高中物理 第二章 原子结构 1 电子 教科版选修3-5

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2－1－3 所示的阴极射线管中部加上垂直于纸
图2－1－3
面向里的磁场，阴极射线将________(填“向下”、“向里”
或“向外”)偏转．
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
二、电子的发现 1．让阴极射线分别通过电场或磁场，根据_偏__转__情况，证明
了它的本质是_带__负__电__的粒子流，并求出其比荷．
2．密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子电荷．电 子电荷量一般取e＝_1_._6_×__1_0_－_1_9 _C_，电子质量me＝ _9_._1_×__1_0_－_3_1 _k_g__．
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、电子比荷的测定 实验探究
如图2－1－4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2－1－4
(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？
me ＝EsBin2Lθ.
借题发挥 (1)比荷的测定问题只是带电粒子在磁场和电场中 运动的一类典型例子，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带电粒子的带电性质．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．
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．
图2－1－5
(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．
答案
(1)垂直纸面向里
Esin θ
(2) B2L
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＝Bev. 当电子在 D、E 间的磁场中偏转时有
Bev＝mrv2，同时又有：L＝r·sin θ，可得：
(2)再在D1、D2间加一磁场，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，则粒子的比荷mq 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＝EB (3)由洛伦兹力充当向心力：qvB＝mvr2，得出：mq ＝Bvr.
【例1】如图2－1－2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2－1－2
()
A．导线中的电流从A流向B
B．导线中的电流从B流向A
C．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 2 如图 2－1－6 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
又 v＝EB，则mq ＝BE2r.测出 E、B、r 即可求出比荷mq .
【例2】 1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷， 打破了原子是不可再分的最小单位的观点．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2－1－5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：
3．元电荷：最小的电荷量，e＝_1_._6_0_2_×__Βιβλιοθήκη Baidu_0_－_1_9_C，所有物体 所带电量是元电荷的__整__数__倍__．
想一想 电子发现的重大意义是什么？ 答案 电子是进入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了一个新 时代.
第二章 原子结构
1 电子
[目标定位] 1.了解阴极射线及电子发现的过程.2.知道汤姆孙 研究阴极射线发现电子的实验及理论推导.3.知道电子电荷是 1910年由密立根通过著名的“油滴实验”得出．
一、阴极射线 1．实验：如图2－1－1所示，真空玻璃管
中K是金属板制成的__阴__极_，接感应线 圈的负极，A是金属环制成的_阳__极__ _， 在K、A间加近万伏的高电压，可观察 图2－1－1 到玻璃壁上__黄__绿__色__的__荧__光_及管中 物体在玻璃壁上的影． 2．阴极射线：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_．