高中物理 第十八章 第一节 电子的发现学案 新人教版选

第十八章 原子结构

1电子的发现

【学习目标】

1．知道阴极射线的组成，电子是原子的组成部分。

2．体会电子发现过程中所蕴含的科学方法。

3．知道电荷是量子化的，领会电子的发现对揭示原子结构的意义。

【重点难点】

1．体会电子发现过程中蕴含的科学方法。

2．电子电荷量的确定以及比荷的确定。

【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？若是带电粒子流，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________，它是原子的组成部分；

（2）电子的电荷量是通过___________实验测定的，数值为e =______________，一个电子所带电荷量的数值也叫基本电荷，其它带电体的带电量是基本电荷的_________倍。

【预习检测】

1．如图所示，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（ ）

A ．导线中的电流由A 流向B

B ．导线中的电流由B 流向A

C ．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB 中的电

流方向来实现

D ．电子束的径迹与AB 中的电流方向无关 2．如图所示，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，其半径为R ，求阴极射线中带电粒子的比荷。

3．密立根油滴实验首先测出了元电荷的数值，其实验装置如图所示，油滴从喷雾器喷出，以某一速度进入水平旋转的平板之间。今一带负电的油滴，不加电场时，油滴由于受到重力作用加速下落，速率变大，受到的空气阻力也变大，因此油滴很快

× × × ×

× × × ×

会以一恒定速率1υ匀速下落。若两板间加一电压，使板间形成向下的电场E ，油滴下落的最终

速率为2υ。已知运动中油滴受到的阻力可由斯托克斯公式6f r πηυ=计算（其中r 为油滴半径，

η为空气粘滞系数）

。实验时测出11r E υυη、、、、为已知，求： （1）油滴所带的电荷量；

（2）经多次测量得到许多油滴的测量值如下表Q 的测量值（单位：1910C -） Q 6.41 8.01 9.65 11.23 12.83 14.48

分析这些数据可知什么规律？

〖解析〗（1）不加电场时，由油滴受力平衡得：16mg r πηυ=

加电场E 时，由油滴受力平衡得：26mg r QE πηυ=+

两式联立得：126()r Q E

πηυυ-= （2）油滴的电荷量Q 都是191.610C -⨯的整数倍。

参 考 答 案

【课前预习】

1.（1）强电场作用，正负； （2）偏转；

2．（1）汤姆逊，负，电子； （2）密立根油滴，191.610C -⨯，整数；

【预习检测】

1．BC ， 2．

2E B r ， 3．126()nr v v E

π-，电荷量子化

▲堂中互动▲

【典题探究】

【例题1】1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子不可再分的观点。因此，汤姆孙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，汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C 出来的电子

经过A 、B 间的电场加速后，水平飞向长

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

向上、场强为E 的匀强电场，电子将向下阳极＋

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，电子向上偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：

（1）说明图中磁场沿什么方向；

（2）根据L 、E 、B 和θ，求出电子的比荷。

〖解析〗（1）磁场方向垂直纸面向外。

（2）当电子在D 、E 间做匀速直线运动时有：eE Be υ=。

当在D 、E 间的磁场中偏转时有2

Be m r υυ=，同时又有：sin L r θ=可得：2sin e E m B L

θ=。 【例题2】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

51.9210/N C ⨯，油滴半径是41.6410cm -⨯，油的密度是30.851/g cm ，求油

滴所带的电荷量及这个电荷量是电子电荷量的多少倍。 〖解析〗小油滴质量343

m V r ρρπ==⋅ ① 由题意知：mg =qE ② 由①②得：31948.02103r g q C E

πρ-==⨯ 小油滴所带电荷量q 是电子电荷量e 的倍数：19

198.021051.610

--⨯≈⨯（倍）