(共30张PPT)
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1011 C/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
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1.(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。
AC
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2.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
D
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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。
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3.一只阴极射线管,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,如图所示。则导线中的电流由 流向 ,若要使电子束的径迹向上偏,可以通过改变 来实现。
B
A
AB中电流的方向
解析 在阴极射线管中射出的阴极射线是带负电的电子流,在导线AB形成的磁场中向下偏转,由左手定则可知磁场是垂直纸面向里的,根据安培定则可知导线AB中的电流是由B流向A的;通过改变AB中的电流方向可以改变磁场方向,从而使阴极射线的受力方向向上,使电子束的径迹向上偏。第1节 电子的发现与汤姆孙原子模型
A级 必备知识基础练
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.汤姆孙精确地测出了电子电荷量e
B.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.通过实验测出电子的比荷和电子电荷量e的值,就可以确定电子的质量
2.(多选)如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图,下列说法正确的是( )
A.若在D1、D2之间不加电场和磁场,阴极射线应打到最右端中央的P1点
B.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,阴极射线应向下偏转
C.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,阴极射线应向上偏转
D.若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场,阴极射线不偏转
3.(多选)关于电子的发现,下列说法正确的是( )
A.电子的发现,说明原子是由电子和原子核组成
B.电子的发现,说明原子具有一定的结构
C.在电子被人类发现前,人们认为原子是组成物质的最小微粒
D.电子带负电,使人们意识到原子内应该还有带正电的部分
4.(多选)1897年英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的探究,最终发现了电子,因此被称为“电子之父”。下列关于电子的说法正确的是( )
A.电子是组成各种物质的共同成分
B.不同物质中具有不同性质的电子
C.电子质量是质子质量的1 836倍
D.电子是一种粒子,是比原子更基本的物质单元
5.密立根油滴实验原理如图所示,两块水平放置的金属板分别与电源的正、负极相接,板间距离为d,板间电压为U,形成竖直向下、电场强度为E的匀强电场。用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴。通过显微镜可找到悬浮不动的油滴,若此悬浮油滴的质量为m,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
A.悬浮油滴带正电
B.悬浮油滴的电荷量为
C.增大电场强度,悬浮油滴将向上运动
D.油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍
6.密立根油滴实验进一步证实了电子的存在,揭示了电荷的非连续性。如图所示是密立根油滴实验的原理示意图,设小油滴的质量为m,调节两极板间的电势差U,当小油滴悬浮不动时,测出两极板间的距离为d。则可求出小油滴的电荷量q= 。
B级 关键能力提升练
7.(多选)关于电荷的电荷量,下列说法正确的是( )
A.电子的电荷量是由密立根油滴实验测得的
B.物体所带电荷量可以是任意值
C.物体所带电荷量最小值为1.6×10-19 C
D.物体所带电荷量都是元电荷的整数倍
8.如图所示,让一束均匀的阴极射线垂直穿过正交的电磁场,选择合适的磁感应强度B和电场强度E,带电粒子将不发生偏转,然后撤去电场,粒子将做匀速圆周运动,测得其半径为R,求阴极射线中带电粒子的比荷。
9.如图所示,初速度可忽略不计的电子经加速电场加速后从小孔O进入磁感应强度为B的有界匀强磁场,磁场宽度为l,射出磁场时电子的偏转角为α。已知加速电场电势差为U,求电子的比荷。
10.为了测定带电粒子的比荷,让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间,已知匀强电场的电场强度为E,在通过长为L的两金属板间后,测得偏离入射方向的距离为d,如果在两板间加垂直于电场方向的匀强磁场,磁场方向垂直于粒子的入射方向,磁感应强度为B,则粒子恰好不偏离原来的方向,求的大小。
第1节 电子的发现与汤姆孙原子模型
1.BD 电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的,电荷量是量子化的也是密立根发现的,选项A、C错误,B正确;测出电子比荷的值和电子电荷量e的值,可以确定电子的质量,故选项D正确。
2.AC 实验证明,阴极射线是电子,它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧,可知选项C正确,选项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,因而选项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。
3.BCD 发现电子时,人们对原子的结构仍然不清楚,但它使人们意识到电子应该是原子的组成部分,故A错误,B正确;在电子被人类发现前,人们认为原子是组成物质的最小微粒,C正确;原子对外显电中性,而电子带负电,使人们意识到原子中应该还有其他带正电的部分,D正确。
4.AD 汤姆孙用不同的材料做阴极,都能发现阴极射线且阴极射线均为同一物质——电子,这说明电子是组成各种物质的共同成分,A正确,B错误;根据对电子比荷的测定可知,电子电荷量和氢原子核的电荷量相同,电子的质量远小于质子质量,是质子质量的,说明电子有质量和电荷量,是一种粒子,并且电子是比原子更基本的物质单元,C错误,D正确。
5.C 带电油滴在两板间静止时,静电力向上,应带负电,A项错误;qE=mg,即q=mg,所以q=,B项错误;当E变大时,qE变大,合力向上,油滴将向上运动,C项正确;任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍,D项错误。
6.答案
解析 由平衡条件得mg=q,解得q=。
7.ACD 密立根的油滴实验测出了电子的电荷量为1.6×10-19C,并提出了电荷量量子化的观点,故A、C正确,B错误;任何带电物体所带的电荷量都是e的整数倍,故D正确。
8.答案
解析 因为带电粒子不偏转,所以受到的静电力与洛伦兹力平衡,即qE=qvB,所以v=
撤去电场,粒子做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力qvB=
所以,其半径为R=,所以。
9.答案
解析 在加速电场中由动能定理得eU=mv2
在匀强磁场中由牛顿第二定律得evB=
电子运动轨迹如图所示
由几何关系得R=
解得。
10.答案
解析 设带电粒子以速度v0垂直电场方向进入匀强电场,则d=at2=2
此带电粒子垂直入射到正交的电磁场区域时不发生偏转,由平衡条件qE=qv0B
解得v0=
可得
联立解得。(共17张PPT)
第4章
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A 级 必备知识基础练
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.汤姆孙精确地测出了电子电荷量e
B.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.通过实验测出电子的比荷和电子电荷量e的值,就可以确定电子的质量
BD
解析 电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的,电荷量是量子化的也是密立根发现的,选项A、C错误,B正确;测出电子比荷的值 和电子电荷量e的值,可以确定电子的质量,故选项D正确。
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2.(多选)如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图,下列说法正确的是
( )
A.若在D1、D2之间不加电场和磁场,阴极射线应打到最右端中央的P1点
B.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,阴极射线应向下偏转
C.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,阴极射线应向上偏转
D.若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场,阴极射线不偏转
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解析 实验证明,阴极射线是电子,它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧,可知选项C正确,选项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,因而选项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。
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3.(多选)关于电子的发现,下列说法正确的是( )
A.电子的发现,说明原子是由电子和原子核组成
B.电子的发现,说明原子具有一定的结构
C.在电子被人类发现前,人们认为原子是组成物质的最小微粒
D.电子带负电,使人们意识到原子内应该还有带正电的部分
BCD
解析 发现电子时,人们对原子的结构仍然不清楚,但它使人们意识到电子应该是原子的组成部分,故A错误,B正确;在电子被人类发现前,人们认为原子是组成物质的最小微粒,C正确;原子对外显电中性,而电子带负电,使人们意识到原子中应该还有其他带正电的部分,D正确。
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4.(多选)1897年英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的探究,最终发现了电子,因此被称为“电子之父”。下列关于电子的说法正确的是( )
A.电子是组成各种物质的共同成分
B.不同物质中具有不同性质的电子
C.电子质量是质子质量的1 836倍
D.电子是一种粒子,是比原子更基本的物质单元
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解析 汤姆孙用不同的材料做阴极,都能发现阴极射线且阴极射线均为同一物质——电子,这说明电子是组成各种物质的共同成分,A正确,B错误;根据对电子比荷的测定可知,电子电荷量和氢原子核的电荷量相同,电子的质量远小于质子质量,是质子质量的 ,说明电子有质量和电荷量,是一种粒子,并且电子是比原子更基本的物质单元,C错误,D正确。
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5.密立根油滴实验原理如图所示,两块水平放置的金属板分别与电源的正、负极相接,板间距离为d,板间电压为U,形成竖直向下、电场强度为E的匀强电场。用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴。通过显微镜可找到悬浮不动的油滴,若此悬浮油滴的质量为m,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
A.悬浮油滴带正电
B.悬浮油滴的电荷量为
C.增大电场强度,悬浮油滴将向上运动
D.油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍
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解析 带电油滴在两板间静止时,静电力向上,应带负电,A项错误;qE=mg,即
动,C项正确;任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍,D项错误。
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6.密立根油滴实验进一步证实了电子的存在,揭示了电荷的非连续性。如图所示是密立根油滴实验的原理示意图,设小油滴的质量为m,调节两极板间的电势差U,当小油滴悬浮不动时,测出两极板间的距离为d。则可求出
小油滴的电荷量q= 。
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7.(多选)关于电荷的电荷量,下列说法正确的是( )
A.电子的电荷量是由密立根油滴实验测得的
B.物体所带电荷量可以是任意值
C.物体所带电荷量最小值为1.6×10-19 C
D.物体所带电荷量都是元电荷的整数倍
B 级 关键能力提升练
ACD
解析 密立根的油滴实验测出了电子的电荷量为1.6×10-19 C,并提出了电荷量量子化的观点,故A、C正确,B错误;任何带电物体所带的电荷量都是e的整数倍,故D正确。
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8.如图所示,让一束均匀的阴极射线垂直穿过正交的电磁场,选择合适的磁感应强度B和电场强度E,带电粒子将不发生偏转,然后撤去电场,粒子将做匀速圆周运动,测得其半径为R,求阴极射线中带电粒子的比荷。
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9.如图所示,初速度可忽略不计的电子经加速电场加速后从小孔O进入磁感应强度为B的有界匀强磁场,磁场宽度为l,射出磁场时电子的偏转角为α。已知加速电场电势差为U,求电子的比荷。
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