第十八章第一节电子的发现

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第 十 八 章 原 子 结 构
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第 十 八 章 原 子 结 构
二、探究阴极射线性质所需的电磁学知识 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． 2．带电性质的判断方法 (1)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)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．比荷的测定方法
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类型二
第 十 八 章 原 子 结 构
测量带电粒子的比荷
例2 在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了
如图18－1－2所示的阴极射线管，从C出来的阴极射 线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D 、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑．若在 D、G间加上方向向下，场强为E的匀强电场，阴极射 线将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加
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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，阴 极射线向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：
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第 十 八 章 原 子 结 构
(1)说明阴极射线的电性； (2)说明图中磁场沿什么方向； (3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷．
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第 十 八 章 原 子 结 构
3．阴极射线的应用：如示波管、电视显像管、电子显 微镜，高速的阴极射线打在某些金属靶上能产生X射 线，还能用于研究物质晶体结构，直接用于切割、熔 化、焊接等． 特别提醒 1．辉光现象产生的条件是：气体稀薄． 2．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；若真空度不高的放电管，粒子可能来自 管中气体；为了研究阴极射线，就必需把玻璃管抽成 真空．
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第 十 八 章 原 子 结 构
第一节
电子的发现
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第 十 八 章 原 子 结 构
课 标 定 位
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．
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第 十 八 章 原 子 结 构
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图18－1－4
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第 十 八 章 原 子 结 构
解析：离子经过了电场加速和磁场偏转两个过程， 从离子运动轨迹可知，离子带正电，设它进入磁场 1 2 时的速度为 v，在电场中加速有 qU＝ mv ，在磁场 2 mv2 a q 中偏转有 qBv＝ ，而 r＝ ，联立以上三式解得 2 r m 8U ＝ 2 2. Ba
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图18－1－3
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第 十 八 章 原 子 结 构
(3)设此射线带电量为 q，质量为 m，当射线在 DG 间 做匀速直线运动时，有 qE＝Bqv① 当射线在 DG 间的磁场中偏转时， mv2 有 Bqv＝ ② r 同时又有 L＝r· sinθ ③ q Esinθ ①②③联立得 ＝ 2 . m BL 【答案】 见解析 【方法技巧】 (1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运 动，在匀强磁场中做匀速圆周运动，可利用几何知识 求其半径． (2)带电粒子通过互相垂直的匀强电磁场时，可使其做 匀速直线运动，根据qE＝Bqv求出速度．
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第 十 八 章 原 子 结 构
类型一
阴极射线的性质
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例1 如图18－1－1所示，一只阴极射线管，左侧不 断有射线射出，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 图18－1－1 的电流方向无关
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第 十 八 章 原 子 结 构
(1)让某一速率的电子垂直进入某一电场中，在荧光 屏上亮点位置发生变化． (2)在电场区域加一与其垂直的大小合适的磁场，抵 E 消阴极射线的偏转．由此可知 qE－qvB＝0.则 v＝ . B (3)去掉电场，只保留磁场，磁场方向与射线运动方 向垂直，阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半 径为 r 的圆弧， 根据磁场情况和轨迹偏转情况， 由几 mv2 q v E 何知识求出其半径 r，则由 qvB＝ 得 ＝ ＝ 2 . r m Br B r
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第 十 八 章 原 子 结 构
【解析】
解答此题应注意几点：
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(1)阴极射线的粒子带负电，由左手定则判断管内磁 场垂直纸面向里．
(2)由安培定则判定AB中电流的方向由B向A.
(3)电流方向改变，管内磁场方向改变，电子受力方 向也改变，故C对． 【答案】 BC
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第 十 八 章 原 子 结 构 1．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
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)
C．阴极射线的比荷比氢原子核的比荷大
D．阴极射线的比荷比氢原子核的比荷小 解析：选AC.通过让阴极射线在电场、磁场中的偏转 的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢原子核的 比荷大得多，故A、C正确．
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第 十 八 章 原 子 结 构
2．质谱仪是一种测定带电粒子的比荷和分析同位素 的重要工具，它的构造原理如图 18－1－4 所示．让 中性气体进入电离室 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 S2 与 P 之间的距离为 a，离子从缝 q S1 进入电场时的速度不计．求该离子的比荷 . m
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【答案】
8.02×10－19 C
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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
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8U 答案： 2 2 Ba
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类型三
第 十 八 章 原 子 结 构
电荷量的量子化
例3 电子所带电量的精确数值最早是由美国物理学 家密立根通过油滴实验测得的．他测定了数千个带电 油滴的电量，发现这些电量都等于某个最小电量的整 数倍．这个最小电量就是电子所带的电量．密立根实 验的原理如图18－1－5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．从喷雾器嘴喷 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1.92×105 N/C，油滴半径是1.64×10－4 cm， 油的密度是0.851 g/cm3，求油滴所带的电量，这个电 量是电子电量的多少倍？
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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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第十八章
原子结构
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课标领航
第 十 八 章 原 子 结 构 物理学家对阴极射线的研究，引发了19世纪末的三 大发现(即1895年伦琴发现了X射线、1896年贝可勒 尔发现了天然放射现象、1897年汤姆孙发现了电子) ，打开了人类通向微观世界的大门.从那时起人们开 始思索，原子是由什么组成的？它的结构又是怎样 的？本章主要包括电子的发现，原子的组成及原子 光谱在科学技术中的应用和激光等内容. 本章的重点是汤姆孙发现电子的科学思想与实验方 法、人类在实验的基础上认识原子结构、光谱的线 系及原子的能级跃迁. 本章的难点是人类研究微观世界的方法、初步建立 量子化的概念、原子的能级跃迁.
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图18－1－5
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【解析】
第 十 八 章 原 子 结 构
小油滴质量 4 3 m＝ρV＝ρ·πr ① 3 由题意知 mg－Eq＝0② 由①②两式可得： ρ·4πr3g q＝ 3E － 0.851×103×4π×9.8×1.64×10 63 ＝ C 3×1.92×105 － ≈8.02×10 19C. 小油滴所带电量 q 是电子电量 e 的倍数为 － 8.02×10 19 n＝ ≈5(倍)． － 1.6×10 19
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第 十 八 章 原 子 结 构 一、发现阴极射线的过程 1．辉光放电现象 (1)放电管若有稀薄气体，在放电管两极加上高压可看 到辉光放电现象．但若管内气体非常稀薄即接近真空 时，辉光现象消失． (2)辉光放电的应用：利用其发光效应(如霓虹灯、日光 灯)以及正常辉光放电的稳压效应(如氖稳压管)． 2．荧光的产生：玻璃管内气体接近真空，辉光消失， 却在阴极孔外玻管壁上观察到荧光，并且能使不透明 物体产生阴影，后来认定产生这种现象的原因是阴极 发出的某种射线撞击玻璃的结果，即阴极射线．
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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．