2020-2021学年鲁科版选修3-5 2.1电子的发现与汤姆孙模型 课件（48张PPT）

第2章　原 子 结 构
第1节　电子的发现与汤姆孙模型
一、物质结构的早期探究
1.古人对物质的认识:
(1)我国西周的“_______”认为万物是由金、木、水、火、土5种基本“元
素”组成。
(2)古希腊的亚里士多德认为万物的本质是土、水、火、空气4种“元素”,
天体则由第五种“元素”——“_____”构成。
(3)古希腊哲学家德谟克利特等人建立了早期的_______。
必备知识·自主学习
五行说
以太
原子论
2.大约在17世纪中叶,人们开始通过实验来了解物质的结构:
(1)1661年,玻意耳以化学实验为基础建立了科学的_______。
(2)19世纪初,道尔顿提出了原子论,认为_____是元素的最小单元。
(3)1811年,意大利化学家阿伏伽德罗提出了_________,指出分子可以由多个
相同的原子组成。
(4)19世纪初期形成的分子—原子论认为,宏观物质的化学性质决定于_____,
它是由_____构成的;_____是构成物质的不可再分割的最小微粒。
元素论
原子
分子假说
分子
原子
原子
二、电子的发现
【情境思考】
汤姆孙通过阴极射线管发现了电子,他是通过什么现象确定阴极射线是电子?
1.阴极射线:科学家研究稀薄气体放电时发现,当玻璃管内的气体足够稀薄时,
阴极发出一种射线,这种射线能使玻璃管壁发出荧光,这种射线称为_________。
2.汤姆孙对阴极射线本质的探究:
(1)通过实验巧妙地利用___________和___________相抵消等方法,确定了阴
极射线粒子的速度,并测量出了这些粒子的比荷: =______。
(2)换用不同材料的阴极和不同的气体,所得粒子的_______大体相同。
阴极射线
静电偏转力
磁场偏转力
比荷值
3.结论:
(1)阴极射线是带电粒子流,带_____。
(2)不同物质都能发射这种带电粒子,它是各种物质中共有的成分,比最轻的
氢原子的质量还要小得多,汤姆孙把这种带电粒子称为_____。
4.电子发现的意义:
电子的发现说明原子具有___________, 揭开了人类认识原子结构的序幕,是
19世纪末的三大著名发现之一。
负电
电子
一定的结构
三、汤姆孙原子模型
【情境思考】
汤姆孙为了解释原子内部的奥秘,提出了葡萄干面包模型,他是如何解释的?
汤姆孙认为,原子带_____的部分应充斥整个原子,很小很轻的_____镶嵌在球体
的某些固定位置,正像葡萄干嵌在面包中那样,这就是原子的___________模型。

正电
电子
葡萄干面包
【易错辨析】
(1)19世纪初期形成的原子论观点认为原子是构成物质的最小颗粒,是不可分的。 (　　)
(2)电子的发现,说明原子具有一定的结构。 (　　)
(3)电子是第一种被人类发现的微观粒子。 (　　)
(4)电子的发现,是19世纪末的三大著名发现之一。 (　　)
(5)汤姆孙认为,电子充斥于整个原子。 (　　)
提示:(1)√。19世纪初期,道尔顿提出原子论,认为原子是元素的最小单元。
(2)√。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。
(3)√。电子是第一种被人类发现的微观粒子。
(4)√。电子的发现,是19世纪末的三大著名发现之一。
(5)×。汤姆孙认为,原子带正电的部分充斥于整个原子。
关键能力·合作学习
　知识点一　阴极射线与电子的发现
1.阴极射线的产生机理:
通常情况下,气体是不导电的。但在强电场中,气体能够被电离而导电。在研究气体放电时,一般都用玻璃管中的稀薄气体。当玻璃管中的气体足够稀薄时,阴极发出的某种射线射在玻璃管壁上而发出荧光,人们把这种射线称为阴极射线。
2.电子的发现:
(1)电子发现的时代背景:
19 世纪后期,人们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是一种以太波,另一种观点认为阴极射线是一种带电微粒。为了找到有利于自己的证据,双方都做了很多实验。
(2)汤姆孙在研究阴极射线时的实验装置如图所示:
(3)实验过程和方法:
①从高压电场的阴极发出的阴极射线,穿过C1C2后沿直线打在荧光屏A′上。
②当在平行极板上只加一如图所示的电场时,发现阴极射线打在荧光屏上的位
置向下偏,则可判定,阴极射线带有负电荷。
③为使阴极射线不发生偏转,需要在平行极板区域加一磁场,且磁场方向垂直
纸面向外。当满足条件qvB=qE时,阴极射线不发生偏转,则v= 。
④使电场强度为0,带电粒子在磁场区内做圆周运动时洛伦兹力提供向心力,即
qvB=m 。将v= 代入可得: = 。测量结果大约是1011 C/kg。
(4)实验结论:
用不同材料的阴极和不同的方法做实验,所得比荷的数值大致相等的。
3.阴极射线带电性质的判断方法:
(1)阴极射线的本质是电子,在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力,故研究电场力(或洛伦兹力)对电子运动的影响时,一般不考虑重力的影响。
(2)带电性质的判断方法。
①粒子在电场中运动如图1所示。
带电粒子受电场力作用运动方向发生改变(粒子质量忽略不计)。带电粒子在不受其他力的作用时,若沿电场线方向偏转,则粒子带正电;若逆着电场线方向偏转,则粒子带负电。
②粒子在磁场中运动,如图2所示。
粒子将受到洛伦兹力作用F=qvB,洛伦兹力方向始终与速度方向垂直,利用左手定则即可判断粒子的电性。不考虑其他力的作用,如果粒子按图示方向进入磁场,且做顺时针的圆周运动,则粒子带正电;若做逆时针的圆周运动,则粒子带负电。
【典例示范】
【典例】向荧光屏上看去，电子向我们飞来①，在偏转线圈中通入如图所示的
电流，电子的偏转方向为②( )
A.向上　　　　　　　　　 B.向下
C.向左 D.向右
【审题关键】
序号
信息提取
①
电子带负电;电子的运动方向
②
用左手定则判定洛伦兹力的方向
【解析】选A。根据安培定则,环形磁铁右侧为N极、左侧为S极,在环内产生水平向左的匀强磁场,利用左手定则可知,电子向上偏转,选项A正确。
【素养训练】
1.(多选)关于阴极射线,下列说法正确的是 (　　)
A.阴极射线是真空管内由阴极发出的电子流
B.阴极射线是在真空管内由阴极发出的质子流
C.阴极射线是组成物体的原子
D.阴极射线可以沿直线传播,也可被电场、磁场偏转
【解析】选A、D。阴极射线是在真空管中由阴极发出的电子流,电子是原子的组成部分,故A正确,B、C错误; 阴极射线是在真空管中由阴极发出的电子流,可被电场、磁场偏转,也可以沿直线传播,D正确。
2.对于电子的发现,以下说法中正确的是 (　　)
A.汤姆孙通过对阴极射线的研究,发现了原子
B.汤姆孙通过实验测定了阴极射线的比荷值
C.密立根通过油滴实验测定了阴极射线的比荷值
D.原子的葡萄干面包模型是道尔顿提出的
【解析】选B。汤姆孙通过对阴极射线的研究,发现了电子,并测出了电子的比荷,提出了葡萄干面包模型,故选B。
　知识点二　汤姆孙原子模型
1.汤姆孙原子模型提出的背景:电子的发现说明原子具有一定的结构。既然原子中存在带负电的电子,而原子通常是电中性的,那么原子中一定含有带正电的部分。电子的质量很小,因此,原子的质量主要集中在带正电的部分,原子中带正电的部分和带负电的电子是怎样分布的呢?
2.汤姆孙原子模型的特点:
汤姆孙认为原子是一个直径约为10-10 m的球体,正电荷均匀分布在整个球体中,带负电的电子嵌在其中,就好像面包中嵌着一粒粒葡萄干一样。如图为汤姆孙原子模型的示意图。
【典例示范】
【典例】(多选)汤姆孙提出原子的葡萄干面包模型的主要依据是 (　　)
A.原子构成中有质子　　　　 B.原子构成中有电子
C.整个原子是电中性的 D.原子构成中有中子
【解析】选B、C。汤姆孙发现了原子内有带负电的电子,而原子呈电中性,可见原子内还有带正电的物质,汤姆孙并不知道里面的结构,只是猜想出了葡萄干面包模型。
【素养训练】
关于汤姆孙原子模型的说法正确的是 (　　)
A.汤姆孙原子模型的提出是以严格的实验为基础的
B.汤姆孙认为原子是实心的
C.汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在原子的中心
D.汤姆孙通过实验发现了质子
【解析】选B。 汤姆孙原子模型是在一定的实验和理论基础上假想出来的,不是以严格的实验为基础的,A错误;汤姆孙认为,原子是球体,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,正像葡萄干嵌在面包中那样,所以B正确、C错误;汤姆孙发现了电子,并没有发现质子,D错误。
【加固训练】
　　 1.人们对原子结构的认识有一个不断深化的过程,下列先后顺序中符合史实的是 (　　)
①道尔顿提出的原子论
②德谟克利特的古典原子论
③汤姆孙提出的葡萄干面包原子模型
A.①②③　　　 B.②①③
C.③②① D.③①②
【解析】选B。人们对物质结构的探究经历了漫长的历史进程,从德谟克利特的古典原子论——物质由一种或多种微小的实体组成,到道尔顿提出的原子论——原子是元素的最小单元,再发展为汤姆孙的葡萄干面包原子模型——电子镶嵌在原子的某些固定位置,人们对原子结构的认识有一个不断深化的过程。
2.(多选)如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图,下列说法中正确的是 (　　)
A.若在D1、D2之间不加电场和磁场,则阴极射线应打到最右端的P1点
B.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,则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,则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,则阴极射线打到右端的P2点
【解析】选A、C、D。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的说法错误。加上磁场时,电子在磁场中受洛伦兹力,要发生偏转,根据左手定则,可知选项D正确。当不加电场和磁场时,由于电子所受的重力可以忽略不计,因而不发生偏转,选项A的说法正确。
【拓展例题】考查内容:油滴电荷量的测定
【典例】一个半径为1.64×10-4 cm的带负电的油滴,在电场强度等于1.92×105 V/m的竖直向下的匀强电场中,如果油滴受到的库仑力恰好与重力平衡,则这个油滴带有几个电子的电荷量?已知油滴的密度为0.851×103 kg/m3。
【解析】根据油滴的受力:重力G= πr3·ρg
油滴受到的电场力F=neE
库仑力恰好与重力平衡G=F,n= =5个
答案:5个
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.关于阴极射线的本质,下列说法正确的是 (　　)
A.阴极射线的本质是紫外线
B.阴极射线的本质是红外线
C.阴极射线的本质是X射线
D.阴极射线的本质是电子流
【解析】选D。阴极射线的本质是电子流。故D项正确。
2.(多选)如图所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图。显像管中有一个阴极,工作时它能发射阴极射线,荧光屏被阴极射线轰击就能发光。安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场,可以使阴极射线发生偏转。下列说法中正确的是 (　　)
A.如果偏转线圈中没有电流,则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点
B.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心,打在荧光屏上A点,则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
C.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心,打在荧光屏上B点,则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
D.如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动,则偏转磁场磁感应强度应该先由小到大,再由大到小
【解析】选A、C。偏转线圈中没有电流,阴极射线沿直线运动,打在O点,A符合
题意。由阴极射线的电性及左手定则可知,如果要使阴极射线在竖直方向偏离
中心,打在荧光屏上A点,则偏转磁场的方向应该垂直纸面向外;如果要使阴极
射线在竖直方向偏离中心,打在荧光屏上B点,则偏转磁场的方向应该垂直纸面
向里,选项B不符合题意,选项C符合题意;由R= 知,B越小,R越大,故磁感应
强度应先由大到小,再由小到大,故D不符合题意。
3.(多选)如图所示,关于高压的真空管,下列说法中正确的是 (　　)
A.加了高压的真空管中可以看到辉光现象
B.a为负极,b为正极
C.U1为高压电源,U2为低压电源
D.甲为环状物,乙为荧光中出现的阴影
【解析】选B、D。真空中不能发生辉光放电,U1为低压电源,U2为高压电源,故A、C错误。由高压真空管的原理可知,a端应为负极,b端为正极,甲应为环状物,乙为荧光中出现的阴影,B、D正确。
4.(多选)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现 (　　)
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不同
D.汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量
【解析】选A、D。阴极射线实质上就是高速电子流,所以在电场中偏向正极板一侧,A正确。由于电子带负电,所以其受力情况与正电荷不同,B错误。不同材料所产生的阴极射线都是电子流,所以它们的比荷是相同的,C错误。汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时未得出电子的电荷量,最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根,D正确。
5.如图所示,让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场,选择合适的磁感应强度B和两极之间的电压U,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,并垂直打到极板上,两极板之间的距离为d,求阴极射线中带电粒子的比荷。
【解析】设阴极射线粒子的电荷量为q,质量为m,则在电磁场中由平衡条件得:q =qvB①
撤去电场后,由牛顿第二定律得
qvB= ②
R= ③
解①②③得:
答案: