高中物理 18.1 电子的发现 新人教版选修3-5
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难点：电子比荷的推导。
课前自主学习
一、阴极射线
在充有稀薄气体的玻璃管两端安装电极，当两极间加上一定 电压时，阴极便发出一种看不见的射线，这种射线叫做 阴极射线。
二、电子和发现 1．汤姆孙的探究方法及结论 汤姆孙根据阴极射线在 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比荷。 汤姆孙用不同材料的阴极做实验，所得的比荷都是 相同 的，是氢离子比荷的近两千倍。 汤姆孙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 大致相同。后来把组成阴极射线的粒子 称为 电子 。
第十八பைடு நூலகம் 原子结构
第1节 电子的发现
[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，是比原子更基本的物质单元。 2.体会电子的发现 过程中蕴含的科学方法。 3.知道电荷是量子化的，即任何电荷 只能是 e 的整数倍。 4.领会电子的发现对揭示原子结构的重大 意义。
[知识定位] 重点：1.电子的发现和认识过程。 2.电子的 电荷量和质量、比荷。
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；阴极射线最早由德国物理学家戈德斯坦在 1876 年提出并 命名，故 C 对；阴极射线本质是电子流，故 D 错。
答案：C
1．阴极射线是如何产生的？ 提示：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极。当两极间 加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线。 2．阴极射线的本质是什么？ 提示：电子流。
2．只有阴极射线中包含电子吗？ 提示：不是只有阴极射线中包含电子。β 射线、光电效应中 的光电流、热离子发射效应中的离子流，都包含电子。
课堂合作探究
要点一 阴极射线
1. 演示实验：如图所示，真空玻璃管中，K 是金属板制成 的阴极，接在感应线圈的负极上，金属环制成的阳极 A，接感应 线圈的正极，接通电源后，观察管端玻璃壁上亮度的变化。
例 3 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′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。
2．汤姆孙的进一步研究 汤姆孙进一步研究发现，不论是阴极射线、β 射线、光电效 应中的光电流还是热离子发射效应中的离子流，它们都包含 电子 。 结论：电子是从原子中发射出来的，它的质量只比最轻原子 的质量的两千分之一稍多一点，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。
3．对电子的认识 电子电荷量 e＝ 1.602×10－19 C ，是由密立根通过著名的 “ 油滴实验 ”测出来的。 密立根发现，电荷是 量子化 的，任何电荷只能是 e 的整数
1．阴极射线管发出荧光的原因是什么？ 提示：阴极射线是带负电的粒子流，它高速运动打到玻璃壁 上，使管壁发出荧光。 2．如何判断阴极射线是电磁波还是带电粒子？ 提示：使阴极射线垂直进入偏转电场或偏转磁场，通过打在 荧光屏上的亮点的位置，判断是带电粒子还是电磁波。
例 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戈德斯坦命名的 D．阴极射线就是 X 射线
要点二 带电粒子比荷的测定
1. 让粒子通过正交的电磁场(如图所示)，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＝EB。
2. 在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图所示)，保留磁 场让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦力提供向心力即 Bqv＝ mrv2，根据轨迹偏转情况，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：mq ＝BE2r，最后经定 量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子。
1．实验过程中，哪些物理量是可控并且可以直接测量的？ 提示：电场强度 E，磁感应强度 B 及在磁场中运动的半径 r。 2．若带电粒子速度垂直磁场方向进入磁场，粒子做什么运 动？ 提示：匀速圆周运动。
2. 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。
3. 实验分析：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。
4．对阴极射线本质的认识 对于阴极射线的本质，科学家做了大量的科学研究，主要形 成了两种观点。 (1)电磁波说 代表人物——赫兹，他认为这种射线的本质是一种电磁辐 射。 (2)粒子说 代表人物——汤姆孙，他认为这种射线的本质是一种带电粒 子流。
倍。 质子的质量与电子的质量的比值： 1836∶1 。
1．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。
对阴极射线的理解 1．阴极射线实际上就是电子束。 2．辉光现象产生的条件是：气体稀薄。 3．阴极射线的来源：若真空度高，阴极射线的粒子主要来 自阴极；若真空度不高，粒子可能来自管中气体。 4．阴极射线不是 X 射线。
5．阴极射线带电性质的判断方法 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，其带电性质的判断方法如下： (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 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
解析：阴极射线是原子受到激发而射出的电子流。关于阴极 射线是电磁波、X 射线等都是研究阴极射线过程中的一些猜想， 后来经证明都是错的。
答案：C
课前自主学习
一、阴极射线
在充有稀薄气体的玻璃管两端安装电极，当两极间加上一定 电压时，阴极便发出一种看不见的射线，这种射线叫做 阴极射线。
二、电子和发现 1．汤姆孙的探究方法及结论 汤姆孙根据阴极射线在 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比荷。 汤姆孙用不同材料的阴极做实验，所得的比荷都是 相同 的，是氢离子比荷的近两千倍。 汤姆孙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 大致相同。后来把组成阴极射线的粒子 称为 电子 。
第十八பைடு நூலகம் 原子结构
第1节 电子的发现
[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，是比原子更基本的物质单元。 2.体会电子的发现 过程中蕴含的科学方法。 3.知道电荷是量子化的，即任何电荷 只能是 e 的整数倍。 4.领会电子的发现对揭示原子结构的重大 意义。
[知识定位] 重点：1.电子的发现和认识过程。 2.电子的 电荷量和质量、比荷。
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；阴极射线最早由德国物理学家戈德斯坦在 1876 年提出并 命名，故 C 对；阴极射线本质是电子流，故 D 错。
答案：C
1．阴极射线是如何产生的？ 提示：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极。当两极间 加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线。 2．阴极射线的本质是什么？ 提示：电子流。
2．只有阴极射线中包含电子吗？ 提示：不是只有阴极射线中包含电子。β 射线、光电效应中 的光电流、热离子发射效应中的离子流，都包含电子。
课堂合作探究
要点一 阴极射线
1. 演示实验：如图所示，真空玻璃管中，K 是金属板制成 的阴极，接在感应线圈的负极上，金属环制成的阳极 A，接感应 线圈的正极，接通电源后，观察管端玻璃壁上亮度的变化。
例 3 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′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。
2．汤姆孙的进一步研究 汤姆孙进一步研究发现，不论是阴极射线、β 射线、光电效 应中的光电流还是热离子发射效应中的离子流，它们都包含 电子 。 结论：电子是从原子中发射出来的，它的质量只比最轻原子 的质量的两千分之一稍多一点，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。
3．对电子的认识 电子电荷量 e＝ 1.602×10－19 C ，是由密立根通过著名的 “ 油滴实验 ”测出来的。 密立根发现，电荷是 量子化 的，任何电荷只能是 e 的整数
1．阴极射线管发出荧光的原因是什么？ 提示：阴极射线是带负电的粒子流，它高速运动打到玻璃壁 上，使管壁发出荧光。 2．如何判断阴极射线是电磁波还是带电粒子？ 提示：使阴极射线垂直进入偏转电场或偏转磁场，通过打在 荧光屏上的亮点的位置，判断是带电粒子还是电磁波。
例 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戈德斯坦命名的 D．阴极射线就是 X 射线
要点二 带电粒子比荷的测定
1. 让粒子通过正交的电磁场(如图所示)，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＝EB。
2. 在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图所示)，保留磁 场让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦力提供向心力即 Bqv＝ mrv2，根据轨迹偏转情况，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：mq ＝BE2r，最后经定 量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子。
1．实验过程中，哪些物理量是可控并且可以直接测量的？ 提示：电场强度 E，磁感应强度 B 及在磁场中运动的半径 r。 2．若带电粒子速度垂直磁场方向进入磁场，粒子做什么运 动？ 提示：匀速圆周运动。
2. 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。
3. 实验分析：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。
4．对阴极射线本质的认识 对于阴极射线的本质，科学家做了大量的科学研究，主要形 成了两种观点。 (1)电磁波说 代表人物——赫兹，他认为这种射线的本质是一种电磁辐 射。 (2)粒子说 代表人物——汤姆孙，他认为这种射线的本质是一种带电粒 子流。
倍。 质子的质量与电子的质量的比值： 1836∶1 。
1．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。
对阴极射线的理解 1．阴极射线实际上就是电子束。 2．辉光现象产生的条件是：气体稀薄。 3．阴极射线的来源：若真空度高，阴极射线的粒子主要来 自阴极；若真空度不高，粒子可能来自管中气体。 4．阴极射线不是 X 射线。
5．阴极射线带电性质的判断方法 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，其带电性质的判断方法如下： (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 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
解析：阴极射线是原子受到激发而射出的电子流。关于阴极 射线是电磁波、X 射线等都是研究阴极射线过程中的一些猜想， 后来经证明都是错的。
答案：C