2019_2020学年高中物理第2章原子结构第1节电子的发现与汤姆孙模型教学案鲁科版.docx

第1节电子的发现与汤姆孙模型1了解物质结构早期研究的基本历程2知道阴极射线的产生及其本质，理解汤姆孙对阴极射线研究的方法及电子发现的意义(重点)3了解汤姆孙原子模型一、物质结构的早期探究11661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论219世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单元31811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成1请你简述我国古代对物质的结构有哪些探究？提示：老子讲“道生一，一生二，二生三，三生万物”墨子认为物体是由不可分割的最小单元“端”构成的二、电子的发现1阴极射线：科学家研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为阴极射线2汤姆孙对阴极射线本质的探究(1)通过实验巧妙利用静电偏转力和磁场偏转力相抵消等方法，确定了阴极射线粒子的速度，并测量出了粒子的比荷，(2)换用不同材料的阴极和不同的气体，所得粒子的比荷相同这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分3结论(1)阴极射线是带电粒子流(2)不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分，其质量是氢离子的质量的，汤姆孙将这种带电粒子称为电子(3)电子的发现说明原子具有一定的结构，即原子是由电子和其他物质组成的4电子发现的意义：电子的发现揭开了认识原子结构的序幕5微观世界的三大发现：19世纪末微观世界有三大发现(1)1895年伦琴发现了X射线(2)1896年法国科学家贝克勒尔发现了放射性(3)1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子(1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射()(2)组成阴极射线的粒子是电子()(3)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值()提示：(1)(2)(3)三、汤姆孙原子模型汤姆孙认为，原子带正电的部分应充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的葡萄干面包模型2汤姆孙的原子模型成功解决了哪些问题？提示：(1)原子呈电中性：电子带的负电被原子带的正电抵消(2)原子的平衡状态：电子一方面要受正电荷的吸引，另一方面又要相互排斥，因此必然有一个平衡状态(3)原子的电离：原子失去电子或得到电子，就会变成离子(4)发射和吸收特定频率的电磁波：电子在它们的平衡位置附近做简谐振动，可以发射或吸收特定频率的电磁波阴极射线与电子的发现1阴极射线气体的电离和导电：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在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体稀薄气体导电时可以看到辉光放电现象2确定阴极射线粒子带电性质的方法(1)粒子在电场中运动如图所示带电粒子在电场中运动，受电场力作用运动方向发生改变(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；若逆着电场方向偏转，则粒子带负电(2)粒子在磁场中运动，如图所示粒子将受到洛伦兹力作用FqvB，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，则粒子带负电通过上述方法可判定阴极射线是带有负电的粒子3比荷的测定方法(1)让粒子通过正交的电磁场，让其做直线运动，根据二力平衡，即qvBqE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，保留磁场让粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即qvBm(3)由确定比荷的表达式：4电子的发现(1)汤姆孙测得阴极射线粒子的比荷约为1011 C/kg，电荷量与氢离子基本相同，质量为氢离子的(2)最后经定量计算，汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子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汤姆孙测电子比荷的实验中，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，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏中心F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，电子将向上偏转；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，电子向下偏转，偏转角为，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，求出电子的比荷思路点拨 两板间只加电场时电子在电场力作用下做类平抛运动，同时加上电场和磁场后电场力和洛伦兹力大小相等，做匀速直线运动，只加磁场时做匀速圆周运动解析(1)两板D、G间只加磁场时，电子向下偏转，说明电子所受洛伦兹力的方向向下，由左手定则可判定磁场方向垂直纸面向里(2)电子在两板间做匀速直线运动，qEBqv，电子在磁场中偏转时如图所示，Bqv由图可知：Lrsin 由以上各式得答案(1)垂直纸面向里(2)(1)电子在复合场中做匀速直线运动的条件是粒子受到的洛伦兹力和电场力大小相等方向相反即eEevB(2)电子在磁场中偏转要确定运动轨迹，圆心角和偏向角相等 1如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将()A向纸内偏转B向纸外偏转C向下偏转 D向上偏转解析：选D通电直导线的电流方向向左，由安培定则可判断导线下方的磁场垂直于纸面向外，组成阴极射线的粒子是电子，电子向右运动，由左手定则可知电子向上偏转测定带电粒子比荷的两种方法1利用磁偏转测比荷，由qvBm得，只需知道磁感应强度B、带电粒子的初速度v和偏转半径R即可2利用电偏转测比荷，偏转量yat2，故所以在偏转电场U、d、L已知时，只需测量v和y即可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evBeE，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d1at离开电场时竖直向上的分速度为vat1电子离开电场做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏，t2t2时间内向上运动的距离为d2vt2这样，电子向上的总偏转距离为dd2d1L1，可解得答案(1)(2)2如图所示，让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B和两极之间的电压U，带电粒子不发生偏转，然后撤去电压，粒子做匀速圆周运动，并垂直打到极板上，两极板之间的距离为d，求阴极射线中带电粒子的比荷解析：设阴极射线粒子的电荷量为q，质量为m，则在电磁场中由平衡条件得，qqvB撤去电场后，由牛顿第二定律得，qvB又R解得答案：随堂检测1关于阴极射线的本质，下列说法正确的是()A阴极射线本质是氢原子B阴极射线本质是电磁波C阴极射线本质是电子D阴极射线本质是X射线解析：选C阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的2(多选)下列说法中正确的是()A汤姆孙精确地测出了电子电荷量e1602 177 33(49)1019 CB电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的C汤姆孙油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e的整数倍D通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量解析：选BD电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的，A、C错误，B正确测出比荷的值和电子电荷量e的值，可以确定电子的质量，故D正确3对于电子的发现，以下说法中正确的是()A汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子B汤姆孙通过实验测定了阴极射线的电荷量C密立根通过油滴实验测定了阴极射线的比荷值D原子的葡萄干面包模型是道尔顿提出的解析：选A1897年汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子，并测出了电子的比荷，提出了葡萄干面包模型故选A4阴极射线管中的高电压的作用是()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：选D在阴极射线管中，阴极射线是由于阴极处于炽热状态而发射出的电子流，通过高电压使电子加速获得能量，与玻璃发生撞击而产生荧光故选项D正确5汤姆孙1897年用阴极射线管测量了电子的比荷(电子电荷量与质量之比)，其实验原理如图所示电子流平行于极板射入，极板P、P间同时存在匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B时，电子流不会发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B时，电子流穿出平行板电容器时的偏转角 rad已知极板长L30102 m，电场强度大小为E15104 V/m，磁感应强度大小为B50104 T求电子比荷解析：无偏转时，洛伦兹力和电场力平衡，则eEevB只存在磁场时，有evBm，由几何关系r偏转角很小时，r联立上述各式并代入数据得电子的比荷131011 C/kg答案：131011 C/kg课时作业一、单项选择题1下列说法正确的是()A汤姆孙发现了电子并测出电子的电荷量B稀薄气体导电可以看到辉光现象C阴极射线是一种电磁波D以上说法都不对解析：选B汤姆孙发现了电子，但电子的电荷量是由密立根油滴实验测出的，A错稀薄气体被电离可以导电，产生辉光现象，B对阴极射线是带负电的粒子流，即电子，C错2下列说法中错误的是()A原子是可以再分的，是由更小的微粒组成的B通常情况下，气体是导电的C在强电场中气体能够被电离而导电D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解析：选B电子的发现说明原子是可以再分的，A对；通常情况下，气体不导电，但在强电场中被电离后可导电，B错，C、D对3下列关于电子的说法正确的是()A只有少数物质中有电子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：选D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D正确，B、C错误4英国物理学家汤姆孙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比荷不同D汤姆孙已准确得出阴极射线粒子的电荷量解析：选A汤姆孙利用其设计的阴极射线管，将不同的气体充入管内，用多种不同的金属分别制成阴极，结果证明比荷大体相同，C错汤姆孙和他的学生通过测量得知阴极射线粒子的电荷量与氢离子的电荷量大小基本相同，D错；阴极射线带负电，A对，B错5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垂直于纸面向里解析：选C阴极射线是高速电子流，由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外6如图所示为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空，A为发射热电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，A、K间电压为U，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K的小孔中射出的速度大小为v，下面的说法中正确的是()A如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度变为2vB如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度变为C如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为D如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为v解析：选D对电子从A到K的过程应用动能定理：Uemv20，所以电子离开K时的速度取决于A、K之间电压的大小，A错，B错；如果电压减半，则v应变为原来的，C错，D对二、多项选择题7关于阴极射线的性质，下列说法正确的是()A阴极射线带负电B阴极射线带正电C阴极射线的比荷比质子的比荷大D阴极射线的比荷比质子的比荷小解析：选AC通过对阴极射线在电场、磁场中偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢离子的比荷大得多，故A、C正确8如图是密立根油滴实验的示意图油滴从喷雾器嘴喷出，落到图中的匀强电场中，调节两板间的电压，通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中，下列说法正确的是()A油滴带负电B油滴质量可通过天平来测量C只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量D该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍解析：选AD由图知，电容器板间电场方向向下，油滴所受的电场力向上，则知油滴带负电，故A正确油滴的质量很小，不能通过天平测量，故B错误根据油滴受力平衡得：mgqEq，得q，所以要测出两板间的距离、电压和油滴的质量才能求出油滴的电量，故C错误根据密立根油滴实验研究知：该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍，故D正确9关于电子的发现，下列叙述中正确的是()A电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的B电子的发现，说明原子具有一定的结构C电子是第一种被人类发现的微观粒子D电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象解析：选BCD发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确如图所示是电子射线管的示意图接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线要使荧光屏上的亮线向下(沿z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是