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1、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
2、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,1.610-19C,整数,4.电子质量:电子质量的数量
3、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。,10-31,1 836,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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、 【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
9、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
10、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2v B.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
11、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 v,【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。,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,
12、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=rsin,如图所示。 解得 答案:见解析,
