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18.1电子的发现
2020.4.21
实验探究：
实验现象：玻璃管内出现了荧光
如图，真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极；把它们分别连接在感应图的负极和正极上。管中十字状物体是个金属片。接通电源时，感应圈产生的近万伏的高电压加在两个电极之间，观察管端玻璃壁上亮度的变化。
一、阴极射线
早在1858年，德国物理学家普吕克尔就在类似的实验中观察到了玻璃管壁上的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
1876年，德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到的阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种未知射线称之为阴极射线。
电磁波说：赫兹认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。
粒子说：汤姆孙认为这种射线的本质是一种高速粒子流。[
阴极射线的本质是什么？
P2
K
A
B
y
P1
P3
D1
D2
二、电子的发现
英国物理学家J.J.汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。实验装置如图所示，
实验过程：（1）K、A部分产生阴极射线
（2）A、B只让水平运动的阴极射线通过
（3）D1、D2之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和带电性质
（4）荧光屏显示阴极射线到达的位置，对阴极射线的偏转做定量的测定
（5）当金属板D1、D2之间未加电场时射线不偏转，射在屏上的P1点，按
图示方向加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上的P2点。
结论：汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒子流。
—
+
如何求阴极射线的比荷？
思考：1、为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域应采取什么措施？
P2
K
A
B
y
P1
P3
D1
D2
在平行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：
2、若撤去磁场，带电粒子由P1点偏离到P2，P2到P1竖直距离为y,屏幕到金属板D1、D2右端的距离为D，你能算出阴极射线的比荷吗？
y1
y2
e
m
萤幕
L
D


v0
y
θ
又因为：
且
化简得：
3、若撤去电场，利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计算阴极射线的比荷？
萤幕
L
D
v0
θ
θ
P2
R
阴极射线打在屏上的P2点，只要测出粒子打到屏上的速度方向（与水平方向的夹角θ）由图可知：
比荷求法
1. 用“电偏转”测定阴极射线比荷的表达式：
2. 用“磁偏转”测定阴极射线比荷的表达式：
由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。汤姆孙猜测若这种粒子的电荷量与氢离子的电荷量相同，则其质量约为氢离子质量的近两千分之一。汤姆孙后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了他当初的猜测是正确的。后来，物理学家把新发现的这种组成阴极射线的粒子称之为电子。
三、密立根油滴实验
第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。
电子的质量m=9.1094×10－31 kg
电子的电荷量e=1.6022×10－19 C
密立根实验发现：电荷具有量子化的特征，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
密立根 (美国)
汤姆孙用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的。说明这种粒子是构成各种物质的共有成分。
1、(多选)下面对阴极射线的认识正确的是(　　)
A.阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的
B.只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C.阴极射线是真空玻璃管内由阴极发生的射线
D.阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
CD
2、关于阴极射线，下列说法正确的是(　　)
A.阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象
B.阴极射线是在真空管内由正极发出的电子流
C.阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的
D.阴极射线的比荷比氢原子的比荷小
C
3、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
4、在汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图6所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑。若在D、G间加上方向向下、场强为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：
(1)说明阴极射线的电性；
(2)说明图中磁场的方向；
(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷。
5、如图所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的电场，出电场时打在屏上P点，经测量O′P为X0，求电子的比荷。
6、密立根油滴实验原理如图所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接，板间电压为U，形成竖直向下、场强为E的匀强电场。用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴。通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为m，重力加速度为g，则下列说法正确的是(　　)
A．悬浮油滴带正电
B．悬浮油滴的电荷量为
C．增大场强，悬浮油滴将向上运动
D．油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍
C

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