【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修3：第4章第1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫原子模型課件

第4章第1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫原子模型1.了解人類探索原子及其結(jié)構(gòu)的歷史。(物理觀念)2.知道陰極射線是由電子組成的,電子是原子的組成部分。(物理觀念)3.知道湯姆孫的原子模型。(物理觀念)課標要求基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學以致用·隨堂檢測全達標基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)一、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的早期探究1.玻意耳以化學實驗為基礎(chǔ)建立了科學的元素論。道爾頓提出

,認為原子是元素的最小單元。阿伏伽德羅提出分子假說,指出分子可由多個相同的原子組成。

2.19世紀初期形成的分子—原子論認為:在物質(zhì)的結(jié)構(gòu)中存在著分子、原子這樣的層次;宏觀物質(zhì)的化學性質(zhì)決定于分子,而分子則由原子構(gòu)成;原子是構(gòu)成物質(zhì)的不可再分割的最小顆粒,它既不能創(chuàng)生,也不能消滅。原子論

二、電子的發(fā)現(xiàn)1.陰極射線科學家在研究稀薄氣體放電時發(fā)現(xiàn),當玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時,陰極會發(fā)出一種射線,這種射線能使玻璃管壁發(fā)出熒光,人們把這種射線稱為

。

2.湯姆孫的探究(1)通過使陰極射線粒子受到的靜電力和洛倫茲力平衡等方法,確定了陰極射線粒子的本質(zhì)是

。

陰極射線帶負電的粒子流(2)當帶電粒子受到的靜電力和洛倫茲力平衡時,有qE=qvB,由此確定帶電粒子的運動速率。然后使電場為零,帶電粒子在磁場區(qū)內(nèi)做圓周運動,

,得帶電粒子的比荷,實驗測得帶電粒子的比荷大約是1011C/kg。(3)換用

陰極,實驗測出的

大體相同,說明這種帶電粒子是組成各種物質(zhì)的共同成分。

(4)湯姆孫測量了陰極射線的比荷,發(fā)現(xiàn)這些粒子電荷量的大小與氫離子大致相同,而比荷卻是氫離子的近兩千倍。湯姆孫認為,陰極射線粒子是電荷量大小與氫離子相同而質(zhì)量比氫離子小得多的粒子,他把這種粒子稱為電子。電子的發(fā)現(xiàn)說明原子具有一定的結(jié)構(gòu),也就是說原子是由電子和其他物質(zhì)組成的。不同的金屬分別制成比荷三、湯姆孫原子模型湯姆孫提出了原子模型,他認為原子帶正電的部分應(yīng)充斥整個原子,很小很輕的電子鑲嵌在球體的某些固定位置,這就是原子的“

”模型。電子帶的負電被原子內(nèi)帶的正電抵消,因此原子呈電中性。如果原子失去或得到電子就會變成離子。電子一方面要受正電荷的吸引,另一方面又要互相排斥,因此必然有一個處于平衡的狀態(tài)。電子在它們的平衡位置附近做簡諧振動,可發(fā)射或吸收特定頻率的電磁波。

葡萄干面包易錯辨析

判一判(1)陰極射線在真空中沿直線傳播。(

)(2)組成陰極射線的粒子是電子。(

)(3)電子是原子的組成部分,電子電荷量可以取任意數(shù)值。(

)(4)湯姆孫的“葡萄干面包”模型認為原子是一個球體,正電荷均勻分布在整個球體內(nèi)。(

)提示

電子電荷量是確定的值。

√√×√即學即用

練一練陰極射線從陰極射線管中的陰極發(fā)出,在其間的高電壓下加速飛向陽極,如圖所示。若要使射線向上偏轉(zhuǎn),所加磁場的方向應(yīng)為(

)A.平行于紙面向左

B.平行于紙面向上C.垂直于紙面向外

D.垂直于紙面向里C解析

由于陰極射線的本質(zhì)是電子流,陰極射線方向向右,說明電子的運動方向向右,相當于存在向左的電流,利用左手定則,為使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上,磁場方向應(yīng)為垂直于紙面向外,故選項C正確。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一對陰極射線的認識情境探究在如圖所示的演示實驗中,K是金屬板制成的陰極,A是金屬環(huán)制成的陽極。

K和A之間加上近萬伏的高電壓后,管端玻璃壁上能觀察到什么現(xiàn)象?該現(xiàn)象說明了什么問題?要點提示

能看到玻璃壁上淡淡的熒光及管中物體在玻璃壁上的影,這說明陰極能夠發(fā)出某種射線,并且撞擊玻璃引起熒光。知識歸納1.對陰極射線的理解(1)陰極射線實際上就是電子流。(2)熒光現(xiàn)象產(chǎn)生的條件:玻璃管中氣體稀薄。(3)陰極射線的來源:若真空度高,陰極射線的粒子主要來自陰極;若真空度不高,粒子還可能來自管中氣體。(4)陰極射線不是X射線。2.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的過程(1)利用電場,判斷陰極射線的電性。(2)利用電場、磁場(即速度選擇器),計算陰極射線帶電粒子的運動速率。(3)利用磁場,得出陰極射線的比荷。(4)提出假想,認為陰極射線粒子電荷量大小與氫離子一樣,質(zhì)量比氫離子小得多。(5)實驗驗證假想,提出電子概念。(6)探究更多現(xiàn)象,得出結(jié)論:電子是原子的組成部分。應(yīng)用體驗典例1

(多選)下面對陰極射線的認識正確的是(

)A.陰極射線是由陰極發(fā)出的粒子撞擊玻璃管壁上的熒光粉而產(chǎn)生的B.只要陰陽兩極間加有電壓,就會有陰極射線產(chǎn)生C.陰極射線是真空玻璃管內(nèi)由陰極發(fā)出的射線D.陰陽兩極間加有高壓時,電場很強,陰極中的電子受到很強的靜電力作用而脫離陰極CD解析

陰極射線是真空玻璃管內(nèi)由陰極直接發(fā)出的射線,故選項A錯誤,C正確;只有當兩極間有高壓且陰極接電源負極時,陰極中的電子才會受到足夠大的庫侖力作用而脫離陰極成為陰極射線,故選項B錯誤,D正確。針對訓練1關(guān)于陰極射線,下列說法正確的是(

)A.陰極射線就是稀薄氣體導電時的放電現(xiàn)象B.陰極射線是在真空管內(nèi)由陽極發(fā)出的C.陰極射線是電子流D.陰極射線的比荷比氫離子的比荷小C解析

陰極射線是在真空管中由陰極發(fā)出的電子流,故選項A、B錯誤,C正確;陰極射線本質(zhì)是電子流,故其比荷比氫離子比荷大,故選項D錯誤。探究二電子的發(fā)現(xiàn)情境探究如圖所示,將條形磁鐵的一個磁極靠近陰極射線管,發(fā)現(xiàn)射線偏轉(zhuǎn),什么原因造成這種現(xiàn)象?陰極射線經(jīng)過磁鐵會發(fā)生偏轉(zhuǎn)

要點提示

陰極射線是帶電粒子流,當帶電粒子運動方向與磁場不平行時,由于洛倫茲力作用,它們的軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)。知識歸納1.利用磁偏轉(zhuǎn)測量

(1)讓帶電粒子通過相互垂直的勻強電場和勻強磁場,如圖甲所示,使其做勻速直線運動,根據(jù)二力平衡,即F洛=F電(qvB=qE),得到粒子的運動速度

。洛倫茲力與靜電力平衡

甲

(2)撤去電場,如圖乙所示,保留磁場,讓粒子單純地在磁場中運動,由洛倫茲力提供向心力,即,根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況,由幾何知識求出其半徑r。(3)由以上兩式確定粒子的比荷表達式:。最后經(jīng)定量計算湯姆孫認定組成陰極射線的粒子為電子。乙

2.利用電偏轉(zhuǎn)測量

做類平拋運動

丙

3.電子發(fā)現(xiàn)的意義(1)電子發(fā)現(xiàn)以前人們認為物質(zhì)由分子組成,分子由原子組成,原子是不可再分的最小微粒。(2)現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)了各種物質(zhì)里都有電子,而且電子是原子的組成部分。(3)電子帶負電,而原子是電中性的,說明原子是可再分的。應(yīng)用體驗典例2

在湯姆孫測陰極射線比荷的實驗中,采用了如圖所示的陰極射線管,從C出來的陰極射線經(jīng)過A、B間的電場加速后,水平射入長度為L的D、G平行板間,接著在熒光屏F中心出現(xiàn)熒光斑。若在D、G間加上方向向下、電場強度為E的勻強電場,陰極射線將向上偏轉(zhuǎn);如果再利用通電線圈在D、G電場區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場(圖中未畫出),熒光斑恰好回到熒光屏中心,接著再去掉電場,陰極射線向下偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角為θ,試解決下列問題:(1)說明陰極射線的電性;(2)說明圖中磁場的方向;(3)根據(jù)L、E、B和θ,求出陰極射線的比荷。答案

見解析

解析

(1)由于陰極射線向上偏轉(zhuǎn),因此受靜電力方向向上,又由于勻強電場方向向下,則靜電力的方向與電場方向相反,所以陰極射線帶負電。(2)由于所加磁場使陰極射線受到向下的洛倫茲力,而與靜電力平衡,由左手定則得磁場的方向垂直紙面向里。(3)設(shè)此射線所帶電荷量為q,質(zhì)量為m,當射線在D、G間做勻速直線運動時,有qE=qvB。當射線在D、G間的磁場中偏轉(zhuǎn)時,有qvB=同時又有L=rsin

θ,如圖所示。針對訓練2如圖所示,電子以初速度v0從O點進入長為l、板間距離為d、電勢差為U的電場,出電場時打在屏上P點,經(jīng)測量O'P的長度為X0,求電子的比荷。解析

由于電子進入電場中做類平拋運動,沿電場線方向做初速度為零的勻加速直線運動學以致用·隨堂檢測全達標1231.(多選)關(guān)于陰極射線的性質(zhì),判斷正確的是(

)A.陰極射線帶負電B.陰極射線帶正電C.陰極射線的比荷比氫離子比荷大D.陰極射線的比荷比氫離子比荷小解析

通過讓陰極射線在電場、磁場中的偏轉(zhuǎn)的研究發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負電,其比荷比氫離子的比荷大得多,故選項A、C正確。AC1232.下列說法不正確的是(

)A.湯姆孫研究陰極射線,用測定粒子比荷的方法發(fā)現(xiàn)了電子B.電子的發(fā)現(xiàn)證明了原子是可再分的C.湯姆孫認為原子里面帶正電荷的物質(zhì)應(yīng)充斥整個原子,而帶負電的電子,則鑲嵌在球體的某些固定位置D.湯姆孫認為原子里面帶正電荷的物質(zhì)都集中在原子中心一個很小的范圍內(nèi)D123解析

湯姆孫通過對陰極射線的研究,用測定粒子比荷的方法發(fā)現(xiàn)了電子,從而使人們認識到原子是可分的,故A、B正確,不符合題意;湯姆孫認為原子里面帶正電荷的物質(zhì)應(yīng)充斥整個原子,而帶負電的電子,則鑲嵌在球體的某些固定位置,故C正確,不符合題意,D錯誤,符合題意。故選D。1233.一只陰極射線管,左側(cè)不斷有電子射出,若在管的正下方放一通電直導線AB時,發(fā)現(xiàn)射線徑跡下偏,如