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1、第一節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫模型學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
(1) 了解陰極射線及電子發(fā)現(xiàn)的過程；知道湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子的實(shí)驗(yàn)及理論推導(dǎo)?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】
陰極射線的研究，湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的理論推導(dǎo)。
【知識(shí)要點(diǎn)】1、陰極射線
氣體分子在高壓電場下可以發(fā)生電離，使本來不帶電的空氣分子變成具有等量正、負(fù)電荷的帶電粒子，使不導(dǎo)電的空氣變成導(dǎo)體。
2、湯姆孫的研究
英國物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，從高壓電場的陰極發(fā)出的陰極射線，穿過CC2后沿直線打在熒光屏々上。
(1)當(dāng)在平行極板上加一如圖所示的電場，發(fā)現(xiàn)陰極射線打在熒光屏上的位置向下偏，則可判定，陰極射線帶有
2、負(fù)電荷。
(2)為使陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則請思考可在平行極板區(qū)域采取什么措施。
在平行極板區(qū)域加一磁場，且磁場方向必須垂直紙面向外。當(dāng)滿足條件：qv0B=qE時(shí)，則陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。則:
時(shí)，則陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。則:
又因?yàn)?
(D
且Vo
則:
q_Eym(Dl)B2L
x
(3)根據(jù)帶電的陰極射線在電場中的運(yùn)動(dòng)情況可知，其速度偏轉(zhuǎn)角為：
ta”二卑
mv0
湯姆生把新發(fā)現(xiàn)的這種粒子稱之為電子。電子的
根據(jù)已知量，可求出陰極射線的比荷。
電荷量e=1.60217733X10「19C
【典型例題】
湯姆生用來測定電子的比荷(電子的電
3、荷量與質(zhì)量之比)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計(jì)初速、重力和電子間的相互作用)經(jīng)加速電壓加速后，穿過
A'中心的小孔沿中心軸010的方向進(jìn)入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P'間的區(qū)域.當(dāng) 極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心0點(diǎn)處，形成了一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電
壓U后，亮點(diǎn)偏離到0'點(diǎn)，(O'與0點(diǎn)的豎直間距為d，水平間距可忽略不計(jì).此時(shí)，在P和P間的區(qū)域，再加上一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場.調(diào)節(jié)磁場的強(qiáng)弱，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)
度的大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到0點(diǎn).已知極板水平方向的長度為Li,極板間距為b,極板右端到熒光屏的距離為L2(如圖所示).
(1) 求打在
4、熒光屏0點(diǎn)的電子速度的大小。
(2) 推導(dǎo)出電子的比荷的表達(dá)式
解：(1)當(dāng)電子受到的電場力與洛倫茲力平衡時(shí)，電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，亮點(diǎn)重新回復(fù)到中心0點(diǎn)，設(shè)電子的速度為v，貝yevB=：eE……①
注EU
得v②即v③BBb
(2)當(dāng)極板間僅有偏轉(zhuǎn)電場時(shí)，電子以速度v進(jìn)入后，豎直方向作勻加速運(yùn)動(dòng)，加速eU
度為a=——……④mb
水平作勻速運(yùn)動(dòng)，在電場內(nèi)時(shí)間t^L1……⑤v
這樣，電子在電場中，豎直向上偏轉(zhuǎn)的距離為d,二旦羋……⑥
22mvb
離開電場時(shí)豎直向上的分速度為v,=at,=eLlU⑦mvb
電子離開電場后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)t2時(shí)間到達(dá)熒光屏t2二丄2……⑧v
t2時(shí)間內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)的距離為d2=vt2=eUL2L2......⑨-mvb
這樣，電子向上的總偏轉(zhuǎn)距離為d=d,d2二烏L,(L2—^)……⑩
mvb2可解得
可解得
e_Ud
mB2bL,(L2L,/2)
【學(xué)后反思】
收
獲
疑
問
#21《電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫模型》
