第十八章 第1节 电子的发现

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1．[多选]关于电子的下列说法中正确的是
()
A．发现电子是从研究阴极射线开始的
B．任何原子中均有电子，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：电子带负电，其所受的电场力方向与电场线方向相反。
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2．密立根“油滴实验” (1)精确测定 电子电荷 。 (2)电荷是 量子化 的。 3．电子的有关常量
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1．自主思考——判一判
(1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。
( ×)
(2)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。(×)
(3)阴极射线在真空中沿直线传播。
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1．[多选]如图所示，从正离子源发射 的正离子经加速电压 U 加速后进 入相互垂直的匀强电场 E 和匀强磁场 B 中，发现离子向 上偏转，要使此离子沿直线穿过电场，则应 ( ) A．增大电场强度 E，减小磁感应强度 B B．减小加速电压 U，增大电场强度 E C．适当地加大加速电压 U D．适当地减小电场强度 E
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解析：正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场的区域 中，受到的电场力 F＝qE，方向向上，受到的洛伦兹力 f＝ qvB，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力， 要使离子沿直线运动，即 qE＝qvB，则只有使洛伦兹力增 大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压 U 或增大磁感应强度 B，减小电场力的途径是减小场强 E。选 项 C、D 正确。 答案：CD
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第1节
电子的发现
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1．英国物理学家汤姆孙发现了电子。 2．组成阴极射线的粒子——电子。 3．密立根通过“油滴实验”精确测
定了电子电荷量。 4．密立根实验发现：电荷是量子化
的，即任何带电体的电荷只能是 e 的整数倍。
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一、阴极射线 1．实验装置：如图所示真空玻璃管中 K 是金属板制成 的 阴极，A 是金属环制成的 阳极 ；把它们分别连在感应圈 的负极和正极上。
答案：ABC
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2．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(电子束)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：由题目条件不难判断阴极射线管所在处磁场垂直
纸面向外，电子从负极射出，由左手定则可判定阴极射
线(电子束)向上偏转。故正确选项为 D。 答案：D
甲
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2．撤去电场(如图乙)，保留磁场，让粒子单纯地在磁场 中运动，由洛伦兹力提供向心力，即 Bqv＝mvr2，根据轨迹偏 转情况，由几何知识求出其半径 r。
乙 3．由以上两式确定粒子的比荷表达式：mq ＝BE2r。
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[典例] 带电粒子的比荷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，以求得电子的比荷，实验装置如图所示。其中两正对极板 M1、M2 之间的距离为 d，极板长度为 L。
[答案] 见解析
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运用电磁场测定电子比荷的解题技巧 (1)当电子在复合场中做匀速直线运动时，qE＝qvB，可以测 出电子速度大小。 (2)当电子在磁场中偏转时，qvB＝mvr2，测出圆周运动半径， 即可确定比荷。 (3)当电子在匀强电场中偏转时，y＝12at2＝2qmUvL022d，测出电场 中的偏转量也可以确定比荷。
(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。
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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＝Ub e，得 v＝BUb
即打到荧光屏 O 点的电子速度的大小为BUb。
(2)由题意得 d＝12·meUb·Lv12＋meUb·Lv1L2 2，
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对阴极射线的认识
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——汤姆孙，他认为这种射线是一 种带电粒子流。
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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。
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，则d2＝2UdqmLv2，mq ＝dU2Lv22。
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 为已知量，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，由左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外。
(√)
(4)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。 (×)
(5)组成阴极射线的粒子是电子。
(√)
(6)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。 (×)
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2．合作探究——议一议 气体放电管中的气体为什么会导电？ 提示：气体分子内部有电荷，正电荷和负电荷的数量相等， 对外呈电中性，当分子处于电场中时，正电荷和负电荷受电 场力的方向相反，电场很强时正、负电荷被“撕”开，于是 出现了等量的正、负电荷，在电场力作用下做定向运动，气 体就导电了。
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3．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
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
代入 v＝BUb，解得me ＝B2bL12LU1d＋2L2。
答案：(1)BUb
(2)me ＝B2bL12LU1d＋2L2
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“多练提能·熟生巧”见“课时跟踪检测(八)” (单击进入电子文档)
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2．如图所示为汤姆孙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 L1，极板间距为 b，极板右端到荧光屏的距离为 L2。
手定则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，可知磁
场方向应为垂直于纸面向外，故 C 正确。 答案：C
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电子比荷的测定方法
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1.让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场(如图甲)，让其 做匀速直线运动，根据二力平衡，即 F 洛＝F 电(Bqv＝qE)， 得到粒子的运动速度 v＝EB。
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2．实验现象：玻璃壁上出现淡淡的 荧光 及管中物体 在玻璃壁上的影。
3．阴极射线：荧光是由于玻璃受到 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 。
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二、电子的发现 1．汤姆孙的探究 (1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据 偏转 情况，证 明它是 B (A.带正电 B．带负电)的粒子流并求出了它的比荷。 (2)换用 不同材料 的阴极做实验，所得 比荷 的数值都相 同。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。 (3)进一步研究新现象，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 ——电子。由此可见，电子是原子的 组成部分 ， 是比原子更 基本 的物质单元。
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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； B．在 M1、M2 两极板间加合适的电场：加极性如图所示 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，对 M1、M2 区域加一 个大小、方向合适的磁场 B，使荧光屏正中心处重现亮点。 试问外加磁场的方向如何？
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[思路点拨] (1)当电子在电场中的竖直偏转位移达到d2时，恰好在荧光 屏上看不到亮点。 (2)要使电子恰好打在荧光屏正中心处，所加的磁场必须满 足使电子所受的电场力与其所受的洛伦兹力等大反向。 (3)判断磁场的方向时要注意电子的电性。
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[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。