第十八章 第一节电子的发现课件(共25张PPT)
文档属性
| 名称 | 第十八章 第一节电子的发现课件(共25张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 291.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-04-13 21:52:52 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
高三物理选修3-5
第十八章原子结构
第1节电子的发现
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。电子的发现揭示了原子具有复杂的结构。
阴极射线
演示
如图所示，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；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，
观察管端玻璃壁上亮度的变化。
实验现象：德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到了玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
实验分析：荧光的实质是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴极射线。
二、电子的发现
1．汤姆孙对阴极射线的探究
（1）汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流。如图所示是他当时使用的气体放电管的示意图。又阴极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D1、D2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位置，可以研究射线的径迹。
汤姆孙的气体放电管的示意图
（2）1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷q/m。
（3）汤姆孙发现，用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都是相同的。这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。它认为，这可能表示阴极射线粒子电荷量的大小与氢离子一样，而质量比氢离子小得多。汤姆孙后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了汤姆孙的猜测是正确的。组成阴极射线的粒子被称为电子。
（4）发现电子以后，汤姆孙又进一步研究了许多新现象，如光电效应、热离子发射效应和β射线等。他发现，不论阴极射线、β射线、光电流还是热离子流，它们都含有电子。也就是说，不论是由于正离子轰击、紫外光的照射、金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发出同样的带电粒子—电子。这种带电粒子的质量只比最轻原子的质量的两千分之一稍多一点。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。
【思考与讨论】
在汤姆逊测电子比荷的实验中，他采用了如图所示的阴极射线管，由阴极K发出的电子通过小孔A、B形成一束细细的射线。它穿过两片平行金
属板D1、D2之间的空间，
到达右端带有标尺的荧
光屏上。
当两金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏转，射在荧光屏中心P1点。若两金属板D1、D2加上方向向上、场强为E的匀强电场，射线将向下偏转并射到屏上P2点。如果再在两金属板D1、D2间的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P1点。如果接着再去掉电场，仅保留磁场，射线在D1、D2之间有磁场的区域会形成一个半径为r的圆弧，使得阴极射线向上偏转最后落在屏上的P3点。请写出电子比荷的表达式。
探究电子比荷方法
若两金属板D1、D2加上方向向上、场强为E的匀强电场，射线将向下偏转并射到屏上P2点。这说明射线的粒子所带的电荷为负电荷。
当金属板D1、D2间加上磁场，射线粒子受到的库仑力等于洛仑兹力，即：qE=qvB荧光斑恰好回到荧光屏中心P1点。
如果去掉电场，仅保留磁场，射线粒子做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即：qvB=mv2/r
由此解得，q/m=E/rB2
2．密立根通过著名的油滴实验得到电子的电荷量
（1）电子电荷的精确测定是在1909-1913年间由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。电子电荷的现代值为
e=1.60217733（49）×10-19C
（2）密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。从实验测得的比荷及e的数值，可以确定电子的质量为me=9.1093897×10-31kg
（3）质子的质量与电子质量的比值为mp/me=1836
【课堂训练】
1.关于阴极射线，下列说法正确的是（
）
A.阴极射线就是组成物质的原子
B.阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象
C.阴极射线是在真空管内由阴极放出的光子流
D.阴极射线是由阴极放出的电子流
D
2.英国物理学家汤姆孙通过阴极射线的实验研究发现,以下叙述正确的是（
）
A.阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B.阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C.不同材料所产生的阴极射线的比荷相同
D.汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量
AC
3.下列说法正确的是（
）
A.汤姆孙发现电子表明原子具有核式结构
B.汤姆孙发现电子说明原子核是有内部结构的
C.汤姆孙发现电子揭示了原子具有复杂结构
D.汤姆孙发现电子说明原子是由电子组成的
C
4.下列说法正确的是（
）
A.汤姆孙研究阴极射线时发现了电子
B.汤姆孙发现了电子，否定了“原子不可再分”的观点
C.汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定其本质是带负电的粒子流并测定了这种粒子的电荷量
D.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷
ABD
5.对真空玻璃管中产生的阴极射线认识正确的是（
）
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
CD
6.下列说法中正确的是（
）
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.密立根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.密立根通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e的数值，就可以确定电子的质量
BCD
7．如图所示，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，则（
）
A．导线中的电流由A流向B
B．导线中的电流由B流向A
C．电子束的径迹与AB中的电流方向无关
D．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现
BD
8.电子电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验测得的。如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连接，上板带正电，下板带负电，油滴从喷雾器喷出后，由于与喷嘴摩擦而带负电，油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入（可认为初速度为0）平行金属板间，落到两板之间的
匀强电场中。通过显微镜可以
观察到油滴的运动，两金属板
间距为d，不计空气阻力和浮力。求：
（1）调节两板的电势差U，当U=U0时，使得某个质量为m1的油滴恰好悬浮在两板间保持静止，求油滴所带的电荷量q为多少?
（2）当两金属板间的电势差U=U时，观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速运动时，经过时间t运动到下极板，求此油滴的电荷量Q。
9.如图所示，有一电子(电荷量为e)经电压U0加速后，进入两块间距为d、电压为U的平行金属板间。若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：
(1)金属板AB的长度；
(2)电子穿出电场时的动能。
10.一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之间的高电压加速后，形成一细束电子流，沿图示方向进入两极板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。
已知极板的长度l＝5.00cm，C、D间的距离d＝1.50cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L＝12.50cm，U＝200V，B＝6.3×10–4T，P点到O点的距离y＝3.0cm。试求电子的比荷。
e/m=1.6×1011C/kg
高三物理选修3-5
第十八章原子结构
第1节电子的发现
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。电子的发现揭示了原子具有复杂的结构。
阴极射线
演示
如图所示，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；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，
观察管端玻璃壁上亮度的变化。
实验现象：德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到了玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
实验分析：荧光的实质是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴极射线。
二、电子的发现
1．汤姆孙对阴极射线的探究
（1）汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流。如图所示是他当时使用的气体放电管的示意图。又阴极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D1、D2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位置，可以研究射线的径迹。
汤姆孙的气体放电管的示意图
（2）1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷q/m。
（3）汤姆孙发现，用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都是相同的。这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。它认为，这可能表示阴极射线粒子电荷量的大小与氢离子一样，而质量比氢离子小得多。汤姆孙后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了汤姆孙的猜测是正确的。组成阴极射线的粒子被称为电子。
（4）发现电子以后，汤姆孙又进一步研究了许多新现象，如光电效应、热离子发射效应和β射线等。他发现，不论阴极射线、β射线、光电流还是热离子流，它们都含有电子。也就是说，不论是由于正离子轰击、紫外光的照射、金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发出同样的带电粒子—电子。这种带电粒子的质量只比最轻原子的质量的两千分之一稍多一点。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。
【思考与讨论】
在汤姆逊测电子比荷的实验中，他采用了如图所示的阴极射线管，由阴极K发出的电子通过小孔A、B形成一束细细的射线。它穿过两片平行金
属板D1、D2之间的空间，
到达右端带有标尺的荧
光屏上。
当两金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏转，射在荧光屏中心P1点。若两金属板D1、D2加上方向向上、场强为E的匀强电场，射线将向下偏转并射到屏上P2点。如果再在两金属板D1、D2间的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P1点。如果接着再去掉电场，仅保留磁场，射线在D1、D2之间有磁场的区域会形成一个半径为r的圆弧，使得阴极射线向上偏转最后落在屏上的P3点。请写出电子比荷的表达式。
探究电子比荷方法
若两金属板D1、D2加上方向向上、场强为E的匀强电场，射线将向下偏转并射到屏上P2点。这说明射线的粒子所带的电荷为负电荷。
当金属板D1、D2间加上磁场，射线粒子受到的库仑力等于洛仑兹力，即：qE=qvB荧光斑恰好回到荧光屏中心P1点。
如果去掉电场，仅保留磁场，射线粒子做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即：qvB=mv2/r
由此解得，q/m=E/rB2
2．密立根通过著名的油滴实验得到电子的电荷量
（1）电子电荷的精确测定是在1909-1913年间由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。电子电荷的现代值为
e=1.60217733（49）×10-19C
（2）密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。从实验测得的比荷及e的数值，可以确定电子的质量为me=9.1093897×10-31kg
（3）质子的质量与电子质量的比值为mp/me=1836
【课堂训练】
1.关于阴极射线，下列说法正确的是（
）
A.阴极射线就是组成物质的原子
B.阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象
C.阴极射线是在真空管内由阴极放出的光子流
D.阴极射线是由阴极放出的电子流
D
2.英国物理学家汤姆孙通过阴极射线的实验研究发现,以下叙述正确的是（
）
A.阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B.阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C.不同材料所产生的阴极射线的比荷相同
D.汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量
AC
3.下列说法正确的是（
）
A.汤姆孙发现电子表明原子具有核式结构
B.汤姆孙发现电子说明原子核是有内部结构的
C.汤姆孙发现电子揭示了原子具有复杂结构
D.汤姆孙发现电子说明原子是由电子组成的
C
4.下列说法正确的是（
）
A.汤姆孙研究阴极射线时发现了电子
B.汤姆孙发现了电子，否定了“原子不可再分”的观点
C.汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定其本质是带负电的粒子流并测定了这种粒子的电荷量
D.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷
ABD
5.对真空玻璃管中产生的阴极射线认识正确的是（
）
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
CD
6.下列说法中正确的是（
）
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.密立根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.密立根通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e的数值，就可以确定电子的质量
BCD
7．如图所示，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，则（
）
A．导线中的电流由A流向B
B．导线中的电流由B流向A
C．电子束的径迹与AB中的电流方向无关
D．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现
BD
8.电子电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验测得的。如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连接，上板带正电，下板带负电，油滴从喷雾器喷出后，由于与喷嘴摩擦而带负电，油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入（可认为初速度为0）平行金属板间，落到两板之间的
匀强电场中。通过显微镜可以
观察到油滴的运动，两金属板
间距为d，不计空气阻力和浮力。求：
（1）调节两板的电势差U，当U=U0时，使得某个质量为m1的油滴恰好悬浮在两板间保持静止，求油滴所带的电荷量q为多少?
（2）当两金属板间的电势差U=U时，观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速运动时，经过时间t运动到下极板，求此油滴的电荷量Q。
9.如图所示，有一电子(电荷量为e)经电压U0加速后，进入两块间距为d、电压为U的平行金属板间。若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：
(1)金属板AB的长度；
(2)电子穿出电场时的动能。
10.一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之间的高电压加速后，形成一细束电子流，沿图示方向进入两极板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。
已知极板的长度l＝5.00cm，C、D间的距离d＝1.50cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L＝12.50cm，U＝200V，B＝6.3×10–4T，P点到O点的距离y＝3.0cm。试求电子的比荷。
e/m=1.6×1011C/kg