2022-2023年鲁科版(2019)新教材高中物理选择性必修3 第4章原子结构第1节(共20张PPT)

(共20张PPT)
电子的发现与汤姆孙原子模型
引入新课
每当夜幕降临，远远近近的灯光渐次亮起，与天空中闪烁的繁星交相辉映，汇成一幅璀璨的画面。在节假日和重大庆祝活动的夜晚，城市更是被灯光装点得热烈而庄重。
在欣赏这美丽的灯光时，同学们可曾意识到，这里发光的多是通电后的气体？
若想了解其中的奥秘，让我们从原子结构的学习入手吧。
物质结构的早期探究
人们很早就在探索构成物质的最小微粒。
大约在17世纪中叶，人们开始通过实验来了解物质的结构。19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单元。意大利化学家阿伏伽德罗提出分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成。
可见，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。
原子真的不可再分了吗？
道尔顿
阿伏伽德罗
电子的发现
一、阴极射线
1. 实验装置： 如图，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；把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。接通电源后，感应圈产生的近万伏的高电压加在两个电极之间。
玻璃管壁上的荧光及阴影
2. 实验现象：观察到玻璃壁上出现淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
19世纪末，科学家们发现了电子，从而认识到：原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。
3. 阴极射线：1876年，德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种射线命名为阴极射线。
19世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点。一种观点认为阴极射线像 X 射线一样是电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电微粒，两种观点相持不下。为了找到有利于自己的证据，双方都做了很多实验。
电子的发现
英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流。为了证实这点，从1890年起他进行了一系列实验研究。下图是他当时使用的气体放电管的示意图。在密封的玻璃管内装上电极并充入气体，就构成了一个放电管。由阴极K发出的带电粒子通过小孔A、B形成一束细细的射线。它穿过两片平行的金属板D 、D 之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上。通过射线产生的荧光的位置，可以研究射线的径迹。
电子的发现
电子的发现
（2） 撤去电场，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，由几何知识求出其运动半径 r。
电子的发现
2. 利用电偏转测量
电子的发现
三、汤姆孙的探究
(2) 换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同。证明这种粒子是构成各
种物质的共有成分。
(3) 进一步研究新现象，不论是由于正离子的轰击，紫外光的照射，金属受热还是
放射性物质的自发辐射，都能发射同样的带电粒子——电子。由此可见，电子
是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
(1) 让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转情况，证明它是带负电的粒子流
并测定了它的比荷。
电子的电荷及相关常量
1. 精确测定了电子的电荷。
3. 电子的有关常量
密立根（美国科学家）的“油滴实验”
2. 电荷是量子化的。（任何带电体的电荷只能是 e 的整数倍）
负电
1.602×10-19 C
质子
9.1×10-31 kg
思考与讨论
电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有结构。通常情况下，物质是不带电的，因此，原子应该是电中性的。然而，既然电子是带负电的，质量又很小，那么，原子中一定还有带正电的部分，它具有大部分的原子质量。
原子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的呢？
汤姆孙的原子模型
汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个 球体，正电荷 弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子 镶嵌在球中。
汤姆孙的原子模型如图，小圆点代表 正电荷，大圆点代表 电子。
汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型，该模型能解释一些实验现象，但后来被 α 粒子散射 实验否定了。
微观世界的三大发现
19世纪末，伦琴发现 X 射线；法国科学家贝可勒尔发现了天然放射现象；英国物理学家汤姆孙发现了阴极射线的本质是电子。
X射线、放射性和电子的发现，揭开了研究微观世界的序幕，被称为微观世界的三大发现。
典型例题
1. 思考判断题
(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。( )
典型例题
2. (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库仑力作用而脱
离阴极
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。 答案　CD
典型例题
3. 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、场强为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)，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：
典型例题
(1) 说明阴极射线的电性；
(2) 说明图中磁场的方向；
解析：(1) 由于阴极射线向上偏转，因此受电场力方向向上，又由于匀强电场方向向下，则电场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，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里。
典型例题
(3) 根据L、E、B 和θ，求出阴极射线的比荷。
4. 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 为 X0，求电子的比荷。
典型例题
课后小结