【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修3：第4章第1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫原子模型課件

第4章第1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫原子模型1.了解人類探索原子及其結(jié)構(gòu)的歷史。(物理觀念)2.知道陰極射線是由電子組成的,電子是原子的組成部分。(物理觀念)3.知道湯姆孫的原子模型。(物理觀念)課標(biāo)要求基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)一、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的早期探究1.玻意耳以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)建立了科學(xué)的元素論。道爾頓提出

,認(rèn)為原子是元素的最小單元。阿伏伽德羅提出分子假說(shuō),指出分子可由多個(gè)相同的原子組成。

2.19世紀(jì)初期形成的分子—原子論認(rèn)為:在物質(zhì)的結(jié)構(gòu)中存在著分子、原子這樣的層次;宏觀物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)決定于分子,而分子則由原子構(gòu)成;原子是構(gòu)成物質(zhì)的不可再分割的最小顆粒,它既不能創(chuàng)生,也不能消滅。原子論

二、電子的發(fā)現(xiàn)1.陰極射線科學(xué)家在研究稀薄氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時(shí),陰極會(huì)發(fā)出一種射線,這種射線能使玻璃管壁發(fā)出熒光,人們把這種射線稱為

。

2.湯姆孫的探究(1)通過(guò)使陰極射線粒子受到的靜電力和洛倫茲力平衡等方法,確定了陰極射線粒子的本質(zhì)是

。

陰極射線帶負(fù)電的粒子流(2)當(dāng)帶電粒子受到的靜電力和洛倫茲力平衡時(shí),有qE=qvB,由此確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)速率。然后使電場(chǎng)為零,帶電粒子在磁場(chǎng)區(qū)內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),

,得帶電粒子的比荷,實(shí)驗(yàn)測(cè)得帶電粒子的比荷大約是1011C/kg。(3)換用

陰極,實(shí)驗(yàn)測(cè)出的

大體相同,說(shuō)明這種帶電粒子是組成各種物質(zhì)的共同成分。

(4)湯姆孫測(cè)量了陰極射線的比荷,發(fā)現(xiàn)這些粒子電荷量的大小與氫離子大致相同,而比荷卻是氫離子的近兩千倍。湯姆孫認(rèn)為,陰極射線粒子是電荷量大小與氫離子相同而質(zhì)量比氫離子小得多的粒子,他把這種粒子稱為電子。電子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明原子具有一定的結(jié)構(gòu),也就是說(shuō)原子是由電子和其他物質(zhì)組成的。不同的金屬分別制成比荷三、湯姆孫原子模型湯姆孫提出了原子模型,他認(rèn)為原子帶正電的部分應(yīng)充斥整個(gè)原子,很小很輕的電子鑲嵌在球體的某些固定位置,這就是原子的“

”模型。電子帶的負(fù)電被原子內(nèi)帶的正電抵消,因此原子呈電中性。如果原子失去或得到電子就會(huì)變成離子。電子一方面要受正電荷的吸引,另一方面又要互相排斥,因此必然有一個(gè)處于平衡的狀態(tài)。電子在它們的平衡位置附近做簡(jiǎn)諧振動(dòng),可發(fā)射或吸收特定頻率的電磁波。

葡萄干面包易錯(cuò)辨析

判一判(1)陰極射線在真空中沿直線傳播。(

)(2)組成陰極射線的粒子是電子。(

)(3)電子是原子的組成部分,電子電荷量可以取任意數(shù)值。(

)(4)湯姆孫的“葡萄干面包”模型認(rèn)為原子是一個(gè)球體,正電荷均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)。(

)提示

電子電荷量是確定的值。

√√×√即學(xué)即用

練一練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(yáng)極,如圖所示。若要使射線向上偏轉(zhuǎn),所加磁場(chǎng)的方向應(yīng)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C解析

由于陰極射線的本質(zhì)是電子流,陰極射線方向向右,說(shuō)明電子的運(yùn)動(dòng)方向向右,相當(dāng)于存在向左的電流,利用左手定則,為使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上,磁場(chǎng)方向應(yīng)為垂直于紙面向外,故選項(xiàng)C正確。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)情境探究在如圖所示的演示實(shí)驗(yàn)中,K是金屬板制成的陰極,A是金屬環(huán)制成的陽(yáng)極。

K和A之間加上近萬(wàn)伏的高電壓后,管端玻璃壁上能觀察到什么現(xiàn)象?該現(xiàn)象說(shuō)明了什么問(wèn)題?要點(diǎn)提示

能看到玻璃壁上淡淡的熒光及管中物體在玻璃壁上的影,這說(shuō)明陰極能夠發(fā)出某種射線,并且撞擊玻璃引起熒光。知識(shí)歸納1.對(duì)陰極射線的理解(1)陰極射線實(shí)際上就是電子流。(2)熒光現(xiàn)象產(chǎn)生的條件:玻璃管中氣體稀薄。(3)陰極射線的來(lái)源:若真空度高,陰極射線的粒子主要來(lái)自陰極;若真空度不高,粒子還可能來(lái)自管中氣體。(4)陰極射線不是X射線。2.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的過(guò)程(1)利用電場(chǎng),判斷陰極射線的電性。(2)利用電場(chǎng)、磁場(chǎng)(即速度選擇器),計(jì)算陰極射線帶電粒子的運(yùn)動(dòng)速率。(3)利用磁場(chǎng),得出陰極射線的比荷。(4)提出假想,認(rèn)為陰極射線粒子電荷量大小與氫離子一樣,質(zhì)量比氫離子小得多。(5)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假想,提出電子概念。(6)探究更多現(xiàn)象,得出結(jié)論:電子是原子的組成部分。應(yīng)用體驗(yàn)典例1

(多選)下面對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)正確的是(

)A.陰極射線是由陰極發(fā)出的粒子撞擊玻璃管壁上的熒光粉而產(chǎn)生的B.只要陰陽(yáng)兩極間加有電壓,就會(huì)有陰極射線產(chǎn)生C.陰極射線是真空玻璃管內(nèi)由陰極發(fā)出的射線D.陰陽(yáng)兩極間加有高壓時(shí),電場(chǎng)很強(qiáng),陰極中的電子受到很強(qiáng)的靜電力作用而脫離陰極CD解析

陰極射線是真空玻璃管內(nèi)由陰極直接發(fā)出的射線,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,C正確;只有當(dāng)兩極間有高壓且陰極接電源負(fù)極時(shí),陰極中的電子才會(huì)受到足夠大的庫(kù)侖力作用而脫離陰極成為陰極射線,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤,D正確。針對(duì)訓(xùn)練1關(guān)于陰極射線,下列說(shuō)法正確的是(

)A.陰極射線就是稀薄氣體導(dǎo)電時(shí)的放電現(xiàn)象B.陰極射線是在真空管內(nèi)由陽(yáng)極發(fā)出的C.陰極射線是電子流D.陰極射線的比荷比氫離子的比荷小C解析

陰極射線是在真空管中由陰極發(fā)出的電子流,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,C正確;陰極射線本質(zhì)是電子流,故其比荷比氫離子比荷大,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。探究二電子的發(fā)現(xiàn)情境探究如圖所示,將條形磁鐵的一個(gè)磁極靠近陰極射線管,發(fā)現(xiàn)射線偏轉(zhuǎn),什么原因造成這種現(xiàn)象?陰極射線經(jīng)過(guò)磁鐵會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)

要點(diǎn)提示

陰極射線是帶電粒子流,當(dāng)帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)不平行時(shí),由于洛倫茲力作用,它們的軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)。知識(shí)歸納1.利用磁偏轉(zhuǎn)測(cè)量

(1)讓帶電粒子通過(guò)相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖甲所示,使其做勻速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)二力平衡,即F洛=F電(qvB=qE),得到粒子的運(yùn)動(dòng)速度

。洛倫茲力與靜電力平衡

甲

(2)撤去電場(chǎng),如圖乙所示,保留磁場(chǎng),讓粒子單純地在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),由洛倫茲力提供向心力,即,根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況,由幾何知識(shí)求出其半徑r。(3)由以上兩式確定粒子的比荷表達(dá)式:。最后經(jīng)定量計(jì)算湯姆孫認(rèn)定組成陰極射線的粒子為電子。乙

2.利用電偏轉(zhuǎn)測(cè)量

做類平拋運(yùn)動(dòng)

丙

3.電子發(fā)現(xiàn)的意義(1)電子發(fā)現(xiàn)以前人們認(rèn)為物質(zhì)由分子組成,分子由原子組成,原子是不可再分的最小微粒。(2)現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)了各種物質(zhì)里都有電子,而且電子是原子的組成部分。(3)電子帶負(fù)電,而原子是電中性的,說(shuō)明原子是可再分的。應(yīng)用體驗(yàn)典例2

在湯姆孫測(cè)陰極射線比荷的實(shí)驗(yàn)中,采用了如圖所示的陰極射線管,從C出來(lái)的陰極射線經(jīng)過(guò)A、B間的電場(chǎng)加速后,水平射入長(zhǎng)度為L(zhǎng)的D、G平行板間,接著在熒光屏F中心出現(xiàn)熒光斑。若在D、G間加上方向向下、電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),陰極射線將向上偏轉(zhuǎn);如果再利用通電線圈在D、G電場(chǎng)區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出),熒光斑恰好回到熒光屏中心,接著再去掉電場(chǎng),陰極射線向下偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角為θ,試解決下列問(wèn)題:(1)說(shuō)明陰極射線的電性;(2)說(shuō)明圖中磁場(chǎng)的方向;(3)根據(jù)L、E、B和θ,求出陰極射線的比荷。答案

見(jiàn)解析

解析

(1)由于陰極射線向上偏轉(zhuǎn),因此受靜電力方向向上,又由于勻強(qiáng)電場(chǎng)方向向下,則靜電力的方向與電場(chǎng)方向相反,所以陰極射線帶負(fù)電。(2)由于所加磁場(chǎng)使陰極射線受到向下的洛倫茲力,而與靜電力平衡,由左手定則得磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里。(3)設(shè)此射線所帶電荷量為q,質(zhì)量為m,當(dāng)射線在D、G間做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),有qE=qvB。當(dāng)射線在D、G間的磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí),有qvB=同時(shí)又有L=rsin

θ,如圖所示。針對(duì)訓(xùn)練2如圖所示,電子以初速度v0從O點(diǎn)進(jìn)入長(zhǎng)為l、板間距離為d、電勢(shì)差為U的電場(chǎng),出電場(chǎng)時(shí)打在屏上P點(diǎn),經(jīng)測(cè)量O'P的長(zhǎng)度為X0,求電子的比荷。解析

由于電子進(jìn)入電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng),沿電場(chǎng)線方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1231.(多選)關(guān)于陰極射線的性質(zhì),判斷正確的是(

)A.陰極射線帶負(fù)電B.陰極射線帶正電C.陰極射線的比荷比氫離子比荷大D.陰極射線的比荷比氫離子比荷小解析

通過(guò)讓陰極射線在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)的研究發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電,其比荷比氫離子的比荷大得多,故選項(xiàng)A、C正確。AC1232.下列說(shuō)法不正確的是(

)A.湯姆孫研究陰極射線,用測(cè)定粒子比荷的方法發(fā)現(xiàn)了電子B.電子的發(fā)現(xiàn)證明了原子是可再分的C.湯姆孫認(rèn)為原子里面帶正電荷的物質(zhì)應(yīng)充斥整個(gè)原子,而帶負(fù)電的電子,則鑲嵌在球體的某些固定位置D.湯姆孫認(rèn)為原子里面帶正電荷的物質(zhì)都集中在原子中心一個(gè)很小的范圍內(nèi)D123解析

湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線的研究,用測(cè)定粒子比荷的方法發(fā)現(xiàn)了電子,從而使人們認(rèn)識(shí)到原子是可分的,故A、B正確,不符合題意;湯姆孫認(rèn)為原子里面帶正電荷的物質(zhì)應(yīng)充斥整個(gè)原子,而帶負(fù)電的電子,則鑲嵌在球體的某些固定位置,故C正確,不符合題意,D錯(cuò)誤,符合題意。故選D。1233.一只陰極射線管,左側(cè)不斷有電子射出,若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時(shí),發(fā)現(xiàn)射線徑跡下偏,如