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第一节 敲开原子的大门
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1．1858年，德国物理学家普吕克尔发现了阴极射线，在一个抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光。
2．汤姆生的实验验证表明，阴极射线本质上是由带负电的微粒组成。
3．汤姆生测定阴极射线中带电粒子比荷的基本思想是，一个质量为m、电荷为e的带电粒子以速率vv2
垂直进入磁场B中，如果粒子仅受磁场力作用，将做圆周运动，向心力即为洛伦兹力：m＝evB，只要确
r定了粒子运动的速率及半径，就可以测出比荷。
4．美国科学家密立根精确测定了电子的电量e＝1.6022×10
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C。
对应学生用书页码 阴极射线的探究 1.什么是阴极射线
在一个抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光，这种奇妙的射线被称为阴极射线。
2．阴极射线带电性质的判断
(1)方法一：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。
(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。 3．阴极射线荷质比的测定
(1)让某一速率的电子垂直进入某一电场中，在荧光屏上亮点位置发生变化。
(2)在电场区域加一与其垂直的大小合适的磁场，抵消阴极射线的偏转。由此可知qE－qvB＝0。则v＝。
(3)去掉电场，只保留磁场，磁场方向与射线运动方向垂直，阴极射线在有磁场的区域将会形成一个
EB 1
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mv2qvE半径为r的圆弧，根据磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvB＝得＝＝2。
rmBrBr4．阴极射线的本质
汤姆生根据阴极射线在电场和磁场中的偏转断定，阴极射线的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷。后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。
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如图3－1－1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 C．垂直于纸面向外
B．平行于纸面向上 D．垂直于纸面向里
图3－1－1
飞向阳极，
解析：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。使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故C正确。
答案：C
电子的发现 1.电子的大小
电子是构成各种物体的共同成分，它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，它的电荷与氢原子的电荷大小基本相同。电子所带电量为e＝1.6022×10
2．电子电量的测定——密立根油滴实验
(1)如图3－1－2所示，两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接，使A板带正电，B板带负电。从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中。
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C。
图3－1－2
(2)小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可以使小油滴静止在两板之间，此时电场力和重力平衡即mg＝Eq，则电荷的电量q＝。
3．电子发现的物理意义
电子是人类发现的第一个比原子小的粒子。电子的发现，打破了原子不可再分的传统观念，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构。从此，原子物理学迅速发展，人们对物质结构的认识进入了一个新时代。
2．关于电子的下列说法中不正确的是( ) ．A．发现电子是从研究阴极射线开始的
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B．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分
C．电子发现的意义是：使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构 D．电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同
解析：由物理学史知识可知，人们从研究阴极射线开始，发现了电子，认识到它是原子的组成部分，原子本身也是可以再分的。故选项A、B、C对，D错。
答案：D
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利用电(或磁)偏转测带电粒子比荷 [例1] 汤姆生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3－1－3所示。真空管内的阴极K发出的电子(不计初速度、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。
图3－1－3
(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。
[解析] (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，亮点重新回到中心O点。设电子的速度为v，则：evB＝eE，可得v＝，即v＝。
(2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为a＝。 电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为
EBUBbeUmbL1
t1＝。
v这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为 1eL1Ud1＝at21＝2，
22mvb2
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