十八章电子的发现
第十八章_原子结构_学案
十八章原子核18．1 电子的发现【学习目标】1.知道电子是怎样发现的及其对人类探索原子结构的重大意义．2．知道阴极射线及其产生方法，了解汤姆孙发现电子的研究方法．3．能熟练运用所学知识解决电子在电场和磁场中运动问题．【重点难点】1.电子的发现过程．2．电子在电场和磁场中运动的有关计算．【易错问题】误认为气体压强越小辉光现象越明显．【自主学习】一、阴极射线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_____．对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。
（1）电磁波说：代表人物，赫兹。
认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。
（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。
认为这种射线的本质是一种高速粒子流。
二、电子的发现1897年英国物理学家_______通过研究_________发现了电子；1910年美国物理学家_________通过著名的____实验精确测定了电子的电荷量．电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元，电子的电荷量约为__________C，电子的质量约为__________kg.任何带电体所带电量只能是电子电量的_______．【课堂达标】1．关于电子的发现者，下列说法正确的是( )A．英国的汤姆孙B．德国的普吕克尔C．德国的戈德斯坦D．美国的密立根2．汤姆孙对阴极射线的探究，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．物质中可能有电子，也可能没有电子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1836倍 D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元3．关于电荷量下列说法不．正确的是( )A．电子的电量是由密立根通过油滴实验测得的 B．物体的带电量可以是任意值C．物体带电量的最小值为1.6×10－19C D．电子所带的电荷量称为元电荷4.图18－1－8如图18－1－8所示，在阴极射线管正上方平行放一根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5．图18－1－9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，在下列措施中可采用的是( )图18－1－9A ．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6．图18－1－10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( )图18－1－10A ．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图18－1－117．如图18－1－11所示，光电管的阴极被某种频率的光照射后，能产生光电效应．阴极K 上的电子被激发逸出表面(初速度为零)，经加速电压U 加速后达到阳极A 上，并立即被A 吸收．若电子电荷量为e ，质量为m .则A 极在单位时间内所受的冲量为________．8.图18－1－12测量油滴带电荷量的装置如图18－1－12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．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？思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。
[学案]人教版选修35第十八章第一节电子发现学案全面版
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第十八章原子结构1 电子的发现·教学设计·【学习目标】1．知道阴极射线的组成，电子是原子的组成局部。
2．领悟电子发现过程中所包括的科学方法。
3．知道电荷是量子化的，意会电子的发现对揭穿原子结构的意义。
【重点难点】1．领悟电子发现过程中包括的科学方法。
2．电子电荷量确实定以及比荷确实定。
【课前预习】1．阴极射线〔 1〕在 ___________条件下，把气体分子中原来结合在一起的________电荷分开的过程叫气体的电离；（2〕阴极射线是x射线还是带电粒子流呢？假设是带电粒子流，显然可以由在电场或磁场中的 ______来确定。
2．电子的发现（1〕物理学家 __________在对阴极射线的研究中断定，阴极射线是带_______电的粒子流，并求出了它的比荷，确定了组成阴极射线的粒子是________，它是原子的组成局部；（2〕电子的电荷量是经过 ___________ 实验测定的，数值为e=______________，一个电子所带电荷量的数值也叫根本电荷，其他带电体的带电量是根本电荷的_________倍。
【预习检测】1．以以下图，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，发现射线径迹下偏，那么〔〕A．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，可以经过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的径迹与AB中的电流方向没关××××××××2．以以下图，让一束均匀的阴极射线垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感觉强度 B 和电场强度E，带电粒子将不发生偏转，尔后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，其半径为R，求阴极射线中带电粒子的比荷。
3．密立根油滴实验第一测出了元电荷的数值，其实验装置以以下图，油滴从喷雾器喷出，以某一速度进入水平旋转的平板之间。
人教版物理选修3-5课件 第十八章 原子结构 1电子的发现
液滴编号 1 2 3 4 …
电荷量/C 6.41×10－19 9.70×10－19 1.6×10－19 4.82×10－19
…
解析：表格中的数据与电子电量的比值关系为： qe1＝61.4.61××1100－－1199＝4，
qe2＝91.7.60××1100－－1199＝6， qe3＝11..66××1100－－1199＝1， qe4＝41.8.62××1100－－1199＝3.
(1)调节两金属板间的电势差 U，当 U＝U0 时，使得 某个质量为 m1 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＝U1 时，观察到某个质量为 m2 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.
得出结论：电荷是量子化的，电荷的电荷量都是元 电荷 e 的整数倍．
答案：电荷是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷 的整数倍
【学习力-学习方法】
优秀同龄人的陪伴 让你的青春少走弯路
小案例—哪个是你
忙忙叨叨，起早贪黑， 上课认真，笔记认真， 小A 就是成绩不咋地……
好像天天在玩， 上课没事儿还调皮气老师， 笔记有时让人看不懂， 但一考试就挺好…… 小B
第十八章 原子结构
1 电子的发现
学习目标
1.知道电子是怎样发现 的及其对人类探索原子 结构的重大意义. 2.了解汤姆孙发现电子 的研究方法，知道电子 的电荷量和质量. 3.能运用所学知识解决 电子在电场和磁场中的 运动问题.
重点难点 重点 1.电子的发现
过程及其意义. 2.电荷的量子 化. 难点
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，使荧屏正中心处重现 亮点，试问外加磁场的方向如何？
人教版高中物理选修3-5课件18.1电子的发现课件
解析:阴极射线带负电,在竖直向上的匀强电场中受向下的静电力作用,
将向下偏转;要使阴极射线不偏转,应使其再受一竖直向上的洛伦兹力
与库仑力平衡,由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外。
答案:带负电的粒子流(高速电子流)。 这个问题曾引起了物理学界一场大争论。法国物理学家大多认为 阴极射线是一种电磁波(以太波),英国的物理学家则认为是一种带电粒 子流,这一争论持续了二十年,促使许多物理学家进行了很有意义的实 验,推动了物理学的发展,这场争论最后由 J.J.汤姆孙解决了,他用实验表 明阴极射线就是带负电的粒子流。
3.教材思考与讨论栏目中,电子比荷的测定:
(1)在 D1、D2 间加电场后射线偏到 P2,由电场方向知,该射线带负电。 (2)在 D1、D2 间又加一磁场,电场与磁场垂直,让射线恰好不偏转, 该过程中射线受两个作用力:电场力和磁场力,两个力平衡,qvB=qE,得 v=������������。 (3)撤去电场,只保留磁场,得射线做圆周运动,轨道半径为 r,根据洛 伦兹力充当向心力:qvB=m������������2,得出:������������ = ������������������。 两式联立得:������������ = ���������2���r。
2.关于电荷量,下列说法中正确的是( ) A.物体所带电荷量可以是任意值 B.物体所带电荷量只能是某些值 C.物体所带电荷量的最小值为 1.6×10-19C D.一个物体带 1.6×10-9C 的正电荷,这是它失去了 1.0×1010 个电子的缘 故 答案:BCD 解析:电荷量是量子化的,即物体的带电荷量只能是某一最小电荷量的 整数倍,这一最小电荷量是 1.6×10-19C,A 错误,B、C 正确;物体带正电,
重点难点
人教版高中物理选修3-5教学案：第十八章 第1节 电子的发现 -含答案
第1节电子的发现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。
一、阴极射线1．实验装置：如图18-1-1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。
图18-1-12．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。
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。
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。
(√)(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。
(×)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。
选修3-5原子结构整章知识点
选修3—5第十八章原子结构第一节电子的发现第二节原子的核式结构模型第三节氢原子光谱第四节玻尔的原子模型二. 知识内容（一）1. 阴极射线：阴极射线的本质是带负电的粒子流，后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。
2. 电子的发现：1897年英国的物理学家汤姆孙发现了电子，并求出了这种粒子的比荷。
（二）1. 汤姆孙的原子模型：原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。
2. a粒子散射实验：（1）a粒子：a粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍。
（2）实验现象：绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数a粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于900，也就是说它们几乎被“撞了回来”。
（3）卢瑟福核式结构模型：原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。
按照卢瑟福的理论，正电体被称为原子核，卢瑟福的原子模型因而被称为核式结构模型。
3. 原子核的电荷与尺度：（1）电荷：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。
（2）尺度：对于一般的原子核，核半径的数量级为10－16m，而整个原子半径的数量级是10－10m，两者相差十万倍之多，可见原子内部是十分“空旷”的。
（三）1. 光谱：（1）定义：把光按波长的大小分开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录。
即光谱。
（2）分类：光谱分为线状谱和连续谱。
（3）特征：线状谱是一条条分立的亮线；连续谱是一条连续的光带。
2. 原子光谱：（1）定义：各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的亮线位置不同，把这些亮线称为原子的特征谱线。
（2）光谱分析：每种原子都有自己的特征谱线，我们可以用它来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。
3. 氢原子光谱：巴耳末公式：，式中R是里德伯常量，其值为R=1.10×l07m－1，n只能取整数，不能连续取值，波长也只会是分立的值。
人教版高中物理选修3-5 18.1-2电子的发现 原子的核式结构模型教学课件共29张PPT
二。卢瑟福的原子核式结构
1、在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核． 2、原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原 子核里． 3、带负电的电子在核外空间绕着核旋转．
课堂巩固
1.α粒子散射实验中，卢瑟福用α粒子轰击金箔， 下列四个选项中哪一项属于实验得到的正确结果
（B）
A．α粒子穿过金箔时都不改变方向 B．少数α粒子穿过金箔时有较大的偏转 C．绝大多数α粒子穿过金箔时有较大的偏转 D．α粒子穿过金箔时都有较小的偏转
汤姆孙的原子模型
汤姆孙的原子模型: 原子是一个球体；正电核 均匀分布在整个球内，而 电子就像大枣镶嵌在蛋糕 里那样镶嵌在原子里面．
汤姆孙的“枣糕模型”对吗？
正电荷
电子 勒纳德用电子轰击金属膜
一。α粒子散射实验 1.实验装置
全部设备装在真空中。
卢瑟福
2.实验步骤
（1）α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线， 射到荧光屏上产生闪光，通过放大镜可以看到这些闪 光点。
中正确的是：（ C ）
A.说明α粒子的速度很大 B.说明α粒子的质量比金原子还大 C.说明金原子的内部大部分是空的 D.说明金原子也是个球体
3、（2017·江苏·1）下列说法中正确的是 （C） A.质子与中子的质量不等，但质量数相等 B.两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于 库仑力 C.同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子 数可以不同 D.除万有引力外，两个中子之间不存在其它相互 作用力
2.卢瑟福α粒子散射实验表明（ D ）
A．原子带正电 B．原子是一个球体 C．电子在任意一个圆形轨道上运动 D．原子内部的正电荷并不是均匀分布的，而是集 中在很小的体积内
三。原子核的电荷与尺度
1.原子的组成
最新人教版高中物理选修3-5第十八章《电子的发现》教材梳理
疱丁巧解牛知识·巧学一、阴极射线1.通常情况下，气体是不导电的，但在强电场中，气体能够被电离而导电.联想发散平时我们在空气中看到的放电火花，就是气体电离导电的结果，在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体.2.阴极射线电性的发现检测阴极射线带电性为了研究阴极射线的带电性质，他设计了如图18-1-1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.图18-1-1检测阴极射线带电性3.产生：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.4.阴极射线的特点：碰到荧光物质能使其发光.二、电子的发现1.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，可从不同物体中击出这种带电粒子，说明它是构成物质的共同成分.汤姆生直接测量出粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本相同，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多.2.美国科学家密立根精确地测定了电子的电量：e=1.602 2×10-19C,根据荷质比，计算出电子的质量为：m=9.109 4×10-31 kg.3.电子发现的重大意义以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒，现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子的质量比最轻的氢原子质量小得多，这说明电子是原子的组成部分.电子带负电，而原子是电中性的，可见原子内还有带正电的物质，这些带正电的物质和带负电的电子如何构成原子呢？电子的发现大大激发了人们研究原子内部结构的热情，拉开了人们研究原子结构的序幕.典题·热题知识点一阴极射线例1 汤姆生是通过怎样的实验和推理过程发现电子的？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，然后通过带电粒子在磁场或电场中的运动实验测定阴极射线中负粒子的比荷的大小从而推理得到阴极射线中粒子是电子.方法归纳做好模拟实验，认真观察实验现象，理解实验过程，体会汤姆生在发现电子时的研究方法.知识点二 电子在电场和磁场中的运动例2 汤姆生用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图1812所示.真空管内的阴极K 发出的电子(不计初速、阻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 点的竖直间距为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 ，极板右端到荧光屏间的距离为L 2(如图18-1-2所示).图18-1-2(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：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；仅有偏转电场时，做类平抛运动，利用运动的分解计算.(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，亮点重新回复到中心O 点.设电子的速度为v ，则evB=Ee,得v=BE 即v=Bb U . (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=mb eU ，电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为t 1=vL 1 这样，电子在竖直方向偏转距离为d 1=212a 21t =bm v U eL 2212 离开电场时竖直向上的分速度为v ⊥=at 1=m vbU eL 1 电子离开电场后做匀速直线运动，经t 2时间到达荧光屏t 2=v L 2 在t 2时间内向上运动的距离为d 2=v ⊥t 2=bm v L eUL 221 这样，电子向上的总偏转距离为d=d 1+d 2=b mv eU 2L 1(L 2+21L )可解得m e =)2/(1212L L bL B Ud +. 巧解提示如图18-1-3所示，由类平抛运动的推论知物体任一时刻的瞬时速度的反向延长线一定通过此时水平位移的中点，即将粒子射出的速度BC 方向反向延长交于AD 于O 点，则AO=OD ，由几何知识图18-1-3 tanθ=''OO C O =212L L d +=2122LL d +① 电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O 点.设电子的速度为v ，则evB=Eq v=BE 即v=Bb U 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=mb eU 电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为t=v L 1 则v y =at v x =v由速度的偏转角 tanθ=x yv v =21m bveUL ③ 联立①②③ 得m e =)2/(1212L L bL B Ud +. 问题·探究方案设计探究问题 卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的实验中发现了一种新粒子，这种粒子带一个单位的正电荷，你能设计实验确定新核的“身份”吗？探究过程:利用带电粒子在磁场中的偏转，可以将新粒子通过质谱仪，如图18-1-4所示，需要测出磁场的磁感应强度B 、新粒子的速度(可通过速度选择器测量)v 、轨道半径r ，即可根据公式qvB=m rv 2，即m q =rB v 求出新粒子的荷质比，进一步求出其质量从而确定新粒子为质子.图18-1-4也可以利用带电粒子在电场中的偏转，求新粒子的荷质比.如图1-8-15所示，使新核垂直电场方向进入电场，只要测定新粒子的速度(可通过速度选择器测量)v 0，偏转电场的电压U 、板间距离d 和长度l 和偏转最大竖直位移y 1，即可求出新粒子的荷质比.推导：图18-1-5电子在偏转电场的飞行时间t 1=l / v 0电子在偏转电场的加速度a=m qE =mdqU 要使电子从下极板边缘出来，应有y 1=21a 21t =2022mdv qUl 即荷质比m q =21202Uly dv .。
高一化学电子的发现
第一节电子的发现
天津蓟县下营中学
赵长财
教学目标：
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。
汤姆生的伟大发现
汤姆生发现电子之前人们认为原子是组成 物体的最小微粒,是不可再分的.汤姆生对 阴极射线等现象的研究中发现了电子,从而 敲开了原子的大门.
运动分析
实验过程中阴极射线是在哪几种条件下通过金属板D1、D2的？ 在这几种条件下，阴极射线受到几个力的作用？做什么性质 的运动？ 未加电场和磁场时，阴极射线不受力，做匀速直线运动； 加电场、未加磁场时，阴极射线只受库仑力，做类平抛运动； 加电场和磁场时，阴极射线受库仑力和洛伦兹力，通过调整 电场、磁场的强度，可使其做匀速直线运动； 加磁场、未加电场时，阴极射线只受洛伦兹力作用，做匀速 圆周运动。
一、探索阴极射线
阅读教材47页回答：
1、什么是阴极射线？ 2、对阴极射线本质的认识有哪两种不同的观点？
思考与讨论：
根据带电粒子在电、磁场中的运动规律，哪些方 法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？
利多销】ｂóｌìｄｕōｘｉāｏ一种营销手段，：～远不远他都不去｜～困难多大，？【不求甚解】ｂùｑｉúｓｈèｎｊｉě晋陶潜《五柳先生传》：“好读书，房屋～
4、根据思考与讨论自己推导阴极射线的比荷
2、教材图18.1-2所示实验其实验目的是什么？
（1）判断阴极射线是否带电； （2）如果阴极射线带电，则测出其比荷。
3、18.1-2所示实验装置测阴极射线比荷的基本思 路是怎样的？
加电场使阴极射线偏转 ↓
再加磁场使阴极射线不偏转 ↓
第十八章第一节电子的发现
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第 十 八 章 原 子 结 构 一、阴极射线 阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的 电子 粒子流，这些微观粒子是_____． 二、电子的发现 汤姆孙 阴极射线 1897年英国物理学家_______通过研究_________发 现了电子；1910年美国物理学家_________通过著名的 密立根 ____实验精确测定了电子的电荷量． 油滴 电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元 ，电子的电荷量约为__________C，电子的质量约为 1.6×10－19 9.1×10－31 __________kg.任何带电体所带电量只能是电子电量的 整数倍 _______．
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图18－1－2
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第 十 八 章 原 子 结 构
【解析】 (1)由于阴板射线向上偏转，因此受电场力 方向向上，又由于匀强电场方向向下，则电场力的方 向与电场方向相反，所以阴极射线带负电． (2)由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力，由 左手定则得磁场的方向垂直纸面向里．
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【答案】
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第 十 八 章 原 子 结 构
3．关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确 的是( ) A．测得了电子的电荷量 B．提出了电荷分布的量子化观点 C．为电子质量的最终获得作出了突出贡献 D．为人类进一步研究原子的结构提供了一定的理论 依据 答案：ABCD
电子的发现 每课一练(含解析) (36)
第十八章原子结构1电子的发现记一记电子的发现知识体系1种射线——阴极射线2个实验——汤姆孙实验密立根油滴实验几个常量——电子的电性、电量、质量、比荷等辨一辨1.英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射．(×)2．组成阴极射线的粒子是电子．(√)3．电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值．(×) 4．物体带电荷量的最小值约为1.6×10－19 C．(√)5．英国物理学家汤姆孙发现了电子，并通过“油滴实验”测出了电子的比荷．(×)想一想1.如图所示为发现阴极射线的实验装置．(1)阴极射线是从哪个地方发出的，感应圈的作用是什么？(2)管中十字状金属片的作用是什么？提示：(1)阴极射线是从阴极K发出的，感应圈的作用是利用万伏的高压，对阴极射线进行加速．(2)管中十字状金属片的作用是挡住阴极射线，从而形成十字形的影，首先说明荧光是由于阴极射线撞击玻璃而形成，其次说明阴极射线沿直线运动．2．如图所示为汤姆孙的气体放电管．(1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？(2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？提示：(1)阴极射线向下偏转，与电场线方向相反，说明阴极射线带负电．(2)由左手定则可得，在金属板D1、D2之间单独加垂直纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转．思考感悟：练一练1.(多选)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，故选项A、C正确．答案：AC2．(多选)下列关于电子的说法正确的是()A．发现电子是从研究阴极射线开始的B．汤姆孙发现物质中发出的电子比荷是不同的C．电子发现的意义是让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，可以在电场和磁场中偏转解析：发现电子是从研究阴极射线开始的，A正确；汤姆孙发现物质中发出的电子比荷是相同的，B错误；电子的发现让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，C正确；电子是带负电的，D错误．答案：AC3．为了测定带电粒子的比荷qm，让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间，已知匀强电场的电场强度为E，在通过长为L的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d；如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直于粒子的入射方向，磁感应强度为B，则粒子恰好不偏离原来方向，求q m.解析：仅加电场时d＝12(qE m)·(Lv0)2加复合场时Bq v0＝qE由以上两式得qm ＝2dE B2L2.答案：2dE B2L2要点一对阴极射线的认识1.[北京高考题]如图是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线，要使荧光屏的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是()A．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 轴正方向解析：加磁场时，由左手定则可判断磁场方向应沿y 轴正方向；加电场时，电场方向应沿z 轴正方向．答案：B2．(多选)下列说法正确的是( )A ．阴极射线带负电B ．阴极射线带正电C ．汤姆孙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D ．汤姆孙通过对光电效应的研究，发现了电子解析：阴极射线是高速飞行的电子流，电子带负电，A 正确，B 错误．汤姆孙研究阴极射线发现了电子，并求出了比荷，C 正确，D 错误．答案：AC3．阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的粒子流，这些粒子是________．若要使粒子到达阳极时速度为7.5×107 m/s ，则加在阴极射线管两个电极之间的电压U ＝________V ．(电子质量为9.1×10－31 kg)解析：电子由阴极到阳极，由动能定理得eU ＝12m v 2，解得U ＝m v 22e ＝9.1×10－31×(7.5×107)22×1.6×10－19 V ＝1.6×104 V答案：电子 1.6×1044．[广东高考题]带电粒子的比荷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，以求得电子的比荷，实验装置如图所示．(1)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，发射的电子从两极板中央通过，在荧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，使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移，直到荧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M1M2区域加一个大小、方向合适的磁场的磁感应强度B，使荧屏正中心重现亮点．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比荷与外加电场、磁场及其他相关量的关系为qm＝UB2L2.一位同学说，这表明电子的比荷大小将由外加电压决定，外加电压越大则电子的比荷越大，你认为他的说法正确吗？为什么？解析：(1)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，电子在两极间的偏转位移增大．当在荧屏上看不到亮点时，电子刚好打在下极板M2靠近荧屏端的边缘，设两极板间的距离为d，则d 2＝12·Uqdm(Lv)2即q m ＝d2v2 UL2由此可以看出这一步的目的是使电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，则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．(2)不正确，电子的比荷是由电子本身决定的，是电子的固有属性，因此他的说法不正确．答案：(1)步骤B中使电子刚好打在下极板M2靠近荧屏端的边缘，利用已知量表示qm；步骤C中磁场方向垂直纸面向外．(2)不正确，因为电子的比荷是由电子本身决定，与外部电压无关.要点二电子的发现5.(多选)汤姆孙对阴极射线的探究，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．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解析：汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，发现它们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．答案：AD6．(多选)如图所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图．显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光．安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转．下列说法中正确的是()A．如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点B．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里C．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里D．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场磁感应强度应该先由小到大，再由大到小解析：偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O 点，A 正确．由阴极射线的电性及左手定则可知B 错误，C 正确．由R ＝m v qB 可知，B 越小，R 越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，故D 错误．答案：AC7．(多选)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( )A ．阴极射线在电场中偏向正极板一侧B ．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C ．不同材料的阴极所产生的阴极射线的比荷都相同D ．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量E ．通过进一步研究知道电子是原子的组成部分解析：汤姆孙利用其设计的阴极射线管，将不同的气体充入管内，用多种不同的金属分别制成阴极，结果证明比荷大体相同，C 正确．汤姆孙和他的学生通过测量得知阴极射线粒子的电荷量与氢离子的电荷量大小基本相同，质量是氢离子的近两千分之一，由此可见电子是原子的组成部分，E 正确，D 错误；阴极射线带负电，A 对，B 错．答案：ACE8．如图是密立根油滴实验装置．在A 板上方用喷雾器将油滴喷出，若干油滴从板上的一个小孔中落下，喷出的油滴因摩擦而带负电．已知A 、B 板间的电压为U 、间距为d 时，油滴恰好静止．撤去电场后油滴徐徐下落，最后测出油滴以速度v 匀速运动，已知空气阻力正比于速度：f ＝k v ，则油滴所带的电荷量q ＝________.某次实验得到q 的测量值见下表(单位：×10－19 C)分析这些数据可知：___________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________.解析：由mg－Eq＝0，mg－k v＝0，E＝Ud，解得q＝k v dU.油滴的带电荷量是1.6×10－19 C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6×10－19 C.答案：k v dU油滴的带电荷量是1.6×10－19C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6×10－19 C基础达标1.历史上第一个发现电子的科学家是()A．贝可勒尔B．道尔顿C．伦琴D．汤姆孙解析：贝可勒尔发现了天然放射现象，道尔顿提出了原子论，伦琴发现了X射线，汤姆孙发现了电子，D正确．答案：D2．[2019·宁波月考](多选)关于电子的发现，下列说法正确的是()A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成B．电子的发现，说明原子具有一定的结构C．在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒D．电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分解析：发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但使人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A错误，B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到，原子中应该还有其他带正电的部分，D正确．答案：BCD3．下列关于阴极射线的说法正确的是()A．阴极射线是高速运动的质子流B．阴极射线是可用人眼直接观察的C．阴极射线是电磁波D．阴极射线是高速运动的电子流解析：阴极射线是高速运动的电子流，A、C错误，D正确；阴极射线无法用人眼直接观察，B错误．答案：D4．(多选)下列是某实验小组测得的一组电荷量，哪些是符合事实的()A．＋3×10－19 C B．＋4.8×10－19 CC．－3.2×10－26 C D．－4.8×10－19 C解析：电荷是量子化的，任何带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍.1.6×10－19 C是自然界中最小的电荷量，故B、D正确．答案：BD5．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．垂直于纸面向里解析：由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线运动方向向右，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，故选项C正确．答案：C6．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：D7．(多选)如图所示，关于高压的真空管，下列说法正确的是()A．加了高压的真空管中可以看到辉光放电现象B．a端接负极，b端接正极C．U1为高压电源，U2为低压电源D．甲为环状物，乙为荧光中出现的阴影解析：真空中不能发生辉光放电，A错误．U1为低压电源，U2为高压电源，C错误．选项B、D所述正确．答案：BD8．(多选)如图所示是汤姆孙的阴极射线管的示意图，下列说法正确的是()A．若在D1、D2两极板之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点B．若在D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转C．若在D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转D．若在D1、D2两极板之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转解析：实验证明，阴极射线是高速电子流，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，选项C正确，B错误；加上磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要发生偏转，选项D错误；当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A正确．答案：AC9.1910年美国物理学家密立根做了测定电子电荷量的著名实验——“油滴实验”，如图所示．质量为m的带负电的油滴，静止于水平放置的带电平行金属板间，设油滴的密度为ρ，空气密度为ρ′，已知重力加速度g和电子电荷量e，试求：两板间场强最大值．解析：设油滴的体积为V，所带电荷量为电子电荷量的整数倍，设为ne.对油滴由平衡条件得mg＝F电＋F浮，F电＝Ene，F浮＝ρ′gV，m＝ρV，由以上各式得E＝mg－ρ′mρgne，当n＝1时，电场强度E最大，E max＝mge －mgρ′ρe＝mg(ρ－ρ′)ρe.答案：mg(ρ－ρ′)ρe10.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处，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qm.解析：离子在打到P 处之前，经电场加速、磁场偏转两个过程，由离子的轨迹可知，离子带正电，设它进入磁场时速度为v ，在电场中加速，有qU＝12m v 2 在磁场中发生偏转，有Bq v ＝m v 2r ，而r ＝a 2联立解得q m ＝8U B 2a 2.答案：8U B 2a 2能力达标11.如图所示，电子以初速度v 0从O 点进入长为l 、板间距离为d 、电势差为U 的电场，出电场时打在屏上P 点，经测量O ′点和P 点的距离为h ，求电子的比荷．解析：由于电子进入电场中做类平抛运动，沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动，有h ＝12at 2＝12e U d m (l v 0)2＝eUl 22dm v 20，则e m ＝2dh v 20Ul 2.答案：2dh v 20Ul 212.[2019·河南模拟]美国科学家密立根通过油滴实验首次精确地测出了电子的电荷量．油滴实验的原理如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连，上、下板分别带正、负电荷．油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦带负电，经上板中央小孔落到两板间的匀强电场中，通过显微镜可以观察到它运动的情况．两金属板间的距离为d .(忽略油滴之间的相互作用力和空气对油滴的浮力及阻力)(1)调节两金属板间的电压，当U ＝U 0时，观察到某个质量为m 1的油滴恰好匀速竖直下落，求该油滴所带的电荷量．(2)若油滴进入电场时的初速度可以忽略，当两金属板间的电势差U ＝U 1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，求此油滴所带的电荷量．解析：(1)当U ＝U 0时，油滴恰好做匀速直线运动，满足m 1g －q U 0d ＝0，解得q ＝m 1gd U 0. (2)当U ＝U 1时，质量为m 2的油滴做匀加速运动，满足d ＝12at 2，m 2g －q ′U 1d ＝m 2a联立解得q ′＝m 2d U 1(g －2d t 2)＝m 2d U 1t 2(gt 2－2d )． 答案：(1)m 1gd U 0 (2)m 2d U 1t 2(gt 2－2d ) 13.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 .解析：带电粒子进入电场，经电场加速．根据动能定理得qU＝12m v2，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＝R2，整理得：R＝58L，洛伦兹力充当向心力：q v B＝m v2R，联立上述方程，解得qm ＝128U 25B2L2.答案：128U 25B2L2。
SCY-选修3-5(第十八章)知识点归纳及例题解析
第十八章：原子结构知识框架：第1节：电子的发现一．阴极射线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，这些微观粒子是电子．二．电子的发现1.1897年英国物理学家汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子（注意电场与磁场对带电粒子流的作用力）2.1910年美国物理学家密立根通过著名的油滴实验实验精确测定了电子的电荷量．电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元，电子的电荷量约为__________C，任何带电体所带电量只能是电子电量的整数倍．（根据电子的比荷是q/m，可算出电子的质量约为__________kg.）3.密立根油滴实验的科学意义：①.测得了电子的电子的电荷量；②.提出来电荷分布的量子化观点电子例题：（3-5第50页3、4题）3．一个半径为1.64ⅹ10-4cm的带负电的油滴，在电场强度等于1.92ⅹ105V/m的竖直向下的匀强电场中，如果油滴受到的库伦力恰好与重力平衡，则这个油滴带有几个电子的电荷量？已知油滴的密度为0.851ⅹ103kg/m34.测定电子荷质比（电荷q与质量m之比q/m）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，形成一束很细的电子流，电子流以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C、D间的区域．若两极板C、D间无电压，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的O点；若在两极板间加上电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间加一方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则打到荧光屏上的电子产生的光点又回到O点．现已知极板的长度l=5.00cm，C、D间的距离d=l.50cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L=12.50cm，U=200V，P点到O点的距离y==3.0cm；B=6.3×10-4T．试求电子的荷质比．（不计重力影响）．解析：没有加磁场时，电子进入平行板电容器极板间做类平抛运动，由牛顿第二定律和运动学公式可推导出垂直于极板方向的位移，电子离开极板区域后做匀速直线运动，水平方向的速度等于电子刚进入极板间的初速度，求出匀速直线运动的时间，即可求出P点离开O点的距离．加上磁场B后，荧光屏上的光点重新回到O点，说明电子通过平行板电容器的过程中电子所受电场力与磁场力相等，即可得到电子进入极板时的初速度，联立可求出比荷．(电子的荷质比为1.6×1011 C/kg．)第2节：原子的核式结构模型一．汤姆孙的原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，称为西瓜模型或枣糕模型．该模型能解释一些实验现象，但后来被α粒子散射实验实验否定了．二．α粒子散射实验1．α粒子：是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是氦的原子核。
高中物理选修3-5第十八章第1节 电子的发现课件
猜想二：阴极射线粒子的电荷 量与氢离子电荷量一样大，而 质量却比氢离子小得多。
二、电子的发现
2．实验分析
汤姆孙后来又通过实验测得阴极射线粒子的电荷量大小 与氢离子大致相同。 阴极射线粒子的质量比氢离子的质量小得多
后来，组成阴极射线的粒子就被称为电子。
二、电子的发现
3．实验结论
汤姆孙进一步研究发现，不论阴极射线、β射线、 光电流还是热离子流，它们都包含电子。
二、电子的发现
1．实验验证
如图所示为一种测定阴极射 线比荷的实验装置
已知极板长度 l=5.00 cm，C、D间的距离 d=1.50 cm，极板区的中点M 到荧光屏中点O的距离为L=12.50 cm，U=200 V，B=6.03×10-4 T，P点到 O点的距离 y=3.00 cm，试计算阴极射线的比荷。
一、阴极射线
2．阴极射线的本质
请你设计实验来探究阴极射线的本质是电磁波还是带电粒子流？
让阴极射线沿垂直场的方向通过电场或磁场，观察它是否偏转
如果阴极射线发生了偏转，那么 阴极射线就是在电场力或洛伦兹 力的作用下偏转的，说明阴极射 线的本质是带电粒子流。
如果阴极射线没有发生 偏转，表示阴极射线不 带电，说明阴极射线的 本质是电磁波。
原子不是组成物质的最小微粒 电子是原子的组成部分，
它是比原子更基本的物质单元。
二、电子的发现
3．实验结论
电子比荷的具体数值是
q 1.761011C/kg m 那么电子的电量q和质量m 的各自的具体数值又是多 少呢？
密立根
密立根油滴实验
1909~1913年间，美国物理学家密立 根通过“油滴实验”测出了电子电 荷的精确值。
阴极射线粒子的比荷具体数值是多少呢？ 我们一起来算一算
电子的发现
汤姆生用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量 之比)的实验装置如下图所示．真空管内的阴极K发生的电子(不 计初速、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O1O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点的竖直间距为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L1，极板间距为 b，极板右端到荧光屏的距离为L2(如下图所示)．
电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为t1
＝
L1 v
.
这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为：
d1＝
1 2
at12＝
eL12U 2mv2b
离开电场时竖直向上的分速度为：v⊥＝at1＝
eL1U mvb
.
电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏：t2
＝ L2 . v
t2时间内向上运动的距离为：d2＝v⊥t2＝emUvL21bL2 .
现阴极射线带负电，而且比荷比氢原子的比荷大得多，故A、 C正确．
答案：AC
习题2：示波管中电子枪的原理图如图。管内为真空，
A为发射热电子的阴极，K为阳极，A、K间电压为U。
电子离开阴极是速度可以忽略，电子经加速后从K的
小孔中射出时的速度大小为v，下面说法正确的是：D
()
A、如果A、K间
距离减半，电压U、不变，则离开时速率变为2v
当汤姆孙在测定比荷实验时发现，用不同材料的 阴极做实验，所发出射线的粒子都有相同的比荷， 这表明什么？
人教版《物理》选修35 第十八章 第一节电子的发现
课题电子的发现【课型】情景教学实验探究【课标要求】了解人类探究原子结构的历史以及有关经典实验【教材分析】将本节作为原子结构的第一个内容，是因为电子的发现拉开了人类认识原子内部结构的序幕，人们对微观世界的探索获得了第一个突破性进展。
在此后的三、四十年的时间内，人们对微观世界的探索捷报频传，迅速发现了微观世界的运动规律，谱写了物理科学的崭新篇章。
把“电子的发现”单列一节来处理，目的不仅是为教材后续关于原子结构的内容做准备和铺垫，还在于电子的发现本身在科学史以及科学方法论中的重要性。
本节知识内容主要分为阴极射线和电子的发现两个部分，而将重点放在情感目标的渗透上——电子发现过程蕴含的科学方法，以及科学家热爱科学、勇于创新的科学精神。
【学情分析】学生在初中阶段就已了解原子的基本结构，知道核外电子带负电，高中阶段在电磁场部分也经常接触电子模型，因此对于电子学生在知识上并不陌生，但对电子的发现过程，特别是电子发现过程中体现的研究方法以及对微观科学发展的意义了解较少，因此本课的重点不在知识和技能上，而是通过回顾电子发展的历史，以物理学史及物理研究方法为线索展开。
学生在学习磁场时已接触过阴极射线，但对其产生原理不太清楚，因此在本节内容的学习展开过程中有必要对阴极射线做更为详细的探究。
【教学目标】1、知识与技能知道阴极射线的产生原理，回顾带电粒子在电场、磁场中运动的相关知识2、过程与方法通过回顾电子发现的过程，了解微观粒子的研究方法，体会物理学从提出问题到实验论证的研究方法3、情感、态度、价值观认识电子的发现对物理学发展及社会发展的意义，了解科学家在面对已有经验和现实困扰的情况下，排除各种干扰因素，以敏锐的洞察力和思维创造性地展开科学探索的科学精神，从而产生对前人的崇敬之情，激发献身科学的探索激情。
【重、难点分析】重点：体会物理学的研究过程，体验勇于创新的科学精神，了解微观粒子的研究方法。
难点：从相关史实中提炼科学研究的各种要素【教学用具】带偏转电极的阴极射线管一只马蹄形磁铁一块高压电源两台学生低压电源一个激光源一个导线若干PPT课件一套【教学设计】为达成以上教学教育目标，作如下课堂设计1.课堂剧的设计——关于阴极射线是什么的争论为使学生充分了解电子的发现过程，设计了一个由关于阴极射线是什么的两个流派的争论的课堂剧，三组学生分别扮演赫兹、克鲁克斯、汤姆孙，以第一人称陈述他们各自对阴极射线的研究。
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偏移，直到荧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？ ③保持步骤②中的电压 U 不变，对 M1M2 区域加一个大小、方 向合适的磁场B，使荧屏正中心处重现亮点，试问外加磁场的 方向如何？
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(2)根据上述实验步骤，同学们正确地推算出电子的比荷与 q U 外加电场、磁场及其他相关量的关系为 m＝ 2 2.一位同学 Bd 说，这表明电子的比荷大小将由外加电压决定，外加电压 越大则电子的比荷越大，你认为他的说法正确吗？为什 么？
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测量带电粒子的比荷
q 【典例 2】 带电粒子的比荷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，以求得电子的比荷，实验装置如图 18－1 －7 所示．
图18－1－7
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(1)他们的主要实验步骤如下： ①首先在两极板M1M2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，在荧屏的正中 心处观察到一个亮点； ②在M1M2两极板间加合适的电场：加极性如图 18－1－7所示 的电压，并逐步调节增大，使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方
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解析 (1)②中荧屏上恰好看不到亮点说明电子刚好落在正 极板的近荧屏的边缘，目的是利用极板间的距离 d 表达比 q 荷m.③中由于要求洛伦兹力方向向上．根据左手定则可知 磁场方向垂直电场方向向外(垂直于纸面向外)． q (2)说法不正确， 电子的比荷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．
(2) 结论：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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一、对阴极射线的理解
阴极射线实际上就是电子束． 辉光现象产生的条件是：气体稀薄． 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．
断粒子的电性．
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2．[教材 P48] q 带电粒子的电荷量与其质量之比——比荷m，是一个重要 的物理量．根据带电粒子在电场和磁场中受力的情况，可 以得出它的比荷． 假设你是当年“阴极射线是带电微粒” 观点的支持者， 请你依照下面的提示思考计算阴极射线微 粒的比荷的方法．
点拨 (1) 当课本图 18.1 － 2 中金属板 D1 、 D2 之间未加电场 时，射线不偏转，射在屏上 P1 点．按图示方向施加电场 E 之后，射线发生偏转并射到屏上 P2点．由此推断，阴极射 线带有什么性质的电荷？
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【变式2】 如图18－1－8所示，让一束 均匀的阴极射线从两极板正中间垂直 穿过正交的电磁场，选择合适的磁感 应强度B和两极之间的电压U，带电 粒子将不发生偏转，然后撤去电场， 图18－1－8
粒子将做匀速圆周运动，并垂直打到
极板上，两极板之间的距离为d，求 阴极射线中带电粒子的比荷．
的，在强电场条件下，气体
(2)研究气体放电时一般都用稀薄气体，导电时可以看到
辉光 放电现象； (3) 当气体压强很低时，从阳极射出的粒子打在玻璃上发出 电子 的荧光，实际上是 打在管壁上发光．
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阴极射线的产生
在研究气体导电的玻璃管内有阴阳
两极时，当两极间加一定电压时，
实验装置如图 18 － 1 － 1 所示，阴极
粒子的电性．不考虑其他力的作用，如果粒子按图示方向 进入磁场，且做顺时针的圆周运动，则粒子带正电；若做 逆时针的圆周运动，则粒子带负电．
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二、带电粒子比荷的测定方法 让粒子通过正交的电磁场 (如图 18 －1－4 所示)， 让其做直线运动， 根 据二力平衡， 即 F 洛＝F 电(Bqv＝qE) E 得到粒子的运动速度 v＝B.
阴极射线不是X射线．
阴极射线带电性质的判断方法
(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．
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(2)带电性质的判断方法 ①粒子在电场中运动如图 18 － 1－ 2所示．带电粒子在电场中运动， 受电场力作用运动方向发生改变
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【变式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流，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
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解析 设阴极射线粒子的电荷量为 q，质量为 m，则在电磁场中由 U 平衡条件得：q ＝qvB① d 撤去电场后，由牛顿第二定律得 mv 2 qvB＝ ② R d R＝ ③ 2 q 2U 解①、②、③得：m＝ 2 2. Bd 2U 答案 B2d2
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(3)根据以上关系求出阴极射线的速度 v 的表达式．由于金 属板 D1、 D2 间的距离是已知的， 两板间的电压是可测量的， 所以两板间的电场强度 E 也是已知量．磁场由电流产生， 磁感应强度 B 可以由电流的大小算出，因此也按已知量处 理．要使射线不偏转需 Bqv＝Eq，洛伦兹力向上，由左手 E U 定则知，B 的方向垂直纸面向外，所以 v＝ ＝ . B Bd
便发出一种射线，叫 阴极射线 ． 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 ． 图18－1－1
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二、电子的发现
汤姆孙的探究方法
(1)让阴极射线分别通过电场或磁场，根据偏转 现象，证明
带电 它是 的粒子流并求出了其比荷 .
(2)换用不同材料的阴极和不同的 场 ，所得粒子的比荷的数值 相同．
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3．[教材P50]
原子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的？
点拨 原子中正负电荷的分布情况是由卢瑟福通过其做的α
粒子散射实验确定下来的．卢瑟福所建立的原子的核式结 构认为：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子
的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负
由带电粒子构成的粒子流．根据安培定则可知， AB上方的磁
场是垂直纸面向里的．粒子向下偏转，洛伦兹力方向向下，由 左手定则可知射线所形成的电流方向向左，与粒子的运动方向 相反，故粒子带负电． 答案 C
借题发挥
应用左手定则时，要注意负电荷运动的方向与它形
成的电流方向相反，即应用左手定则时负电荷运动的方向应与 四指所指的方向相反．
图18－1－4
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在其他条件不变的情况下， 撤去 电场(如图 18－1－5 所示)，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 mv 2 Bqv＝ r ， 根据轨迹偏转情况， 由几何知识求出其半径 r. 由以上两式确定粒子的比荷表 q E 达式： ＝ 2 ，最后经定量计 m Br 算汤姆孙认定组成阴极射线的 粒子为电子．
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(4)去掉 D1、D2 间的电场 E，只保留磁场 B.由于磁场方向与 射线运动方向垂直，阴极射线在 D1、D2 之间有磁场的区域 会形成一个半径为 r 的圆弧， 使得阴极射线落在屏的 P3 点． 此 时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向心力是洛伦兹 力． 半径 r 可以通过 P3 点的位置算出， 同样按已知量处理． 按 q 照以上提示就可以写出比荷m的表达式了．这里要用到步骤 2 中求出的阴极射线速度 v 的表达式． v2 据牛顿第二定律得 Bqv＝m R ，所以射线粒子做圆周运动的 mv mU q U 半径 R＝ qB ＝ 2 ，所以m＝ 2 . B qd B dR
图18－1－6
B．带正电的高速粒子流
C．带负电的高速粒子流 D．不带电的高速中性粒子流
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点拨
首先由 AB中的电流方向判断出射线所在处的磁场方向，
再由粒子的偏转方向确定洛伦兹力的方向，最后由左手定则确 定出粒子的性质． 解析 射线在电流形成的磁场中发生偏转，即可确定该射线是
电的电子在核外空间运动．
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阴极射线的性质及特点
【典例1】 如图18－ 1－ 6 所示，一玻璃管 中有从左向右的阴极射线可能是电磁波 或某种粒子流形成的射线，若在其下方 放一通电直导线 AB ，射线发生如图所 示的偏转， AB 中的电流方向由 B 到 A ， 则该射线的本质为 ( )． A．电磁波
根据射线偏转方向和D1、D2电性知阴极射线带负电．
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(2)为了抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到P1，需要在 两块金属板之间的区域再施加一个大小合适、方向垂直于 纸面的磁场．这个磁场B应该向纸外还是向纸内？写出此时
每个阴极射线微粒(质量为m，速度为v)受到的洛伦兹力和
库仑力．两个力之间应该有什么关系？
图18－1－5
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教材资料分析
思考与讨论 1．[教材P47] 根据带电粒子在电、磁场中的运动规律，哪些方法可以判断 运动的带电粒子所带电荷的正负号？ 点拨 判断粒子所带电荷的正负，可以让粒子以一定的初速