第1节 电子的发现
1．阴极射线．
(1)通常情况下，气体是不导电的，但在强电场中，气体能被电离而导电．
(2)在演示气体放电时，放电管里近似为真空，由阴极发出的阴极射线，当初人们对它认识有两种观点：一种认为是电磁辐射，另一种认为是带电微粒.1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中偏转断定，它的本质是一种带负电的粒子，命名为电子．
2．电子的发现．
(1)带电粒子的电荷量与其质量之比称作比荷．
(2)电子的电量e＝C，它是1910年由密立根通过著名油滴实验测出的．
(3)质子质量是电子质量1_836倍．
1．(多选)关于阴极射线的性质，判断正确的是(AC)
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．
2. 1910年美国科学家密立根通过油滴实验(D)
A．发现了中子 B．发现了电子
C．测出了中子的质量 D．测出了电子的电荷量
解析：密立根通过油滴实验精确测定了电子的电荷量．
3．发射阴极射线的阴极射线管中的高电压的作用是(D)
A．使管内气体电离
B．使管内产生阴极射线
C．使管内障碍物的电势升高
D．使电子加速
解析：在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射的电子流，通过高电压加速而获得能量，与玻璃碰撞而产生荧光，故选项D正确．
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4．(多选)汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”．关于电子的说法正确的是(AD)
A．任何物质中均有电子
B．不同的物质中具有不同的电子
C．电子质量是质子质量的1 836倍
D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元
解析：汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，均为同一种相同的粒子——即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量．由此可知A、D两项正确，B、C两项错误．
5．下列实验中准确测定元电荷电量的实验是(B)
A．库仑扭秤实验
B．密立根油滴实验
C．用DIS描绘电场的等势线实验
D．奥斯特电流磁效应实验
解析：密立根通过油滴实验，测出了电子电荷量的精确数值，任何物体带电量的数值都是元电荷电量的整数倍．
6．阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流，这些微观粒子是______，若在如下图所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将________(填“向上”、“向下”、“向里”或“向外”)偏转．
解析：运用左手定则判断电子所受洛伦兹力的方向，进而确定射线的偏转方向．
答案：电子 向下
7．密立根油滴实验的原理示意图如图所示，两块平行金属板水平放置，A板带正电，B板带负电．调节两板间的场强，使从喷雾器喷出的半径为r、密度为ρ的带电油滴恰好处于平衡状态，设此油滴所在处的场强为E，则油滴所带的电量为________，此油滴得到了________个电子(元电荷的电量为e)．
解析：对带电液滴受力分析：重力与电场力平衡，由qE＝mg得：
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q＝＝＝.
一个电子的电量为e，
所以油滴得到电子数目为：n＝＝.
答案：
8．在密立根油滴实验装置中，喷雾器向透明的盒子里喷入带电油滴，小盒子内的上、下两金属板分别接在电源两极，通过改变两极板间电场强度可控制带电油滴在板间的运动状态．已知某油滴所受的重力为1.8×10－9N，当电场强度调节为4.0×104N/C时，通过显微镜观察该油滴竖直向下做匀速直线运动，如图所示．求：
(1)该油滴带何种电荷？
(2)该油滴所带电荷量是多少？
(3)该油滴所带电荷量是元电荷e的多少倍？
解析：(1)该油滴竖直向下做匀速直线运动，受重力和电场力，二力平衡；故电场力向上，而场强向下，故油滴带负电荷．
(2)匀速运动是平衡状态，重力和电场力平衡：mg＝F＝qE，
.
(3)元电荷电量：e＝1.6×C，
所以，元电荷倍数N：N＝＝个＝2.8×个．
答案：(1)该油滴带负电荷 (2)该油滴所带电荷量是4.5×C (3)该油滴所带电荷量是元电荷e的2.8×倍
9．1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在实验中汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，
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水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑．若在D、E间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E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，电子向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题．
(1)说明图中磁场沿什么方向．
(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷．
解析：(1)磁场方向垂直纸面向里．
(2)当电子在D、E间做匀速直线运动时有：eE＝Bev，
当电子在D、E间的磁场中偏转时有：Bev＝，
同时又有：L＝rsin θ，可得：＝.
答案：(1)垂直纸面向里 (2)
10．如下图所示，有一电子(电荷量为e)经电压U0的电场加速后，进入两块间距为d、电压为U的平行金属板间．若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：
(1)金属板AB的长度；
(2)电子穿出电场时的动能．
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解析：电子经U0电压加速后获得一定速度，进入AB范围电场后受电场力作用，其运动类似于平抛运动．
(1)电子进入AB电场的水平速度，由eU0＝可得，B范围匀强电场的场强为：E＝.
电子进入AB后的运动，
水平方向：x＝v·t，①
竖直方向：y＝，②
将①②联立，将v代入得：x＝d.
(2)根据动能定理：
Ek＝＋eE·＝eU0＋eU.
答案：(1)d (2)eU0＋eU
11．汤姆生曾采用电场、磁场偏转法测定电子的比荷，具体方法如下：
Ⅰ.使电子以初速度v1垂直通过宽为L的匀强电场区域，测出偏向角θ，已知匀强电场的场强大小为E，方向如图(a)所示．
Ⅱ.使电子以同样的速度v1垂直射入磁感应强度大小为B、方向如图(b)所示的匀强磁场，使它刚好经过路程长度为L的圆弧之后射出磁场，测出偏向角φ，请继续完成以下三个问题：
(1)电子通过匀强电场和匀强磁场的时间分别为多少？
(2)若结果不用v1表达，那么电子在匀强磁场中做圆弧运动对应的圆半径R为多少？
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(3)若结果不用v1表达，那么电子的比荷为多少？
解析：(1)电子通过匀强电场时水平方向做匀速直线运动，所用的时间为t1＝.电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，所用的时间为t2＝.①
(2)电子在匀强磁场中做圆弧运动，轨迹对应的圆心角等于速度的偏向角，则轨迹的圆心角为φ.所以电子进入匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为：R＝.②
(3)在电场中：沿电场力方向有：vy＝at＝，③
电子射出电场时的速度偏向角满足：tan θ＝，④
由牛顿第二定律，有：ev1B＝，⑤
综合②③④⑤，解得：＝.⑥
答案：(1)电子通过匀强电场和匀强磁场的时间相等，都是 (2)电子在匀强磁场中做圆弧运动对应的圆半径R为 (3)电子的比荷为＝
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