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第十八章原子结构1电子的发现1.知道阴极射线的发现、产生及本质。2.了解J.J.汤姆孙发现电子的研究方法及发现电子的意义。一二一、阴极射线1.发现。1858年德国物理学家普吕克尔发现阴极射线。2.产生。如图所示,研究低压气体导电的装置,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,这种射线命名为阴极射线。3.特点。(1)在真空中沿直线传播。(2)碰到荧光物质能使其发光。一二二、电子的发现一二阴极射线的发现说明了什么?提示：说明原子是可以再分的。一二三一、阴极射线的产生将金属加热,让其温度变得很高,电子热运动加剧,电子热运动能量足够大时在金属表面逸出,以这块金属作为阴极(负极),在相距一定距离的地方设一个阳极(正极),逸出金属表面的电子在电场力作用下向阳极运动,形成电子束,形成的电子束即阴极射线。一二三二、用电场、磁场研究“阴极射线”的性质1.电性的确定。方法一:让阴极射线进入已知电场,由所受电场力方向确定带电的性质。方法二:让阴极射线进入磁场,由所受洛伦兹力的方向,根据左手定则确定带电的性质。2.比荷的测定方法。(1)让粒子通过正交的电磁场,如图所示,让其做直线运动,根据二力平衡条件,即F洛=F电(Bqv=qE)得到粒子的运动速度v=𝐸𝐵。一二三(2)在其他条件不变的情况下,撤去电场(如图所示),保留磁场,让粒子只在磁场中运动,由洛伦兹力提供向心力,即Bqv=𝑚𝑣2𝑅,根据磁场情况和轨迹偏转情况,由几何知识求出其半径𝑅。(3)由以上方法确定粒子比荷的表达式:𝑞𝑚=𝐸𝐵2𝑅。一二三三、电子的发现历程2.德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线。3.猜想:(1)阴极射线是一种电磁辐射。(2)阴极射线是带电微粒。4.英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转。5.密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。1.类型一类型二电子电荷量的测量【例题1】电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的。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。类型一类型二(1)调节两金属板间的电势差U,当U=U0时,使得某个质量为m的油滴恰好做匀速运动。该油滴所带电荷量q为多少?(2)在某次测量中,他得到了如下的数据,你根据这些数据能得出什么结论呢?液滴编号12345…电荷量q/C6.41×10-199.70×10-193.20×10-194.81×10-191.60×10-19…类型一类型二点拨:利用平衡方程求解油滴所带的电荷量。解析:(1)油滴匀速下落过程中受到的电场力和重力平衡,可见油滴所带电荷为负电荷,即𝑞𝑈0𝑑=𝑚𝑔,得q=m𝑔𝑑𝑈0。(2)研究这些数据发现,它们几乎都是1.60×10-19的整数倍,从而得出电荷量的最小值是1.60×10-19,即e=1.60×10-19C。答案:(1)m𝑔𝑑𝑈0(2)见解析题后反思不同的油滴质量和电荷量不同,如果重力和电场力大小不等,这样的油滴必做变速运动;如果某油滴受到的重力和电场力大小相等、方向相反,则这个油滴必处于平衡状态,可利用平衡条件求得其所带电荷量。类型一类型二触类旁通由例题1(2)中油滴所带电荷量的情况你还能得出什么结论?答案:任何带电体的电荷量只能是电子所带电荷量的整数倍,即q=ne。类型一类型二阴极射线的比荷测定方法【例题2】在汤姆孙测阴极射线比荷的实验中,采用的阴极射线管如图所示,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、电场强度为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:类型一类型二(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。点拨:利用阴极射线在电场、磁场中的偏转情况可以判断阴极射线的电性以及阴极射线的比荷大小。解析:(1)在电场中,由于阴极射线向上偏转,因此阴极射线所受电场力的方向向上,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。类型一类型二(3)设此射线所带电荷量为q,质量为m,当射线在D、G间做匀速直线运动时,由平衡条件得qE=Bqv当射线在D、G间的磁场中偏转时,由洛伦兹力提供向心力得Bqv=𝑚𝑣2𝑅由几何关系得l=Rsinθ解得𝑞𝑚=𝐸sin𝜃𝐵2𝑙。答案:(1)负电(2)垂直纸面向里(3)𝐸sin𝜃𝐵2𝑙题后反思利用磁偏转测比荷,由qvB=𝑚𝑣2𝑅得𝑞𝑚=𝑣𝐵𝑅,只需知道磁感应强度B、带电粒子的初速度v和偏转半径R即可。类型一类型二触类旁通如果在D、G间不加电场,而只加已知磁场,能否判断阴极射线的电性?答案:能。由阴极射线在已知磁场中的偏转方向确定其所受洛伦兹力的方向,再根据左手定则同样能判断出阴极射线的电性。