第1节 电子的发现
[随堂巩固]
1．(阴极射线的性质)借助阴极射线管，我们看到的是
A．每个电子的运动轨迹
B．所有电子整体的运动轨迹
C．真实的电子
D．错误的假象
解析 借助阴极射线管，我们看到的是电子束的运动轨迹，即所有电子整体的运动轨迹，选项B正确。
答案 B
2．(电子的发现)(多选)关于电子的发现，下列说法正确的是
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．在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒
D．电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分
解析 发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A错误。B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到，原子中应该还有其他带正电的部分，D正确。
答案 BCD
3．(电子的发现)(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其电荷量e的值，就可以确定电子的质量
解析 电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的，选项A、C错误，选项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，故选项D正确。
答案 BD
4．(电子比荷的测定)如图18－1－11所示，在纸面内半径为R的圆形区域中充满了垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，一束阴极射线从图中A点以速度v0垂直磁场射入，当射线离开磁场时，速度方向刚好改变了180°，不计电荷的重力，求射线的比荷。
图18－1－11
解析 符合题目条件的运动轨迹如图所示，
由几何关系得，射线在磁场中的旋转半径为圆形磁场区域半径的一半，即r＝①
由洛伦兹力提供向心力知
qv0B＝m②
由①②式得射线的比荷＝。
答案
[限时检测]
[限时45分钟]
题组一 对阴极射线的认识
1．(多选)下列是某实验小组测得的一组电荷量，哪些是符合事实的
A．＋3×10－19 C B．＋4.8×10－19 C
C．－3.2×10－26 C D．－4.8×10－19 C
解析 电荷是量子化的，任何带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍。1.6×10－19是目前为止自然界中最小的电荷量，故B、D正确。
答案 BD
2．(多选)关于阴极射线的性质，判断正确的是
A．阴极射线带负电
B．阴极射线带正电
C．阴极射线的比荷比氢原子比荷大
D．阴极射线的比荷比氢原子比荷小
解析 通过让阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢原子的比荷大得多，故A、C正确。
答案 AC
3．如图18－1－12所示是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，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
图18－1－12
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
解析 由于电子沿x轴正方向运动，若所受洛伦兹力向下，使电子射线向下偏转，由左手定则可知磁场方向应沿y轴正方向；若加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z轴正方向，由此可知B正确，A、C、D均错误。
答案 B
4．(多选)如图18－1－13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
图18－1－13
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，则偏转磁场强度应该先由小到大，再由大到小
解析 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，磁感应强度B越小，R越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，故D错误。
答案 AC
题组二 电子的发现
5．电子所带电荷量最早是由美国物理学家密立根测得的，他根据实验中观察到带电油滴悬浮在电场中，即油滴所受静电力和重力平衡，得出油滴的电荷量。某次实验中测得多个油滴所带电荷量Q如表(单位10－19 C)，则下列说法正确的是
6.41
8.01
9.65
11.23
14.48
17.66
20.62
…
A.密立根通过实验发现了电子
B．密立根通过实验证明了电子带负电
C．在实验误差允许范围内，油滴所带电荷量之差相等
D．在实验误差允许范围内，油滴所带电荷量是1.6×10－19 C的整数倍
解析 分析这些数据可知油滴所带电荷量是元电荷的整数倍。密立根实验测得了元电荷的数值，即1.6×10－19 C，故选项D正确。A，B，C错误。
答案 D
6．(多选)如图18－1－14所示，将一阴极射线管置于一通电螺线管的左侧，则
图18－1－14
A．通电螺线管产生的磁场方向向左
B．通电螺线管产生的磁场方向向右
C．阴极射线管中的电子束将向纸面外偏转
D．阴极射线管中的电子束将向纸面内偏转
解析 根据安培定则，螺线管内部的磁场方向向左，故选项A正确，B错误；阴极射线管所处位置磁场方向向左，根据左手定则知，电子所受的洛伦兹力方向垂直纸面向里，则阴极射线管中的电子束将向纸面内偏转，故选项C错误，D正确。
答案 AD
7．(多选)如图18－1－15所示的阴极射线管，无偏转电场时，电子束加速后打到荧光屏中央形成亮斑。如果只逐渐增大M1M2之间的电势差，则下列说法正确的是
图18－1－15
A．在荧光屏上的亮斑向上移动
B．在荧光屏上的亮斑向下移动
C．偏转电场对电子做的功增大
D．偏转电场的电场强度减小
解析 设电子由加速电场加速后的速度为v。电子在加速电场中运动过程，由动能定理得eU1＝mv2
解得v＝。水平方向有L＝vt
竖直方向有a＝＝＝
vy＝at
电子刚离开偏转电场时的偏转角正切值为tan α＝
由以上各式解得tan α＝
即电子离开偏转电场时的偏转角α随偏转电压的增大而增大。如果只逐渐增大M1M2之间的电势差U2，在荧光屏上的亮斑向上移动，故选项A正确，B错误；电子离开偏转电场时的偏转量y＝at2＝，如果只逐渐增大M1M2之间的电势差U2，电子离开偏转电场时的偏转量将增大。偏转电场对电子做的功W＝e·E·y，偏转量越大，静电力做的功越多，故选项C正确；偏转电场的电场强度E＝，所以如果只逐渐增大M1、M2之间的电势差U2，偏转电场的电场强度增大，故选项D错误。
答案 AC
8．关于电荷量，下列说法中错误的是
A．物体所带电荷量可以是任意值
B．物体所带电荷量只能是某些值
C．物体所带电荷量的最小值为1.6×10－19 C
D．一个物体带1.6×10－9 C的正电荷，这是它失去了1.0×1010个电子的缘故
解析 电荷量是量子化的，即物体的带电量只能是某一最小电荷量的整数倍，这一最小电荷量是1.6×10－19 C，A错误，B、C正确；物体带正电，是由于它失去了带负电的电子，D正确。
答案 A
9．如图18－1－16所示为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空，A为发射热电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，A、K间电压为U，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K的小孔中射出的速度大小为v，下面的说法中正确的是
图18－1－16
A．如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度变为2v
B．如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度变为
C．如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为
D．如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为v
解析 由eU＝mv2得v＝ ，电子速度与A、K间距无关。当电压减半时，速度变为v。
答案 D
10．(多选)如图18－1－17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
图18－1－17
A．增大电场强度E，减小磁感应强度B
B．减小加速电压U，增大电场强度E
C．适当地加大加速电压U
D．适当地减小电场强度E
解析 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，即qE＝qvB，则只有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C、D正确。
答案 CD
题组三 电子电量与比荷
11．质谱仪是一种测定带电粒子的比荷和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图18－1－18所示。让中性气体分子进入电离室A，在那里被电离成离子。这些离子从电离室的小孔飘出，从缝S1进入加速电场被加速。然后让离子从缝S2垂直进入匀强磁场，最后打在底片上的P点。已知加速电压为U，磁场的磁感应强度为B，缝S2与P之间的距离为a，离子从缝S1进入电场时的速度不计。求该离子的比荷。
图18－1－18
解析 粒子经电场加速、磁场偏转两个过程，从轨迹可知，离子带正电，设它进入磁场时速度为v，在电场中加速qU＝mv2。在磁场中偏转Bqv＝mv2/r，而r＝a/2。
解上面几式可得：＝。
答案
12．美国科学家密立根通过油滴实验首次测得电子电量。油滴实验的原理如图18－1－19所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连，上下板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，经上板中央小孔落到两板间的匀强电场中，通过显微镜可以观察到它运动的情况。两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力。
图18－1－19
(1)调节两金属板间的电势差U，当U＝U0时，使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速运动，求该油滴所带的电荷量；
(2)若油滴进入电场时的初速度可以忽略，当两金属板间的电势差U＝U1时，观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速运动，经过时间t运动到下极板，求此油滴所带的电荷量。
解析 (1)当U＝U0时，油滴恰好做匀速直线运动，满足m1g－q＝0，即
q＝
(2)当U＝U1时，质量为m2的油滴做匀加速运动，
满足d＝at2，
m2g－q′＝m2a
由此得
q′＝(g－)＝(gt2－2d)。
答案 (1) (2)(gt2－2d)
课件28张PPT。第1节 电子的发现[学习目标]
1．知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
2．体会电子的发现过程中蕴含的科学方法。
3．知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍。
4．领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。阴极 负极 阳 正极 近万伏 淡淡的荧光 阴极 阴极射线 发光 偏转 B 不同材料 相同 电子 电子 基本 电子电荷 量子化 负电 1.602×10－19C 氢离子 9.1×10－31_kg × × √ × √ × [答案] BC答案 C本讲结束
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