第十八章 第1节 电子的发现

第十八章原子结构第1节电子的发现P52阴极射线小标题中主要说的是气体放电，可以略去。

但要让学生明白以下思路（不要求学生复述）：连在电源负极上的某些金属在强电场（高电压）、高温、紫外线的作用会发出一种射线，这种射线叫做阴极射线↓关于阴极射线的两种观点：电磁波～粒子流？↓J. J. 汤姆孙测量阴极射线的比荷（复习带电粒子在电磁场中的运动）↓阴极射线由带电粒子组成但粒子或者质量非常小，或者电荷量非常大↓汤姆孙又直接测量了阴极射线粒子的电荷量↓阴极射线粒子的电荷与质子相当（负电）质量比质子小得多↓发现电子P53思考与讨论q，是一个重要的物理带电粒子的电荷量与其质量之比——比荷m量。

根据带电粒子在电场和磁场中受力的情况，可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。

建议你依照下面的提示自己算一算。

1. 当金属板D、F之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上P1点。

施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。

由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？21块金属板之间的区域再施加一个大小合适、方向垂直于纸面的磁场。

这个磁场B应该向纸外还是向纸内？写出此时每个阴极射线微粒受到的洛仑兹力和电场力。

两个力之间应该有什么关系？据此算出阴极射线的速度v的表达式。

由于金属板D、F间的距离是已知的，两板间的电压是可测量的，所以两板间的电场强度E也是已知量。

磁感应强度B可以由电流的大小算出，同样按已知量处理。

3. 如果去掉D、F间的电场E，只保留磁场B，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。

此时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向心力是洛仑兹力。

q的表达式了。

这里要用到步骤2按照以上步骤就可以写出比荷m中求出的阴极射线速度v的表达式。

目的：复习带电粒子在电磁场中的运动，体验科学探究中的分析与论证。

P56第4题与此题相似。

十八章原子核18．1 电子的发现【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．【自主学习】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粒子流，这些微观粒子是_____．对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。

（1）电磁波说：代表人物，赫兹。

认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。

（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。

认为这种射线的本质是一种高速粒子流。

二、电子的发现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____实验精确测定了电子的电荷量．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__________kg.任何带电体所带电量只能是电子电量的_______．【课堂达标】1．关于电子的发现者，下列说法正确的是( )A．英国的汤姆孙B．德国的普吕克尔C．德国的戈德斯坦D．美国的密立根2．汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，关于电子的说法正确的是( )A．物质中可能有电子，也可能没有电子B．不同的物质中具有不同的电子C．电子质量是质子质量的1836倍 D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元3．关于电荷量下列说法不．正确的是( )A．电子的电量是由密立根通过油滴实验测得的 B．物体的带电量可以是任意值C．物体带电量的最小值为1.6×10－19C D．电子所带的电荷量称为元电荷4.图18－1－8如图18－1－8所示，在阴极射线管正上方平行放一根通有强电流的长直导线，则阴极射线将( ) A．向纸内偏转B．向纸外偏转C．向下偏转D．向上偏转5．图18－1－9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，在下列措施中可采用的是( )图18－1－9A ．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6．图18－1－10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 的小孔中射出时的速度大小为v .下面的说法中正确的是( )图18－1－10A ．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图18－1－117．如图18－1－11所示，光电管的阴极被某种频率的光照射后，能产生光电效应．阴极K 上的电子被激发逸出表面(初速度为零)，经加速电压U 加速后达到阳极A 上，并立即被A 吸收．若电子电荷量为e ，质量为m .则A 极在单位时间内所受的冲量为________．8.图18－1－12测量油滴带电荷量的装置如图18－1－12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．调节两金属板间的电势差u ，当u ＝U 0时，使得某个质量为m 1的油滴恰好做匀速运动，该油滴所带电荷量q 为多少？思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。

《第一节电子的发现》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，以下关于汤姆孙发现电子的实验装置描述错误的是：A、汤姆孙使用的是阴极射线管B、实验中观察到阴极射线在电场和磁场中发生了偏转C、汤姆孙通过测量偏转角度，计算出了电子的电荷量D、实验结果表明阴极射线是由带正电的粒子组成的2、在研究阴极射线的过程中，以下关于电子的发现和性质描述不正确的是：A、电子的发现使人们认识到原子是可以再分的B、电子的质量约为氢原子质量的1/1836C、电子的电荷量约为1.6×10^-19库仑D、电子是带正电的基本粒子3、电子是由哪位科学家首次发现的？A、阿斯顿B、密立根C、汤姆逊D、卢瑟福4、电子的发现对于物理学划时代的意义在于它表明了什么？A、原子是可以进一步分割的B、原子核具有复杂的结构C、电子是构成原子的基本粒子D、原子是不可再分的最小微粒5、以下关于电子发现的历史事实中，正确的是（）A、汤姆森发现了电子，认为电子是物质的基本组成单元之一B、伦琴发现了电子，并将其命名为“伦琴子”C、贝克勒尔发现了电子，提出了原子内部存在电子的假说D、汤姆森发现了电子，但他认为电子是具有一定质量的粒子6、汤姆森根据电子的发现提出了“葡萄干布丁模型”来描述原子结构，以下关于该模型描述不正确的是（）A、原子是一个带正电的球体B、正电荷均匀分布在整个球体中C、电子镶嵌在这个带正电的球体内D、 vase 正负电荷数目相等，因此整个原子是电中性的7、关于汤姆孙的阴极射线实验，下列说法正确的是：A. 实验中阴极射线在电场作用下向正极板偏转，说明它带有正电荷。

B. 实验中阴极射线在磁场作用下向一侧偏转，通过改变磁场方向可以改变偏转方向。

C. 汤姆孙通过测量阴极射线在电场中的偏转来确定其质量与电荷比。

D. 汤姆孙认为阴极射线就是原子核，并据此提出了原子结构模型。

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下关于电子发现的历史事实，正确的有：A、汤姆逊通过阴极射线实验发现了电子。

第1节电子的发现1．英国物理学家汤姆孙发现了电子。

2．组成阴极射线的粒子——电子。

3．密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷量。

4．密立根实验发现：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。

一、阴极射线1．实验装置：如图18-1-1所示真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极；把它们分别连在感应圈的负极和正极上。

图18-1-12．实验现象：玻璃壁上出现淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。

3．阴极射线：荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴极射线。

二、电子的发现1．汤姆孙的探究(1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转情况，证明它是B(A.带正电B．带负电)的粒子流并求出了它的比荷。

(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同。

证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。

(3)进一步研究新现象，不论是由于正离子的轰击，紫外光的照射，金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的带电粒子——电子。

由此可见，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。

2．密立根“油滴实验”(1)精确测定电子电荷。

(2)电荷是量子化的。

3．电子的有关常量1．自主思考——判一判(1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。

(×)(2)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。

(×)(3)阴极射线在真空中沿直线传播。

(√)(4)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。

(×)(5)组成阴极射线的粒子是电子。

(√)(6)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。

(×)2．合作探究——议一议气体放电管中的气体为什么会导电？提示：气体分子内部有电荷，正电荷和负电荷的数量相等，对外呈电中性，当分子处于电场中时，正电荷和负电荷受电场力的方向相反，电场很强时正、负电荷被“撕”开，于是出现了等量的正、负电荷，在电场力作用下做定向运动，气体就导电了。

选修3—5第十八章原子结构第一节电子的发现第二节原子的核式结构模型第三节氢原子光谱第四节玻尔的原子模型二. 知识内容（一）1. 阴极射线：阴极射线的本质是带负电的粒子流，后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。

2. 电子的发现：1897年英国的物理学家汤姆孙发现了电子，并求出了这种粒子的比荷。

（二）1. 汤姆孙的原子模型：原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。

2. a粒子散射实验：（1）a粒子：a粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍。

（2）实验现象：绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数a粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于900，也就是说它们几乎被“撞了回来”。

（3）卢瑟福核式结构模型：原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。

按照卢瑟福的理论，正电体被称为原子核，卢瑟福的原子模型因而被称为核式结构模型。

3. 原子核的电荷与尺度：（1）电荷：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。

（2）尺度：对于一般的原子核，核半径的数量级为10－16m，而整个原子半径的数量级是10－10m，两者相差十万倍之多，可见原子内部是十分“空旷”的。

（三）1. 光谱：（1）定义：把光按波长的大小分开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录。

即光谱。

（2）分类：光谱分为线状谱和连续谱。

（3）特征：线状谱是一条条分立的亮线；连续谱是一条连续的光带。

2. 原子光谱：（1）定义：各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的亮线位置不同，把这些亮线称为原子的特征谱线。

（2）光谱分析：每种原子都有自己的特征谱线，我们可以用它来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。

3. 氢原子光谱：巴耳末公式：，式中R是里德伯常量，其值为R=1.10×l07m－1，n只能取整数，不能连续取值，波长也只会是分立的值。

第十八章原子结构第1节电子的发现1．阴极射线(1)演示实验：如图1所示，真空玻璃管中K是金属板制成的______，接在感应线圈的______上；金属环制成的______A，接感应线圈的______，接通电源后，观察管端玻璃壁上亮度的变化．图1(2)实验现象：德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到了玻璃壁上淡淡的______及管中物体在玻璃壁上的____．(3)实验分析：荧光的实质是由于玻璃受到______发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种射线被命名为__________．2．电子的发现(1)汤姆孙对阴极射线的探究①让阴极射线分别通过电场和磁场，根据______现象，证明它是________的粒子流并求出了其比荷．②换用不同材料的阴极做实验，所得粒子的____________相同，是氢离子比荷的近两千倍．③结论：粒子带______，其电荷量的大小与________大致相同，而质量________氢离子的质量，后来，组成阴极射线的粒子被称为________．(2)汤姆孙的深入探究①汤姆孙研究的新现象，如__________、热离子发射效应和β射线等．发现，不论__________、β射线、________还是热离子流，它们都包含______．②结论：不论是正离子的轰击、紫外光的照射、金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的带电粒子——______.由此可见，______是原子的组成部分，是比原子更______的物质单元．(3)电子的电量与电荷量子化①电子电荷可根据密立根油滴实验测定，数值为：e＝______________.②带电体所带电荷量具有________的特点，即任何带电体所带电荷只能是电子电荷的________，即q＝ne(n是整数)．3．电子的电量与电荷量子化①电子电荷可根据密立根油滴实验测定，数值为：e＝__________________.②带电体所带电荷量是__________的，即任何带电体所带电荷只能是电子电荷的________，即q＝ne(n是整数)．【概念规律练】知识点一阴极射线1．关于阴极射线的下列说法中正确的是()A．阴极射线是高速质子流B．阴极射线可以用人眼直接观察到C．阴极射线是高速电子流D．阴极射线是电磁波2．如图2所示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(沿z轴负方向)偏转，则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轴正方向知识点二电子的发现3．关于电子的发现，下列说法中正确的是()A．电子是由德国物理学家普吕克尔发现的B．电子是由德国物理学家戈德斯坦发现的C．电子是由法国物理学家安培发现的D．电子是由英国物理学家汤姆孙发现的4．关于电子，下列说法中正确的是()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．发现电子的意义是：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5．关于汤姆孙发现电子的下列说法中正确的是()A．戈德斯坦是第一个测出阴极射线比荷的人B．汤姆孙直接测出了阴极射线的质量C．汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的比荷是不同的D．汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍【方法技巧练】带电粒子比荷的测定方法6．带电粒子的比荷qm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，以求得电子的比荷，实验装置如图3所示．图3(1)他们的主要实验步骤如下：A．首先在两极板M1、M2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子束从两极板中央通过，在荧屏的正中心处观察到一个亮点；B．在M1、M2两极板间加合适的电场，加极性如图所示的电压，并逐步调节增大电压，使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移，直到荧屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压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，对M1、M2区域加一个大小、方向合适的磁场B，使荧屏正中心处重现亮点，试问外加磁场的方向如何？(2)根据上述实验步骤，同学们正确地推算出电子的比荷与外加电场、磁场及其他相关量的关系为qm＝UB2L2.一位同学说，这表明电子的比荷大小由外加电压决定，外加电压越大则电子的比荷越大，你认为他的说法正确吗？为什么？图47．如图4所示，质量为m的带负电的油滴，静止于水平放置的带电平行金属板间，设油滴的密度为ρ，空气密度为ρ′，试求：两板间场强最大值E m的表达式．1．关于阴极射线，下列说法正确的是()A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流C．阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的D．阴极射线的比荷比氢原子的比荷小2．关于电荷量，下列说法正确的是()A．物体的带电荷量可以是任意值B．物体的带电荷量只能是某些值C．物体的带电荷量的最小值为1.6×10－19CD．一个物体带1.6×10－9C的正电荷，这是它失去了1010个电子的缘故3．1897年英国物理学家汤姆孙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．汤姆孙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．汤姆孙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．汤姆孙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4．关于电荷量，下列说法错误的是()A．电子的电荷量是由密立根油滴实验测得的B．物体所带电荷量可以是任意值C．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19CD．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍图55．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5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 6．下列说法中，正确的是( )A ．汤姆孙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 ．汤姆孙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比荷及电子电荷量e 的值，就可以确定电子的质量图67．如图6所示，在平行板两极间接上电压为400 V 的恒压电源，在平行板的中间有A 、 B 两个小孔，一个电子以300 eV 的动能从A 孔射入，则电子从两板间出来时其动能为 ( ) A ．0 B ．300 eV C ．700 eV D ．400 eV8．如图7所示为示波管中电子枪的原理示意图．图7示波管内抽成真空，A 为发射电子的阴极，K 为接在高电势点的加速电极，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.下列说法正确的是( )A ．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 时的速度为22v题 号 1 2 3 4 5 6 7 8 答 案图89．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．密立根实验的原理如图8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？(g 取9.8 m /s 2)第十八章 原子结构 第1节 电子的发现课前预习练1．(1)阴极 负极 正极 正极 (2)荧光 影 (3)阴极 阴极射线2．(1)①偏转 带负电 ②比荷数值 ③负电 氢离子 远小于 电子 (2)①光电效应阴极射线 光电流 电子 ②电子 电子 基本 (3)①1.60×10－19 C②量子化 整数倍3．①1.60×10－19 C ②量子化 整数倍 课堂探究练 1．C2．B [由于电子沿x 轴正方向运动，若加一磁场使电子射线向下偏转，则所受洛伦兹力应向下，由左手定则可知所加磁场的方向应沿y 轴正方向；若加一电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z 轴正方向，由此可知B 正确．]3．D 4.ABC 5.D6．(1)B .使电子刚好落在极板靠近荧屏端的边缘，利用已知量表达q/m. C ．磁场方向垂直纸面向外(2)说法不正确，电子的比荷是电子的固有参数．解析 (1)设M 1、M 2两极板间距为h ，电子在电场中做类平抛运动，屏上恰好看不到亮点时，电子刚好落在靠近荧屏端的边缘，沿电场方向位移为h 2，则有h 2＝12·qU mh (Lv 0)2；加上磁场B时，电子束不偏转，洛伦兹力与电场力平衡，Bqv 0＝q U h ，两式联立有q m ＝UB 2L 2.因M 2带正电，电子受到向下的电场力，所以洛伦兹力方向向上，根据左手定则可判断出磁场方向垂直纸面向外．(2)比荷是带电粒子的电荷量与其质量的比值，而电荷量、质量都是粒子本身的固有属性，故比荷也是粒子的固有属性，与外界条件无关．方法总结 解决带电粒子在电磁场中偏转的问题时，要切记以下几点： (1)所加电场、磁场为匀强电场、匀强磁场．(2)带电粒子只在电场中偏转时做类平抛运动，可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系式．(3)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图确定圆心位置，利用几何知识求出其半径．(4)带电粒子若通过相互垂直的电、磁场时，一般使其不发生偏转，由此可求出带电粒子的速度．7．E m ＝mgρ－ρ′ρe解析 设油滴的体积为V ，则V ＝mρ，油滴受到空气对它的浮力为F ，则F ＝ρ′Vg ＝ρ′mρg.取油滴为研究对象，设其带电荷量为q ，在电场中受重力、浮力和电场力而平衡，受力如图所示，有：F ＋Eq ＝mg ，即ρ′mgρ＋Eq ＝mg 所以E ＝mg (ρ－ρ′)ρq又因为任何带电体所带电荷量为电子所带电荷量的整数倍，所以有：q ＝ne ，即 E ＝mg (ρ－ρ′)ρne当n ＝1时，E 最大，即E m ＝mg (ρ－ρ′)ρe课后巩固练1．C [阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故A 、B 错；最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线，故C 对；阴极射线本质是电子流，故其比荷比氢原子比荷大的多，故D 错．]2．BCD [电子的电荷量是最小值1.6×10－19 C ，物体的带电荷量只能是它的整数倍，所以选项A 错误，B 、C 正确；一个物体带正电，是因为失去电子的缘故，所以选项D 正确．] 3．AD4．B [密立根的油滴实验测出了电子的电荷量为1.6×10－19 C ，并提出了电荷量子化的观点，因而A 、C 对，B 错；任何物体的电荷量都是e 的整数倍，故D 对．因此选B .]5．C [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，相当于存在向左的电流，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．] 6．BD 7.B8．D [由eU ＝12mv 2得v ＝ 2eUm ，由公式可知，电子经加速电场加速后的速度与加速电极之间的距离无关，对于确定的加速粒子——电子，其速度只与加速电压有关，由此不难判定D 正确．]9．5倍解析 小油滴质量：m ＝ρV ＝ρ·43πr 3①由题意知mg －Eq ＝0② 由①②两式可得：q ＝ρ·4πr 3g 3E＝0.851×103×4π×(1.64×10－6)3×9.83×1.92×105 C≈8.02×10－19 C小油滴所带电荷量q 是电子电荷量e 的倍数为 n ＝8.02×10－191.6×10－19倍＝5倍。

疱丁巧解牛知识·巧学一、阴极射线1.通常情况下，气体是不导电的，但在强电场中，气体能够被电离而导电.联想发散平时我们在空气中看到的放电火花，就是气体电离导电的结果，在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体.2.阴极射线电性的发现检测阴极射线带电性为了研究阴极射线的带电性质，他设计了如图18-1-1所示的装置，从阴极发出的阴极射线，经过与阳极相连的小孔，射到管壁上，产生荧光斑点；用磁铁使射线偏转，进入集电圆筒；用静电计检测的结果表明，收集到的是负电荷.图18-1-1检测阴极射线带电性3.产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极，当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线.4.阴极射线的特点：碰到荧光物质能使其发光.二、电子的发现1.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，可从不同物体中击出这种带电粒子，说明它是构成物质的共同成分.汤姆生直接测量出粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本相同，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多.2.美国科学家密立根精确地测定了电子的电量：e=1.602 2×10-19C,根据荷质比，计算出电子的质量为：m=9.109 4×10-31 kg.3.电子发现的重大意义以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒，现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子的质量比最轻的氢原子质量小得多，这说明电子是原子的组成部分.电子带负电，而原子是电中性的，可见原子内还有带正电的物质，这些带正电的物质和带负电的电子如何构成原子呢？电子的发现大大激发了人们研究原子内部结构的热情，拉开了人们研究原子结构的序幕.典题·热题知识点一阴极射线例1 汤姆生是通过怎样的实验和推理过程发现电子的？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，然后通过带电粒子在磁场或电场中的运动实验测定阴极射线中负粒子的比荷的大小从而推理得到阴极射线中粒子是电子.方法归纳做好模拟实验，认真观察实验现象，理解实验过程，体会汤姆生在发现电子时的研究方法.知识点二 电子在电场和磁场中的运动例2 汤姆生用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图1812所示.真空管内的阴极K 发出的电子(不计初速、阻力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A′中心的小孔沿中心轴O 1O 的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P 和P′间的区域.当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O 点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U 后，亮点偏离到O′点，O′与O 点的竖直间距为d ，水平间距可忽略不计.此时，在P 和P′间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场.调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B 时，亮点重新回到O 点.已知极板水平方向的长度为L 1，极板间距为b ，极板右端到荧光屏间的距离为L 2(如图18-1-2所示).图18-1-2(1)求打在荧光屏O 点的电子速度的大小；(2)推导出电子的比荷的表达式.解析：电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动；仅有偏转电场时，做类平抛运动，利用运动的分解计算.(1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O 点.设电子的速度为v ，则evB=Ee,得v=BE 即v=Bb U . (2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v 进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为a=mb eU ，电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为t 1=vL 1 这样，电子在竖直方向偏转距离为d 1=212a 21t =bm v U eL 2212 离开电场时竖直向上的分速度为v ⊥=at 1=m vbU eL 1 电子离开电场后做匀速直线运动，经t 2时间到达荧光屏t 2=v L 2 在t 2时间内向上运动的距离为d 2=v ⊥t 2=bm v L eUL 221 这样，电子向上的总偏转距离为d=d 1+d 2=b mv eU 2L 1(L 2+21L )可解得m e =)2/(1212L L bL B Ud +. 巧解提示如图18-1-3所示，由类平抛运动的推论知物体任一时刻的瞬时速度的反向延长线一定通过此时水平位移的中点，即将粒子射出的速度BC 方向反向延长交于AD 于O 点，则AO=OD ，由几何知识图18-1-3 tanθ=''OO C O =212L L d +=2122LL d +① 电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O 点.设电子的速度为v ，则evB=Eq v=BE 即v=Bb U ② 当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v 进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为a=mb eU 电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为t=v L 1 则v y =at v x =v由速度的偏转角 tanθ=x yv v =21m bveUL ③ 联立①②③ 得m e =)2/(1212L L bL B Ud +. 问题·探究方案设计探究问题 卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的实验中发现了一种新粒子，这种粒子带一个单位的正电荷，你能设计实验确定新核的“身份”吗？探究过程:利用带电粒子在磁场中的偏转，可以将新粒子通过质谱仪，如图18-1-4所示，需要测出磁场的磁感应强度B 、新粒子的速度(可通过速度选择器测量)v 、轨道半径r ，即可根据公式qvB=m rv 2，即m q =rB v 求出新粒子的荷质比，进一步求出其质量从而确定新粒子为质子.图18-1-4也可以利用带电粒子在电场中的偏转，求新粒子的荷质比.如图1-8-15所示，使新核垂直电场方向进入电场，只要测定新粒子的速度(可通过速度选择器测量)v 0，偏转电场的电压U 、板间距离d 和长度l 和偏转最大竖直位移y 1，即可求出新粒子的荷质比.推导：图18-1-5电子在偏转电场的飞行时间t 1=l / v 0电子在偏转电场的加速度a=m qE =mdqU 要使电子从下极板边缘出来，应有y 1=21a 21t =2022mdv qUl 即荷质比m q =21202Uly dv .。

第一节电子的发现及其重大意义♦三维目标：了解阴极射线及电子发现的过程2．知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导3.培养学生对问题的分析和解决能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子。

4.理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的♦教学重点阴极射线的研究♦教学难点汤姆孙发现电子的理论推导♦教学方法实验演示和启发式综合教学法♦教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备♦课时安排 1 课时♦教学过程（一）引入新课教师：很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。

这种认识一直统治了人类思想近两千年。

直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。

电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。

（二）进行新课1．阴极射线讲述：气体分子在高压电场下可以发生电离，使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。

设疑：是什么原因让空气分子变成带电粒子的？带电粒子从何而来的？科学家在研究气体导电时发现了辉光放电现象。

史料：1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。

德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的。

所以他把这种未知射线称之为阴极射线。

对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。

（1）电磁波说：代表人物，赫兹。

认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。

（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。

认为这种射线的本质是一种高速粒子流。

思考：你能否设计一个实验来进行阴极射线的研究，能通过实验现象来说明这种射线是一种电磁波还是一种高速粒子流。

如果出现什么样的现象就可以认为这是一种电磁波，如果出现其他什么样的现象就可以认为这是一种高速粒子流，并能否测定这是一种什么粒子。

课时训练10电子的发现题组一阴极射线1.下面对阴极射线的认识正确的是()A.阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光而产生的B.只要阴阳两极间加有电压,就会有阴极射线产生C.阴极射线可以穿透薄铝片,这说明它是电磁波D.阴阳两极间加有高压时,电场很强,阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极解析:阴极射线是由阴极直接发出的,A错误;只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时,阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线,B错误,D正确;可以穿透薄铝片的,可能是电磁波,也可能是更小的粒子,C错误。

答案:D2.(多选)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.阴极射线的比荷比氢离子的比荷大D.阴极射线的比荷比氢离子的比荷小解析:汤姆孙通过实验证实,阴极射线是带负电的粒子流;阴极射线所带的电荷量与氢离子相同,但质量比氢离子小得多,所以它的比荷比氢离子的比荷大。

答案:AC3.如果阴极射线像X射线一样,则下列说法正确的是()A.阴极射线管内的高电压能够对其加速而增加能量B.阴极射线通过偏转电场不会发生偏转C.阴极射线通过偏转电场能够改变方向D.阴极射线通过磁场时方向可能发生改变解析:X射线是电磁波,不带电,通过电场、磁场时不受力的作用,不会发生偏转、加速,选项B正确。

答案:B4.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。

若在如图所示的阴极射线管中部加上竖直向上的匀强电场,阴极射线将向(选填“外”“里”“上”或“下”)偏转;若使阴极射线不偏转,可在匀强电场区域再加一大小合适、方向垂直纸面向(选填“外”或“里”)的匀强磁场。

解析:阴极射线带负电,在竖直向上的匀强电场中受向下的静电力作用,将向下偏转;要使阴极射线不偏转,应使其再受一竖直向上的洛伦兹力与库仑力平衡,由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外。

答案:下外题组二电子的发现5.(多选)关于电荷量,下列说法中正确的是()A.物体所带电荷量可以是任意值B.物体所带电荷量只能是某些值C.物体所带电荷量的最小值为×10-19 CD.一个物体带×10-9 C的正电荷,这是它失去了×1010个电子的缘故解析:电荷量是量子化的,即物体带的电荷量只能是某一最小电荷量的整数倍,这一最小电荷量是×10-19C,A错误,B、C正确;物体带正电,是由于它失去了带负电的电子,D正确。