高中物理 18.1 電子的發(fā)現課件 新人教版選修35.pptVIP

1電子的發(fā)現 1 知道陰極射線是由電子組成的 電子是原子的組成部分 知道電子的電荷量和比荷 2 了解湯姆孫發(fā)現電子的研究方法及蘊含的科學思想 領會電子的發(fā)現對揭示原子結構的重大意義 重點 1 了解陰極射線演示實驗的器材結構 并認識實驗現象和理解實驗原理 2 發(fā)現電子的探究方法 難點 領悟湯姆孫探究問題的方法 培養(yǎng)自己的洞察力 一 陰極射線1 實驗裝置 真空玻璃管 陽極和感應圈 2 實驗現象 感應圈產生的高電壓加在兩極之間 玻璃管壁上發(fā)出 a 陰極射線b 熒光 3 陰極射線 熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的 這種射線命名為 陰極 b 陰極射線 判一判 1 陰極射線是由真空玻璃管中的感應圈發(fā)出的 2 陰極射線撞擊玻璃管壁會發(fā)出熒光 提示 1 陰極射線由陰極發(fā)出 1 錯 2 玻璃受到陰極射線的撞擊會產生熒光效應 2 正確 二 電子的發(fā)現1 實驗現象英國物理學家 使用氣體放電管對陰極射線進行了一系列實驗研究 1 讓陰極射線分別通過電場和磁場 根據 現象 證明它是 a 帶正電b 帶負電 的粒子流并求出其比荷 2 換用 的陰極做實驗 所得 的數值都相同 是氫離子比荷的近兩千倍 證明這種粒子是構成各種物質的共有成分 湯姆孫 偏轉 b 不同材料 比荷 2 電子 1 組成陰極射線的粒子稱為 2 密立根 油滴實驗 結論 電子 電性 電量 與 帶電量相同 質量 質子與電子的質量比 1836 陰極射線 組成成分 電子 負電 e 1 602 10 19c 氫離子 m 9 1 10 31kg 想一想 湯姆孫怎樣通過實驗確定陰極射線是帶負電的粒子 提示 湯姆孫通過氣體放電管研究陰極射線的徑跡 未加電場時 射線不偏轉 施加電場后 射線向偏轉電場的正極板方向偏轉 由此確定陰極射線是帶負電的粒子 探究電子發(fā)現的歷程 探究導引 如圖是湯姆孫氣體放電管示意圖 思考以下問題 1 陰極射線是如何發(fā)現的 2 陰極射線帶什么樣的電荷 3 湯姆孫怎樣對陰極射線進行研究而發(fā)現了電子 要點整合 1 2 德國物理學家戈德斯坦將陰極發(fā)出的射線命名為陰極射線 3 猜想 1 陰極射線是一種電磁輻射 2 陰極射線是帶電微粒 真空玻璃管兩極加上高電壓 玻璃管壁上發(fā)出熒光 4 英國物理學家湯姆孫讓陰極射線在電場和磁場中偏轉 5 密立根通過 油滴實驗 精確測定了電子的電荷量和電子的質量 特別提醒 1 注意陰極射線和x射線的區(qū)別 陰極射線是電子流 x射線是電磁輻射 2 由陰極射線在電場 磁場中的偏轉可確定射線由帶負電的粒子組成 典例1 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 所加磁場的方向應為 a 平行于紙面向下b 平行于紙面向上c 垂直于紙面向外d 垂直于紙面向里 陰極射線帶負電 解題流程 規(guī)范解答 選c 由于陰極射線的本質是電子流 陰極射線運動方向向右 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 使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上 由此可知磁場方向應為垂直于紙面向外 故選項c正確 互動探究 1 例題中如果通過施加電場來實現射線向上偏轉 所加電場的方向應為 2 通過磁場或電場使射線發(fā)生偏轉后 其電子的速度大小發(fā)生了怎樣的變化 解析 1 選a 使電子向上偏轉 電子所受電場力方向向上 由此可知 所加電場方向應平行于紙面向下 2 當通過磁場使電子偏轉時 電子受到洛倫茲力做圓周運動 而洛倫茲力總與電子速度方向垂直 故不做功 因此電子的速度大小不變 當通過電場使電子偏轉時 則是電子沿電場力方向加速運動 電場力做正功 故電子速度變大 答案 1 a 2 通過磁場時不變 通過電場時變大 變式備選 2012 南京高二檢測 關于陰極射線的實質 下列說法正確的是 a 陰極射線實質是氫原子b 陰極射線實質是電磁波c 陰極射線實質是電子d 陰極射線實質是x射線 解析 選c 陰極射線是原子受激發(fā)射出的電子 關于陰極射線是電磁波 x射線 都是在研究陰極射線過程中的一些假設 是錯誤的 帶電粒子比荷的測定 探究導引 如圖是電視機顯像管的示意圖 思考以下問題 1 電子在偏轉線圈產生的磁場中受什么力作用 怎樣確定力的方向 2 電子在磁場中的運動符合什么運動規(guī)律 要點整合 1 讓粒子通過相互垂直的電磁場 如圖 讓其做勻速直線運動 根據二力平衡 即f洛 f電 bqv qe 得到粒子的運動速度2 撤去電場 如圖 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軌跡偏轉情況 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 特別提醒 1 利用磁偏轉測比荷 由只需知道磁感應強度b 帶電粒子的速度v和偏轉半徑r即可 2 利用電偏轉測比荷 偏轉量所以在偏轉電場u d l已知時 只需測量v和y即可 典例2 2012 海口高二檢測 帶電粒子的比荷是一個重要的物理量 某中學物理興趣小組設計了一個實驗 探究電場和磁場對電子運動軌跡的影響 以求得電子的比荷 實驗裝置如圖所示 其中兩正對極板m1 m2之間的距離為d 極板長度為l 1 他們的主要實驗步驟如下 a 首先在兩極板m1 m2之間不加任何電場 磁場 開啟陰極射線管電源 發(fā)射的電子束從兩極板中央通過 在熒光屏的正中心處觀察到一個亮點 b 在m1 m2兩極板間加合適的電場 加極性如圖所示的電壓 并逐步調節(jié)增大 使熒光屏上的亮點逐漸向熒光屏下方偏移 直到熒光屏上恰好看不見亮點為止 記下此時外加電壓為u 請問本步驟的目的是什么 c 保持步驟b中的電壓u不變 對m1 m2區(qū)域加一個大小 方向合適的磁場b 使熒光屏正中心處重現亮點 試問外加磁場的方向如何 2 根據上述實驗步驟 同學們正確地推算出電子的比荷與外加電場 磁場及其他相關量的關系為一位同學說 這表明電子的比荷大小將由外加電壓決定 外加電壓越大則電子的比荷越大 你認為他的說法正確嗎 為什么 思路點撥 1 當兩板間加上合適的電場時 恰好看不見亮點 則電子在電場中的偏轉量為d 2 再加大小 方向合適的磁場 洛倫茲力和電場力大小相等 方向相反 則亮點在熒光屏中心 可以根據左手定則確定磁場方向 3 電子的比荷由電子本身決定 與外加電壓無關 規(guī)范解答 1 步驟b中電子在m1 m2兩極板間做類平拋運動 當增大兩極板間電壓時 電子在兩極板間的偏轉位移增大 當在熒光屏上看不到亮點時 電子剛好打在下極板m2靠近熒光屏端的邊緣 則 由此可以看出這一步的目的是使粒子在電場中的偏轉位移成為已知量 就可以表示出比荷 步驟c加上磁場后電子不偏轉 電場力等于洛倫茲力 且洛倫茲力方向向上 由左手定則可知磁場方向垂直于紙面向外 2 由電場力等于洛倫茲力得 bqv解得 將 式代入 式得 可以看出當u增大時 b必定也要增大 即的比值不會變化 且電子的比荷是由電子本身的性質決定的 是電子的固有參數 因此他的說法不正確 答案 1 步驟b中使電子剛好打在下極板m2靠近熒光屏端的邊緣 利用已知量表示步驟c中磁場方向垂直紙面向外 2 不正確 原因見規(guī)范解答 總結提升 巧妙運用電磁場測定電子比荷 1 當電子在復合場中做勻速直線運動時 qe qvb 可以測出電子速度大小 2 當電子在磁場中偏轉時 測出圓周運動半徑 即可確定比荷 3 當電子在勻強電場中偏轉時 測出電場中的偏轉量也可以確定比荷 變式訓練 湯姆孫1897年用陰極射線管測量了電子的比荷 電子電荷量與質量之比 其實驗原理如圖所示 電子流平行于極板射入 極板p p 間同時存在勻強電場e和垂直紙面向里的勻強磁場b時 電子流不會發(fā)生偏轉 極板間只存在垂直紙面向里的勻強磁場b時 電子流穿出平行板電容器時的偏轉角 rad 已知極板長l 3 0 10 2m 電場強度大小為e 1 5 104v m 磁感應強度大小為b 5 0 10 4t 求電子比荷 解析 無偏轉時 洛倫茲力和電場力平衡 則ee evb只存在磁場時 有evb 由幾何關系偏轉角很小時 r 聯(lián)立上述各式并代入數據得電子的比荷 1 3 1011c kg答案 1 3 1011c kg 溫馨提示 電子的發(fā)現使人們對物質結構的認識更進一步 近幾年高考命題注重科學探究思想方法的考查 經常結合湯姆孫實驗 密立根 油滴實驗 電子在電場 磁場中的平衡 偏轉現象命題 典例 陰極射線是從陰極射線管的陰極發(fā)出的粒子流 這些粒子是 若加在陰極射線管內兩個電極上的電壓為1 6 104v 電子離開陰極表面時的速度為零 則電子到達陽極時的速度v m s 解題指南 解決本題需要了解陰極射線管實驗的結論和動能定理 規(guī)范解答 電子由陰極到陽極 由動能定理得eu mv2 解得 7 5 107m s答案 電子7 5 107 電子比荷的測定技巧電子比荷的測定在科學研究中有非常重要的意義 通過電子在電場 磁場中的運動測定電子的比荷應注意以下三點 1 明確測定比荷需要確定的物理量 若用磁偏轉測量 需確定電子速度的大小和在磁場中的偏轉半徑 2 要測定電子速度的大小 需應用速度選擇器的原理 根據evb ee測量 3 根據電子偏轉情況確定電子在磁場中做勻速圓周運動的半徑 根據洛倫茲力提供向心力列出方程 確定電子的比荷 案例展示 為了測量電子的比荷可用下述方法 在真空裝置中 使一細束電子流 即陰極射線 在沒有外界力的作用下 沿如圖所示的oo 方向以一定的速度做直線運動 如果在途中 即在圖中a b兩平行金屬板之間 加一垂直紙面向里的勻強磁場 磁感應強度為b 電子束將以半徑r在磁場范圍內做圓周運動 這時若在金屬板a b間再加一與入射方向垂直的 適當強度和方向的勻強電場 場強為e 電子束又將沿oo 方向仍以原有速度做直線運動 當測知b e及r值后 即可算出電子的比荷 試推導出電子比荷的計算式 規(guī)范解答 運動電子只在勻強磁場作用下做圓周運動時滿