成才之路 物理 路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索 人教版 選修3 5 原子結(jié)構(gòu) 第十八章 第一節(jié)電子的發(fā)現(xiàn) 第十八章 1858年 德國科學(xué)家普里克發(fā)現(xiàn)了陰極射線 在一個(gè)抽成真空的玻璃管兩端加上高電壓 這時(shí)陰極會發(fā)出一種射線稱為陰極射線 陰極射線究竟是什么 是原子 還是更小的物質(zhì)微粒 1 演示實(shí)驗(yàn)如圖所示 真空玻璃管中K是金屬板制成的 接感應(yīng)線圈的負(fù)極 A是金屬環(huán)制成的 接感應(yīng)線圈的正極 接通電源后 感應(yīng)線圈產(chǎn)生的 的高電壓加在兩個(gè)電極之間 可觀察管端玻璃壁上亮度的變化 陰極射線 陰極 陽極 近萬伏 2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象德國物理學(xué)家普呂克爾在類似的實(shí)驗(yàn)中看到玻璃壁上 及管中物體在玻璃壁上的 3 陰極射線熒光是由于玻璃受到 發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的 這種射線被命名為 淡淡的熒光 影 陰極 陰極射線 1 湯姆孫的探究方法 1 讓陰極射線分別通過電場或磁場 根據(jù)偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象 證明它是 的粒子流并求出了其比荷 2 換用不同的陰極做實(shí)驗(yàn) 所得 的數(shù)值都相同 是氫離子比荷的近 倍 證明這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共同成分 電子的發(fā)現(xiàn) 帶負(fù)電 比荷 兩千 3 進(jìn)一步研究新現(xiàn)象 不論是由于正離子的轟擊 紫外光的照射 金屬受熱還是放射性物質(zhì)的自發(fā)輻射 都能發(fā)射同樣的 電子 由此可見 電子是原子的 是比原子更 的物質(zhì)單元 2 密立根 油滴實(shí)驗(yàn) 1 精確測定 2 電荷是 的 帶電粒子 組成部分 基本 電子電荷量 量子化 1 602 10 19 9 1 10 31 1836 4 電子發(fā)現(xiàn)的重大意義電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)比原子小的粒子 電子的發(fā)現(xiàn) 打破了原子 的傳統(tǒng)觀念 使人們認(rèn)識到原子不是組成物質(zhì)的 微粒 原子本身也有內(nèi)部 從此 原子物理學(xué)飛速發(fā)展 人們對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代 不可再分 最小 結(jié)構(gòu) 一 對陰極射線的理解1 陰極射線的含義陰極射線是陰極放射出來的射線 經(jīng)驗(yàn)證它實(shí)際上就是電子流 當(dāng)金屬陰極受熱溫度變得很高時(shí) 電子熱運(yùn)動(dòng)加劇 電子熱運(yùn)動(dòng)能量足夠大時(shí)可以從金屬表面逸出 形成電子流 2 陰極射線帶電性質(zhì)的判斷方法陰極射線的本質(zhì)是電子 在電場 或磁場 中所受電場力 或洛倫茲力 遠(yuǎn)大于所受重力 故研究電磁力對電子運(yùn)動(dòng)的影響時(shí) 一般不考慮重力的影響 其帶電性質(zhì)的判斷方法如下 1 方法一 在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場 通過打在熒光屏上的亮點(diǎn)的變化和電場的情況確定帶電的性質(zhì) 2 方法二 在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場 根據(jù)亮點(diǎn)位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì) 答案 1 帶負(fù)電 2 垂直紙面向外解析 1 陰極射線在電場中向下偏轉(zhuǎn) 說明射線帶負(fù)電 2 要使帶負(fù)電的陰極射線向上偏轉(zhuǎn) 根據(jù)左手定則可知 需加垂直紙面向外的磁場 二 電子電荷量的測定1 電子的電荷量1910年美國物理學(xué)家密立根通過著名的 油滴實(shí)驗(yàn) 簡練精確地測定了電子的電量 電子電荷的現(xiàn)代值為e 1 602 10 19C 2 電子電荷量的測定 1 密立根實(shí)驗(yàn)的原理a 如圖所示 兩塊平行放置的水平金屬板A B與電源相連接 使A板帶正電 B板帶負(fù)電 從噴霧器噴嘴噴出的小油滴經(jīng)上面的金屬板中間的小孔 落到兩板之間的勻強(qiáng)電場中 特別提醒 密立根的 油滴實(shí)驗(yàn) 中易忽視帶電油滴的重力 從而使問題無從下手 象油滴 塵埃 小顆粒 小球等宏觀物體除特別說明外都要考慮重力 答案 電荷是量子化的 電荷的電荷量都是元電荷e的整數(shù)倍 三 帶電粒子比荷的測定1 電荷量的量子化帶電體所帶電荷量具有量子化 即任何帶電體所帶電荷量只能是電子電荷量的整數(shù)倍 即q ne n為自然數(shù) 對陰極射線的理解 解析 通過讓陰極射線在電場 磁場中的偏轉(zhuǎn)的研究發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電 而且比荷比氫原子的比荷大得多 故A C正確 答案 AC 答案 D解析 陰極射線是由陰極直接發(fā)出的電子流 可被電場 磁場偏轉(zhuǎn) A B C錯(cuò) D正確 如圖所示為美國物理學(xué)家密立根測量油滴所帶電荷量裝置的截面圖 兩塊水平放置的金屬板間距為d 油滴從噴霧器的噴嘴噴出時(shí) 由于與噴嘴摩擦而帶負(fù)電 油滴散布在油滴室中 在重力作用下 少數(shù)油滴通過上面金屬板的小孔進(jìn)入平行金屬板間 當(dāng)平行金屬板間不加電壓時(shí) 由于受到氣體阻力的作用 油滴最終以速度v1豎直向下勻速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)上板帶正電 下板帶負(fù)電 兩板間的電壓為U時(shí) 帶電油滴恰好能以速度v2豎直向上勻速運(yùn)動(dòng) 已知油滴在極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)所受氣體阻力的大小與其速率成正比 油滴密度為 電子電荷量的測定 1 設(shè)油滴受到氣體的阻力f kv 其中k為阻力系數(shù) 求k的大小 2 求油滴所帶電荷量 探究電子的比荷 易錯(cuò)分析 將陰極射線方向 即電子運(yùn)動(dòng)方向 誤當(dāng)作電流方向而錯(cuò)選D 正確解答 解答本題可先根據(jù)陰極射線是電子流 由運(yùn)動(dòng)方向和題目要求使電子向上偏轉(zhuǎn) 利用左手定則判斷磁場方向 由于陰極射線的本質(zhì)是電子流 陰極射線方向向右 說明電子的運(yùn)動(dòng)方向向右 要使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上 利用左手定則可知磁場方向應(yīng)為垂直于紙面向外 故C項(xiàng)正確 正確答案 C