下加上电场或磁场都不会发生偏转．三、1．葡萄干布丁2．（1）金箔分布（2）绝大多数少数极少数3．（1）原子核全部质量绕核旋转4．10－15～10－14 m 10－10预习交流3：答案：偏转角大的α粒子离原子核更近一些，因为离核越近，所受的库仑力越大，偏转角越大；离核越远，所受的库仑力越小，偏转角越小．一、对“阴极射线”的研究1．阴极射线的发现说明了什么？2．尝试分析阴极射线有何特点？3．什么是阴极射线？它是怎样形成的？4．在演示实验的仪器中，制成阳极的金属环能否换成金属片？5．元电荷就是单位电荷，就是电子，对吗？6．密立根油滴实验取得了哪些成就？阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为（）．A．平行于纸面向下B．平行于纸面向上C．垂直于纸面向外 D．垂直于纸面向里1．阴极射线不能误认为是X射线．2．当阴极射线穿过电场或磁场区域时，其重力远小于电场力或洛伦兹力，因此一般不考虑其重力．3．简单说，阴极射线的形成，都是想办法让电子动能变大，原子核束缚不住电子，这样电子就飞出去了．手段有加热、光子照射阴极表面（光电效应）、用别的阴极产生的电子轰击阴极等．本节中的阴极射线管是利用外加电场把电子“拉”出来，称为场发射阴极．这几种作用可不是截然分开的，比如热发射和场发射，就可以在同一阴极中存在，只是侧重不同．二、带电粒子比荷的测定1．如何判断阴极射线的带电性质？ 2．如何测定射线粒子的比荷？3．英国物理学家汤姆孙发现，用不同的金属材料制作电极的阴极，都测得相同的比荷，这说明什么问题？4．阴极射线的本质是什么？在研究性学习中，某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如图所示．abcd 是个长方形盒子，在ad 边和cd 边上各开有小孔f 和e ，e 是cd 边上的中点，荧光屏M 贴着cd 放置，能显示从e 孔射出的粒子落点位置．盒子内有一方向垂直于abcd 平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B ．粒子源不断地发射相同的带电粒子，粒子的初速度可以忽略．粒子经过电压为U 的电场加速后，从f 孔垂直于ad 边射入盒内，粒子经磁场偏转后恰好从e 孔射出．若已知fd ＝cd ＝L ，不计粒子的重力和粒子之间的相互作用．请你根据上述条件求出带电粒子的比荷q m．测量带电粒子的比荷，常见的测量方法有两种：（1）利用磁偏转测比荷，由qvB ＝m v 2R 得q m ＝vBR，只需知道磁感应强度B 、带电粒子的初速度v 和偏转半径R 即可．（2）利用电偏转测比荷，偏转量y ＝12at 2＝12·qU md （L v ）2，故q m ＝2ydv 2UL2，所以在偏转电场U 、d 、L 已知时，只需测量v 和y 即可．三、α粒子散射实验的进一步分析1．α粒子散射实验的装置是怎样的？2．α粒子散射实验中，看到了怎样的现象？原子的核式结构模型的内容有哪些？ 3．核式结构模型如何解释α粒子散射实验的结果？如图为α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜在图中的A 、B 、C 、D 四个位置时，关于观察到的现象，下述说法不正确的是（ ）．A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多C．放在C、D位置时屏上观察不到闪光D．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少1．在α粒子散射实验中用金箔做靶子的原因是：金的原子序数大，α粒子与金的原子核间的相互作用力大，偏转明显，并且金的延展性好，更容易做成极薄的金箔，α粒子更容易穿过．2．根据α粒子散射实验的现象可以得出的判断是：（1）绝大多数α粒子不偏移→原子内部是十分“空旷”的．（2）少数α粒子发生较大偏转→原子内部有“核”存在．（3）极少数α粒子被弹回表明：作用力很大→原子内部的“核”质量很大，电荷量集中，根据以上结论可以判断：原子内部绝大部分是“空”的，原子的质量和电荷量主要集中在体积很小的“核”上．1．关于汤姆生发现电子的下列说法中正确的是（）．A．卢瑟福是第一个测出阴极射线比荷的人B．汤姆生直接测出了阴极射线的质量C．汤姆生发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的比荷是不同的D．汤姆生由实验得到的阴极射线的比荷是氢离子比荷的近两千倍2．（双选）下列说法中正确的是（）．A．阴极射线在电场中一定会受到电场力的作用B．阴极射线在磁场中一定会偏转C．阴极射线在磁场中一定会受到磁场对它的作用力D．阴极射线的本质是带电微粒（电子）的定向移动3．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为（）．A．α粒子与电子根本无相互作用B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计D．电子很小，α粒子碰撞不到电子4．如图所示，一束阴极射线自下而上进入一水平方向的匀强电场后发生偏转，则电场方向__________，进入电场后，阴极射线粒子的动能________（选填“增加”“减少”或“不变”）．5．已知电子质量为9.1×10－31 kg ，静电荷量为－1.6×10－19C ，当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10－10m 时，求电子绕核运动的速度、频率、动能和等效的电流．（静电力常量k ＝9.0×109 N·m 2/C 2）答案：活动与探究1：1．答案：说明原子是可以再分的． 2．答案：阴极射线能够使荧光物质发光．3．答案：阴极射线顾名思义是阴极放射出来的射线．我们现在知道它实际上就是电子束．阴极射线是怎样产生出来的呢？同学们都知道光电效应，也知道光电流的产生，即电子脱离金属表面需要光子提供一个逸出功．这个逸出功当然不是只有光子才能提供，任何来源的能量都是一样的．所以我们可以将金属加热，让其温度变得很高，电子热运动加剧，电子热运动能量足够大时同样可以在金属表面逸出，这时我们再以这块金属作为阴极（负极），在相距一定距离的地方设一个正极，逸出金属表面的电子可以在电场作用下向阳极运动，形成电子束，形成的电子束即阴极射线．4．答案：不能．阴极射线是由阴极发出的某种射线，这种射线通过阳极后撞击到玻璃壁上，而产生淡淡的荧光．若将阳极换成金属片，阴极射线就无法通过阳极到达玻璃管上了，此时也就观察不到在玻璃管上的荧光了．5．答案：元电荷是最小的电荷量单元，但并不是说电子就是元电荷．6．答案：1913年美国科学家密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷量，目前测定的元电荷的电荷量是e ＝1.602 176 462（63）×10－19C ，有关计算中一般使用e ＝1.602×10－19C ．该实验还发现：电荷是量子化的，即任何电荷只能是电子电荷量（元电荷）e 的整数倍．由比荷及e 的数值确定电子的静质量为m e ＝9.109×10－31kg ．迁移与应用1：C 解析：由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右传播，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C 正确．活动与探究2：1．答案：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位置变化和电场的情况确定带电的性质．方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据荧光屏上亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质．2．答案：（1）让粒子通过正交的电磁场（如图），让其做直线运动，根据二力平衡，即Bqv ＝qE 得到粒子的运动速度v ＝E B．（2）在其他条件不变的情况下，撤去电场（如图），保留磁场，让粒子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv ＝m v 2r，根据磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r ．（3）由以上两式确定粒子的比荷表达式：q m ＝EB r． 3．答案：这说明各种阴极射线的成分相同，阴极射线的组成成分是构成各种物体的共同成分，是比原子更基本的物质单元．4．答案：汤姆孙根据阴极射线的比荷和粗测的阴极射线的电荷量确定了阴极射线的成分．阴极射线的本质是带负电的粒子流，这种粒子被称为电子．迁移与应用2：答案：128U25B 2L 2解析：带电粒子进入电场，经电场加速．根据动能定理得qU ＝12mv 2，得v ＝2qUm，粒子进入磁场后做匀速圆周运动，轨迹如图所示．设圆周半径为R ，在三角形Ode 中，有（L －R ）2＋（L2）2＝R 2整理得：R ＝58L洛伦兹力充当向心力：qvB ＝m v 2R联立上述方程，解得q m ＝128U25B 2L2．活动与探究3：1．答案：实验装置如图所示，由α粒子放射源、金箔、荧光屏等组成．放射源放出快速运动的α粒子，α粒子通过金箔时被散射，打在荧光屏上，荧光屏上带有放大镜，可以在水平面内转动，整个装置封闭在真空内．2．答案：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转，偏转角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图所示．（1）在原子中心有一个很小的核叫原子核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里．（2）带负电的电子在核外空间绕核旋转． 3．答案：（1）由于原子核很小，大多数α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响．（2）只有极少数α粒子有机会与原子核接近，明显地受到原子核的斥力而发生大角度的偏转．迁移与应用3：C 解析：根据α粒子散射实验的现象，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上沿原方向前进，因此在A 位置观察到的闪光次数最多，故A 正确，少数α粒子发生大角度偏转，因此从A 到D 观察到的闪光次数会逐渐减少，因此B 、D 正确，C 错．当堂检测 1．D 2．AD3．C 解析：α粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有α粒子质量的7 300分之一，碰撞时对α粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样，故正确选项为C ．4．答案：水平向左 增加解析：由偏转方向知阴极射线粒子受电场力，从而得到电场方向．根据电场力做功的情况判断粒子动能的变化．5．答案：2.18×106 m/s 6.55×1015 Hz 2.16×10－18 J 1.05×10－3A 解析：库仑力充当圆周运动的向心力．k q 1q 2r2＝mv 2/r ＝mr 4π2f 2所以v ＝2.18×106m/s f ＝6.55×1015 Hz T ＝1fE k ＝12mv 2＝2.16×10－18 J I ＝q t ＝qT＝qf ＝1.05×10－3 A ．。
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第一节 敲开原子的大门对应学生用书页码P351．1858年，德国物理学家普吕克尔发现了阴极射线，在一个抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光。
2．汤姆生的实验验证表明，阴极射线本质上是由带负电的微粒组成。
3．汤姆生测定阴极射线中带电粒子比荷的基本思想是，一个质量为m 、电荷为e 的带电粒子以速率v 垂直进入磁场B 中，如果粒子仅受磁场力作用，将做圆周运动，向心力即为洛伦兹力：m v 2r＝evB ，只要确定了粒子运动的速率及半径，就可以测出比荷。
4．美国科学家密立根精确测定了电子的电量e ＝1.6022×10－19C 。
对应学生用书页码P35 阴极射线的探究1.在一个抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光，这种奇妙的射线被称为阴极射线。
2．阴极射线带电性质的判断(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。
3．阴极射线荷质比的测定(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直的大小合适的磁场，抵消阴极射线的偏转。
由此可知qE －qvB ＝0。
则v ＝E B。
(3)去掉电场，只保留磁场，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，则由qvB＝mv2r得qm＝vBr＝EB2r。
4．阴极射线的本质汤姆生根据阴极射线在电场和磁场中的偏转断定，阴极射线的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷。
后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。
1．阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图3－1－1所示，若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为( )A．平行于纸面向左B．平行于纸面向上C．垂直于纸面向外D．垂直于纸面向里解析：由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则。
使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故C正确。
答案：C电子的发现1.电子的大小电子是构成各种物体的共同成分，它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，它的电荷与氢原子的电荷大小基本相同。
电子所带电量为e＝1.6022×10－19 C。
2．电子电量的测定——密立根油滴实验(1)如图3－1－2所示，两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接，使A板带正电，B板带负电。
从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中。
图3－1－2(2)小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可以使小油滴静止在两板之间，此时电场力和重力平衡即mg＝Eq，则电荷的电量q＝mgE。
3．电子发现的物理意义电子是人类发现的第一个比原子小的粒子。
电子的发现，打破了原子不可再分的传统观图3－1－1念，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构。
从此，原子物理学迅速发展，人们对物质结构的认识进入了一个新时代。
2．关于电子的下列说法中不．正确的是( ) A ．发现电子是从研究阴极射线开始的 B ．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分C ．电子发现的意义是：使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构D ．电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同 解析：由物理学史知识可知，人们从研究阴极射线开始，发现了电子，认识到它是原子的组成部分，原子本身也是可以再分的。
故选项A 、B 、C 对，D 错。
答案：D对应学生用书页码P36利用电(或磁)偏转测带电粒子比荷[例3－1－3所示。
真空管内的阴极K 发出的电子(不计初速度、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A ′中心的小孔沿中心轴O 1O 的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P 和P ′间的区域。
当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O 点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U 后，亮点偏离到O ′点，O ′与O 的竖直间距为d ，水平间距可忽略不计。
此时，在P 和P ′间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场。
调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B 时，亮点重新回到O 点。
已知极板水平方向的长度为L 1，极板间距为b ，极板右端到荧光屏的距离为L 2。
图3－1－3(1)求打在荧光屏O 点的电子速度的大小。
(2)推导出电子的比荷的表达式。
[解析] (1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O 点。
设电子的速度为v ，则：evB ＝eE ，可得v ＝EB ，即v ＝U Bb。
(2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为a＝eUmb。
电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为t1＝L1v。
这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为d1＝12at21＝eL21U2mv2b，离开电场时竖直向上的分速度v⊥＝at1＝eL1Umvb，电子离开电场后做匀速直线运动，到达荧光屏的时间t2＝L2v，t2时间内向上运动的距离d2＝v⊥t2＝eUL1L2mv2b，这样，电子向上的总偏转量为d＝d1＋d2＝eUmv2bL1(L2＋L12)，可解得em＝UdB2bL1L2＋L12。
[答案] (1)UBb(2)UdB2bL1L2＋L12解决带电粒子在电磁场中偏转的问题时，要切记以下几点：(1)所加电场、磁场为匀强电场、磁场。
(2)带电粒子只在电场中偏转时做类平抛运动，可利用运动的分解、直线运动公式、牛顿运动定律列出相应的关系。
(3)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图确定圆心位置，利用几何知识求出其半径。
(4)带电粒子若通过相互垂直的电、磁场时，一般使其不发生偏转，由此可求出带电粒子的速度。
如图3－1－4所示，让一束均匀的阴极射线垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B和电场强度E，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，测得其半径为R，求阴极射线中带电粒子的比荷。
解析：因为带电粒子不偏转，所以受到的电场力与洛伦兹力平衡，即qE ＝qBv ，所以v ＝E B。
粒子进入磁场后做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力qvB ＝mv 2R，所以，其半径为R＝mv qB，所以q m ＝ERB 2。
答案：E RB 2电子电荷量的测定[例2] 电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的。
油滴实验的原理如图3－1－5所示，两块水平放置的平行金属板与电源连接，上、下板分别带正、负电荷。
油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况。
两金属板间的距离为d ，忽略空气对油滴的浮力和阻力。
(1)调节两金属板间的电势差u ，当u ＝U 0时，使得某个质量为m 1的油滴恰好做匀速运动。
该油滴所带电荷量q 为多少？(2)若油滴进入电场时的速度可以忽略，当两金属板间的电势差u ＝U 时，观察到某个质量为m 2的油滴进入电场后做匀加速运动，经过时间t 运动到下极板，求此油滴所带电荷量Q 。
[解析] (1)油滴匀速下落过程中受到的电场力和重力平衡，可见所带电荷为负电荷，即q U 0d＝m 1g ，得q ＝m 1g d U 0。
(2)油滴加速下落，电荷量为Q ，因油滴带负电，则油滴所受到的电场力方向向上，设此时的加速度大小为a ，由牛顿第二定律得m 2g －Q U d ＝m 2a ，d ＝12at 2，得Q ＝m 2d U (g －2d t2)。
图3－1－5[答案] (1)m1gdU0(2)m2dU(g－2dt2)密立根的“油滴实验”中易忽视带电油滴的重力，从而使问题无从下手，像油滴、尘埃、小颗粒、小球等宏观物体除特别说明外都要考虑重力。
[对应课时跟踪检测十二] 1．(双选)有关物理学史下列说法正确的是( )A．赫兹最先发现了阴极射线B．汤姆生精确测出了电子的电荷量e＝1.6×10－19CC．汤姆生最先测出了阴极射线的比荷D．电子电荷的精确值是由密立根通过“油滴实验”测出的解析：最早发现阴极射线的是德国科学家普里克，A错。
汤姆生最先测出了阴极射线的比荷，但并没有测定出电子的电荷量，电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的，故B错，C、D对。
答案：CD2．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( )A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波C．阴极射线本质是电子D．阴极射线本质是X射线解析：阴极射线是原子受激发射出的电子，故选项C对。
答案：C3．如图1所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将( )A．向纸内偏转B．向纸外偏转C．向下偏转D．向上偏转解析：长直导线电流方向向左，由安培定则可判定直导线下方所处磁场垂直纸面向外，图1由于电子从负极端射出，根据左手定则可判定电子向上偏转，即阴极射线将向上偏转。
答案：D4．关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是( )A ．密立根利用电场力和重力平衡的方法，测得了带电体的最小质量B ．密立根利用电场力和重力平衡的方法，测出了带电体的最小带电荷量C ．密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量D ．密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子的千分之一解析：密立根“油滴实验”是利用喷雾的方法，在已知小液滴质量的前提下利用电场力和小液滴的重力平衡，测出每个小液滴带电荷量都是1.6×10－19C 的整数倍；带电体的带电荷量不是连续的，而是量子化的；并且电子的带电荷量也为1.6×10－19C ，带负电。
故B 对。
答案：B5．如图2所示为示波管中电子枪的原理示意图。
示波管内被抽成真空，A 为发射热电子的阴极，K 为接在高电势点的加速阳极，A ，K 间电压为U 。
电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K 的小孔中射出时的速度大小为v ，下面的说法中正确的是( )A ．如果A ，K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为2vB ．如果A ，K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为v2C ．如果A ，K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为v2D ．如果A ，K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为22v 解析：由Uq ＝12mv 2可得v ＝2qUm，可见电子经加速电场加速后的速度仅与电压有关，当电压减半时，速度变为原来的22，选项D 对。