电子的发现与汤姆孙模型.ppt

高中物理 选修 3-5鲁科版 第 2章 原子结构 第 1节 电子的发现与汤姆孙模型 目标定位 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 一 、 物质结构的早期探究 1 古人对物质的认识 (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 ” 预习导学 原子 2 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 预习导学 玻意耳 道尔顿 阿伏伽德罗 二 、 电子的发现 1 阴极射线 科学家研究稀薄气体放电时发现 ， 当玻璃管内的气体足够稀 薄时 ， 阴极发出一种射线 ， 这种射线能使玻璃管壁发出荧 光 ， 这种射线称为 . 预习导学 阴极射线 预习导学 2 汤姆孙对阴极射线本质的探究 (1) 通过实验巧妙地利用 和 相抵消等 方法，确定了阴极射线粒子的速度，并测量出了这些粒子的 比荷： q m . (2) 阴极射线是带电粒子流，带 电 (3) 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，其质量是氢离子质量的 1 1 800 ，汤姆孙将这种带电 粒子称为 电子 负 E RB 2 静电偏转力 磁场偏转力 想一想 电子发现的重大意义是什么 ？ 答案 电子是人类发现的第一个比原子小的粒子 电子的发 现 ， 打破了原子不可再分的传统观念 ， 使人们认识到原子不是 组成物质的最小微粒 ， 原子本身也有内部结构 从此 ， 原子物 理学飞速发展 ， 人们对物质结构的认识进入了一个新时代 预习导学 三、汤姆孙原子模型 汤姆孙认为，原子带 的部分应充斥整个原子，很小很 轻的 镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面 包中那样，这就是原子的 模型 . 预习导学 正电 电子 葡萄干面包 一 、 阴极射线的性质及特点 1 阴极射线实质是电子束 2 阴极射线的产生：玻璃管内的气体足够稀薄时 ， 射线由阴极 发出 ， 它可使玻璃管壁发出荧光 3 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 课堂讲义 课堂讲义 (2)带电性质的判断方法 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 课堂讲义 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，洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，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 课堂讲义 【 例 1】 如图 2 1 3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 答案 C 图 2 1 3 课堂讲义 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 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 课堂讲义 针对训练 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 答案 C 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 课堂讲义 二 、 电子的发现 1 汤姆孙在研究阴极射线时的实验装置如图 2 1 4所示： 图 2 1 4 课堂讲义 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 2 1 5 所示 ) ，让其做直 线运动，根据二力平衡，即 F 洛 F 电 ( Bq v qE ) 得到粒子的运 动速度 v E B . 图 2 1 5 课堂讲义 (2) 在其他条件不变的情况下， 撤去电场 ( 如图 2 1 6 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 Bq v m v 2 r ，根 据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径 r . 图 2 1 6 (3) 由以上两式确定粒子的比荷表达式： q m E B 2 r ，最后经定量计 算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子 课堂讲义 【例 2 】 带电粒子的比荷 q m 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 7 所示 图 2 1 7 课堂讲义 (1)他们的主要实验步骤如下： 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； 在 M1M2两极板间加合适的电场：加极性如图 2 1 7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 ？ 保持步骤 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 ？ (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 q m U B 2 d 2 . 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？ 课堂讲义 答案 见解析 课堂讲义 解析 (1) 中荧屏上恰好看不到亮点说明电子刚好落在正极板 的靠近荧屏的边缘，目的是利用极板间的距离 d 表达比荷 q m . 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 q m 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 课堂讲义 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 q v B m v 2 R 得 q m v BR ，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 1 2 at 2 1 2 qU md L v 2 ，故 q m 2 yd v 2 UL 2 . 所以在偏转电场 U 、 d 、 L 已知时，只需测量 v 和 y 即可 课堂讲义 三 、 汤姆孙的原子模型 1 汤姆孙原子模型：汤姆孙认为原子是一个直径约为 10 10 m 的球体 ， 正电荷均匀分布在整个球体中 ， 带负电的电子嵌在 其中 ， 就好像面包中嵌着一粒粒葡萄干一样 2 汤姆孙原子模型的示意图 (图 2 1 8)： 图 2 1 8 课堂讲义 【 例 3】 关于汤姆孙原子模型的说法正确的是 ( ) A 汤姆孙原子模型的提出是以严格的实验为基础的 B 汤姆孙认为原子是实心的 C 汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在原子的 中心 D 汤姆孙通过实验发现了质子 答案 B 课堂讲义 解析 汤姆孙原子模型是在一定的实验和理论基础上假想出来 的，不是以严格的实验为基础的， A错误；汤姆孙认为，原子 是球体，原子带正电的部分应充斥整个原子，很小很轻的电子 镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，所 以 B正确、 C错误；汤姆孙发现了电子，并没有发现质子， D错 误 再见