第13.1节 电子的发现-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第三册）

第十三章 原子结构 13.1 电子的发现 🧭目标导航 知识要点 难易度 1. 阴极射线是电子流 2. 汤姆孙测量电子比荷的公式推导 3. 密立根用油滴实验测定电子的电荷量 ★ ★★★ ★★ 📚知识精讲 一、阴极射线的本质 汤姆孙已经可以确认阴极射线是一种带负电的粒子流。 ※辉光放电：日光灯是常见的辉光放电现象，原理是稀薄气体中正离子被电场加速，撞击阴极，产生大量高能态带电粒子，这些被激发的粒子跃迁到基态时产生光子，从而发光的现象。 二、电子的发现 汤姆孙通过测量比荷发现电子，实验装置如下。 将阴极K和阳极A与直流高压电源相连，阴极射线自K射出，并在A、K间加速后，沿直线向右运动。 C、D是一对平行金属板，接到另一直流电源上，C、D之间的电场对粒子束产生偏转作用，从C、D 板右侧射出的粒子束沿直线射到偏转管最右端荧光屏上的P处。 在管外于C、D极板前后两侧加装载流线圈，线圈产生一个与 C、D间强电场及粒子束运动方向均垂直的匀强磁场。调节线圈中的电流，使得粒子束在C、D间所受电场力与洛伦兹力平衡，粒子束便无偏转地沿直线射至荧光屏上O处。 测得C、D间偏转电场的电势差U，载流线圈所产生的磁场的磁感应强度B，平行金属板C、D的长度l以及间距d，从偏电场右边界直至O、P两处的粒子直线径迹间的夹角θ。 由这些数据便可推得粒子的比荷。tanθ ＝＝ q=qv0B 将v0带入前式，可得到比荷。 汤姆孙发现了电子，密立根用油滴实验测定了电子的电荷量。 三、阴极射线的研究和电子的发现所具有的重要意义 汤姆孙的研究表明，相对于原子而言，电子是更基本的组成物质的粒子，它是原子的组成部分。 电子的发现打破了原子不可分的传统物质观。 ①原子不可分 ↓ ②阴极射线是什么？ ↓ ③比荷的测量 ↓ ④电子的发现 例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．阴极射线管中的高电压是为了使电子加速 D．阴极射线管中的高电压是为了使电子偏转，使实验现象更明显 例2．如图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(　　) A．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 ✏️巩固练习 1.（多选）如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是（　　） A．若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点 B．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转 C．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转 D．若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线向上偏转 2.（多选）如图所示，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，发现射线的轨迹往下偏，则(　　) A．导线中的电流由A流向B B．阴极射线管处磁场方向垂直纸面向里 C．若要使电子束的轨迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现 D．电子束的轨迹与AB中的电流方向无关 3.（多选）如图是密立根油滴实验的示意图．油滴从喷雾器嘴喷出，落到图中的匀强电场中，调节两板间的电压，通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中，下列说法正确的是(　　) A．油滴带负电 B．油滴质量可通过天平来测量 C．只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量 D．该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍 4. 美国物理学家密立根通过研究带电油滴在平行金属板间的运动，比较准确地测定了元电荷，获得了1923年的诺贝尔物理学奖。其实验原理可简化为如图所示的模型，置于真空中的油滴室内有两块水平放置的平行金属板A、B与电压为U的恒定电源两极相连，平行金属板A、B间距为d，两板间存在竖直方向的匀强电场，喷雾器喷出带同种电荷的油滴，少数油滴通过金属板A的小孔进入平行金属板间，油滴进入金属板间后，有的油滴刚好悬浮不动。 （1）已知金属板A带正电，金属板B带负电，则平行金属板A、B间的电场方向______（填“竖直向上”或“竖直向下”），油滴带______（填“正电”或“负电”）。 （2）若已知两板间的电场强度大小为，悬浮油滴的质量为m，重力加速度大小为g，忽略空气对油滴的影响，则悬浮油滴带的电荷量为______。 （3）现在公认的元电荷的值______C。 5.如图所示为汤姆孙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