第一节 电子的发现
课堂探究
探究一 探究电子发现的历程
问题导引
给阴极射线管加上高压，如图所示，将磁铁靠近阴极射线管。根据你观察到的现象，结合前面学过的知识，你认为阴极射线是中性的，还是带电的？如果带电，带什么电？
提示：带电。带负电。
名师精讲
1．装置现象：
2．德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线。
3．猜想：
(1)阴极射线是一种电磁辐射。
(2)阴极射线是带电微粒。
4．英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转。
5．密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。
警示 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粒子，原子本身也是有内部结构的。
【例题1】 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
4
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
解析：如果偏转线圈中没有电流，不产生磁场，则阴极射线将沿直线打在荧光屏上的O点，A项正确；要使阴极射线打在荧光屏上的A点，则其所受洛伦兹力方向应向上，根据左手定则可以得知，偏转磁场的方向应该由里向外，B项错误；同理可判得C项正确；要使阴极射线在荧光屏上的位置由B向A移动，射线在偏转磁场中运动的半径应先增大后减小，根据带电粒子在磁场中的偏转半径公式r＝知，偏转磁场的磁感应强度应先由大到小，再由小到大，D项错误。
答案：AC
反思 解答此类题要注意两点：(1)阴极射线是高速电子流(带负电)；
(2)使用左手定则判断受力方向时，四指应指向电子流运动的反方向。
探究二 带电粒子比荷的测定方法
问题导引
带电粒子的比荷有哪些测定方法？
提示：两种方法：(1)磁偏转；(2)电偏转。
名师精讲
1. 让带电粒子通过相互垂直的电磁场(如图)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛=F电(Bqv=qE)，得到粒子的运动速度v=。
2.在其他条件不变的情况下撤去电场(如图)，保留磁场，让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即Bqv=m，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r。
3．由以上两式确定粒子的比荷表达式：＝。
警示 利用电偏转亦可测量带电粒子的比荷：
偏转量y＝at2＝·()2，故＝，所以在偏转电场U、d、L已知时，只需测量v和y即可。
【例题2】 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
4
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)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，
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t1＝。
这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为
d1＝at＝。
离开电场时竖直向上的分速度为v⊥＝at1＝。
电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏。
t2＝。
t2时间内向上运动的距离为
d2＝v⊥t2＝。
这样，电子向上的总偏转距离为
d＝d1＋d2＝L1(L2＋)，可解得＝。
答案：(1)
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(2)
反思 要分析清楚带电粒子在电场和磁场中的运动情况，画好运动过程图，利用几何知识解题。
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