2019-2020学年高中物理 第二章 原子结构 第1节 电子课件 教科版选修3-5

第1节电子学习目标素养提炼1.了解阴极射线及电子发现的过程．2.知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导．3.知道电子电荷量最早是由密立根通过著名的“油滴实验”得出的.1个过程——电子的发现过程2个实验——研究阴极射线、密立根油滴实验01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、阴极射线1．定义：科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，把真空管极发射出的一种射线，叫作阴极射线．2．特点(1)在真空中沿传播；(2)碰到荧光物质可使荧光物质发出．阴直线荧光二、电子的发现1．让阴极射线分别通过电场或磁场，根据情况，证明了它的本质是的粒子流并求出了其比荷．2．密立根通过著名的油滴实验精确地测出了电子电荷量．电子电荷量一般取e＝1.6×10－19C，电子质量me＝.汤姆孙偏转带负电9.1×10－31kg[判断辨析](1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线．()(2)阴极射线在真空中沿直线传播．()(3)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射．()(4)组成阴极射线的粒子是电子．()×√×√三、电子的有关常量要点一对阴极射线的认识[探究导入]如图所示，接通真空管(又称阴极射线管)的电源，将条形磁铁的一个磁极靠近射线管，观察阴极射线是否偏转，向什么方向偏转；把另一个磁极靠近射线管，观察射线的偏转情况．你认为射线的偏转是什么原因造成的？你能通过射线偏转的情况来确定射线粒子流携带的是哪种电荷吗？答案：运动电荷在磁场中受到洛伦兹力．根据左手定则，结合磁场方向、粒子运动方向，可以判断出射线粒子流携带的电荷是正电荷还是负电荷．1．对阴极射线本质的认识——两种观点(1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射．(2)粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流．2．阴极射线带电性质的判断方法(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定带电的性质．(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和磁场方向利用左手定则确定带电的性质．3．实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电．[典例1]如图所示，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()A．电磁波B．带正电的高速粒子流C．带负电的高速粒子流D．不带电的高速中性粒子流[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[总结提升]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．1．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要点二比荷的测定及电子的发现1．汤姆孙在研究阴极射线时的实验装置(如图所示)2．带电粒子比荷的测定方法(1)让粒子通过正交的电磁场(如图所示)，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.(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场保留磁场(如图所示)，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.(3)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．[典例2]在再现汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现光斑．若在D、G间加上方向向上、场强为E的匀强电场，阴极射线将向下偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)，光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向上偏转，偏转角为θ.试解决下列问题：(1)说明阴极射线的电性．(2)说明图中磁场沿什么方向．(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷．[解析](1)由于阴极射线在电场中向下偏转，因此阴极射线受电场力方向向下，又由于匀强电场方向向上，则电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电．(2)由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外．(3)设此射线带电荷量为q，质量为m，当射线在D、G间做匀速直线运动时，有qE＝Bqv.当射线在D、G间的磁场中偏转时，运动轨迹如图所示，有Bqv＝mv2r.同时又有L＝r·sinθ，解得qm＝EsinθB2L.[答案](1)负电(2)垂直纸面向外(3)EsinθB2L[总结提升]测比荷的方法带电粒子的比荷，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(Lv)2，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．2．为了测定带电粒子的比荷qm，让带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E，在通过长为L的两金属板后，测得偏离入射方向的距离为d.如果在两板间再加垂直电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直粒子的入射方向，磁感应强度为B，则粒子恰好不偏离原来方向，求qm.解析：仅加电场时有d＝12·Eqm·(Lv0)2，加复合场时有Bqv0＝Eq，解以上两式得qm＝2dEB2L2.答案：2dEB2L21．(对阴极射线的认识)(多选)下面对阴极射线的认识正确的是()A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的B．只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生C．阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线D．阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极解析：阴极射线是由阴极直接发出的，故A错误；只有当两极间有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，故B错误，D正确；阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线，C正确．答案：CD2．(电子电荷量)下列说法中正确的是()A．汤姆孙精确地测出了电子电荷量e＝1.602×10－19CB．电子电荷量的精确值是卢瑟福测出的C．物体所带电荷量可以是任意值D．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍解析：密立根通过油滴实验精确测得了电子的电荷量，A、B错误；物体所带电荷量的最小值是e，所带电荷量只能是元电荷的整数倍，C错误，D正确．答案：D3．(电子发现的意义)(多选)关于电子的发现，下列说法正确的是()A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成B．电子的发现，说明原子具有一定的结构C．在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒D．电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分解析：发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但它使人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A错误，B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到，原子中应该还有其他带正电的部分，D正确．答案：BCD4．(电子比荷的测定)密立根油滴实验原理如图所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正、负极相接，板间距离为d，板间电压为U，形成竖直向下、场强为E的匀强电场．用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴．通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为m，重力加速度为g，则下列说法正确的是()A．悬浮油滴带正电B．悬浮油滴的电荷量为mgUC．增大场强，悬浮油滴将向上运动D．油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍解析：带电油滴在两板间静止时，电场力向上，应带负电，A项错误；对悬浮油滴，有qE＝mg，即qUd＝mg，所以q＝mgdU，B项错误；当E变大时，qE变大，合力向上，油滴将向上运动，C项正确；任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍，D项错误．答案：C