《高中物理 18.1电子的发现（精讲优练课型）课件 新人教版选修3-5.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 18.1电子的发现（精讲优练课型）课件 新人教版选修3-5.ppt（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十八章原子结构1电子的发现一、阴极射一、阴极射线1.1.实验装置装置: :如如图所示真空玻璃管中所示真空玻璃管中K K是金属板制成的是金属板制成的_,A_,A是金是金属属环制成的制成的_;_;把它把它们分分别连在感在感应圈的圈的负极和正极上。极和正极上。阴极阴极阳极阳极2.2.实验现象象: :玻璃壁上出玻璃壁上出现淡淡的淡淡的_及管中物体在玻璃壁上的影。及管中物体在玻璃壁上的影。3.3.阴极射阴极射线: :荧光是由于玻璃受到光是由于玻璃受到_发出的某种射出的某种射线的撞的撞击而引而引起的起的, ,这种射种射线被命名被命名为_。荧光光阴极阴极阴极射阴极射线【判一判】【判一判】(1)(1)玻璃壁
2、上出玻璃壁上出现的淡淡的淡淡荧光就是阴极射光就是阴极射线。( () )(2)(2)玻璃壁上出玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射的影是玻璃受到阴极射线的撞的撞击而而产生的。生的。( () )(3)(3)阴极射阴极射线在真空中沿直在真空中沿直线传播。播。( () )提示提示: :(1)(1)。荧光是由于玻璃受到阴极射线的撞击而引起的。荧光是由于玻璃受到阴极射线的撞击而引起的, ,不是阴不是阴极射线。极射线。(2)(2)。玻璃壁上出现的影是玻璃没有受到阴极射线的撞击。玻璃壁上出现的影是玻璃没有受到阴极射线的撞击, ,没能产生没能产生荧光造成的。荧光造成的。(3)(3)。管中十字状物体挡住了射线。管中十
3、字状物体挡住了射线, ,说明阴极射线在真空中沿直线传说明阴极射线在真空中沿直线传播。播。二、二、电子的子的发现1.1.汤姆姆孙的探究的探究: :(1)(1)让阴极射阴极射线分分别通通过电场和磁和磁场, ,根据根据_情况情况, ,证明它是明它是_(A.(A.带正正电B.B.带负电) )的粒子流并求出了它的比荷。的粒子流并求出了它的比荷。(2)(2)换用用_的阴极做的阴极做实验, ,所得所得_的数的数值都相同。都相同。证明明这种种粒子是构成各种物粒子是构成各种物质的共有成分。的共有成分。偏偏转B B不同材料不同材料比荷比荷(3)(3)进一步研究新一步研究新现象象, ,不不论是由于正离子的是由于正离
4、子的轰击, ,紫外光的照射紫外光的照射, ,金属受金属受热还是放射性物是放射性物质的自的自发辐射射, ,都能都能发射同射同样的的_电子。由此可子。由此可见, ,电子是原子的子是原子的_,_,是比原子更是比原子更_的物的物质单元。元。带电粒子粒子组成部分成部分基本基本2.2.密立根密立根“油滴油滴实验”:”:(1)(1)精确精确测定定_。(2)(2)电荷是荷是_的。的。电子子电荷荷量子化量子化3.3.电子的有关常量子的有关常量: :负电1.602101.60210-19-19C C氢离离子子9.1109.110-31-31kgkg【判一判】【判一判】(1)(1)英国物理学家英国物理学家汤姆姆孙认
5、为阴极射阴极射线是一种是一种电磁磁辐射。射。( () )(2)(2)组成阴极射成阴极射线的粒子是的粒子是电子。子。( () )(3)(3)电子是原子的子是原子的组成部分成部分, ,电子子电荷量可以取任意数荷量可以取任意数值。( () )提示提示: :(1)(1)。英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种带电粒子流。英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种带电粒子流。(2)(2)。组成阴极射线的粒子被称为电子。组成阴极射线的粒子被称为电子。(3)(3)。电子电荷量是量子化的。电子电荷量是量子化的, ,只能是只能是e e的整数倍。的整数倍。一、一、对阴极射阴极射线的的认识思考探究思考探究: :如如图所示所
6、示为发现阴极射阴极射线的的实验装置。装置。(1)(1)阴极射阴极射线是从哪个地方是从哪个地方发出的出的, ,感感应圈的作用是什么圈的作用是什么? ?(2)(2)管中十字状金属片的作用是什么管中十字状金属片的作用是什么? ?提示提示: :(1)(1)阴极射线是从阴极阴极射线是从阴极K K发出的发出的, ,感应圈的作用是利用万伏的高压感应圈的作用是利用万伏的高压, ,对阴极射线进行加速。对阴极射线进行加速。(2)(2)管中十字状金属片的作用是挡住阴极射线管中十字状金属片的作用是挡住阴极射线, ,从而形成十字形的影从而形成十字形的影, ,首先说明荧光是由于阴极射线撞击玻璃而形成首先说明荧光是由于阴极
7、射线撞击玻璃而形成, ,其次说明阴极射线沿其次说明阴极射线沿直线运动。直线运动。【归纳总结】1.1.现象象: :真空玻璃管两极加上高真空玻璃管两极加上高电压, ,玻璃管壁上玻璃管壁上发出出荧光及管中物体光及管中物体在玻璃壁上的影。在玻璃壁上的影。2.2.命名命名: :德国物理学家戈德斯坦将阴极德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射出的射线命名命名为阴极射阴极射线。3.3.猜想猜想: :(1)(1)阴极射阴极射线是一种是一种电磁磁辐射。射。(2)(2)阴极射阴极射线是是带电微粒。微粒。4.4.验证: :英国物理学家英国物理学家汤姆姆孙让阴极射阴极射线在在电场和磁和磁场中偏中偏转, ,发现阴阴极射极射
8、线带负电并并测出了粒子的比荷出了粒子的比荷发现电子。子。5.5.实验: :密立根通密立根通过“油滴油滴实验”精确精确测定了定了电子的子的电荷量和荷量和电子的子的质量。量。【典例示范】【典例示范】( (多多选) )如如图所示所示, ,一只阴极射一只阴极射线管管, ,左左侧不断有不断有电子射出子射出, ,若在管的正下方放一通若在管的正下方放一通电直直导线ABAB时, ,发现射射线径迹向下偏径迹向下偏转, ,则( () )A.A.导线中的中的电流由流由A A流向流向B BB.B.导线中的中的电流由流由B B流向流向A AC.C.若要使若要使电子束的径迹往上偏子束的径迹往上偏转, ,可以通可以通过改改
9、变ABAB中的中的电流方向来流方向来实现D.D.电子束的径迹与子束的径迹与ABAB中的中的电流方向无关流方向无关【解【解题探究】探究】(1)(1)射射线的的轨迹向下偏迹向下偏说明了什么明了什么? ?提示提示: :粒子受到了磁场对它向下的作用力。粒子受到了磁场对它向下的作用力。(2)(2)如何确定射如何确定射线所在所在处磁磁场的方向的方向? ?提示提示: :应根据左手定则判断。应根据左手定则判断。【正确解答】【正确解答】选选B B、C C。阴极射线是高速电子流。阴极射线是高速电子流, ,由左手定则判断可知由左手定则判断可知, ,磁场垂直纸面向里磁场垂直纸面向里, ,由安培定则可知由安培定则可知,
10、 ,导线导线ABAB中的电流由中的电流由B B流向流向A,A,且改且改变变ABAB中的电流方向时可以使电子束的轨迹往上偏。故选项中的电流方向时可以使电子束的轨迹往上偏。故选项B B、C C正确。正确。【过关关训练】1.(1.(多多选) )关于阴极射关于阴极射线, ,下列下列说法正确的是法正确的是( () )A.A.阴极射阴极射线就是稀薄气体就是稀薄气体导电的的辉光放光放电现象象B.B.阴极射阴极射线是在真空管内由阴极是在真空管内由阴极发出的出的电子流子流C.C.阴极射阴极射线是是组成物体的原子成物体的原子D.D.阴极射阴极射线沿直沿直线传播播, ,但可被但可被电场和磁和磁场偏偏转【解析】【解析
11、】选选B B、D D。阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流。阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流, ,选项选项B B正确正确,A,A错误错误; ;电子是原子的组成部分电子是原子的组成部分, ,选项选项C C错误错误; ;阴极射线是带电粒子阴极射线是带电粒子, ,可被电场和磁场偏转可被电场和磁场偏转, ,选项选项D D正确。正确。2.2.发射阴极射射阴极射线的真空玻璃管中高的真空玻璃管中高电压的作用是的作用是( () )A.A.使玻璃壁使玻璃壁产生生压电效效应从而从而产生生辉光光B.B.使管内使管内产生阴极射生阴极射线C.C.使管内障碍物的使管内障碍物的电势升高升高D.D.使使电子加速子加速
12、【解析】【解析】选选D D。在阴极射线管中。在阴极射线管中, ,炽热的阴极发射电子流炽热的阴极发射电子流, ,再通过高电再通过高电压的加速而获得能量压的加速而获得能量, ,与玻璃壁碰撞而产生辉光与玻璃壁碰撞而产生辉光, ,故选项故选项A A、B B、C C错误错误, ,选项选项D D正确。正确。【补偿训练】1.(1.(多多选) )下列下列说法正确的是法正确的是( () )A.A.阴极射阴极射线带负电B.B.阴极射阴极射线带正正电C.C.汤姆姆孙通通过阴极射阴极射线在在电场和磁和磁场中的运中的运动得出了阴极射得出了阴极射线是是带负电的粒子的的粒子的结论, ,并求出了阴极射并求出了阴极射线的比荷的
13、比荷D.D.汤姆姆孙通通过对光光电效效应的研究的研究, ,发现了了电子子【解析】【解析】选选A A、C C。阴极射线是高速飞行的电子流。阴极射线是高速飞行的电子流, ,电子带负电电子带负电,A,A正确正确,B,B错误。汤姆孙研究阴极射线发现了电子错误。汤姆孙研究阴极射线发现了电子, ,并求出了比荷并求出了比荷,C,C正确正确,D,D错错误。误。2.(20152.(2015宁波高二宁波高二检测) )下面下面对阴极射阴极射线的的认识正确的是正确的是( () )A.A.阴极射阴极射线是由阴极是由阴极发出的粒子撞出的粒子撞击玻璃管壁上的玻璃管壁上的荧光而光而产生的生的B.B.只要阴阳两极只要阴阳两极间
14、加有加有电压, ,就会有阴极射就会有阴极射线产生生C.C.阴极射阴极射线可以穿透薄可以穿透薄铝片片, ,这说明它是明它是电磁波磁波D.D.阴阳两极阴阳两极间加有高加有高压时, ,电场很很强强, ,阴极中的阴极中的电子受到很子受到很强强的的库仑力力作用而脱离阴极作用而脱离阴极【解析】【解析】选选D D。阴极射线是由阴极直接发出的。阴极射线是由阴极直接发出的,A,A错误错误; ;只有当两极间加只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时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作用而脱离阴极成为阴极射线,B,B错误错误,D
15、,D正确正确; ;阴极射线可以穿透薄铝阴极射线可以穿透薄铝片片, ,可能是电磁波可能是电磁波, ,也可能是更小的粒子也可能是更小的粒子,C,C错误。错误。【误区警示】区警示】应用复合用复合场求求带电粒子偏粒子偏转时的两个的两个误区区(1)(1)误认为带电粒子在两个粒子在两个场中的偏中的偏转规律相同。律相同。带电粒子在粒子在电场中是按照中是按照类平抛的平抛的规律偏律偏转, ,带电粒子在磁粒子在磁场中是按中是按照照圆周运周运动的的规律偏律偏转。(2)(2)误认为带电粒子在复合粒子在复合场中做直中做直线运运动时, ,只要只要电场和磁和磁场垂直即垂直即可。可。带电粒子在复合粒子在复合场中做直中做直线运
16、运动时, ,电场和磁和磁场不不仅要垂直要垂直, ,而且垂直而且垂直关系是固定的关系是固定的, ,还要大小关系成定要大小关系成定值。二、二、电子比荷的子比荷的测定方法定方法思考探究思考探究: :如如图所示所示为汤姆姆孙的气体放的气体放电管。管。(1)(1)在金属板在金属板D D1 1、D D2 2之之间加上如加上如图所示的所示的电场时, ,发现阴极射阴极射线向下偏向下偏转, ,说明它明它带什么性什么性质的的电荷荷? ?(2)(2)在金属板在金属板D D1 1、D D2 2之之间单独加哪个方向的磁独加哪个方向的磁场, ,可以可以让阴极射阴极射线向上向上偏偏转? ?提示提示: :(1)(1)阴极射线
17、向下偏转阴极射线向下偏转, ,与电场线方向相反与电场线方向相反, ,说明阴极射线带负电。说明阴极射线带负电。(2)(2)由左手定则可得由左手定则可得, ,在金属板在金属板D D1 1、D D2 2之间单独加垂直纸面向外的磁场之间单独加垂直纸面向外的磁场, ,可以让阴极射线向上偏转。可以让阴极射线向上偏转。【归纳总结】1.1.让带电粒子通粒子通过相互垂直的相互垂直的电场和磁和磁场( (如如图),),让其做匀速直其做匀速直线运运动, ,根据二力平衡根据二力平衡, ,即即F F洛洛=F=F电(Bqv=qE),(Bqv=qE),得到粒子的运得到粒子的运动速度速度v= v= 2.2.撤去撤去电场( (如
18、如图),),保留磁保留磁场, ,让粒子粒子单纯地在磁地在磁场中运中运动, ,由洛由洛伦兹力提供向心力力提供向心力, ,即即Bqv= Bqv= 根据根据轨迹偏迹偏转情况情况, ,由几何知由几何知识求出其求出其半径半径r r。3.3.由以上两式确定粒子的比荷表达式由以上两式确定粒子的比荷表达式: :【典例示范】【典例示范】带电粒子的比荷粒子的比荷 是一个重要的物理量。某中学物理是一个重要的物理量。某中学物理兴趣小趣小组设计了一个了一个实验, ,探究探究电场和磁和磁场对电子运子运动轨迹的影响迹的影响, ,以求以求得得电子的比荷子的比荷, ,实验装置如装置如图所示。其中两正所示。其中两正对极板极板M
19、M1 1、M M2 2之之间的距离的距离为d,d,极板极板长度度为L L。他他们的主要的主要实验步步骤如下如下: :A.A.首先在两极板首先在两极板M M1 1、M M2 2之之间不加任何不加任何电场、磁、磁场, ,开启阴极射开启阴极射线管管电源源, ,发射的射的电子束从两极板中央通子束从两极板中央通过, ,在在荧光屏的正中心光屏的正中心处观察到一个亮察到一个亮点点; ;B.B.在在M M1 1、M M2 2两极板两极板间加合适的加合适的电场: :加极性如加极性如图所示的所示的电压, ,并逐步并逐步调节增大增大, ,使使荧光屏上的亮点逐光屏上的亮点逐渐向向荧光屏下方偏移光屏下方偏移, ,直到直
20、到荧光屏上恰好光屏上恰好看不看不见亮点亮点为止止, ,记下此下此时外加外加电压为U U。请问本步本步骤的目的是什么的目的是什么? ?C.C.保持步保持步骤B B中的中的电压U U不不变, ,对M M1 1、M M2 2区域加一个大小、方向合适的磁区域加一个大小、方向合适的磁场B,B,使使荧光屏正中心光屏正中心处重重现亮点。亮点。试问外加磁外加磁场的方向如何的方向如何? ?【解【解题探究】探究】(1)(1)当两板当两板间加上合适的加上合适的电场时, ,恰好看不恰好看不见亮点亮点, ,则电子在子在电场中的中的竖直位移直位移为多少多少? ?提示提示: :电子在电场中的竖直位移为电子在电场中的竖直位移
21、为 。(2)(2)试分析使分析使荧光屏的正中心光屏的正中心处重重现亮点亮点时磁磁场方向的判断方法及方向的判断方法及满足的关系式。足的关系式。提示提示: :磁场方向的判断方法磁场方向的判断方法: :用左手定则判断。用左手定则判断。满足的关系式满足的关系式:qE=qvB:qE=qvB。【正确解答】【正确解答】步骤步骤B B中电子在中电子在M M1 1、M M2 2两极板间做类平抛运动两极板间做类平抛运动, ,当增大当增大两极板间电压时两极板间电压时, ,电子在两极板间的偏转位移增大。电子在两极板间的偏转位移增大。当在荧光屏上看不到亮点时当在荧光屏上看不到亮点时, ,电子刚好打在下极板电子刚好打在下
22、极板M M2 2靠近荧光屏端靠近荧光屏端的边缘的边缘, ,则则 由此可以看出这一步的目的是使粒子在电场中的偏转位移成为已知量由此可以看出这一步的目的是使粒子在电场中的偏转位移成为已知量, ,就可以表示出比荷。就可以表示出比荷。步骤步骤C C加上磁场后电子不偏转加上磁场后电子不偏转, ,电场力等于洛伦兹力电场力等于洛伦兹力, ,且洛伦兹力方向且洛伦兹力方向向上向上, ,由左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外。由左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外。答案答案: :见正确解答见正确解答【过关关训练】如如图所示所示, ,电子以初速度子以初速度v v0 0从从O O点点进入入长为l、板、板间距离距离为d d
23、、电势差差为U U的平行板的平行板电容器中容器中, ,出出电场时打在屏上打在屏上P P点点, ,经测量量OPOP距离距离为Y Y0 0, ,求求电子的比荷。子的比荷。【解析】【解析】由于电子在电场中做类平抛运动由于电子在电场中做类平抛运动, ,沿电场线方向做初速度为沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动零的匀加速直线运动, ,满足满足答案答案: :【补偿训练】1.1.汤姆姆孙在在测定阴极射定阴极射线比荷比荷时采用的方法是利用采用的方法是利用电场、磁、磁场偏偏转法法, ,即即测出阴极射出阴极射线在匀在匀强强电场或匀或匀强强磁磁场中穿中穿过一定距离一定距离时的偏的偏角。角。设竖直向下的匀直向下的
24、匀强强电场的的电场强强度度为E,E,阴极射阴极射线垂直垂直电场射入射入, ,穿穿过水平距离水平距离L后的运后的运动偏角偏角为(较小小,tan)(,tan)(如如图甲甲););以以磁感磁感应强强度度为B B的匀的匀强强磁磁场代替代替电场, ,测出出经过一段弧一段弧长L L的运的运动偏偏角角为( (如如图乙乙) )。已知阴极射。已知阴极射线入射的初速度相同入射的初速度相同, ,试以以E E、B B、L L、表示阴极射表示阴极射线粒子的比荷粒子的比荷 的关系式。的关系式。( (重力不重力不计) )【解析】【解析】电子在电场中偏转做类平抛运动电子在电场中偏转做类平抛运动, ,设电子入射的初速度设电子入
25、射的初速度为为v v0 0, ,则有则有L=vL=v0 0t t v vy y=at=at a=a= tan=tan= 所以所以tan=tan= 由于由于tantan 所以所以= 电子在磁场中偏转电子在磁场中偏转, ,设电子在磁场中做匀速圆周运动的半径为设电子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,qvR,qv0 0B= B= L=RL=R 联立消去联立消去v v0 0整理得整理得答案答案: : 2.2.在研究性学在研究性学习中中, ,某同学某同学设计了一个了一个测定定带电粒子比荷的粒子比荷的实验, ,其其实验装置如装置如图所示。所示。abcdabcd是个是个长方形盒子方形盒子, ,在在adad边和
26、和cdcd边上各开有小孔上各开有小孔f f和和e,ee,e是是cdcd边上的中点上的中点, ,荧光屏光屏M M贴着着cdcd放置放置, ,能能显示从示从e e孔射出的粒孔射出的粒子落点位置。盒子内有一方向垂直于子落点位置。盒子内有一方向垂直于abcdabcd平面的匀平面的匀强强磁磁场, ,磁感磁感应强强度大小度大小为B B。粒子源不断地。粒子源不断地发射相同的射相同的带电粒子粒子, ,粒子的初速度可以忽粒子的初速度可以忽略。粒子略。粒子经过电压为U U的的电场加速后加速后, ,从从f f孔垂直于孔垂直于adad边射入盒内。粒射入盒内。粒子子经磁磁场偏偏转后恰好从后恰好从e e孔射出。若已知孔射
27、出。若已知 =L, =L,不不计粒子的重力粒子的重力和粒子之和粒子之间的相互作用。的相互作用。请你根据上述条件求出你根据上述条件求出带电粒子的比荷粒子的比荷 。【解析】【解析】带电粒子进入电场带电粒子进入电场, ,经电场加速。根据动能经电场加速。根据动能定理得定理得qU= mvqU= mv2 2, ,得得v= v= 粒子进入磁场后做匀粒子进入磁场后做匀速圆周运动速圆周运动, ,轨迹如图所示。设圆周半径为轨迹如图所示。设圆周半径为R,R,在三在三角形角形OdeOde中中, ,有有(L-R)(L-R)2 2+( )+( )2 2=R=R2 2, ,整理得整理得:R= L,:R= L,洛洛伦兹力充当
28、向心力伦兹力充当向心力:qvB= ,:qvB= ,联立上述方程联立上述方程, ,解得解得答案答案: :【规律方法】律方法】运用运用电磁磁场测定定电子比荷的解子比荷的解题技巧技巧(1)(1)当当电子在复合子在复合场中做匀速直中做匀速直线运运动时,qE=qvB,qE=qvB,可以可以测出出电子速度子速度大小。大小。(2)(2)当当电子在磁子在磁场中偏中偏转时,qvB= ,qvB= 测出出圆周运周运动半径半径, ,即可确定比即可确定比荷。荷。(3)(3)当当电子在匀子在匀强强电场中偏中偏转时,y= ,y= 测出出电场中的偏中的偏转量量也可以确定比荷。也可以确定比荷。【拓展例【拓展例题】考考查内容内容: :阴极射阴极射线管管问题研究研究【典例示范】【典例示范】阴极射阴极射线是从阴极射是从阴极射线管的阴极管的阴极发出的粒子流出的粒子流, ,这些粒些粒子是子是。若要使粒子到达阳极。若要使粒子到达阳极时速度速度为7.5107.5107 7m/s,m/s,则加在加在阴极射阴极射线管两个管两个电极之极之间的的电压U=U=V V。 【正确解答】【正确解答】电子由阴极到阳极电子由阴极到阳极, ,由动能定理得由动能定理得eU= mveU= mv2 2, ,解得解得答案答案: :电子电子1.6101.6104 4
