高二物理2.1 电子的发现与汤姆孙模型 （鲁科版选修3-5）

欢迎进入物理课堂 第1节电子的发现与汤姆孙模型 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 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 一 物质结构的早期探究 古人对物质的认识 原子 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 1 汤姆孙的探究方法 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 二 电子的发现 电子的发现过程 玻意耳 道尔顿 阿伏伽德罗 偏转 带负电 换用不同材料的阴极和不同的 所得粒子的 相同 2 结论 阴极射线是 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 比最轻的氢原子的质量还要小的多 汤姆孙将这种带电粒子称为 3 意义电子的发现说明了电子是原子的组成部分 大大激发了人们研究原子内部结构的热情 拉开了人们研究原子结构的序幕 气体 比荷值 电子流 电子 对阴极射线的研究 引发了19世纪末物理学的三大发现 1 1895年 发现了X射线 2 1896年 发现了放射性 3 1897年 发现了电子 原子 充斥着整个原子 很小很轻的电子镶嵌在球体的某些 置 正像葡萄干嵌在面包中那样 19世纪末物理学的三大发现 三 汤姆孙的原子模型 伦琴 贝克勒耳 汤姆孙 带正电的部分 固定位置 一 对阴极射线的理解 阴极射线实际上就是电子束 辉光现象产生的条件是 气体稀薄 阴极射线的来源 若真空度高 阴极射线的粒子主要来自阴极 若真空度不高 粒子可能来自管中气体 阴极射线不是X射线 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 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 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 速度方向始终与洛伦兹力方向垂直 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 二 带电粒子比荷的测定方法 图2 1 3 图2 1 4 如图2 1 5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 典例1 阴极射线的性质及特点 图2 1 5 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点拨首先由AB中的电流方向判断出射线所在处的磁场方向 再由粒子的偏转方向确定洛伦兹力的方向 最后由左手定则确定出粒子的性质 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 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 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 变式1 典例2 测量带电粒子的比荷 图2 1 6 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 6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 答案见解析 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 如图2 1 7所示 让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场 选择合适的磁感应强度B和两极之间的电压U 带电粒子将不发生偏转 然后撤去电场 粒子将做匀速圆周运动 并垂直打到极板上 两极板之间的距离为d 求阴极射线中带电粒子的比荷 变式2 图2 1 7 阴极射线从阴极射线管中的阴极发出 在其间的高电压下加速飞向阳极 如图2 1 8所示 若要使射线向上偏转 所加磁场的方向应为 阴极射线的性质及特点 1 图2 1 8 A 平行于纸面向左B 平行于纸面向上C 垂直于纸面向外D 垂直于纸面向里 解析由于阴极射线的本质是电子流 阴极射线方向向右 说明电子的运动方向向右 相当于存在向左的电流 利用左手定则 使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上 由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外 故C正确 答案C 在研究性学习中 某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验 其实验装置如图2 1 9所示 abcd是个长方形盒子 在ad边和cd边上各开有小孔f和e e是cd边上的中点 荧光屏M贴着cd放置 能显示从e孔射出的粒子落点 测量带电粒子的比荷 图2 1 9 2 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全