2.1 电子的发现与汤姆孙模型 学案 (1)

2.1
电子的发现与汤姆孙模型
学案1
【学习目标】
（1）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。
【学习重点】
阴极射线的研究，汤姆孙发现电子的理论推导。
【知识要点】
1、阴极射线
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。
2、汤姆孙的研究
英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。实验装置如图所示，从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过C1C2后沿直线打在荧光屏A＇上。
（1）当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有负电荷。
（2）为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域采取什么措施。
在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外。当满足条件：
时，则阴极射线不发生偏转。则：
（3）根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角为：
又因为：
且
则：
根据已知量，可求出阴极射线的比荷。汤姆孙把新发现的这种粒子称之为电子。电子的电荷量
e＝1.60217733×10－19C
3、汤姆孙阴极射线实验证明了电子的存在，建立了葡萄干面包模型
【典型例题】
汤姆孙用来测定电子的比荷（电子的电荷量与质量之比）的实验装置如图所示，真空管内的阴极K发出的电子（不计初速、重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O1O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L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2
（如图所示）．
（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：（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，则
……①
得
……②
即
……③
（2）当极板间仅有偏转电场时，电子以速度进入后，竖直方向作匀加速运动，加速度为……④
水平作匀速运动，在电场内时间
……⑤
这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为
……⑥
离开电场时竖直向上的分速度为
……⑦
电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏
……⑧
t2时间内向上运动的距离为
……⑨
这样，电子向上的总偏转距离为
……⑩
可解得
【学后反思】
收获
疑问
【达标训练】　
1．汤姆孙最早发现了原子中存在一种带负电荷的粒子，证明了原子是可以再分的．生发现的这一粒子是（　C　）
A．原子核
　　　　B．质子
　　　C．电子
　　　　D．中子
2．汤姆孙用实验证明电子的普遍存在，揭示原子是有结构的，汤姆孙建立原子模型是（　D　）
A．西瓜籽的分层镶嵌模型
B．行星绕日的核式结构模型
C．西红柿籽区段分布模型
D．葡萄干面包模型
C
C1
C2
Y
A
S
磁场
x
L
萤幕
D
S
S
O
电场E
A
y
e
m
y1
y2
v0
v