高中物理 第三章 原子结构之谜 3.1 敲开原子的大门课件 粤教版选修35.ppt

第一节敲开原子的大门 目标导航 预习导引 目标导航 预习导引 二 一 一 阴极射线1 阴极射线科学家用真空度很高的真空管做放电实验时 发现真空管阴极发射出的一种射线 叫做阴极射线 2 阴极射线的产生阴极射线是一种带负电的粒子流 英国物理学家汤姆生使阴极射线在磁场和电场中产生偏转 来确定射线微粒的带电性质 3 阴极射线的特点 1 在真空中沿直线传播 2 碰到物体可使物体发出荧光 目标导航 预习导引 二 一 预习交流1怎样用实验的方法判断阴极射线的电性 答案 为了研究阴极射线的带电性质 汤姆生设计了如图所示的装置 从阴极发出的阴极射线 经过与阳极相连的小孔 射到管壁上 产生荧光斑点 用磁铁使射线偏转 进入集电圆筒 用静电计检测的结果表明 收集到的是负电荷 目标导航 二 一 预习导引 二 电子的发现1 汤姆生的探究方法及结论汤姆生根据阴极射线在电场和磁场中的偏转判定 它的本质是带负电的粒子流 并求出了这种粒子的荷质比 汤姆生用不同材料的阴极和不同的气体做实验 所得的荷质比都是相同的 是氢离子荷质比的近千倍 汤姆生直接测量了阴极射线粒子的电荷量 得到这种粒子的电荷量大小与氢离子电荷基本相同 后来把组成阴极射线的粒子称为电子 目标导航 二 一 预习导引 目标导航 二 一 预习导引 预习交流2电子发现的意义是什么 答案 1 电子的发现 不仅是找到了一种比原子更小的微粒 更重要的是说明了原子也是有结构的 是可以再分的 电子是原子的组成部分 2 由于原子中含有带负电的电子 而由物质呈电中性 推想出原子中还有带正电的部分 这就进一步地提出了探索原子结构和建立原子模型的问题 由此揭开了原子物理研究的序幕 对20世纪原子物理学科的建立和发展起到极为关键的作用 迁移应用 典题例解 一 二 知识精要 一 阴极射线1 气体的导电特点通常情况下 气体是不导电的 但在强电场中 气体能够被电离而导电 平时我们在空气中看到的放电火花 就是气体电离导电的结果 在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体 阴极射线管中气体足够稀薄时 阴极发出的某种射线射在管壁上而发出荧光 2 辉光放电现象在置有板状电极的玻璃管内充入低压气体或蒸气 当两极间电压较高 约1000v 时 稀薄气体中的残余正离子在电场中加速 有足够的动能轰击阴极 产生二次电子 经簇射过程产生更多的带电粒子 使气体导电 辉光放电的特征是电流较小 约几毫安 温度不高 故放电管内有特殊的亮区和暗区 呈现瑰丽的发光现象 思考探究 迁移应用 典题例解 一 二 3 阴极射线 1 产生 在研究气体导电的玻璃管内有阴 阳两极 当两极间加一电压时 阴极便发出一射线 这种射线为阴极射线 2 特点 能使荧光物质发光 4 对阴极射线的两种认识对于阴极射线的本质 科学家做出大量的科学研究 主要形成了两种观点 1 电磁波说 代表人物 赫兹 认为这种射线的本质是一种电磁辐射 2 粒子说 代表人物 汤姆生 认为这种射线的本质是一种带电微粒 知识精要 思考探究 知识精要 迁移应用 一 二 思考探究 典题例解 在演示实验的仪器中 制成阳极的金属环能否换成金属片 答案 不能 阴极射线是由阴极发出的某种射线 这种射线通过阳极后撞击到玻璃壁上 而产生淡淡的荧光 若将阳极换成金属片 阴极射线就无法通过阳极到达玻璃管上了 此时也就观察不到在玻璃管上的荧光了 知识精要 迁移应用 一 二 典题例解 思考探究 例1 关于阴极射线的本质 下列说法正确的是 a 阴极射线的本质是氢原子b 阴极射线的本质是电磁波c 阴极射线的本质是电子流d 阴极射线的本质是x射线 解析 阴极射线是原子受激发放射出的电子流 关于阴极射线是电磁波 还是x射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设 是错误的 答案 c 迁移应用 典题例解 一 二 知识精要 思考探究 多选 关于空气导电性能 下列说法正确的是 a 空气导电 因为空气分子中有的带正电 有的带负电 在强电场作用下向相反方向运动的结果b 空气能够导电 是因为空气分子在射线或强电场作用下电离的结果c 空气密度越大 导电性能越好d 空气越稀薄 越容易发出辉光 答案 bd解析 空气是由多种气体组成的混合气体 在正常情况下 气体分子不带电 显中性 是较好的绝缘体 但在射线 受热及强电场作用下 空气分子被电离 才具有导电性能 且空气密度较大时 电离的自由电荷很容易与其他空气分子碰撞 正 负电荷重新复合 难以形成稳定的放电电流 因而电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导电性能更好 b d正确 迁移应用 典题例解 知识精要 思考探究 二 一 二 电子的发现1 汤姆生实验装置实验装置如图所示 从高压电场的阴极发出的阴极射线 穿过c1c2后沿直线打在荧光屏上 2 实验原理判断阴极射线电性的方法 粒子在电场中运动 如图甲所示 带电粒子在电场中运动 受电场力作用运动方向会发生改变 粒子质量忽略不计 带电粒子在不受其他力作用时 若沿电场线方向偏转 则粒子带正电 若逆着电场线方向偏转 则粒子带负电 迁移应用 典题例解 知识精要 思考探究 二 一 粒子在磁场中运动 如图乙所示 粒子将受到洛伦兹力f qvb的作用 速度方向始终与洛伦兹力方向垂直 利用左手定则即可判断粒子的电性 不考虑其他力的作用 如果粒子按图示方向进入磁场 且做顺时针的圆周运动 则粒子带正电 若做逆时针的圆周运动 则粒子带负电 迁移应用 典题例解 知识精要 思考探究 二 一 知识精要 迁移应用 思考探究 典题例解 二 一 如何测定射线粒子的荷质比 知识精要 迁移应用 思考探究 典题例解 二 一 知识精要 迁移应用 典题例解 思考探究 二 一 例2 如图 汤姆生用来测定电子荷质比的装置 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 知识精要 迁移应用 典题例解 思考探究 二 一 1 求加上磁场和电场后打在荧光屏o点的电子速度的大小 2 推导出电子荷质比的表达式 迁移应用 典题例解 知识精要 思考探究 二 一 迁移应用 典题例解 知识精要 思考探究 二 一 多选 英国物理学家汤姆生通过对阴极射线的实验研究发现 a 阴极射线在电场中偏向正极板一侧b 阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同c 不同材料所产生的阴极射线的荷质比不同d 汤姆生并未得出阴极射线粒子的电荷量 答案 ad解析 阴极射线实质上就是高速电子流 所以在电场中偏向正极板一侧 a正确 由于电子带负电 所以其受力情况与正电荷不同 b错误 不同材料所产生的阴极射线都是电子流 所以它们的荷质比是相同的 c错误 在汤姆生实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量 最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根 d正确 知识链接 案例探究 类题试解 1 密立根实验的原理 1 如图所示 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e中 知识链接 案例探究 类题试解 2 密立根实验更重要的发现电荷量是量子化的 即任何电荷的电荷量只能是元电荷e的整数倍 并求得了元电荷即电子所带的电荷量e 案例探究 知识链接 类题试解 如图 在a板上方用喷雾器将细油滴喷出 若干油滴从板上的一个小孔中落下 喷出的油滴因摩擦而带负电 已知a b板间电压为u 间距为d时 油滴恰好静止 撤去电场后油滴徐徐下落 最后测出油滴以速度v匀速运动 已知空气阻力正比于速度f kv 则油滴所带的电荷量q 某次实验得q的测量值见下表 单位 10