第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型

第4章原子结构第1节电子的发现与汤姆孙原子模型核心素养导学物理观念(1)了解人们对物质结构的早期探究。(2)了解电子的发现过程。(3)知道汤姆孙原子结构模型。科学思维电子的发现和电子比荷的测定。科学探究探究电子在电场、磁场中的偏转规律。科学态度与责任熟悉电子的发现过程，体会科学家进行科学探究的过程。一、物质结构的早期探究电子的发现1．1661年，________以化学实验为基础建立了科学的元素论。2．19世纪初，________提出了原子论，认为原子是元素的最小单位。3．1811年，意大利化学家____________提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成。4．阴极射线的发现：科学家在研究________放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，______会发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为_________。玻意耳道尔顿阿伏伽德罗稀薄气体阴极阴极阴极射线5．汤姆孙的研究：1897年，英国科学家汤姆孙设计了一个巧妙实验，通过使阴极射线粒子受到的_______和_________平衡等方法，确定了阴极射线粒子的本质是带______的粒子流，并确定了其______，测量出了射线粒子的比荷，证明阴极射线的电荷量的大小与氢离子大致相同，而比荷却是_______的近两千倍。汤姆孙将这种带电粒子称为电子。二、汤姆孙原子模型汤姆孙原子模型：原子_______的部分充斥整个原子，很小很轻的_____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。静电力洛伦兹力负电速度氢离子带正电电子1.你能否设计一个实验来进行阴极射线的研究？能否通过实验现象来说明这种射线是一种电磁波还是一种高速粒子流？出现什么样的现象就可以认为这是一种电磁波？出现其他什么样的现象就可以认为这是一种高速粒子流？能否测定这是一种什么粒子？提示：电磁辐射是电磁波的辐射，若使阴极射线通过电场或磁场，看传播方向是否受其影响，若不受影响则可判定是电磁辐射，否则是粒子流；要准确判断粒子种类需要利用电磁场的偏转进行定量计算，测出粒子的比荷。2.如图，人们通过研究阴极射线而发现了电子。判断下列说法的正误。(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，其电荷量可以是任意值。

()×√×新知学习(一)|对阴极射线的认识[任务驱动]如图所示为阴极射线管。请回答下列问题：(1)阴极射线管的构造是怎样的？提示：真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极，它们分别连接在感应圈的负极和正极上。管中十字状物体是一个金属片。(2)在图中，K和A之间加上近万伏的高电压后，玻璃管壁上观察到什么现象？该现象说明了什么问题？提示：玻璃管壁上观察到淡淡的荧光及管中物体在玻璃管壁上的影，这说明阴极能够发出某种射线，并且撞击玻璃引起荧光。

[重点释解]1．对阴极射线本质的认识——两种观点(1)电磁波说——代表人物是赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射。(2)粒子说——代表人物是汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流。2．阴极射线带电性质的判断方法(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其带电的性质。(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其带电的性质。3．实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电。[典例体验][典例]

(多选)如图所示是汤姆孙的阴极射线管的示意图，下列说法正确的是

(

)A．若在D1、D2两极板之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点B．若在D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转C．若在D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转D．若在D1、D2两极板之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转[解析]

实验证明，阴极射线是高速电子流，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，选项C正确，B错误；加上磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要发生偏转，选项D错误；当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A正确。[答案]

AC[针对训练]1．关于阴极射线，下列说法正确的是

(

)A．阴极射线是高速运动的质子流B．阴极射线是可用人眼直接观察的C．阴极射线是电磁波D．阴极射线是高速运动的电子流解析：阴极射线是高速运动的电子流，A、C错误，D正确；阴极射线无法用人眼直接观察，B错误。答案：D

2.

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：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，可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故C正确。答案：C

新知学习(二)|电子比荷的测定[任务驱动]如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图。(1)实验过程中金属板D1、D2之间没有加电磁场时，阴极射线是怎样通过金属板D1、D2的？打在哪个位置？提示：当金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏转，沿直线通过金属板D1、D2之间，射在屏上的P1点。(2)实验过程中金属板D1、D2之间加电场时，阴极射线是怎样通过金属板D1、D2的？打在哪个位置？提示：当在平行金属板D1、D2之间加一电场E时，发现阴极射线打在屏上的位置向下偏转并射到屏P1点下面。(3)实验过程中保持上述(2)中电场不变，金属板D1、D2之间再加磁场时，阴极射线是怎样才能沿直线通过金属板D1、D2?[典例体验][典例]汤姆孙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，穿过小孔C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′间的区域内。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′点与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计)。此时，在P和P′间的区域内，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。(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。(3)上述实验中，未记录阴极K与阳极A之间的加速电压U0，根据上述实验数据能否推导出U0的表达式？说明理由。/方法技巧/运用电磁场测定电子比荷的思路(1)当电子在复合电场中做匀速直线运动时，qE＝qvB，可以测出电子速度的大小。(2)电子在荧光屏上的落点到屏中心的距离等于电子在电场中的偏转位移与电子出电场到屏之间的倾斜直线运动偏转位移的和。

[针对训练]1．汤姆孙对阴极射线本质的研究，采用的科学方法是

(

)A．用阴极射线轰击金箔，观察其散射情况B．用“油滴实验”精确测定电子所带电荷量C．用阴极射线轰击荧光物质，对荧光物质发出的光进行光谱分析D．让阴极射线通过电场和磁场，观察阴极射线的偏转情况判断其电性和计算其比荷解析：汤姆孙对阴极射线本质的研究采用的主要方法是让阴极射线通过电场和磁场，观察阴极射线的偏转情况判断其电性，结合类平抛运动与圆周运动的公式计算其比荷，选项D正确。答案：D

2.

如图所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的电场，出电场时打在屏上P点，经测量O′点和P点的距离为h，求电子的比荷。一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

科学思维——电子个数的测定1．(选自人教版新教材课后练习)一个半径为1.6×10－4cm的带负电的油滴，在电场强度为1.92V/m、方向竖直向下的匀强电场中，如果油滴受到的库仑力恰好与重力平衡，问：这个油滴带有几个电子的电荷？已知油的密度为0.851×103kg/m3，g取10m/s2，π取3.14。(油滴可看作球形)

科学探究——测定电子比荷2．(选自人教版新教材课后练习)一种测定电子比荷的实验装置如图所示。真空玻璃管内阴极K发出的电子经阳极A与阴极K之间的高压加速后，形成一细束电子流，以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C、D间的区域。若两极板C、D间无电压，电子将打在荧光屏上的O点；若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O点。已知极板的长度为5.00cm，C、D间的距离为1.50cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为12.50cm，电压U为200V，磁感应强度B为6.3×10－4T，P点到O点的距离y为3.00cm。试求电子的比荷。二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值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(电子束)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：由题目条件不难判断阴极射线管所在处磁场垂直纸面向外，电子从负极射出，由左手定则可判定阴极射线(电子束)向上偏转。故正