2019-2020学年高中物理 第18章 原子结构 1 电子的发现课件 新人教版选修3-5

1电子的发现通过回答下面的问题复习上一章我们学习的知识：在一杯静置室内的开水中放入一支温度计，可以看到开水的温度是逐渐降低的．既然从微观的角度来看开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？答案：开水向外辐射的每一份能量子能量很小(微观量)，而水降低1℃释放的能量很大(宏观量)，由于温度计的精度不够，所以观察到的温度计的温度是逐渐降低的．一、阴极射线1．气体导电特点：(1)通常状态下，气体是________的，在强电场条件下，气体能够被________而导电；(2)研究气体放电时一般都用____________，导电时可以看到________放电现象；(3)当气体压强很低时，从阳极射出的粒子打在玻璃上发出的荧光，实际上是________打在管壁上发光．【答案】(1)不导电电离(2)稀薄气体辉光(3)电子2．产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴阳两极时，当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，叫________．【答案】阴极射线3．特点：碰到荧光物质能使其________．【答案】发光二、电子的发现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．(2)换用不同材料的阴极和不同的________，所得粒子的________________相同．(3)粒子带负电荷，比荷是氢离子的近两千倍，说明阴极射线粒子质量远小于氢离子质量．(4)组成阴极射线的粒子称为________．【答案】(1)偏转带电(2)场比荷的数值(4)电子2．汤姆孙的进一步研究(1)汤姆孙研究的新现象：如____________，热离子发射效应和β射线等发现，不论____________，β射线，光电流还是热离子流，它们都含有____________．(2)结论：不论是由于正离子的轰击，紫外光的照射，金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的带电粒子——电子．由此可见，电子是原子的组成部分，是比原子更________的物质单元．【答案】(1)光电效应阴极射线电子(2)基本3．电子的电荷及量子化(1)电子电荷：1910年由________通过著名的“油滴实验”得出，电子电荷的现代值为e＝1.6021773349×10－19C，通常取________．(2)电荷量子化：任何带电体的电荷只能是________．(3)电子的质量：me＝________________kg，质子质量与电子质量比为mpme＝________.【答案】(1)密立根1.6×10－19C(2)e的整数倍(3)9.1093897×10－3118361．辉光放电(1)辉光放电现象是在置有板状电极的玻璃管内充入低压气体或蒸气，当两极间电压较高(约1000V)时，稀薄气体中的残余正离子在电场中加速，有足够的动能轰击阴极，产生二次电子，使气体导电，辉光放电的特征是电流强度较小(约几毫安)，温度不高，故电管内有特殊的亮区和暗区，呈现瑰丽的发光现象．阴极射线产生与应用(2)辉光放电的应用：利用其发光(如霓虹灯，日光灯)以及正常辉光放电的稳压效应(如氖稳压管)．2．荧光的产生：玻璃管内气体接近真空，辉光消失，却在阴极孔外玻璃板上观察到荧光，并且能使不透明物体产生阴影，产生这种现象的原因是阴极发出的某种射线撞击玻璃的结果，即阴极射线．3．阴极射线的应用：如示波器、电视显像管、电子显微镜、高速的阴极射线打在某些金属靶上能产生X射线，还能用于研究物质晶体结构，直接用于切割、熔化、焊接等．1．(2017温州月考)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【答案】C解析：阴极射线是电子流，电子带负电．故A、B、D错误，C正确．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，故研究电场力(或洛伦兹力)对电子运动的影响时，一般不计重力的影响．2．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的变化和电场的情况确定带电性质．(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左手定则确定带电的性质．探究阴极射线的方法3．比荷的测定方法(1)让某一速率的电子垂直进入某一电场中，在荧光屏上亮点位置发生变化．(2)在电场区域加一与其垂直的大小合适的磁场，抵消阴极射线的偏转，由此可知Eq－qvB＝0，则v＝EB.(3)去掉电场，只保留磁场，磁场方向与射线运动方向垂直，阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧，根据磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvB＝mv2r得qm＝vBr＝EB2r.2．一种测定电子比荷的实验装置如图所示．真空玻璃管内，阴极K发出的电子经阳极A与阴极K之间的高电压加速后，形成一细束电子流，以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C、D间的区域．若两极板C、D间无电压，电子将打在荧光屏上的O点；若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O.已知极板的长度l＝5.00cm，C、D间的距离d＝1.50cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L＝12.50cm，U＝200V，B＝6.3×10－4T，P点到O点的距离y＝3.0cm.试求电子的比荷．【答案】1.6125×1011C/kg【解析】因电子在正交的电场、磁场中不偏转且做匀速直线运动，所以有Bev＝Ee＝Ude，所以v＝UBd.①电子在只有偏转电场时，出场偏转距离设为y1，则由几何关系知y1y＝l2L，所以y1＝yl2L，②而y1＝12at2＝Uel22mdv2③由①②③式得，电子的比荷em＝UyB2dlL＝200×3.0×10－26.3×10－42×1.50×10－2×5×10－2×12.5×10－2C/kg＝1．6125×1011C/kg.所以电子的比荷为1.6125×1011C/kg.例1一束电子流在经U＝5000V的加速电压加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示．若两板间距d＝1.0cm，板长l＝5.0cm，那么，要使电子能从平板间飞出，两极板上最多能加多大电压？阴极射线在电场或磁场中偏转解析：在加速电压一定时，偏转电压U′越大，电子在极板间的偏距就越大．当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出时，此时的偏转电压即为题目要求的最大电压．对加速过程，由动能定理得eU＝12mv20①进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动l＝v0t②在垂直于板面方向上做匀加速直线运动，加速度为：a＝Fm＝eU′md③偏距y＝12at2④能飞出的条件为yd2⑤解①～⑤式得U′2Ud2l2＝2×5000×1.0×10－225.0×10－22V＝4.0×102V即要使电子能飞出，所加电压最大为400V.答案：400V反思领悟：阴极射线在电场中或磁场中偏转实质是带电粒子在电磁场中的运动，解决这类题目关键还是需进行受力分析和运动情况分析，然后运用力学规律解决问题，另外，应注意电子一般不计重力．1．(2017连云港质检)如图是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是()A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向【答案】B解析：若加一沿z轴负方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿y轴负方向，亮线不偏转，不符合题意，故A错误．若加一沿y轴正方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿z轴负方向，亮线向下偏转，符合题意，故B正确．若加一沿z轴负方向的电场，电子带负电，电场力方向沿z轴正方向，亮线向上偏转，不符合题意，故C错误．若加一沿y轴正方向的电场，电子带负电，电场力方向沿y轴负方向，亮线不偏转，不符合题意，故D错误．例21897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在实验中汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑．若在D、E间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E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)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题．测量带电粒子的比荷(1)说明图中磁场沿什么方向．(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷．解析：(1)磁场方向垂直纸面向里．(2)当电子在D、E间做匀速直线运动时有：eE＝Bev.当电子在D、E间的磁场中偏转时有Bev＝mv2r，同时又有L＝r·sinθ，可得em＝EsinθB2L.答案：(1)垂直纸面向里(2)EsinθB2L反思领悟：(1)比荷的测定问题只是带电粒子在磁场和电场中运动的一类典型例子，这种方法可以推广到带电粒子在复合场中运动，求其他相关的问题．(2)解决带电粒子在电磁场中运动的问题时要注意以下几点：①带电粒子的带电性质．②正确描绘运动轨迹．③能确定半径、圆心．④会利用几何知识把有关线段与半径联系起来．2．如图所示为测量某种离子的比荷的装置．让中性气体分子进入电离室A，在那里被电离成离子．这些离子从电离室的小孔飘出，从缝S1进入加速电场被加速．然后让离子从缝S2垂直进入匀强磁场，最后打在底片上的P点．已知加速电压为U，磁场的磁感应强度为B，缝S2与P之间的距离为a，离子从缝S1进入电场时的速度不计，求该离子的比荷qm.【答案】8UB2a2【解析】离子在电场中qU＝12mv2，①离子在磁场中Bqv＝mv2R，②2R＝a，③解①②③式得qm＝8UB2a2.