高中物理 第十八章 原子结构 1 电子的发现课件2 新人教版选修35.ppt

原子结构 第十八章 1 电子的发现 自学线索 学基础导学 1 演示实验 如图所示 真空玻璃管中k是金属板制成的 接感应线圈的 a是金属环制成的 接感应线圈的 接通电源后 线圈会产生 的高电压加在两个电极间 可观察管端玻璃壁上亮度变化 一 阴极射线 阴极 负极 阳极 正极 近万伏 2 实验现象 德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到玻璃壁上 及管中物体在玻璃壁上的 3 阴极射线 荧光是由于玻璃受到 发出的某种射线的撞击而引起的 这种射线被命名为 4 阴极射线的特点阴极射线能够使荧光物质 淡淡的荧光 影 阴极 阴极射线 发光 1 汤姆孙的探究方法 1 让阴极射线分别通过电场和磁场 根据偏转现象 证明它是 的粒子流并求出了其比荷 2 换用不同的阴极做实验 所得 的数值都相同 是氢离子比荷的近 倍 证明这种粒子是构成各种物质的共同成分 二 电子的发现 带负电 比荷 两千 2 结论 提示 将阴极射线放入电场或磁场中 若粒子带电 将会受到电场力或洛伦兹力作用 其运动轨迹会发生偏转 因此 让阴极射线垂直射入电场或磁场 根据其轨迹就可判断出粒子的带电性质 讲要点例析 对阴极射线的认识 1 对阴极射线本质的认识 两种观点 1 电磁波说 代表人物 赫兹 他认为这种射线的本质是一种电磁辐射 2 粒子说 代表人物 汤姆孙 他认为这种射线的本质是一种带电粒子流 2 阴极射线带电性质的判断方法阴极射线的本质是电子流 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 其带电性质的判断方法如下 1 方法一 粒子在电场中运动如图所示 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 2 方法二 粒子在磁场中运动 如图所示 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 3 特点 碰到荧光物质能使其发光 4 主要应用 电子示波器中的示波管 电视显像管 电子显微镜等都是利用阴极射线在电磁场作用下偏转 聚焦以及能使被照射的某些物质 如硫化锌发荧光的性质工作的 高速的阴极射线打在某些金属靶极上能产生x射线 可用于研究物质的晶体结构 阴极射线还可直接用于切割 熔化 焊接等 如图所示 一只阴极射线管 左侧不断有电子射出 若在管的正下方放一通电直导线ab时 发现射线的轨迹往下偏 则 a 导线中的电流由a流向bb 导线中的电流由b流向ac 若要使电子束的轨迹往上偏 可以通过改变ab中的电流方向来实现d 电子束的轨迹与ab中的电流方向无关 解析 因为ab中通有电流 所以会在阴极射线管中产生磁场 电子受到洛伦兹力作用而发生偏转 由左手定则可知 阴极射线管中的磁场方向垂直于纸面向里 再根据安培定则可知 ab中的电流方向应是由b流向a 当ab中的电流方向变为由a向b 则ab上方的磁场方向变为垂直于纸面向外 电子所受洛伦兹力方向变为向上 电子束的轨迹会变为向上偏转 答案 bc 本题是运用左手定则和安培定则的综合性题目 在应用左手定则判断洛伦兹力时 一定要注意运动电荷的正负 1 1例1中若要通过施加匀强电场来实现射线往下偏 所加匀强电场的方向向哪 通过磁场或电场使射线偏转后 其电子的速度大小如何变化 解析 要使射线往下偏 所加匀强电场的方向应向上 通过磁场使射线偏转时 电子受到的洛伦兹力提供向心力 电子的速度大小不变 通过电场使射线偏转时 电场力对电子做正功 电子的速度增大 答案 见解析 带电粒子比荷的测定 1 电荷量的量子化 带电体所带电荷量具有量子化 即任何带电体所带电荷量只能是电子电荷量的整数倍 即q ne n为自然数 2 比荷 或电荷量 的测定根据电场 磁场对电子 带电粒子 的偏转测量比荷 或电荷量 分以下两步 在测阴极射线比荷的实验中 汤姆孙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 e平行板间 接着在荧光屏f中心出现荧光斑 若在d e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 e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 说明阴极射线的带电性 2 说明图中磁场沿什么方向 3 根据l e b和 求出阴极射线的比荷 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 即电场力的方向与电场方向相反 所以阴极射线带负电 2 根据题意知 在d e区加上磁场时 阴极射线受到的洛伦兹力应向下 由左手定则可判断 磁场方向垂直纸面向里 1 带电粒子在匀强电场中做类平抛运动 可利用运动的分解 运动公式 牛顿运动定律列出相应的关系 2 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 要注意通过画轨迹示意图确定圆心位置 利用几何知识求其半径 3 带电粒子通过互相垂直的匀强电磁场时 可使其做匀速直线运动 根据qe qvb可求其速度 解决此类问题 要在熟练掌握各部分知识的基础上灵活解答 2 1如图所示 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 思考与讨论 教材p47根据带电粒子在电 磁场中的运动规律 哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号 点拨 判断粒子所带电荷的正负 可以让粒子以一定的初速度垂直于电场线的方向进入一匀强电场 如果粒子沿着电场线的方向偏转 则粒子带正电 也可以让粒子以一定的速度垂直于磁感线的方向进入一匀强磁场 由左手定则也可以判断粒子的电性 点拨 1 当课本图18 1 2中金属板d1 d2之间未加电场时 射线不偏转 射在屏上p1点 按图示方向施加电场e之后 射线发生偏转并射到屏上p2点 由此推断 阴极射线带有什么性质的电荷 根据射线偏转方向和d1 d2电性知阴极射线带负电 2 为了抵消阴极射线的偏转 使它从p2点回到p1 需要在两块金属板之间的区域再施加一个大小合适 方向垂直于纸面的磁场 这个磁场b应该向纸外还是向纸内 写出此时每个阴极射线微粒 质量为m 速度为v 受到的洛伦兹力和库仑力 两个力之间应该有什么关系 思考与讨论 教材p50原子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的 点拨 原子中正负电荷的分布情况是由卢瑟福通过其做的 粒子散射实验确定下来的 卢瑟福所建立的原子的核式结构认为 在原子的中心有一个很小的核 叫原子核 原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里 带负电的电子在核外空间运动 练随堂演练 1 关于阴极射线的性质 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原子比荷大d 阴极射线的比荷比氢原子比荷小解析 通过让阴极射线在电场 磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电 而且比荷比氢原子的比荷大得多 故选项a c正确 答案 ac 2 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流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 3 气体在强电场作用下出现放电火花 这说明 a 气体分子受到电场的作用获得能量从而与其他分子碰撞产生火花b 电场自身形成电流产生火花c 电场使气体分子电离而导电使电能释放出来产生火花d 稀薄气体导电产生辉光放电现象是由于电子数目少的缘故解析 气体在强电场作用下发生电离而导致电能释放 故选项c正确 答案 c 4 发射阴极射线的阴极射线管中的高电压的作用是 a 使管内气体电离b 使管内产生阴极射线c 使管内障碍物的电势升高d 使电子加速解析 在阴极射线管中 阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射的电子流 通过高电压加速而获得能量 与玻璃碰撞而产生荧光 故选项d正确 答案 d 5 下列是某实验小组测得的一组电荷量 哪些是符合事实的 a 3 10 19cb 4 8 10 19cc 3 2 10 26cd 4 8 10 19c解析 电荷是量子化的 任何带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍 1 6 10 19c是目前为止自然界中最小的电荷量