1．电子
[学习目标] 1.知道阴极射线的概念，了解汤姆孙对阴极射线的研究方法及电子发现的意义．(重点)2.知道比荷的概念，知道电子是原子的组成部分．(重点)3.知道电子的电荷量的测量方法——密立根油滴实验，知道电子的电荷量．(重点)
一、带负电的微粒
1．阴极射线
由阴极发出撞击到玻璃壁上产生荧光的射线，称为阴极射线．
2．汤姆孙实验结论
实验表明：阴极射线在磁场和电场中产生偏转，说明阴极射线是带负电的粒子流．
二、微粒比荷及电子电荷量的测定 元电荷
1．比荷(荷质比)
带电粒子的电荷量与质量之比称为比荷，又称荷质比．电子的比荷是氢离子的1 000多倍，电子的电荷量与氢离子的电荷量相同，而质量不到氢原子的1/1 000.
2．发现电子的意义
(1)证明了电子是原子的组成部分．
(2)电子的发现使人们认识到原子是可分的，原子不是物质不可分割的最小单元．
3．电子的电荷量
(1)电子电荷量：1913年由密立根通过著名的油滴实验得出，电子电荷量的值为e＝1.602×10－19 C.
(2)电荷量是量子化的，即任何带电体的电荷量只能是某一最小电荷——元电荷的整数倍，即e的整数倍．
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)阴极射线是由真空玻璃管中的感应圈发出的． (×)
(2)阴极射线撞击玻璃管壁会发出荧光． (√)
(3)阴极射线实际上是高速运动的电子流． (√)
(4)电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的． (×)
(5)带电体的电荷量可以是任意值． (×)
2．如图所示，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会向________偏转．
[解析] 阴极射线方向水平向右，说明其等效电流的方向水平向左，与导线中的电流方向相反，由左手定则，两者相互排斥，阴极射线向上偏转．
[答案] 上
3．(多选)关于电荷的电荷量，下列说法正确的是( )
A．电子的电荷量是由密立根油滴实验测得的
B．物体所带电荷量可以是任意值
C．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19 C
D．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍
ACD [密立根的油滴实验测出了电子的电荷量为1.6×10－19 C，并提出了电荷量子化的观点，因而A对，B错，C对；任何物体的电荷量都是e的整数倍，故D对．]
阴极射线的探究
1．阴极射线带电性质的判断方法
(1)方法一：在阴极射线所经区域加一磁场，根据射线的偏转情况确定其带电的性质．
(2)方法二：在阴极射线所经区域加一电场，根据射线的偏转情况确定其带电的性质．
2．结论
根据阴极射线在磁场中和电场中的偏转情况，判断出阴极射线是带负电的粒子流．
【例1】 阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示．若要使射线向上偏转．所加磁场的方向应为( )
A．平行于纸面向左 B．平行于纸面向上
C．垂直于纸面向外 D．垂直于纸面向里
C [由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则，为使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C正确．]
探究阴极射线带电性质的方法
(1)在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质．若沿着电场线方向偏转，则粒子带正电；若逆着电场线方向偏转，则粒子带负电．
(2)使阴极射线垂直进入磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质．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．
1．(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，发现射线径迹向下偏转，则( )
A．导线中的电流由A流向B
B．导线中的电流由B流向A
C．若要使电子束的径迹往上偏转，可以通过改变AB中的电流方向来实现
D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关
BC [阴极射线是高速电子流，由左手定则判断可知，磁场垂直纸面向里，由安培定则可知，导线AB中的电流由B流向A，且改变AB中的电流方向时可以使电子束的径迹往上偏．故选项B、C正确．]
电子比荷的测定方法
1．电子比荷(或电荷量)的测定方法
根据电场、磁场对电子的偏转测量比荷(或电荷量)，可按以下方法：
(1)让电子通过正交的电磁场，如图甲所示，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)得到电子的运动速度v＝.
甲
(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，如图乙所示，保留磁场让电子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvB＝m得＝＝.
乙
2．密立根油滴实验
(1)装置
密立根实验的装置如图所示．
①两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上板带正电，下板带负电．油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中．
②大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降．观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察．
(2)方法
①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E.但是由于油滴太小，其质量很难直接测出．密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量．没加电场时，由于空气的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空气给油滴的摩擦力而使油滴匀速下落，可测得速度v1.
②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡．根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量．
(3)结论
带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e.
【例2】 带电粒子的比荷是一个重要的物理量．某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的比荷，实验装置如图所示．其中两正对极板M1、M2之间的距离为d，极板长度为L.
他们的主要实验步骤如下：
A．首先在两极板M1、M2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，在荧光屏的正中心处观察到一个亮点；
B．在M1、M2两极板间加合适的电场：加极性如图所示的电压，并逐步调节增大，使荧光屏上的亮点逐渐向荧光屏下方偏移，直到荧光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？
C．保持步骤B中的电压U不变，对M1、M2区域加一个大小、方向合适的磁场B，使荧光屏正中心处重现亮点．试问外加磁场的方向如何？
[思路点拨] (1)当电子在电场中的竖直偏转位移达到时，恰好在荧光屏上看不到亮点．
(2)要使电子恰好打在荧光屏正中心处，所加的磁场必须满足使电子所受的电场力与其所受的洛伦兹力等大反向．
(3)判断磁场的方向时要注意电子的电性．
[解析] 步骤B中电子在M1、M2两极板间做类平抛运动，当增大两极板间电压时，电子在两极板间的偏转位移增大．
当在荧光屏上看不到亮点时，电子刚好打在下极板M2靠近荧光屏端的边缘，则＝，
＝.
由此可以看出这一步的目的是使粒子在电场中的偏转位移成为已知量，就可以表示出比荷．
步骤C加上磁场后电子不偏转，电场力等于洛伦兹力，且洛伦兹力方向向上，由左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外．
[答案] 见解析
运用电磁场测定电子比荷的解题技巧
(1)当电子在复合场中做匀速直线运动时，qE＝qvB，可以测出电子速度大小．
(2)当电子在磁场中偏转时，qvB＝m，测出圆周运动半径，即可确定比荷．
(3)当电子在匀强电场中偏转时，y＝at2＝，测出电场中的偏转量也可以确定比荷．
2．密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性．如图所示是密立根油滴实验的原理示意图，设小油滴的质量为m，调节两极板间的电势差U，当小油滴悬浮不动时，测出两极板间的距离为d.则可求出小油滴的电荷量q＝________.
[解析] 由平衡条件得mg＝q，解得q＝.
[答案]
课 堂 小 结
知 识 网 络
1.阴极射线是由电子组成的.
2.电子的比荷的测定.
1．(多选)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( )
A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量
AD [阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确. 由于电子带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，B错误．不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误．在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测出电子电荷量的是美国物理学家密立根，D正确．]
2．关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是( )
A．密立根利用电场力和磁场力平衡的方法，测得了带电体的最小带电荷量
B．密立根利用电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量
C．密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量
D．密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子质量的千分之一
[答案] B
3．(多选)如图所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图．显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光．安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转．下列说法中正确的是( )
A．如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点
B．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
C．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
D．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场磁感应强度应该先由小到大，再由大到小
AC [偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O点，A正确．由阴极射线的电性及左手定则可知B错误，C正确．由R＝可知，B越小，R越大，故磁感应强度应先由大变小，再反向由小变大，故D错误．]
4．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点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与P′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2.
(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小；
(2)推导出电子比荷的表达式．
[解析] (1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有Bev＝Ee＝e，得v＝
即打到荧光屏O点的电子速度的大小为.
(2)由d＝＋·可得
＝＝.
[答案] (1) (2)
课件49张PPT。第二章 原子结构1．电子阴极 荧光 磁场 电场 负电 电荷量 质量 相同 电子 原子 密立根 油滴实验
×√√××阴极射线的探究电子比荷的测定方法 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(四) 电子
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)
1．历史上第一个发现电子的科学家是( )
A．贝可勒尔 B．道尔顿
C．伦琴 D．汤姆孙
D [贝可勒尔发现了天然放射现象，道尔顿提出了原子论，伦琴发现了X射线，汤姆孙发现了电子．]
2．(多选)已知X射线的“光子”不带电，假设阴极射线像X射线一样，则下列说法正确的是( )
A．阴极射线管内的高电压不能够对其加速而增加能量
B．阴极射线通过偏转电场不会发生偏转
C．阴极射线通过磁场方向一定不会发生改变
D．阴极射线通过偏转电场能够改变方向
ABC [因为X射线的“光子”不带电，故电场、磁场对X射线不产生作用力，故选项A、B、C对．]
3．(多选)下列说法中正确的是( )
A．汤姆孙精确地测出了电子电荷量e＝1.602 177 33(49)×10－19 C
B．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的
C．汤姆孙油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e的整数倍
D．通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量
BD [电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的，A、C错误，B正确．测出比荷的值和电子电荷量e的值，可以确定电子的质量，故D正确．]
4．(多选)关于电子的发现，下列叙述中正确的是( )
A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
B．电子的发现，说明原子具有一定的结构
C．电子是第一种被人类发现的微观粒子
D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
BCD [发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确．]
5．阴极射线管中的高电压的作用( )
A．使管内气体电离
B．使管内产生阴极射线
C．使管内障碍物的电势升高
D．使电子加速
[答案] D
6．(多选)电子枪发射出的电子打在荧光屏上时，会在那里产生一个亮斑，如果在荧光屏上得到如图所示的亮斑P，那么示波管中的( )
A．极板X应带正电 B．极板X′应带正电
C．极板Y应带正电 D．极板Y′应带正电
BC [因为带电粒子向极板Y及X′方向偏转．故极板Y、极板X′应带正电．正确选项为B、C.]
二、非选择题(14分)
7．如图所示，让一束均匀的阴极射线以速率v垂直进入正交的电、磁场中，选择合适的磁感应强度B和电场强度E，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，测得其半径为R，求阴极射线中带电粒子的比荷．
[解析] 因为带电粒子在复合场中时不偏转，所以qE＝qvB，即v＝，撤去电场后，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，则qvB＝m.由此可得＝.
[答案]
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)
1．(多选)如图所示，关于高压的真空管，下列说法中正确的是( )
A．加了高压的真空管中可以看到辉光现象
B．a为负极，b为正极
C．U1为高压电源，U2为低压电源
D．甲为环状物，乙为荧光中出现的阴影
BD [真空中不能发生辉光放电．U1为低压电源，U2为高压电源．]
2．如图所示为汤姆孙阴极射线管的构造简图，将两极间加有一定电压的阴极射线管置于U形磁铁两极之间，分析左端射入的电子束可知( )
A．增大加速电压，观察到的偏转现象将更加明显
B．减小磁感应强度，观察到的偏转现象将更加明显
C．电子束向下偏转
D．若将粒子源更换为α粒子源，磁场中粒子束偏转方向不变
C [由R＝可知，增大加速电压从而增大电子的速度，增大电子圆周运动的半径，偏转将不明显，减小磁场的磁感应强度，也增大电子的偏转半径，从而使偏转不明显，故A、B选项均错误；电子由左向右运动，由左手定则可以确定电子将向下偏转，C正确；若将粒子源换为α粒子源，因α粒子带正电，由左手定则可知，α粒子将向上偏转，选项D错误．]
3．如图所示，从正离子源发射的正离子经加速电压U加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，发现离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过电场，则下列说法正确的是( )
A．增大电场强度E
B．减小磁感应强度B
C．减小加速电压U，增大电场强度E
D．适当地加大加速电压U
D [正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，受到的电场力F＝qE，方向向上，受到的洛伦兹力F洛＝qvB，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，须qE＝qvB，则可使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U或增大磁感应强度B，减小电场力的途径是减小电场强度E.选项A、B、C错误，D正确．]
4．(多选)如图所示是汤姆孙的阴极射线管的示意图，下列说法中正确的是( )
A．若在D1、D2两极板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、D2两极板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、D2两极板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、D2两极板之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转
AC [实验证明，阴极射线是电子流，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，选项C正确，B错误；加上磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要发生偏转，选项D错误；当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A正确．]
二、非选择题(本大题共2小题，共26分)
5．(12分)电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的．他测定了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍．这个最小电荷量就是电子所带的电荷量．密立根实验的原理如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电．从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中．小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡．已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/C，油滴半径是1.64×10－4 cm，油的密度是0.851 g/cm3，求油滴所带的电荷量．这个电荷量是电子电荷量的多少倍？(g取9.8 m/s2)
[解析] 小油滴质量为
m＝ρV＝ρ·πr3
由题意得mg＝Eq
联立解得q＝
＝ C
＝8.02×10－19 C
小油滴所带电量q是电子电量e的倍数为
n＝＝＝5倍．
[答案] 8.02×10－19 C 5
6．(14分)在研究性学习中，某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如图所示．abcd是个长方形盒子，在ad边和cd边上各开有小孔f和e，e是cd边上的中点，荧光屏M贴着cd放置，能显示从e孔射出的粒子落点位置．盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B.粒子源不断地发射相同的带电粒子，粒子的初速度可以忽略．粒子经过电压为U的电场加速后，从f孔垂直于ad边射入盒内．粒子经磁场偏转后恰好从e孔射出．若已知＝＝L，不计粒子的重力和粒子之间的相互作用．请你根据上述条件求出带电粒子的比荷.
[解析] 带电粒子进入电场，经电场加速．根据动能定理得qU＝mv2，得v＝.粒子进入磁场后做匀速圆周运动，轨迹如图所示．设圆周半径为R，在三角形Ode中，有(L－R)2＋＝R2，整理得：R＝L，洛伦兹力充当向心力：qvB＝m，联立上述方程，解得＝.
[答案]
