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第一節(jié)敲開原子的大門 第三章原子結(jié)構(gòu)之謎 欄目鏈接 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道陰極射線是由電子組成的 電子是原子的組成部分 2 了解湯姆生發(fā)現(xiàn)電子的研究方法及蘊(yùn)含的科學(xué)思想 3 領(lǐng)會(huì)電子的發(fā)現(xiàn)對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義 欄目鏈接 對(duì)陰極射線的探究 如圖所示的演示實(shí)驗(yàn)中 K和A之間加上近萬伏的高電壓后 玻璃管壁上觀察到什么現(xiàn)象 該現(xiàn)象說明了什么問題 提示 玻璃管壁上觀察到淡淡的熒光及管中物體在玻璃管壁上的影 這說明陰極能夠發(fā)出某種射線 并且撞擊玻璃引起熒光 欄目鏈接 1 什么是陰極射線 在一個(gè)抽成真空的玻璃管兩端加上高電壓 這時(shí)陰極會(huì)發(fā)出一種射線 使正對(duì)陰極的玻璃管壁上出現(xiàn)綠色熒光 這種奇妙的射線被稱為陰極射線 2 陰極射線帶電性質(zhì)的判斷 1 方法一 在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場(chǎng) 通過打在熒光屏上的亮點(diǎn)的變化和電場(chǎng)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(chǎng) 根據(jù)亮點(diǎn)位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì) 欄目鏈接 3 陰極射線的本質(zhì) 湯姆生根據(jù)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)斷定 陰極射線的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流并求出了這種粒子的比荷 后來 組成陰極射線的粒子被稱為電子 如圖所示 一玻璃管中有從左向右的陰極射線可能是電磁波或某種粒子流形成的射線 若在其下方放一通電直導(dǎo)線AB 射線發(fā)生如圖所示的偏轉(zhuǎn) AB中的電流方向由B到A 則該射線的本質(zhì)為 欄目鏈接 A 電磁波B 帶正電的高速粒子流C 帶負(fù)電的高速粒子流D 不帶電的高速中性粒子流解析 射線在電流形成的磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn) 即可確定該射線是由帶電粒子構(gòu)成的粒子流 根據(jù)安培定則可知 AB上方的磁場(chǎng)是垂直紙面向里的 粒子向下偏轉(zhuǎn) 洛倫茲力方向向下 由左手定則可知射線所形成的電流方向向左 與粒子的運(yùn)動(dòng)方向相反 故粒子帶負(fù)電 答案 C方法總結(jié) 應(yīng)用左手定則時(shí) 要注意負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的方向與它形成的電流方向相反 即應(yīng)用左手定則時(shí)負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的方向應(yīng)與四指所指的方向相反 欄目鏈接 課堂訓(xùn)練1 關(guān)于陰極射線的本質(zhì) 下列說法正確的是 C A 陰極射線本質(zhì)是氫原子B 陰極射線本質(zhì)是電磁波C 陰極射線本質(zhì)是電子D 陰極射線本質(zhì)是X射線解析 陰極射線是原子受激發(fā)射出的電子流 關(guān)于陰極射線是電磁波 X射線都是在研究陰極射線過程中的一些假設(shè) 是錯(cuò)誤的 電子的發(fā)現(xiàn) 如圖所示為測(cè)定陰極射線粒子比荷的裝置 從陰極K發(fā)出的陰極射線通過一對(duì)平行金屬板D1 D2間的勻強(qiáng)電場(chǎng) 發(fā)生偏轉(zhuǎn) 欄目鏈接 1 在D1 D2間加電場(chǎng)后射線偏到P2 則由電場(chǎng)方向知 該射線帶什么電 2 再在D1 D2間加一磁場(chǎng) 圖中未畫出 電場(chǎng)與磁場(chǎng)垂直 讓射線恰好不偏轉(zhuǎn) 設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度為E 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 則電子的速度多大 3 撤去電場(chǎng) 只保留磁場(chǎng) 使射線在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng) 若測(cè)出軌道半徑為r 則粒子的荷質(zhì)比是多大 欄目鏈接 提示 1 負(fù)電 2 粒子受兩個(gè)力作用 電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力 兩個(gè)力平衡 即有qE qvB 得 v 3 根據(jù)洛倫茲力充當(dāng)向心力 qvB m 得出 又v 則 測(cè)出E B r即可求荷質(zhì)比 1 電子的大小 電子是構(gòu)成各種物體的共同成分 它的質(zhì)量比任何一種分子和原子的質(zhì)量都小得多 它的電荷與氫原子的電荷大小基本相同 電子所帶電量為e 1 6022 C 欄目鏈接 2 電子電量的測(cè)定 密立根油滴實(shí)驗(yàn) 1 如圖所示 兩塊平行放置的水平金屬板A B與電源相連接 使A板帶正電 B板帶負(fù)電 從噴霧器噴嘴噴出的小油滴經(jīng)上面的金屬板中間的小孔 落到兩板之間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中 欄目鏈接 2 小油滴由于摩擦而帶負(fù)電 調(diào)節(jié)A B兩板間的電壓 可以使小油滴靜止在兩板之間 此時(shí)電場(chǎng)力和重力平衡即mg Eq 則電荷的電量q 3 電子發(fā)現(xiàn)的物理意義 電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)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(shí)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)迅速發(fā)展 人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代 欄目鏈接 如圖所示 讓一束均勻的陰極射線從兩極板正中間垂直穿過正交的電磁場(chǎng) 選擇合適的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和兩極之間的電壓U 帶電粒子將不發(fā)生偏轉(zhuǎn) 然后撤去電場(chǎng) 粒子將做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 并垂直打到極板上 兩極板之間的距離為d 求陰極射線中帶電粒子的比荷 欄目鏈接 解析 設(shè)陰極射線粒子的電荷量為q 質(zhì)量為m 則在電磁場(chǎng)中由平衡條件得 qvB 撤去電場(chǎng)后 由牛頓第二定律得 qvB R 解 得 答案 課堂訓(xùn)練2 如圖所示 一束電子 電量為e 以速度v垂直射入磁感強(qiáng)度為B 寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 穿透磁場(chǎng)時(shí)速度方向與原來入射方向的夾角是30 則電子的質(zhì)量是 穿透磁場(chǎng)的時(shí)間是 解析 電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 只受洛倫茲力作用 故其軌跡是圓弧一部分 又因?yàn)閒 v 故圓心在電子穿入和穿出磁場(chǎng)時(shí)受到洛倫茲力指向的交點(diǎn)上 如圖的O點(diǎn) 由幾何知識(shí)可知 AB間的圓心角 30 OB為半徑 半徑r 2d 又由r 得m 由于AB圓心角是30 故穿透時(shí)間帶電粒子的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的求解關(guān)鍵是畫出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡 利用幾何知識(shí)找出圓心及相應(yīng)的半徑 從而找到圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角 答案