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高中物理 選修3 5 粵教版 第三章原子結(jié)構(gòu)之謎第一節(jié)敲開原子的大門 目標(biāo)定位 1 了解陰極射線及電子發(fā)現(xiàn)的過程 2 知道湯姆生研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子的實驗及理論推導(dǎo) 3 知道電子電荷是1910年由密立根通過著名的 油滴實驗 得出 一 探索陰極射線1 陰極射線 在抽成真空的玻璃管兩端加上 時 從 發(fā)出的一種使玻璃管壁上出現(xiàn)熒光的射線 2 湯姆生對陰極射線的探索方法 1 讓陰極射線通過電場 根據(jù) 可判斷陰極射線帶 2 讓陰極射線通過磁場 根據(jù) 測出陰極射線的 高電壓 陰極 偏轉(zhuǎn)情況 負(fù)電 偏轉(zhuǎn)情況 荷質(zhì)比 二 電子的發(fā)現(xiàn)湯姆生的探究方法1 換用不同的放電氣體 或用不同金屬材料制作電極 測得陰極射線的荷質(zhì)比 2 在氣體電離 光電效應(yīng)中 可從不同物質(zhì)中放出這種射線粒子 3 這種粒子的電荷與氫離子基本相同 卻比氫原子小得多 相同 質(zhì)量 4 結(jié)論 想一想電子發(fā)現(xiàn)的重大意義是什么 答案電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個比原子小的粒子 電子的發(fā)現(xiàn) 打破了原子不可再分的傳統(tǒng)觀念 使人們認(rèn)識到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒 原子本身也有內(nèi)部結(jié)構(gòu) 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)入了一個新時代 一 對陰極射線性質(zhì)的研究1 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 故研究電場力 或洛倫茲力 對電子運(yùn)動的影響時 一般不考慮重力的影響 2 帶電性質(zhì)的判斷方法 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)亮點位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì) 例1 雙選 如圖3 1 1所示 一只陰極射線管的左側(cè)不斷有電子射出 如果在管的正上方放一通電直導(dǎo)線AB時 發(fā)現(xiàn)射線的徑跡往下偏轉(zhuǎn) 則下列判斷正確的是 A 導(dǎo)線中的電流從A流向BB 導(dǎo)線中的電流從B流向AC 電子束的徑跡與AB中的電流無關(guān)D 若要使電子束的徑跡往上偏轉(zhuǎn) 可以通過改變AB中的電流方向來實現(xiàn) 圖3 1 1 答案AD解析由于電子帶負(fù)電 并且向下偏轉(zhuǎn) 由左手定則知該處的磁場方向應(yīng)垂直紙面向里 又由安培定則可判斷導(dǎo)線中的電流方向為由A到B 可以通過改變導(dǎo)線中的電流方向來改變粒子的徑跡 故正確答案為A D 借題發(fā)揮本題是運(yùn)用左手定則和安培定則的綜合性題目 在應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力的方向時 一定要注意運(yùn)動電荷的正負(fù) 針對訓(xùn)練1陰極射線是從陰極射線管的陰極發(fā)出的高速運(yùn)動的粒子流 這些微觀粒子是 若在圖3 1 2所示的陰極射線管中部加上垂直于紙面向里的磁場 陰極射線將 填 向下 向里 或 向外 偏轉(zhuǎn) 圖3 1 2 答案電子向下解析陰極射線的實質(zhì)是電子流 電子流形成的等效電流方向向左 當(dāng)加上垂直紙面向里的磁場后 由左手定則判知電子受到的洛倫茲力的方向向下 故陽極射線將向下偏轉(zhuǎn) 二 電子荷質(zhì)比的測定實驗探究如圖3 1 3所示為測定陰極射線粒子荷質(zhì)比的裝置 從陰極K發(fā)出的陰極射線通過一對平行金屬板D1 D2間的勻強(qiáng)電場 發(fā)生偏轉(zhuǎn) 圖3 1 3 1 在D1 D2間加電場后射線偏到P2 則由電場方向知 該射線帶什么電 2 再在D1 D2間加一磁場 圖中未畫出 電場與磁場垂直 讓射線恰好不偏轉(zhuǎn) 設(shè)電場強(qiáng)度為E 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 則電子的速度多大 答案 1 負(fù)電 例2 1897年 物理學(xué)家湯姆生正式測定了電子的荷質(zhì)比 打破了原子是不可再分的最小單位的觀點 因此 湯姆生的實驗是物理學(xué)發(fā)展史上最著名的經(jīng)典實驗之一 在實驗中湯姆生采用了如圖3 1 4所示的陰極射線管 從電子槍C出來的電子經(jīng)過A B間的電場加速后 水平射入長度為L的D E平行板間 接著在熒光屏F中心出現(xiàn)熒光斑 若在D E間加上方向向下 場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場 電子將向上偏轉(zhuǎn) 如果再利用通電線圈在D E電場區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場 圖中未畫 熒光斑恰好回到熒光屏中心 接著再去掉電場 電子向下偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn)角為 試解決下列問題 圖3 1 4 1 說明圖中磁場沿什么方向 2 根據(jù)L E B和 求出電子的荷質(zhì)比 答案 1 垂直紙面向里 解析 1 磁場方向垂直紙面向里 2 當(dāng)電子在D E間做勻速直線運(yùn)動時有 eE Bev 當(dāng)電子在D E間的磁場中偏轉(zhuǎn)時有 借題發(fā)揮 1 荷質(zhì)比的測定問題只是帶電粒子在磁場和電場中運(yùn)動的一類典型例子 這種方法可以推廣到帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動 求其他相關(guān)的問題 2 解決帶電粒子在電磁場中運(yùn)動的問題時要注意以下幾點 帶電粒子的帶電性質(zhì) 正確描繪運(yùn)動軌跡 能確定半徑 圓心 會利用幾何知識把有關(guān)線段與半徑聯(lián)系起來 針對訓(xùn)練2如圖3 1 5所示為測量某種離子的荷質(zhì)比的裝置 讓中性氣體分子進(jìn)入電離室A 在那里被電離成離子 這些離子從電離室的小孔飄出 從縫S1進(jìn)入加速電場被加速 然后讓離子從縫S2垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場 最后打在底片上的P點 已知加速電壓為U 磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 縫S2與P之間的距離為a 離子從縫S1進(jìn)入電場時的速度不計 求該離子的荷質(zhì)比 圖3 1 5