【同步】高中物理鲁科版(2019)选择性必修3：第4章第1节电子的发现与汤姆孙原子模型课件

第4章第1节电子的发现与汤姆孙原子模型1.了解人类探索原子及其结构的历史。(物理观念)2.知道阴极射线是由电子组成的,电子是原子的组成部分。(物理观念)3.知道汤姆孙的原子模型。(物理观念)课标要求基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、物质结构的早期探究1.玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论。道尔顿提出

,认为原子是元素的最小单元。阿伏伽德罗提出分子假说,指出分子可由多个相同的原子组成。

2.19世纪初期形成的分子—原子论认为:在物质的结构中存在着分子、原子这样的层次;宏观物质的化学性质决定于分子,而分子则由原子构成;原子是构成物质的不可再分割的最小颗粒,它既不能创生,也不能消灭。原子论

二、电子的发现1.阴极射线科学家在研究稀薄气体放电时发现,当玻璃管内的气体足够稀薄时,阴极会发出一种射线,这种射线能使玻璃管壁发出荧光,人们把这种射线称为

。

2.汤姆孙的探究(1)通过使阴极射线粒子受到的静电力和洛伦兹力平衡等方法,确定了阴极射线粒子的本质是

。

阴极射线带负电的粒子流(2)当带电粒子受到的静电力和洛伦兹力平衡时,有qE=qvB,由此确定带电粒子的运动速率。然后使电场为零,带电粒子在磁场区内做圆周运动,

,得带电粒子的比荷,实验测得带电粒子的比荷大约是1011C/kg。(3)换用

阴极,实验测出的

大体相同,说明这种带电粒子是组成各种物质的共同成分。

(4)汤姆孙测量了阴极射线的比荷,发现这些粒子电荷量的大小与氢离子大致相同,而比荷却是氢离子的近两千倍。汤姆孙认为,阴极射线粒子是电荷量大小与氢离子相同而质量比氢离子小得多的粒子,他把这种粒子称为电子。电子的发现说明原子具有一定的结构,也就是说原子是由电子和其他物质组成的。不同的金属分别制成比荷三、汤姆孙原子模型汤姆孙提出了原子模型,他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,这就是原子的“

”模型。电子带的负电被原子内带的正电抵消,因此原子呈电中性。如果原子失去或得到电子就会变成离子。电子一方面要受正电荷的吸引,另一方面又要互相排斥,因此必然有一个处于平衡的状态。电子在它们的平衡位置附近做简谐振动,可发射或吸收特定频率的电磁波。

葡萄干面包易错辨析

判一判(1)阴极射线在真空中沿直线传播。(

)(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。(

)(4)汤姆孙的“葡萄干面包”模型认为原子是一个球体,正电荷均匀分布在整个球体内。(

)提示

电子电荷量是确定的值。

√√×√即学即用

练一练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C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,为使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上,磁场方向应为垂直于纸面向外,故选项C正确。重难探究·能力素养全提升探究一对阴极射线的认识情境探究在如图所示的演示实验中,K是金属板制成的阴极,A是金属环制成的阳极。

K和A之间加上近万伏的高电压后,管端玻璃壁上能观察到什么现象?该现象说明了什么问题?要点提示

能看到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影,这说明阴极能够发出某种射线,并且撞击玻璃引起荧光。知识归纳1.对阴极射线的理解(1)阴极射线实际上就是电子流。(2)荧光现象产生的条件:玻璃管中气体稀薄。(3)阴极射线的来源:若真空度高,阴极射线的粒子主要来自阴极;若真空度不高,粒子还可能来自管中气体。(4)阴极射线不是X射线。2.汤姆孙发现电子的过程(1)利用电场,判断阴极射线的电性。(2)利用电场、磁场(即速度选择器),计算阴极射线带电粒子的运动速率。(3)利用磁场,得出阴极射线的比荷。(4)提出假想,认为阴极射线粒子电荷量大小与氢离子一样,质量比氢离子小得多。(5)实验验证假想,提出电子概念。(6)探究更多现象,得出结论:电子是原子的组成部分。应用体验典例1

(多选)下面对阴极射线的认识正确的是(

)A.阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的B.只要阴阳两极间加有电压,就会有阴极射线产生C.阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线D.阴阳两极间加有高压时,电场很强,阴极中的电子受到很强的静电力作用而脱离阴极CD解析

阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线,故选项A错误,C正确;只有当两极间有高压且阴极接电源负极时,阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线,故选项B错误,D正确。针对训练1关于阴极射线,下列说法正确的是(

)A.阴极射线就是稀薄气体导电时的放电现象B.阴极射线是在真空管内由阳极发出的C.阴极射线是电子流D.阴极射线的比荷比氢离子的比荷小C解析

阴极射线是在真空管中由阴极发出的电子流,故选项A、B错误,C正确;阴极射线本质是电子流,故其比荷比氢离子比荷大,故选项D错误。探究二电子的发现情境探究如图所示,将条形磁铁的一个磁极靠近阴极射线管,发现射线偏转,什么原因造成这种现象?阴极射线经过磁铁会发生偏转

要点提示

阴极射线是带电粒子流,当带电粒子运动方向与磁场不平行时,由于洛伦兹力作用,它们的轨迹发生偏转。知识归纳1.利用磁偏转测量

(1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场,如图甲所示,使其做匀速直线运动,根据二力平衡,即F洛=F电(qvB=qE),得到粒子的运动速度

。洛伦兹力与静电力平衡

甲

(2)撤去电场,如图乙所示,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,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:。最后经定量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子。乙

2.利用电偏转测量

做类平抛运动

丙

3.电子发现的意义(1)电子发现以前人们认为物质由分子组成,分子由原子组成,原子是不可再分的最小微粒。(2)现在人们发现了各种物质里都有电子,而且电子是原子的组成部分。(3)电子带负电,而原子是电中性的,说明原子是可再分的。应用体验典例2

在汤姆孙测阴极射线比荷的实验中,采用了如图所示的阴极射线管,从C出来的阴极射线经过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F中心出现荧光斑。若在D、G间加上方向向下、电场强度为E的匀强电场,阴极射线将向上偏转;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(图中未画出),荧光斑恰好回到荧光屏中心,接着再去掉电场,阴极射线向下偏转,偏转角为θ,试解决下列问题:(1)说明阴极射线的电性;(2)说明图中磁场的方向;(3)根据L、E、B和θ,求出阴极射线的比荷。答案

见解析

解析

(1)由于阴极射线向上偏转,因此受静电力方向向上,又由于匀强电场方向向下,则静电力的方向与电场方向相反,所以阴极射线带负电。(2)由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力,而与静电力平衡,由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里。(3)设此射线所带电荷量为q,质量为m,当射线在D、G间做匀速直线运动时,有qE=qvB。当射线在D、G间的磁场中偏转时,有qvB=同时又有L=rsin

θ,如图所示。针对训练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'P的长度为X0,求电子的比荷。解析

由于电子进入电场中做类平抛运动,沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动学以致用·随堂检测全达标1231.(多选)关于阴极射线的性质,判断正确的是(

)A.阴极射线带负电B.阴极射线带正电C.阴极射线的比荷比氢离子比荷大D.阴极射线的比荷比氢离子比荷小解析

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,其比荷比氢离子的比荷大得多,故选项A、C正确。AC1232.下列说法不正确的是(

)A.汤姆孙研究阴极射线,用测定粒子比荷的方法发现了电子B.电子的发现证明了原子是可再分的C.汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质应充斥整个原子,而带负电的电子,则镶嵌在球体的某些固定位置D.汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质都集中在原子中心一个很小的范围内D123解析

汤姆孙通过对阴极射线的研究,用测定粒子比荷的方法发现了电子,从而使人们认识到原子是可分的,故A、B正确,不符合题意;汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质应充斥整个原子,而带负电的电子,则镶嵌在球体的某些固定位置,故C正确,不符合题意,D错误,符合题意。故选D。1233.一只阴极射线管,左侧不断有电子射出,若在管的正下方放一通电直导线AB时,发现射线径迹下偏,如