2017_2018学年高中物理第三章原子结构之谜第一节敲开原子的大门教学案粤教版选修3_5

第一节 敲开原子的大门班级 姓名 学号 评价【自主学习】一、学习目标1．知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分。

2．领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。

3．知道汤姆生是如何测定电子荷质比的，知道电子的电荷量和质量．二、重点难点1．电子的发现过程三、问题导学1．什么是阴极射线？其本质是什么？2．汤姆生是怎样发现电子的？他建立了什么样的原子结构模型？四、自主学习（阅读课本P48-51页，《金版学案》P48-49知识点1、2）完成《金版学案》P48预习篇五、要点透析 见《金版学案》P48-49知识点1、2【预习自测】1． 阴极射线：科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管__ _会发射出一种射线，叫做阴极射线．2． 阴极射线的产生:阴极射线是一种带_ __电的粒子流．英国物理学家_ 通过阴极射线在磁场和电场中产生偏转的实验，确定了射线微粒的带电性质．3． 对电子的认识：电子的电荷量e ＝1.6×10－19C ，是由密立根通过著名的“_ _”测出来的．并计算出电子的质量m ＝9.1×10－31 kg ，质子的质量与电子的质量的比值：m p m e ＝______.4． 如图所示，一束阴极射线自下而上进入一水平方向的匀强电场后发生偏转，则电场方向____ __，进入电场后，阴极射线粒子的动能_____ __（填“增加”“减少”或“不变”）5． 关于电量，下列说法错误的是( )A ．电子的电量是由密立根油滴实验测得的B ．物体所带电量可以是任意值C ．物体所带电量最小值为1. 6×10－19 C D ．物体所带的电量都是元电荷的整数倍第一节 敲开原子的大门 【巩固拓展】 1．(双选)下列说法中，正确的是( ) A ．汤姆生精确地测出了电子电荷量e ＝1.602 177 33(49)×10－19 C B ．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的 C ．汤姆生油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e 的整数倍 D ．通过实验测得电子的荷质比及电子电荷量e 的值，就可以确定电子的质量 2．1897年英国物理学家汤姆生发现了电子并被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是( ) A ．汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷 B ．汤姆生通过对光电效应的研究，发现了电子 C ．电子的质量无法测定 D ．汤姆生通过对不同材料的阴极发出的射线做研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元 3．电子所带电荷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荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍．这个最小电荷量就是电子所带的电荷量．密立根实验的原理图如图所示，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/cm 3，求油滴所带的电荷量．这个电荷量是电子电荷量的多少倍？第一节 敲开原子的大门班级 姓名 学号 评价【课堂检测】一、阴极射线1．(单选)阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为 ( )A．平行于纸面向左B．平行于纸面向上C．垂直于纸面向外D．垂直于纸面向里二、电子的发现2．如图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．(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q是多大？m【互动研讨】1．阴极射线的本质是什么？2．电子的发现揭示了什么？3．电子的电量是通过什么实验测量的？第一节敲开原子的大门班级姓名学号评价【当堂训练】1．(单选)关于阴极射线的本质，下列说法正确的是 ( )A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波C．阴极射线本质是电子D．阴极射线本质是X射线2．(单选)关于电子的下列说法中，不正确的是 ( )A．发现电子是从研究阴极射线开始的B．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分C．电子发现的意义是：使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构D．电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同3．(单选)关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是( )A．密立根利用电场力和磁场力平衡的方法，测得了带电体的最小带电荷量B．密立根利用电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量C．密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量D．密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子质量的千分之一学习心得：。

高中物理第3章第1节敲开原子的大门学案粤教版选修1、1858年，德国物理学家普吕克尔发现了阴极射线，在一个抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光、2、英国科学家汤姆生的实验验证表明，阴极射线本质上是由带负电的微粒组成、3、汤姆生测定阴极射线中带电粒子比荷的基本思想是，一个质量为m、电荷为e的带电粒子以速率v垂直进入磁场B中，如果粒子仅受磁场力作用，将做圆周运动，向心力即为洛伦兹力：＝evB，只要确定了粒子运动的速率及半径，就可以测出比荷、4、美国科学家密立根精确测定了电子的电量e＝1、6022C、1、(多选)有关物理学史下列说法正确的是(CD)A、赫兹最先发现了阴极射线B、汤姆生精确测出了电子的电荷量e＝1、6 CC、汤姆生最先测出了阴极射线的比荷D、电子电荷的精确值是由密立根通过“油滴实验”测出的解析：最早发现阴极射线的是德国科学家普里克，A错、汤姆生最先测出了阴极射线的比荷，但并没有测定出电子的电荷量，电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的，故B错，C、D对、2、(多选)关于阴极射线，下列说法正确的是(AC)A、阴极射线带负电B、阴极射线带正电C、阴极射线的比荷比氢原子的比荷大D、阴极射线的比荷比氢原子的比荷小解析：由阴极射线在电场中的偏转方向可判断其带负电，A对；汤姆生用实验测定，阴极射线比荷是氢原子比荷的近两千倍，C对、3、(多选)关于空气导电性能，下列说法正确的是(BD)A、空气导电，因为空气分子中有的带正电荷，有的带负电荷，在强电场作用下向相反方向运动的结果B、空气能够导电，是因为空气分子在射线或强电场作用下电离的结果C、空气密度越大，导电性能越好D、空气密度变得越稀薄，越容易发出辉光解析：空气是由多种气体组成的混合气体，在正常情况下，气体分子不带电(显中性)，是较好的绝缘体、但在射线、受热及强电场作用下，空气分子被电离，才具有导电性能，且空气密度较大时，电离的自由电荷很容易与其他空气分子碰撞，正、负电荷重新复合，难以形成稳定的放电电流，而电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导电性能更好，综上所述，正确答案B、D、4、下列现象中与阴极射线所含粒子不同的是(D)A、光电效应中射出的粒子B、β射线包含的粒子C、热离子发射效应中的粒子D、热辐射包含的粒子解析：光电效应中射出的粒子、β射线包含的粒子、热离子发射效应中的粒子，和阴极射线中所含粒子一样，都是电子、但热辐射中辐射出的是光子、5、阴极射线管中的高电压的作用(D)A、使管内气体电离B、使管内产生阴极射线C、使管内障碍物的电势升高D、使电子加速解析：在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射出的电子流，通过高电压对电子加速使电子获得能量，与玻璃发生撞击而产生荧光、故D正确、6、(多选)某大功率用电器在开关切断瞬间，开关处有电火花，其正确解释是(BC)A、因为空气是良导体，电火花是空气放电形成的B、开关两端产生的高电压，使空气电离放电C、为避免产生电火花，可把开关浸在绝缘油中D、以上说法均不对解析：由于通常状态下空气是绝缘体，A 错；空气在强电场作用下电离形成导体而导电，故B对、C对、7、如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将(D)A、向纸内偏转B、向纸外偏转C、向下偏转D、向上偏转解析：长直导线电流方向向左，由安培定则可判定直导线下方所处磁场垂直纸面向外，由于电子从负极端射出，根据左手定则可判定电子向上偏转，即阴极射线将向上偏转、8、1913年美国科学家密立根通过油滴实验(D)A、发现了中子B、发现了电子C、测出了中子的质量D、测出了电子的电荷量解析：密立根通过油滴实验精确测定了电子的电荷量、9、1897年，汤姆生在研究阴极射线性质时，测出了阴极射线的_______，并确定其带_________，组成粒子被称为_________、答案：比荷负电电子10、如图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S2与P之间的距离为a，离子从缝S1进入电场时的速度不计，求该离子的比荷、解析：离子在电场中qU＝，① 离子在磁场中Bqv＝，②2R＝a，③ 解①②③得＝、答案：。

学案1 敲开原子的大门[学习目标定位] 1.了解阴极射线及电子发现的过程.2.知道汤姆生是如何测定电子荷质比的，知道电子的电荷量和质量．1．电场和磁场对电荷的作用力(1)电场力F＝qE，正电荷受力方向与场强E方向相同，负电荷受力方向与场强E方向相反．(2)洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力f＝qvB，其方向可用左手定则判断．2．探索阴极射线(1)阴极射线：在一个被抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极发出的一种使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光的射线叫做阴极射线．(2)汤姆生设计了阴极射线管来测定阴极射线的电荷．他通过阴极射线在磁场中偏转、在电场中偏转的实验证明阴极射线本质上是由带负电的微粒组成的，这种粒子的荷质比大约比当时已知的质量最小的氢离子的荷质比大2_000倍．3．电子的发现汤姆生发现，对于不同的放电气体，或者用不同的金属材料制作电极，都测得相同的荷质比，随后又发现在气体电离和光电效应等现象中，可以从不同物体中逸出这种带电粒子，这表明它是构成各种物体的共同成分．汤姆生发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本上相同，质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此汤姆生完全确认了电子的存在，电子是构成原子的组成部分．4．美国物理家密立根精确地测定了电子的电荷量，并根据荷质比精确地计算出了电子的质量．5．电子的发现打破了传统的“原子不可分”的观念，使人类对自然世界的认识又向前迈进了一步.一、阴极射线[问题设计]1．在图1所示的演示实验中，K和A之间加上近万伏的高电压后，玻璃管壁上观察到什么现象？该现象说明了什么问题？图1答案玻璃管壁上观察到淡淡的荧光及管中物体在玻璃管壁上的影，这说明阴极能够发出某种射线，并且撞击玻璃引起荧光．2．人们对阴极射线的本质的认识有两种观点，一种观点认为是电磁辐射，另一种观点认为是带电微粒，你认为应如何判断哪种观点正确？答案可以让阴极射线通过磁场，若射线垂直于磁场方向进入磁场后发生了偏转，则该射线是由带电微粒组成的．[要点提炼]1．阴极射线科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管阴极会发射出一种射线，叫做阴极射线．2．阴极射线的产生阴极射线是一种带负电的粒子流．英国物理学家汤姆生通过阴极射线在磁场和电场中产生偏转的实验，确定了射线微粒的带电性质．二、电子的发现[问题设计]如图2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)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q m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 ＝E B(3)根据洛伦兹力充当向心力：qvB ＝m v 2r ，得出：q m ＝vBr.又v ＝EB ，则q m ＝E B 2r .测出E 、B 、r 即可求荷质比qm. [要点提炼]1．汤姆生的研究方法及结论(1)汤姆生根据阴极射线在电场和磁场中的偏转断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的荷质比．(2)汤姆生用不同材料的阴极和不同的气体做实验，所得的荷质比都是相同的，是氢离子荷质比的近两千倍．(3)汤姆生直接测量了阴极射线粒子的电荷，发现这种粒子的电荷与氢离子电荷大小基本相同．后来把组成阴极射线的粒子称为电子． 2．对电子的认识 电子的电荷量e ＝1.6×10－19C ，是由密立根通过著名的“油滴实验”测出来的．并计算出电子的质量m ＝9.1×10－31kg ，质子的质量与电子的质量的比值：m pm e＝1_836.一、对阴极射线的认识例 1 (单选)阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图3所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为( )图3A ．平行于纸面向左B ．平行于纸面向上C ．垂直于纸面向外D ．垂直于纸面向里解析 由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右传播，说明电子的运动方向向右，利用左手定则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C 正确． 答案 C二、测量带电粒子的比荷例2 带电粒子的荷质比q m是一个重要的物理量．某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的荷质比，实验装置如图4所示．图4(1)他们的主要实验步骤如下：A ．首先在两极板M 1、M 2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，射出的电子从两极板中央通过，在荧光屏的正中心处观察到一个亮点；B ．在M 1、M 2两极板间加合适的电场：加上极性如图所示的电压，并逐步调节增大，使荧光屏上的亮点逐渐向荧光屏下方偏移，直到荧光屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为U .请问本步骤的目的是什么？C ．保持步骤B 中的电压U 不变，在M 1M 2区域加一个大小、方向合适的磁场B ，使荧光屏正中心重现亮点，试问外加磁场的方向如何？(2)根据上述实验步骤，同学们正确推算出电子的荷质比与外加电场、磁场及其他相关量的关系为q m ＝UB 2d 2.一位同学说，这表明电子的荷质比将由外加电压决定，外加电压越大则电子的荷质比越大，你认为他的说法正确吗？为什么？解析 依据运动的带电粒子在电场中受电场力和在磁场中受洛伦兹力，两者平衡列方程求荷质比．(1)B 中荧光屏上恰好看不到亮点说明电子刚好落在正极板的近荧光屏的边缘，目的是利用极板间的距离d 表示荷质比qm.C 中由于要求洛伦兹力方向向上，根据左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外．(2)不正确，电子的荷质比q m是电子的固有参数，与测量所加U 、B 以及极板间距离d 无关． 答案 见解析敲开原子的大门⎩⎪⎨⎪⎧阴极射线⎩⎪⎨⎪⎧产生性质：带负电，真空中沿直线传播电子的发现⎩⎪⎨⎪⎧汤姆生的研究方法电子发现的意义电子的电荷量和质量1．(单选)关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( ) A ．阴极射线本质是氢原子 B ．阴极射线本质是电磁波 C ．阴极射线本质是电子 D ．阴极射线本质是X 射线 答案 C2．(单选)关于电子的下列说法中，不正确的是( ) A ．发现电子是从研究阴极射线开始的 B ．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分C ．电子发现的意义是：使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构D ．电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同 答案 D3．(单选)关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是( )A ．密立根利用电场力和磁场力平衡的方法，测得了带电体的最小带电荷量B ．密立根利用电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量C ．密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量D ．密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子质量的千分之一 答案B[概念规律题组]1．(双选)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C．阴极射线的荷质比比氢原子荷质比大D．阴极射线的荷质比比氢原子荷质比小答案AC解析通过阴极射线在电场、磁场中的偏转发现阴极射线带负电，其荷质比比氢原子的荷质比大得多，故A、C正确．2．(双选)如图1所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，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( )图1A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．如要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变AB中电流方向来实现D．电子的径迹与AB中电流的方向无关答案BC解析阴极射线带负电，由左手定则判断管内磁场垂直纸面向里；由安培定则判断AB 中电流的方向由B流向A.电流方向改变，管内磁场方向改变，电子受力方向也改变．[方法技巧题组]3．(单选)如图2是阴极射线管示意图．接通电源后，阴极射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是( )图2A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向答案 B解析若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方向，B正确；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿z轴正方向．4．(单选)图3为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空，A为发射热电子的阴极，K 为接在高电势点的加速阳极，A 、K 间电压为U ，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K 的小孔中射出的速度大小为v .下面的说法中正确的是( )图3A ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为2vB ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为v2C ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为v2D ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为22v 答案 D解析 对电子从A 到K 的过程应用动能定理：eU ＝12mv 2－0，所以电子离开K 时的速度取决于A 、K 之间电压的大小，A 、B 错；如果电压减半，则v 应变为原来的22倍，C 错，D 对．5．亥姆霍兹线圈是一对彼此平行串联的共轴圆形线圈，两线圈大小相同，线圈之间距离d 正好等于圆形线圈的半径R ，如图4所示．这种线圈的特点是能在其公共轴线中点O附近产生近似匀强磁场，且该匀强磁场的磁感应强度与线圈中的电流成正比，即B ＝kI .电子枪将灯丝溢出的电子经电压为U 的电场加速后，垂直射入上述匀强磁场中，测得电子做匀速圆周运动的半径为r ，试求电子的荷质比．图4答案2U kIr2解析 电子经电压U 加速，由动能定理得：eU ＝12mv 2①当电子垂直射入由亥姆霍兹线圈产生的匀强磁场中，在洛伦兹力作用下电子发生偏转，做圆周运动．洛伦兹力为向心力，则evB ＝m v 2r②由①②两式得：e m ＝2UBr 2又知，亥姆霍兹线圈产生的磁场与电流成正比，即B ＝kI ，则e m ＝2UkIr 2.[创新应用题组]6．汤姆生1897年用阴极射线管测量了电子的荷质比(电子电荷量与质量之比)，其实验原理如图5所示．电子流平行于极板射入，极板P 、P ′间同时存在匀强电场E 和垂直纸面向里的匀强磁场B 时，电子流不发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B 时，电子流穿出平行板电容器时的偏向角θ＝115 rad.已知极板长L ＝3.0×10－2m ，电场强度大小为E ＝1.5×104V/m ，磁感应强度大小为B ＝5.0×10－4T ．求电子的荷质比．图5答案 1.3×1011C/kg 解析 无偏转时，有eE ＝evB只存在磁场时，有evB ＝m v 2r (或r ＝mv eB )，由几何关系得r ＝L sin θ偏转角很小时，r ≈L θ，联立并代入数据得e m ＝E θB 2L＝1.3×1011C/kg.。

电子的发现，说明原子内含有电子，而光谱的发射仿佛与电子的行为有亲近关系。

在这从前，人们对原子的内部状态一无所知，只好把原子看作是一个不行分的整体，而在发现电子、确证原子可分以后，才有可能真切建立原子结构的模型，研究原子结构的理论，从而对光谱的发射和其余原子现象作出正确的解说。

物理学家们依据自己的实践和看法从不一样的角度提出各种不一样的模型。

本章我们将找寻科学家的踪影，研究微观世界的巧妙。

第一节 敲开原子的大门对应学生用册页码 P351．1858 年，德国物理学家普吕克尔发现了阴极射线，在一个抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光。

2．汤姆生的实验考据表示，阴极射线实质上是由带负电的微粒构成。

3．汤姆生测定阴极射线中带电粒子比荷的基本思想是，一个质量为m 、电荷为 e 的带电粒子以速率 v 垂直进入磁场B 中，假如粒子仅受磁场力作用，将做圆周运动，向心力即2为洛伦兹力： m v＝evB ，只要确立了粒子运动的速率及半径，就可以测出比荷。

r－ 194．美国科学家密立根精确测定了电子的电量e＝× 10C。

对应学生用册页码P35阴极射线的研究1.什么是阴极射线在一个抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光，这类巧妙的射线被称为阴极射线。

2．阴极射线带电性质的判断(1)方法一：在阴极射线所经地域加上电场，经过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的状况确立带电的性质。

(2)方法二：在阴极射线所经地域加一磁场，依据亮点地点的变化和左手定章确立带电的性质。

3．阴极射线荷质比的测定(1)让某一速率的电子垂直进入某一电场中，在荧光屏上亮点地点发生变化。

(2)在电场所区加一与其垂直的大小适合的磁场，抵消阴极射线的偏转。

由此可知qE－EqvB＝ 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地域将会形成一个半径为r 的圆弧，依据磁场状况和轨迹偏转状况，由几何知识求出其半径r ，2mv q v E则由 qvB＝得＝＝ 2 。

第一节敲开原子的大门[先填空]1．实验装置真空玻璃管、阴极、阳极和高压电源．2．实验现象及阴极射线在一个被抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光．这种奇妙的射线被称为阴极射线．3．阴极射线的本质汤姆生通过实验证明阴极射线本质上是由带负电的微粒组成的．[再判断]1．阴极射线的本质是由带正电的微粒组成．(×)2．在阴极射线所在的区域加一磁场，可判断阴极射线的性质．(√)3．阴极射线在真空中沿直线传播．(√)[后思考]产生阴极射线的玻璃管为什么是真空的？【提示】在高度真空的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴极，对于真空度不高的放电管，粒子还有可能来自管中的气体，为了使射线主要来自阴极，一定要把玻璃管抽成真空．1．对阴极射线本质的认识——两种观点(1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射．(2)粒子说，代表人物——汤姆生，他认为这种射线是一种带电粒子流．2．阴极射线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．3．实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电．1．如图3­1­1所示，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会向________偏转．图3­1­1【解析】阴极射线方向水平向右，说明其等效电流的方向水平向左，与导线中的电流方向相反，由左手定则，两者相互排斥，阴极射线向上偏转．【答案】上2．如图3­1­2是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，可采用加磁场或电场的方向．图3­1­2若加一磁场，磁场方向沿________方向，若加一电场，电场方向沿________方向．【解析】若加磁场，由左手定则可判定其方向应沿y轴正方向；若加电场，根据受力情况可知其方向应沿z轴正方向．【答案】y轴正z轴正注意阴极射线电子从电源的负极射出，用左手定则判断其受力方向时四指的指向和射线的运动方向相反.[先填空]1．汤姆生的探究方法及结论(1)根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的荷质比．(2)换用不同材料的阴极做实验，所得荷质比的数值都相同，汤姆生计算出的荷质比大约比当时已知的质量最小的氢离子的荷质比大2 000倍．(3)结论：汤姆生直接测量出粒子的电荷，发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本上相同，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此，汤姆生完全确认了电子的存在．2．电子的电荷量和质量(1)电荷量：美国科学家密立根精确地测定了电子的电量e＝1.602_2×10－19 C.(2)质量：根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为m＝9.109_4×10－31 kg.[再判断]1．阴极射线实际上是高速运动的电子流．(√)2．电子的电荷量是汤姆生首先精确测定的．(×)3．带电体的电荷量可以是任意值．(×)[后思考]汤姆生怎样通过实验确定阴极射线是带负电的粒子？【提示】汤姆生通过气体放电管研究阴极射线的径迹，未加电场时，射线不偏转，施加电场后，射线向偏转电场的正极板方向偏转，由此确定阴极射线是带负电的粒子．1．电子荷质比(或电荷量)的测定方法根据电场、磁场对电子的偏转测量比荷(或电荷量)，可按以下方法：(1)让电子通过正交的电磁场，如图3­1­3甲所示，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F 洛＝F 电(Bqv ＝qE )得到电子的运动速度v ＝E B.甲(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，如图3­1­3乙所示，保留磁场让电子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv ＝mv 2r ，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r ，则由qvB ＝m v 2r 得q m ＝v Br ＝EB 2r.乙 图3­1­32．密立根油滴实验 (1)装置密立根实验的装置如图3­1­4所示．图3­1­4①两块水平放置的平行金属板A 、B 与电源相接，使上板带正电，下板带负电．油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中．②大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降．观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察．(2)方法①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E .但是由于油滴太小，其质量很难直接测出．密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量．没加电场时，由于空气的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空气给油滴的摩擦力而使油滴匀速下落，可测得速度v 1.②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v 2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡．根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量．(3)结论带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e .3．(多选)关于电荷的电荷量，下列说法正确的是( )【导学号：55272074】A ．物体所带电荷量可以是任意值B ．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19CC ．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍D ．电子就是元电荷【解析】 密立根的油滴实验测出了电子的电量为1.6×10－19C ，并提出了电荷量子化的观点，因而故A 错，B 对；任何物体的电荷量都是e 的整数倍，故C 对，D 错．【答案】 BC4．密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性．如图3­1­5所示是密立根油滴实验的原理示意图，设小油滴的质量为m ，调节两极板间的电势差U ，当小油滴悬浮不动时，测出两极板间的距离为d .则可求出小油滴的电荷量q ＝________.图3­1­5【解析】 由平衡条件得mg ＝q Ud ，解得q ＝mgd U. 【答案】mgd U5．如图3­1­6所示为汤姆生用来测定电子比荷的装置．当极板P 和P ′间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O 点处，形成一个亮点；加上偏转电压U 后，亮点偏离到O ′点，O ′点到O 点的竖直距离为d ，水平距离可忽略不计；此时在P 与P ′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B 时，亮点重新回到O 点．已知极板水平方向长度为L 1，极板间距为b ，极板右端到荧光屏的距离为L 2.【导学号：55272075】图3­1­6(1)求打在荧光屏O 点的电子速度的大小． (2)推导出电子比荷的表达式．【解析】 (1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有Bev ＝Ee ＝Ube ，得v ＝U Bb即打到荧光屏O 点的电子速度的大小为U Bb. (2)由d ＝12Ue bm ⎝ ⎛⎭⎪⎫L 1v 2＋Ue bm L 1v ·L 2v可得e m ＝2dbv 2UL 1L 1＋2L 2＝2dU B 2bL 1L 1＋2L 2. 【答案】 (1)U Bb(2)2dUB 2bL1L 1＋2L 2巧妙运用电磁场测定电子比荷1．当电子在复合场中做匀速直线运动时，qE ＝qvB ，可以测出电子速度的大小． 2．电子在荧光屏上的落点到屏中心的距离等于电子在电场中的偏转位移与电子出电场到屏之间的倾斜直线运动偏转位移的和．。

第三章第一节《敲开原子的大门》学习目标1、了解阴极射线的特点、本质，汤姆生是如何发现电子2、汤姆生发现电子的过程和研究方法3、如何测定电子的荷质比学习过程一、预习指导：预习书本 P48—P501、阅读书本P48第二段，谁发现了阴极射线？阴极射线是如何产生的？它有什么特点？2、阅读书本P49第三段，见图P49图3-1-3汤姆生如何测定阴极射线的电性？阴极射线由带何种电性的粒子组都成？3、阅读书本P49第四段，汤姆生是如何测定阻极射中带电粒子荷质比（难点）？4、阅读书本P50，汤姆生发现了电子（阴极射线是高速电子流），哪么电子的质量和电量是谁通过实验测定的？二、课堂导学：※学习探究（1）什么是荷质比？（2）汤姆生测阴极射线荷质比的思路：质量为m，电荷为e的带电粒子以速率V进入磁场B中，仅受磁场力，将做运动。

因为：向心力由提供，即有 =图13 得荷质比：e/m=可见：只要测出粒子的半径R 和速率V 就可测出荷质比。

难点1：汤姆生如何测定粒子的速度V？（见P50书本讨论与交流）难点2；汤姆生如何测定粒子做圆周运动的半径R？（见P50书本讨论与交流）难点3：请推出荷质比的表达式：※ 典型例题（2007广东）带电粒子的荷质比mq是一个重要的物理量。

某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的荷质比，实验装臵如图13所示。

①他们的主要实验步骤如下：A ．首先在两极板M 1M 2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子从两极板中央通过，在荧幕的正中心处观察到一个亮点；B ．在M 1M 2两极板间加合适的电场：加极性如图13所示的电压，并逐步调节增大，使荧幕上的亮点逐渐向荧幕下方偏移，直到荧幕上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为U 。

请问本步骤目的是什么？C ．保持步骤B 中的电压U 不变，对M 1M 2 区域加一个大小、方向合适的磁场B ，使荧 幕正中心重现亮点，试问外加磁场的方向如何？②根据上述实验步骤，同学们正确推算处电子的荷质比与外加电场、磁场及其他相关量的关系为22dB Um q 。

3.1 敲开原子的大门课堂互动三点剖析一、阴极射线的研究1.1858年德国人普吕克尔在研究气体放电时，注意到放电管正对阳极的管壁上发出了荧光，证明是因为有一种射线从阴极发出打在管壁上所致，因此就把这一射线叫阴极射线.2.E·戈德斯认为阴极射线是一种电磁辐射，但英国物理学家克鲁克斯和其他的人却说不是；他们认为阴极射线是某种粒子束.1897年，物理学家J·汤姆生证实了阴极射线也会被电荷影响而偏转，无疑解决了这一问题.然而这些阴极“粒子”是什么呢？那时候唯一知道的带负电的粒子是原子的负离子.实验证明，阴极射线粒子不可能是这种离子，因为它们受电磁场的偏转如此强，所以它们必然具有难以想象的高电荷，要不就是非常轻的粒子，质量不到氢原子的1/1 000，最后确定它为电子.二、研究“阴极射线”性质所需的电磁场知识1.阴极射线的本质是电子，在不大的电磁场中运动时，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影响时，一般不考虑重力影响.2.当电子流垂直磁场进入磁场，电子将做匀速圆周运动，所受洛伦兹力提供其做圆周运动的向心力，即evB=R mv 2得R=eBmv ,然后根据所给几何关系，不难求出电子射到荧光屏上的偏转量.3.质量为m e ,电荷量为e 的电子，假设以速度v 垂直射入电场强度为E 的电场，如图3-1-3所示：射出电场时其偏移量y=2222121vL m eE at e ∙=;图3-1-3各个击破【例1】 关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（ ）A.阴极射线本质是氢原子B.阴极射线本质是电磁波C.阴极射线本质是电子D.阴极射线本质是X 射线解析：阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X 射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的.答案：C类题演练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C.阴极射线的比荷比氢原子比荷大D.阴极射线的比荷比氢原子比荷小解析：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，而且比荷比氢原子的比荷大得多，故仅A 、C 两项正确.答案：AC类题演练2汤姆生是怎样发现电子的？解析：汤姆生通过测定阴极射线的电性实验，测得阴极射线中含有带负电的粒子，然后通过测定阴极射线中负粒子的比荷的大小（通过带电粒子在电磁场中的运动实验）从而推理得到阴极射线中的粒子是电子.答案：见解析【例2】 一束电子流在经U=5 000 V 的加速电压加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图3-1-2所示，若两板间距d=1.0 cm,板长l=5.0 cm,那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？图3-1-2解析：在加速电压一定时，偏转电压U′越大，电子在极板间的偏距就越大.当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出，此时的偏转电压，即为题目要求的最大电压. 加速过程，由动能定理得eU=2021mv ① 进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速运动l=v 0t ② 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动，加速度a=dm eU m F '= ③ 偏距y=221at ④ 能飞出的条件为y≤2d ⑤ 解①—⑤式得U′≤V l Ud 222222)100.5()100.1(500022--⨯⨯⨯⨯==4.0×102 V. 答案：U′≤4.0×102 V。