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第 十 八 章 原 子 结 构1 电 子 的 发 现 1.知 道 阴 极 射 线 是 由 电 子 组 成 的 ,电 子 是 原 子 的 组 成 部 分 ,是 比原 子 更 基 本 的 物 质 单 元 。2.体 会 电 子 的 发 现 过 程 中 蕴 含 的 科 学 方 法 。3.知 道 电 荷 是 量 子 化 的 ,即 任 何 电 荷 只 能 是 e的 整 数 倍 。4.领 会 电 子 的 发 现 对 揭 示 原 子 结 构 的 重 大 意 义 。 一 、 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 。 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 _。 阴 极阳 极 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 二 、 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 。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 。 阴 极 射 线偏 转 负 电比 荷 密 立 根1.6 10-19C整 数 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 。10-31pemm 1 836 原 子原 子 原 子 1.判 一 判 :(1)通 过 玻 璃 管 壁 上 的 荧 光 能 证 明 阴 极 射 线 的 存 在 。 ( )(2)电 子 的 质 量 远 小 于 氢 离 子 的 质 量 。 ( )(3)电 荷 是 不 连 续 的 。 ( )(4)原 子 是 最 小 的 粒 子 ,是 不 可 分 的 。 ( ) 提 示 :(1) 。 玻 璃 管 壁 上 发 出 的 荧 光 证 明 了 射 线 的 存 在 ,又 只能 从 阴 极 发 出 ,所 以 叫 阴 极 射 线 。(2) 。 氢 离 子 的 质 量 是 电 子 质 量 的 1 800多 倍 。(3) 。 密 立 根 的 “ 油 滴 实 验 ” 证 明 了 任 何 带 电 体 的 电 荷 只 能是 e的 整 数 倍 ,故 电 荷 是 量 子 化 的 、 不 连 续 的 。(4) 。 电 子 的 发 现 证 明 原 子 不 是 最 小 的 粒 子 ,是 可 分 的 。 2.想 一 想 :(1)气 体 放 电 管 中 的 气 体 为 什 么 会 导 电 ?提 示 :气 体 分 子 内 部 有 电 荷 ,正 电 荷 和 负 电 荷 的 数 量 相 等 ,对 外呈 电 中 性 ,当 分 子 处 于 电 场 中 时 ,正 电 荷 和 负 电 荷 受 电 场 力 的 方向 相 反 ,电 场 很 强 时 正 、 负 电 荷 被 “ 撕 ” 开 ,于 是 出 现 了 等 量 的正 、 负 电 荷 ,在 电 场 力 作 用 下 做 定 向 运 动 ,气 体 就 导 电 了 。 (2)只 有 磁 场 时 ,电 子 在 磁 场 中 的 运 动 轨 迹 是 什 么 形 状 ?提 示 :只 有 磁 场 时 ,电 子 垂 直 磁 场 运 动 ,其 运 动 轨 迹 是 圆 弧 。 主 题 一 阴 极 射 线 管 与 阴 极 射 线 【 问 题 探 究 】1.如 图 是 阴 极 射 线 管 的 构 造 图 ,你 能 说 出 各 部 分 的 名 称 吗 ?提 示 :K是 金 属 板 制 成 的 阴 极 ;A是 金 属 环 制 成 的 阳 极 ;它 们 分 别连 接 在 感 应 圈 的 负 极 和 正 极 上 。 管 中 十 字 状 物 体 是 一 个 金 属 片 。 2.阳 极 为 什 么 制 成 环 状 或 网 状 ?提 示 :阳 极 制 成 环 状 或 网 状 ,既 能 在 它 和 阴 极 之 间 产 生 电 场 ,从阴 极 金 属 中 拉 出 电 子 ,又 能 使 电 子 被 加 速 。3.装 置 中 产 生 的 射 线 为 什 么 称 为 阴 极 射 线 ?提 示 :在 两 极 间 加 有 高 压 时 ,阴 极 会 发 出 一 种 射 线 ,故 称 为 阴 极射 线 。 4.阴 极 射 线 的 特 点 是 什 么 ?提 示 :阴 极 射 线 能 够 使 荧 光 物 质 发 光 。5.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 :(1)认 为 是 电 磁 辐 射 ,类 似 X射线 ;(2)是 带 电 粒 子 。 【 探 究 总 结 】 阴 极 射 线 的 产 生 机 理阴 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 。方 法 有 加 热 、 用 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 。 【 即 时 训 练 】1.(多 选 )关 于 阴 极 射 线 的 性 质 ,下 列 判 断 正 确 的 是 ( )A.阴 极 射 线 带 负 电B.阴 极 射 线 带 正 电C.阴 极 射 线 的 比 荷 比 氢 离 子 比 荷 大D.阴 极 射 线 的 比 荷 比 氢 离 子 比 荷 小 【 解 题 探 究 】 (1)阴 极 射 线 的 本 质 是 电 子 流 ,电 子 带 _。(2)电 子 电 荷 量 与 氢 离 子 电 荷 量 相 同 ,但 电 子 的 质 量 _氢 离子 的 质 量 (选 填 “ 大 于 ” “ 小 于 ” 或 “ 等 于 ” )。 负 电小 于 【 解 析 】 选 A、 C。 通 过 对 阴 极 射 线 在 电 场 、 磁 场 中 的 偏 转 的 研究 ,发 现 阴 极 射 线 带 负 电 ,而 且 阴 极 射 线 的 比 荷 比 氢 离 子 的 比 荷大 得 多 ,故 A、 C正 确 。 2.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 片 ,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 ,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 ,B错 误 ,D正 确 ;阴极 射 线 可 以 穿 透 薄 铝 片 ,可 能 是 电 磁 波 ,也 可 能 是 更 小 的 粒 子 ,C错 误 。 主 题 二 电 子 的 发 现 【 问 题 探 究 】1.用 什 么 方 法 判 断 阴 极 射 线 是 带 电 微 粒 还 是 电 磁 波 ?提 示 :若 阴 极 射 线 是 带 电 微 粒 ,则 加 上 合 适 的 电 场 或 磁 场 后 会 发生 偏 转 ;若 阴 极 射 线 是 电 磁 波 ,则 在 任 何 情 况 下 加 上 电 场 或 磁 场都 不 会 发 生 偏 转 。 2.如 何 判 断 阴 极 射 线 的 带 电 性 质 ?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 。 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 :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 。 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 。 电 子 带 负电 ,而 原 子 是 电 中 性 的 ,说 明 原 子 是 可 再 分 的 。 【 即 时 训 练 】1.如 图 为 示 波 管 中 电 子 枪 的 原 理 示 意 图 。示 波 管 内 被 抽 成 真 空 ,A为 发 射 热 电 子 的 阴极 ,K为 接 在 高 电 势 点 的 加 速 阳 极 ,A、 K间电 压 为 U。 电 子 离 开 阴 极 时 的 速 度 可 以 忽略 ,电 子 经 加 速 后 从 K的 小 孔 中 射 出 时 的 速 度 大 小 为 v。 下 面 的说 法 中 正 确 的 是 ( ) A.如 果 A、 K间 距 离 减 半 而 电 压 仍 为 U不 变 ,则 电 子 离 开 K时 的 速度 变 为 2vB.如 果 A、 K间 距 离 减 半 而 电 压 仍 为 U不 变 ,则 电 子 离 开 K时 的 速度 变 为C.如 果 A、 K间 距 离 保 持 不 变 而 电 压 减 半 ,则 电 子 离 开 K时 的 速 度变 为D.如 果 A、 K间 距 离 保 持 不 变 而 电 压 减 半 ,则 电 子 离 开 K时 的 速 度变 为 vv2v222 【 解 析 】 选 D。 由 qU= mv2得 v= ,由 公 式 可 知 ,电 子 经 加 速电 场 加 速 后 的 速 度 与 加 速 电 极 之 间 的 距 离 无 关 ,对 于 确 定 的 加速 粒 子 电 子 ,其 速 度 只 与 电 压 有 关 ,由 此 不 难 判 定 D正 确 。12 2qUm 2.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 探 究 】 (1)如 何 确 定 阴 极 射 线 的 电 性 ?提 示 :根 据 电 场 的 方 向 和 阴 极 射 线 偏 转 的 方 向 可 确 定 其 电 性 。(2)如 何 确 定 磁 场 的 方 向 ?提 示 :根 据 电 场 力 和 阴 极 射 线 的 运 动 方 向 及 洛 伦 兹 力 的 方 向 ,由 左 手 定 则 确 定 磁 场 的 方 向 。(3)阴 极 射 线 在 磁 场 中 做 _,_提 供 向 心力 。 匀 速 圆 周 运 动 洛 伦 兹 力 【 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=r sin ,如 图 所 示 。解 得 答 案 :见 解 析2mvr 2q Esinm B L 。
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