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18-1

上传时间: 2014-08-23

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1　电子的发现

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．了解汤姆孙发现电子的研究方法及蕴含的科学思想．

3．领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义.

一、阴极射线

 气体导电特点

(1)通常状态下，气体是的，在强电场条件下，气体能够被而导电；

(2)研究气体放电时一般都用，导电时可以看到

放电现象；

(3)当气体压强很低时，从阳极射出的粒子打在玻璃上发出的荧光，实际上是打在管壁上发光．

不导电

电离

稀薄气体

辉光

电子

阴极射线的产生

在研究气体导电的玻璃管内有阴阳两极时，当两极间加一定电压时，实验装置如图18－1－1所示，阴极便发出一种射线，叫．

阴极射线的特点

(1)在真空中沿传播．

(2)碰到物体可使物体发出．

图18－1－1

阴极射线

直线

荧光

二、电子的发现

 汤姆孙的探究方法

(1)让阴极射线分别通过电场或磁场，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和不同的，所得粒子的

相同．

(3)粒子带负电荷，比荷是氢离子的近两千倍，说明阴极射线粒子质量远小于氢离子质量．

(4)组成阴极射线的粒子称为．

偏转

带电

场

比荷的数值

电子

汤姆孙的进一步研究

(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，光电流还是热离子流，它们都含有．

(2)结论：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

的物质单元．

光电效应

阴极射线

电子

基本

一、对阴极射线的理解

 阴极射线实际上就是电子束．

 辉光现象产生的条件是：气体稀薄．

 阴极射线的来源：若真空度高，阴极射线的粒子主要来自阴极；若真空度不高，粒子可能来自管中气体．

 阴极射线不是X射线．

 阴极射线带电性质的判断方法

(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，故研究电磁力对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响．

图18－1－2

(2)带电性质的判断方法

①粒子在电场中运动如图18－1－2所示．带电粒子在电场中运动，受电场力作用运动方向发生改变(粒子质量忽略不计)．带电粒子在不受其他力的作用时，若沿电场

线方向偏转，则粒子带正电；若逆着电场线方向偏转，则粒子带负电．

图18－1－3

②粒子在磁场中运动，如图18-1-3

所示．粒子将受到洛伦兹力作用

F＝qvB，洛伦兹力方向始终与速度

方向垂直，利用左手定则即可判断

粒子的电性．不考虑其他力的作用，如果粒子按图示方向进入磁场，且做顺时针的圆周运动，则粒子带正电；若做逆时针的圆周运动，则粒子带负电．

图18－1－4

图18－1－5

教材资料分析

思考与讨论

1．[教材P47]

根据带电粒子在电、磁场中的运动规律，哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？

点拨　判断粒子所带电荷的正负，可以让粒子以一定的初速度垂直于电场线的方向进入一匀强电场，如果粒子沿着电场线的方向偏转，则粒子带正电．也可以让粒子以一定的速度垂直于磁感线的方向进入一匀强磁场，由左手定则也可以判断粒子的电性．

点拨　(1)当课本图18.1－2中金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上P1点．按图示方向施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2点．由此推断，阴极射线带有什么性质的电荷？

根据射线偏转方向和D1、D2电性知阴极射线带负电．

(2)为了抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到P1，需要在两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(质量为m，速度为v)受到的洛伦兹力和库仑力．两个力之间应该有什么关系？

3．[教材P50]

原子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的？

点拨　原子中正负电荷的分布情况是由卢瑟福通过其做的α粒子散射实验确定下来的．卢瑟福所建立的原子的核式结构认为：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动．

阴极射线的性质及特点

图18－1－6

【典例1】如图18－1－6所示，一玻璃管中有从左向右的阴极射线可能是电磁波或某种粒子流形成的射线，若在其下方放一通电直导线AB，射线发生如图所示的偏转，AB中的电流方向由B到A，则该射线的本质为 (　　)．

A．电磁波

B．带正电的高速粒子流

C．带负电的高速粒子流

D．不带电的高速中性粒子流

点拨　首先由AB中的电流方向判断出射线所在处的磁场方向，再由粒子的偏转方向确定洛伦兹力的方向，最后由左手定则确定出粒子的性质．

解析　射线在电流形成的磁场中发生偏转，即可确定该射线是由带电粒子构成的粒子流．根据安培定则可知，AB上方的磁场是垂直纸面向里的．粒子向下偏转，洛伦兹力方向向下，由左手定则可知射线所形成的电流方向向左，与粒子的运动方向相反，故粒子带负电．

答案　C

借题发挥　应用左手定则时，要注意负电荷运动的方向与它形成的电流方向相反，即应用左手定则时负电荷运动的方向应与四指所指的方向相反．

【变式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流，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

测量带电粒子的比荷

图18－1－7

(1)他们的主要实验步骤如下：

①首先在两极板M1M2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；

②在M1M2两极板间加合适的电场：加极性如图18－1－7所示的电压，并逐步调节增大，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，记下此时外加电压为U，请问本步骤的目的是什么？

③保持步骤②中的电压U不变，对M1M2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？

答案　见解析

【变式2】如图18－1－8所示，让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B和两极之间的电压U，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，并垂直打到极板上，两极板之间的距离为d，求阴极射线中带电粒子的比荷．

图18－1－8

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