2.1 电子的发现与汤姆孙模型 同步课件(鲁科版选修3-5)

自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练第1节电子的发现与汤姆孙模型自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练1．知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分．2．了解汤姆孙发现电子的研究方法及蕴含的科学思想．3．领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义．4．了解汤姆孙的原子模型.自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练(1)我国西周的“五行说”认为万物是由金、木、水、火、土五种基本元素组成的．(2)古希腊的亚里士多德认为万物的本质是土、水、火、空气四种“元素”，天体则由第五种“元素”——“以太”构成．(3)古希腊哲学家德谟克利特等人建立了早期的_____，认为宇宙间存在着一种或多种微小的实体，叫做“原子”．一、物质结构的早期探究古人对物质的认识原子自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练大约在17世纪中叶，人们开始通过实验来了解物质的结构．(1)1661年，_______以化学实验为基础建立了科学的元素论．(2)19世纪初，_______提出了原子说，认为原子是元素的最小单位．(3)1811年，意大利化学家___________提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成．(1)汤姆孙的探究方法①让阴极射线分别通过电场或磁场，根据_____现象，证明它是_______的粒子流并求出了其比荷．二、电子的发现电子的发现过程玻意耳道尔顿阿伏伽德罗偏转带负电自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练②换用不同材料的阴极和不同的____，所得粒子的______相同．(2)结论①阴极射线是_______．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的多，汤姆孙将这种带电粒子称为_____．(3)意义电子的发现说明了电子是原子的组成部分，大大激发了人们研究原子内部结构的热情，拉开了人们研究原子结构的序幕．气体比荷值电子流电子自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练对阴极射线的研究，引发了19世纪末物理学的三大发现：(1)1895年_____发现了X射线；(2)1896年_________发现了放射性；(3)1897年_______发现了电子．原子____________充斥着整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些________置，正像葡萄干嵌在面包中那样．19世纪末物理学的三大发现三、汤姆孙的原子模型伦琴贝克勒耳汤姆孙带正电的部分固定位置自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练一、对阴极射线的理解阴极射线实际上就是电子束．辉光现象产生的条件是：气体稀薄．阴极射线的来源：若真空度高，阴极射线的粒子主要来自阴极；若真空度不高，粒子可能来自管中气体．阴极射线不是X射线．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，故研究电磁力对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响．自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练(2)带电性质的判断方法①粒子在电场中运动如图2－1－1所示．带电粒子在电场中运动，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．图2－1－1自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练②粒子在磁场中运动，如图2－1－2所示．粒子将受到洛伦兹力作用F＝qvB，速度方向始终与洛伦兹力方向垂直，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．图2－1－2自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练二、带电粒子比荷的测定方法让粒子通过正交的电磁场(如图2－1－3所示)，让其做直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)得到粒子的运动速度v＝EB.图2－1－3图2－1－4在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图2－1－4所示)，保留磁场让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即Bqv＝mv2r，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r.由以上两式确定粒子的比荷表达式：qm＝EB2r，最后经定量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子．自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练如图2－1－5所示，一玻璃管中有从左向右的阴极射线可能是电磁波或某种粒子流形成的射线，若在其下方放一通电直导线AB，射线发生如图所示的偏转，AB中的电流方向由B到A，则该射线的本质为()．【典例1】阴极射线的性质及特点图2－1－5A．电磁波B．带正电的高速粒子流自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练C．带负电的高速粒子流D．不带电的高速中性粒子流点拨首先由AB中的电流方向判断出射线所在处的磁场方向，再由粒子的偏转方向确定洛伦兹力的方向，最后由左手定则确定出粒子的性质．解析射线在电流形成的磁场中发生偏转，即可确定该射线是由带电粒子构成的粒子流．根据安培定则可知，AB上方的磁场是垂直纸面向里的．粒子向下偏转，洛伦兹力方向向下，由左手定则可知射线所形成的电流方向向左，与粒子的运动方向相反，故粒子带负电．答案C自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练借题发挥应用左手定则时，要注意负电荷运动的方向与它形成的电流方向相反，即应用左手定则时负电荷运动的方向应与四指所指的方向相反．自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练关于阴极射线的本质，下列说法正确的是()．A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波C．阴极射线本质是电子D．阴极射线本质是X射线解析阴极射线是原子受激发射出的电子流，关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的．答案C【变式1】自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练【典例2】测量带电粒子的比荷带电粒子的比荷qm是一个重要的物理量．某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的比荷，实验装置如图2－1－6所示，两极板M1、M2间距离为d.图2－1－6自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练(1)他们的主要实验步骤如下：①首先在两极板M1M2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子束从两极板中央通过，在荧屏的正中心处观察到一个亮点；②在M1M2两极板间加合适的电场：加极性如图2－1－6所示的电压，并逐步调节增大，使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移，直到荧屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为U，请问本步骤的目的是什么？③保持步骤②中的电压U不变，对M1M2区域加一个大小、方向合适的磁场B，使荧屏正中心处重现亮点，试问外加磁场的方向如何？自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练答案见解析(2)根据上述实验步骤，同学们正确地推算出电子的比荷与外加电场、磁场及其他相关量的关系为qm＝UB2d2.一位同学说，这表明电子的比荷大小将由外加电压决定，外加电压越大则电子的比荷越大，你认为他的说法正确吗？为什么？解析(1)②中荧屏上恰好看不到亮点说明电子刚好落在正极板的近荧屏的边缘，目的是利用极板间的距离d表达比荷qm.③中由于要求洛伦兹力方向向上．根据左手定则可知磁场方向垂直电场方向向外(垂直于纸面向外)．(2)说法不正确，电子的比荷qm是电子的固有参数，与测量所加U、B以及极板间距离d无关．自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练借题发挥测比荷的方法测量带电粒子的比荷，常见的测量方法有两种：(1)利用磁偏转测比荷，由qvB＝mv2R得qm＝vBR，只需知道磁感应强度B、带电粒子的初速度v和偏转半径R即可．(2)利用电偏转测比荷，偏转量y＝12at2＝12·qUmdLv2，故qm＝2ydv2UL2.所以在偏转电场U、d、L已知时，只需测量v和y即可．自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练如图2－1－7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．【变式2】图2－1－7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：qUd＝qvB①自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练撤去电场后，由牛顿第二定律得qvB＝mv2R②R＝d2③解①、②、③得：qm＝2UB2d2.答案2UB2d2自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图2－1－8所示，若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为()．阴极射线的性质及特点1．图2－1－8A．平行于纸面向左B．平行于纸面向上C．垂直于纸面向外D．垂直于纸面向里自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练解析由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故C正确．答案C自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练在研究性学习中，某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如图2－1－9所示．abcd是个长方形盒子，在ad边和cd边上各开有小孔f和e，e是cd边上的中点，荧光屏M贴着cd放置，能显示从e孔射出的粒子落点测量带电粒子的比荷图2－1－92．位置．盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B.粒子源不断地发射相同的带电粒子，粒子的初速度可以忽略．粒子经过电压为U的电场加速后，从f孔垂直于ad边射入盒内．粒子经磁场偏转后恰好从e孔射出．若已知＝L，不计粒子的重力和粒子之间的相互作用．请你根据上述条件求出带电粒子的比荷qm.自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练解析带电粒子进入电场，经电场加速．根据动能定理得qU＝12mv2，得v＝2qUm.粒子进入磁场后做匀速圆周运动，轨迹如图所示．设圆周半径为R，在三角形Ode中，有(L－R)2＋L22＝R2整理得：R＝58L洛伦兹力充当向心力：qvB＝mv2R联立上述方程，解得qm＝128U25B2L2.答案128U25B2L2