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第十八章原子结构 1电子的发现,【自主预习】 1.阴极射线: (1)演示实验:如图所示,真空玻璃 管中K是金属板制成的_,接感 应圈的负极,A是金属环制成的 _,接感应圈的正极,管中十字状物体是一个金属片。,阴极,阳极,接电源后,感应圈会产生_的高电压加在两个电 极之间。可观察到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在 玻璃壁上的_。,近万伏,影,(2)阴极射线:荧光的实质是由于玻璃受到_发出的 某种射线的撞击而引起的,这种射线被命名为_。 (3)19世纪,对阴极射线的本质的认识有两种观点。一种 观点认为阴极射线是一种_,另一种观点认为阴 极射线是_。,阴极,阴极射线,电磁辐射,带电微粒,2.电子的发现: (1)阴极射线的实质:1897年,汤姆孙根据_在 电场和磁场中的_情况断定,其本质是带_的粒 子流,并求出了这种粒子的_。 (2)电子的电量:电子电荷量的精确测定是_利用 “油滴实验”做出的,电子电荷的现代值为_, 与氢离子带电量相同。,阴极射线,偏转,负电,比荷,密立根,1.610-19C,(3)电荷量的量子化:电荷是量子化的,即任何带电体的 电荷只能是e的_倍。 (4)电子质量:电子质量的数量级为_kg。 (5)质子质量与电子质量的比值: =_。 (6)电子的发现的意义:电子的发现使人们认识到_ 是可以分割的,电子是_的组成部分,是比_更基 本的物质单元。,整数,10-31,1 836,原子,原子,原子,【预习小测】 1.关于阴极射线的实质,下列说法正确的是() A.阴极射线实质是氢原子 B.阴极射线实质是电磁波 C.阴极射线实质是电子 D.阴极射线实质是X射线,【解析】选C。阴极射线是原子受激发射出的电子。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。,2.(多选)关于电荷量,下列说法正确的是() A.物体所带电荷量可以是任意值 B.物体所带电荷量只能是某些特定值 C.物体所带电荷量的最小值为1.610-19C D.一个物体带1.610-9C的正电荷,这是它失去了1.01010个电子的缘故,【解析】选B、C、D。电荷量是量子化的,即物体的带电量只能是某一最小电荷量的整数倍,这一电荷量是1.610-19C,A错,B、C正确;物体带正电,是由于它失去了带负电的电子,D正确。,3.(多选)1897年英国物理学家汤姆孙对阴极射线的探究,最终发现了电子,由此被称为“电子之父”。下列关于电子的说法中正确的是() A.任何物质中均有电子 B.不同物质中具有不同的电子 C.电子质量是质子质量的1 836倍 D.电子是一种粒子,是构成物质的基本单元,【解析】选A、D。汤姆孙用不同的材料作阴极,都能发 现阴极射线且阴极射线均为同一物质电子,这说明 任何物质中均含有电子,A对,B错;根据对电子比荷的测 定可知,电子电量和氢原子核的电量相同,电子的质量 远小于质子质量,是质子质量的 说明电子有质量 和电量,是一种粒子,并且电子是比原子更基本的物质 单元,C错,D对。,主题一阴极射线 【互动探究】 探究点1阴极射线管 (1)如图是阴极射线管的构造图,阴极 射线管A、K两个电极间的高电压有什 么作用? 提示:高电压用来给电子束加速。,(2)什么现象表明阴极射线管内射线的存在? 提示:玻璃管壁上发出的荧光表明射线的存在。,探究点2阴极射线 (1)通过对演示实验的实验现象分析,你认为阴极射线的传播有什么特点? 提示:阴极射线通过十字形金属片后在玻璃管上留下了十字形阴影,说明这种阴极射线是沿直线传播的。,(2)若将实验中的十字形金属片换成三角形金属片,玻璃管上会出现什么情况? 提示:当将实验中的十字形金属片换成三角形金属片,由直线传播可知玻璃管上会出现三角形的阴影。,(3)对阴极射线的本质的认识主要有哪两种观点? 提示:19世纪后期的两种观点:阴极射线是电磁辐射,类似X射线。阴极射线是带电粒子。,【探究总结】 1.阴极K和阳极A的作用:产生电场力从阴极K中拉出电子并将其加速,从而产生阴极射线。 2.玻璃管壁的荧光粉的作用:便于观察阴极射线存在及其打在管壁的位置。知道阴极射线的运动情况。 3.阴极射线的本质的认识的两种观点:电磁辐射和带电粒子,后来证明阴极射线是电子束。,【典例示范】 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.阴极射线可以穿透薄铝板,这说明它是电磁波 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】选D。阴极射线是由阴极直接发出的,故A错误;只有当两极间加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;阴极射线可以穿透薄铝板,可能是电磁波,也可能是更小的粒子,故C错误。,【探究训练】 1.阴极射线管中加高电压的作用是() A.使管内的气体电离 B.使阴极发出阴极射线 C.使管内障碍物的电势升高 D.使管内产生强电场,电场力做功使电子加速,【解析】选D。在阴极射线管中,阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射出的电子流,B错;发射出的电子流通过高电压加速后,获得较高的能量,与玻璃管壁发生撞击而产生荧光,故A、C错,D正确。,2.(多选)一只阴极射线管,左侧不断有电子射出,若在管的正下方,放一通电直导线AB时,发现射线径迹向下偏,如图所示。则(),A.导线中的电流由A流向B B.导线中的电流由B流向A C.若要使电子束的径迹往上偏,可以通过改变AB中的电流方向来实现 D.电子束的径迹与AB中的电流方向无关,【解析】选B、C。在阴极射线管中射出的阴极射线是带负电的电子流,在导线AB形成的磁场中向下偏转,由左手定则可知磁场是垂直纸面向里的,根据安培定则可知导线AB中的电流是水平方向由B流向A的,A错,B对;通过改变AB中的电流方向可以改变磁场方向从而使阴极射线的受力方向向上,使电子束的径迹向上偏,C对;由此可知电子束的径迹与AB中的电流方向即AB形成的磁场方向有关,D错。,【补偿训练】 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轴正方向射出,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,【解析】选B。由于电子沿x轴正方向运动,若所受洛伦兹力向下,使电子射线向下偏转,由左手定则可知磁场方向应沿y轴正方向;若加电场使电子射线向下偏转,所受电场力方向向下,则所加电场方向应沿z轴正方向,由此可知B正确。,【通法悟道】阴极射线的产生机理 (1)产生过程:阴极射线的产生就是让电子从金属中逃逸出来,也就是想办法让电子动能变大,原子核束缚不住电子,这样电子就飞出去了。,(2)产生方法:产生阴极射线的方法有加热、光子照射阴极表面(光电效应)、用别的阴极产生的电子轰击阴极等。本节中的阴极射线管是利用外加电场把电子“拉”出来,称为场发射阴极。这几种作用不是截然分开的,比如热发射和场发射,就可以在同一阴极中存在,只是侧重不同。,主题二电子的发现 【互动探究】 1.如何判断阴极射线的带电性质?有几种可用的办法? 提示: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位置变化和电场的情况确定带电的性质。 方法二:在阴极射线所经区域加一磁场,根据荧光屏上亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。,2.如何测定射线粒子的比荷?请提出一种可行的方案。 提示:(1)让粒子通过正交的电磁场(如图), 让其做直线运动,根据二力平衡,即Bqv=qE得到粒子的 运动速度v= 。,(2)在其他条件不变的情况下,撤去电场(如图), 保留磁场,让粒子在磁场中运动,由洛伦兹力提供向心 力,即qvB= 根据磁场情况和轨迹偏转情况,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: 。,3.汤姆孙是通过怎样的实验和推理过程发现电子的? 提示:汤姆孙通过测定阴极射线的电性实验,测得阴极射线中含有带负电的粒子,然后通过带电粒子在磁场或电场中的运动实验测得阴极射线中带负电粒子的比荷的大小,从而推理得到阴极射线中的粒子是电子。,4.电子电荷的精确测定是密立根通过“油滴实验”测定的,密立根实验的重要意义是什么? 提示:发现电荷量是量子化的,即任何电荷只能是e的整数倍。,【探究总结】 1.证明阴极射线是电子的思路: (1)通过阴极射线在电场中的偏转证明它是带电的粒子流。 (2)通过阴极射线在电场和磁场中受力平衡求出它的速度。,(3)通过它在磁场中的偏转进一步求出阴极射线粒子的比荷。 (4)根据阴极射线粒子的比荷与氢离子比荷的关系求出它的质量。 (5)证明阴极射线是质量远小于氢离子的粒子电子。,2.电子发现的意义: (1)电子发现以前人们认为物质由分子组成,分子由原子组成,原子是不可再分的最小微粒。 (2)现在人们发现了各种物质里都有电子,而且电子是原子的组成部分。 (3)电子带负电,而原子是电中性的,说明原子是可再分的。,【典例示范】 在汤姆孙测阴极射线 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中心出现荧光斑。若在D、G,间加上方向向下、场强为E的匀强电场,阴极射线将向上偏转;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),荧光斑恰好回到荧光屏中心,接着再去掉电场,阴极射线向下偏转,偏转角为,试解决下列问题:,(1)说明阴极射线的电性。 (2)说明图中磁场的方向。 (3)根据L、E、B和,求出阴极射线的比荷。,【解题指南】解答本题时应注意以下三点: (1)由电场中的偏转方向确定电性。 (2)由电场中的运动情况确定磁场方向。 (3)由磁场中的圆周运动知识确定比荷。,【解析】(1)由于阴极射线向上偏转,因此受电场力方向向上,又由于匀强电场方向向下,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下的洛伦兹力,而与电场力平衡,由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里。,(3)设此射线带电量为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,有Bqv= 同时又有L=rsin,如图所示。 解得 答案:见解析,【探究训练】 1.(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】选B、C、D。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。,2. (2018九江高二检测)如图所示,电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的电场,出电场时打在屏上P点,经测量OP为X0,求电子的比荷。,【解析】由于电子进入电场中做类平抛运动,沿电场 线方向做初速度为零的匀加速直线运动。满足 则 答案:,【补偿训练】 19091913年间美国科学家密立根通过油滴实验 () A.发现了中子B.测出了中子的质量 C.发现了电子D.测出了电子的电荷量,【解析】选D。中子是查德威克发现的,A、B错误;电子是汤姆孙发现的,C错误;电荷量是密立根通过著名的油滴实验测出的,D正确。,【通法悟道】巧妙运用电磁场测定电子比荷 (1)当电子在复合场中做匀速直线运动时,qE=qvB,可以 测出电子速度大小。 (2)当电子在磁场中偏转时,qvB= 测出圆周运动 半径,即可确定比荷。 (3)当电子在匀强电场中偏转时,y= 测出 电场中的偏转量也可以确定比荷。,【课堂小结】,
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