第1節(jié)　電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫原子模型

第4章原子結構第1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫原子模型核心素養(yǎng)導學物理觀念(1)了解人們對物質結構的早期探究。(2)了解電子的發(fā)現(xiàn)過程。(3)知道湯姆孫原子結構模型?？茖W思維電子的發(fā)現(xiàn)和電子比荷的測定?？茖W探究探究電子在電場、磁場中的偏轉規(guī)律。科學態(tài)度與責任熟悉電子的發(fā)現(xiàn)過程，體會科學家進行科學探究的過程。一、物質結構的早期探究電子的發(fā)現(xiàn)1．1661年，________以化學實驗為基礎建立了科學的元素論。2．19世紀初，________提出了原子論，認為原子是元素的最小單位。3．1811年，意大利化學家____________提出了分子假說，指出分子可以由多個相同的原子組成。4．陰極射線的發(fā)現(xiàn)：科學家在研究________放電時發(fā)現(xiàn)，當玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時，______會發(fā)出一種射線，這種射線能使玻璃管壁發(fā)出熒光，這種射線稱為_________。玻意耳道爾頓阿伏伽德羅稀薄氣體陰極陰極陰極射線5．湯姆孫的研究：1897年，英國科學家湯姆孫設計了一個巧妙實驗，通過使陰極射線粒子受到的_______和_________平衡等方法，確定了陰極射線粒子的本質是帶______的粒子流，并確定了其______，測量出了射線粒子的比荷，證明陰極射線的電荷量的大小與氫離子大致相同，而比荷卻是_______的近兩千倍。湯姆孫將這種帶電粒子稱為電子。二、湯姆孫原子模型湯姆孫原子模型：原子_______的部分充斥整個原子，很小很輕的_____鑲嵌在球體的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那樣，這就是原子的“葡萄干面包”模型。靜電力洛倫茲力負電速度氫離子帶正電電子1.你能否設計一個實驗來進行陰極射線的研究？能否通過實驗現(xiàn)象來說明這種射線是一種電磁波還是一種高速粒子流？出現(xiàn)什么樣的現(xiàn)象就可以認為這是一種電磁波？出現(xiàn)其他什么樣的現(xiàn)象就可以認為這是一種高速粒子流？能否測定這是一種什么粒子？提示：電磁輻射是電磁波的輻射，若使陰極射線通過電場或磁場，看傳播方向是否受其影響，若不受影響則可判定是電磁輻射，否則是粒子流；要準確判斷粒子種類需要利用電磁場的偏轉進行定量計算，測出粒子的比荷。2.如圖，人們通過研究陰極射線而發(fā)現(xiàn)了電子。判斷下列說法的正誤。(1)英國物理學家湯姆孫認為陰極射線是一種電磁輻射。

()(2)組成陰極射線的粒子是電子。

()(3)電子是原子的組成部分，其電荷量可以是任意值。

()×√×新知學習(一)|對陰極射線的認識[任務驅動]如圖所示為陰極射線管。請回答下列問題：(1)陰極射線管的構造是怎樣的？提示：真空玻璃管中K是金屬板制成的陰極，A是金屬環(huán)制成的陽極，它們分別連接在感應圈的負極和正極上。管中十字狀物體是一個金屬片。(2)在圖中，K和A之間加上近萬伏的高電壓后，玻璃管壁上觀察到什么現(xiàn)象？該現(xiàn)象說明了什么問題？提示：玻璃管壁上觀察到淡淡的熒光及管中物體在玻璃管壁上的影，這說明陰極能夠發(fā)出某種射線，并且撞擊玻璃引起熒光。

[重點釋解]1．對陰極射線本質的認識——兩種觀點(1)電磁波說——代表人物是赫茲，他認為這種射線是一種電磁輻射。(2)粒子說——代表人物是湯姆孫，他認為這種射線是一種帶電粒子流。2．陰極射線帶電性質的判斷方法(1)方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場，通過打在熒光屏上的亮點的變化和電場的情況確定其帶電的性質。(2)方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場，根據(jù)亮點位置的變化和左手定則確定其帶電的性質。3．實驗結果根據(jù)陰極射線在電場中和磁場中的偏轉情況，判斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж撾姟典例體驗][典例]

(多選)如圖所示是湯姆孫的陰極射線管的示意圖，下列說法正確的是

(

)A．若在D1、D2兩極板之間不加電場和磁場，則陰極射線應打到最右端的P1點B．若在D1、D2兩極板之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應向下偏轉C．若在D1、D2兩極板之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應向上偏轉D．若在D1、D2兩極板之間加上垂直紙面向里的磁場，則陰極射線不偏轉[解析]

實驗證明，陰極射線是高速電子流，它在電場中偏轉時應偏向帶正電的極板一側，選項C正確，B錯誤；加上磁場時，電子在磁場中受洛倫茲力作用，要發(fā)生偏轉，選項D錯誤；當不加電場和磁場時，電子所受的重力可以忽略不計，因而不發(fā)生偏轉，選項A正確。[答案]

AC[針對訓練]1．關于陰極射線，下列說法正確的是

(

)A．陰極射線是高速運動的質子流B．陰極射線是可用人眼直接觀察的C．陰極射線是電磁波D．陰極射線是高速運動的電子流解析：陰極射線是高速運動的電子流，A、C錯誤，D正確；陰極射線無法用人眼直接觀察，B錯誤。答案：D

2.

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．平行于紙面向左 B．平行于紙面向上C．垂直于紙面向外

D．垂直于紙面向里解析：由于陰極射線的本質是電子流，陰極射線方向向右，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，可知磁場方向應為垂直于紙面向外，故C正確。答案：C

新知學習(二)|電子比荷的測定[任務驅動]如圖所示是湯姆孫的氣體放電管的示意圖。(1)實驗過程中金屬板D1、D2之間沒有加電磁場時，陰極射線是怎樣通過金屬板D1、D2的？打在哪個位置？提示：當金屬板D1、D2之間未加電場時，射線不偏轉，沿直線通過金屬板D1、D2之間，射在屏上的P1點。(2)實驗過程中金屬板D1、D2之間加電場時，陰極射線是怎樣通過金屬板D1、D2的？打在哪個位置？提示：當在平行金屬板D1、D2之間加一電場E時，發(fā)現(xiàn)陰極射線打在屏上的位置向下偏轉并射到屏P1點下面。(3)實驗過程中保持上述(2)中電場不變，金屬板D1、D2之間再加磁場時，陰極射線是怎樣才能沿直線通過金屬板D1、D2?[典例體驗][典例]湯姆孫用來測定電子的比荷(電子的電荷量與質量之比)的實驗裝置如圖所示。真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計初速度、重力和電子間的相互作用)經(jīng)加速電壓加速后，穿過小孔C沿中心軸O1O的方向進入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P′間的區(qū)域內(nèi)。當極板間不加偏轉電壓時，電子束打在熒光屏的中心O點處，形成了一個亮點；加上偏轉電壓U后，亮點偏離到O′點(O′點與O點的豎直間距為d，水平間距可忽略不計)。此時，在P和P′間的區(qū)域內(nèi)，再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場。調節(jié)磁場的強弱，當磁感應強度的大小為B時，亮點重新回到O點。已知極板水平方向的長度為l1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為l2。(1)求打在熒光屏O點的電子速度的大小。(2)推導出電子的比荷的表達式。(3)上述實驗中，未記錄陰極K與陽極A之間的加速電壓U0，根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)能否推導出U0的表達式？說明理由。/方法技巧/運用電磁場測定電子比荷的思路(1)當電子在復合電場中做勻速直線運動時，qE＝qvB，可以測出電子速度的大小。(2)電子在熒光屏上的落點到屏中心的距離等于電子在電場中的偏轉位移與電子出電場到屏之間的傾斜直線運動偏轉位移的和。

[針對訓練]1．湯姆孫對陰極射線本質的研究，采用的科學方法是

(

)A．用陰極射線轟擊金箔，觀察其散射情況B．用“油滴實驗”精確測定電子所帶電荷量C．用陰極射線轟擊熒光物質，對熒光物質發(fā)出的光進行光譜分析D．讓陰極射線通過電場和磁場，觀察陰極射線的偏轉情況判斷其電性和計算其比荷解析：湯姆孫對陰極射線本質的研究采用的主要方法是讓陰極射線通過電場和磁場，觀察陰極射線的偏轉情況判斷其電性，結合類平拋運動與圓周運動的公式計算其比荷，選項D正確。答案：D

2.

如圖所示，電子以初速度v0從O點進入長為l、板間距離為d、電勢差為U的電場，出電場時打在屏上P點，經(jīng)測量O′點和P點的距離為h，求電子的比荷。一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

科學思維——電子個數(shù)的測定1．(選自人教版新教材課后練習)一個半徑為1.6×10－4cm的帶負電的油滴，在電場強度為1.92V/m、方向豎直向下的勻強電場中，如果油滴受到的庫侖力恰好與重力平衡，問：這個油滴帶有幾個電子的電荷？已知油的密度為0.851×103kg/m3，g取10m/s2，π取3.14。(油滴可看作球形)

科學探究——測定電子比荷2．(選自人教版新教材課后練習)一種測定電子比荷的實驗裝置如圖所示。真空玻璃管內(nèi)陰極K發(fā)出的電子經(jīng)陽極A與陰極K之間的高壓加速后，形成一細束電子流，以平行于平板電容器極板的速度進入兩極板C、D間的區(qū)域。若兩極板C、D間無電壓，電子將打在熒光屏上的O點；若在兩極板間施加電壓U，則離開極板區(qū)域的電子將打在熒光屏上的P點；若再在極板間施加一個方向垂直于紙面向外、磁感應強度為B的勻強磁場，則電子在熒光屏上產(chǎn)生的光點又回到O點。已知極板的長度為5.00cm，C、D間的距離為1.50cm，極板區(qū)的中點M到熒光屏中點O的距離為12.50cm，電壓U為200V，磁感應強度B為6.3×10－4T，P點到O點的距離y為3.00cm。試求電子的比荷。二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1.

如圖所示，在陰極射線管正上方平行放一通有強電流的長直導線，則陰極射線(電子束)將

(

)A．向紙內(nèi)偏轉 B．向紙外偏轉C．向下偏轉

D．向上偏轉解析：由題目條件不難判斷陰極射線管所在處磁場垂直紙面向外，電子從負極射出，由左手定則可判定陰極射線(電子束)向上偏轉。故正