2017-2018学年物理粤教版选修3-5讲义第三章原子结构之谜3-1.doc

第一节敲开原子的大门

[目标定位]1.了解阴极射线及电子发现的过程；2.知道汤姆生研究阴极射线发现电子的实验及理论推导；3.知道电子电荷量的测定．

一、探索阴极射线

1．阴极射线：在抽成真空的玻璃管两端加上高电压时，从阴极发出的一种使玻璃管壁上出现绿色荧光的射线．

2．汤姆生对阴极射线的探索方法

(1)让阴极射线通过电场，根据偏转情况，可判断阴极射线带负电．

(2)让阴极射线通过磁场，根据偏转情况，测出阴极射线的荷质比．

二、电子的发现

汤姆生的探究方法

1．换用不同的放电气体，或用不同金属材料制作电极，测得相同的荷质比．

2．在气体电离、光电效应中，可从不同物体中逸出这种射线粒子．

3．这种粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本相同，质量却比氢原子小得多．

4．

想一想电子发现的重大意义是什么？

答案电子是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进入了一个新时代．

预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中

问题1

问题2

问题3

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．

【例1】(多选)如图1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1

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所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将________(填“向下”、“向里”或“向外”)偏转．

图2

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、电子荷质比的测定

实验探究

如图3所示为测定阴极射线粒子荷质比的装置，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3

(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？

(2)再在D1、D2间加一磁场(图中未画出)，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，则粒子的荷质比eq\f(q,m)是多大？

答案(1)负电(2)eq\f(E,B)(3)eq\f(E,B2r)

解析(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＝eq\f(E,B)

(3)由洛伦兹力充当向心力：qvB＝meq\f(v2,r)，

得出：eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br).

又v＝eq\f(E,B)，

则eq\f(q,m)＝eq\f(E,B2r).

测出E、B、r即可求荷质比eq\f(q,m).

【例2】1897年，物理学家汤姆生正式测定了电子的荷质比，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆生的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在实验中汤姆生采用了如图4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．

图4

(1)说明图中磁场沿什么方向；

(2)根据L、E、B和θ，求出电子的荷质比．

答案(1)垂直纸面向里

(