原子结构第1节电子的发现课件-人教版高中物理选修3-5

第1节电子的发现1．英国物理学家汤姆孙发现了电子。2．组成阴极射线的粒子——电子。3．密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷量。4．密立根实验发现：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。一、阴极射线1．实验装置：如图所示真空玻璃管中K是金属板制成的，A是金属环制成的；把它们分别连在感应圈的负极和正极上。阴极阳极2．实验现象：玻璃壁上出现淡淡的及管中物体在玻璃壁上的影。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。荧光阴极阴极射线二、电子的发现1．汤姆孙的探究(1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据情况，证明它是(A.带正电B．带负电)的粒子流并求出了它的比荷。(2)换用的阴极做实验，所得的数值都相同。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。(3)进一步研究新现象，不论是由于正离子的轰击，紫外光的照射，金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的——电子。由此可见，电子是原子的，是比原子更的物质单元。偏转B不同材料比荷组成部分带电粒子基本2．密立根“油滴实验”(1)精确测定。(2)电荷是的。3．电子的有关常量电子电荷量子化1．自主思考——判一判(1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。()(2)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。()(3)阴极射线在真空中沿直线传播。()(4)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。()(5)组成阴极射线的粒子是电子。()(6)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。()××√×√×2．合作探究——议一议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。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，他认为这种射线是一种带电粒子流。2．阴极射线带电性质的判断方法(1)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变化和电场的情况确定带电的性质。(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。3．实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电。1．[多选]关于电子的下列说法中正确的是()A．发现电子是从研究阴极射线开始的B．任何原子中均有电子，它是原子的组成部分C．电子发现的意义是：使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构D．电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同解析：电子带负电，其所受的电场力方向与电场线方向相反。答案：ABC2．如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线(电子束)将()A．向纸内偏转B．向纸外偏转C．向下偏转D．向上偏转解析：由题目条件不难判断阴极射线管所在处磁场垂直纸面向外，电子从负极射出，由左手定则可判定阴极射线(电子束)向上偏转。故正确选项为D。答案：D3．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，如图所示，若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为()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，可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故C正确。答案：C电子比荷的测定方法1.让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场(如图甲)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)，得到粒子的运动速度v＝EB。甲2．撤去电场(如图乙)，保留磁场，让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝mv2r，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r。乙3．由以上两式确定粒子的比荷表达式：qm＝EB2r。[典例]带电粒子的比荷qm是一个重要的物理量。某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的比荷，实验装置如图所示。其中两正对极板M1、M2之间的距离为d，极板长度为L。他们的主要实验步骤如下：A．首先在两极板M1、M2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，在荧光屏的正中心处观察到一个亮点；B．在M1、M2两极板间加合适的电场：加极性如图所示的电压，并逐步调节增大，使荧光屏上的亮点逐渐向荧光屏下方偏移，直到荧光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？C．保持步骤B中的电压U不变，对M1、M2区域加一个大小、方向合适的磁场B，使荧光屏正中心处重现亮点。试问外加磁场的方向如何？[思路点拨](1)当电子在电场中的竖直偏转位移达到d2时，恰好在荧光屏上看不到亮点。(2)要使电子恰好打在荧光屏正中心处，所加的磁场必须满足使电子所受的电场力与其所受的洛伦兹力等大反向。(3)判断磁场的方向时要注意电子的电性。[解析]步骤B中电子在M1、M2两极板间做类平抛运动，当增大两极板间电压时，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，电子刚好打在下极板M2靠近荧光屏端的边缘，则d2＝Uq2dmLv2，qm＝d2v2UL2。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。步骤C加上磁场后电子不偏转，电场力等于洛伦兹力，且洛伦兹力方向向上，由左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外。[答案]见解析运用电磁场测定电子比荷的解题技巧(1)当电子在复合场中做匀速直线运动时，qE＝qvB，可以测出电子速度大小。(2)当电子在磁场中偏转时，qvB＝mv2r，测出圆周运动半径，即可确定比荷。(3)当电子在匀强电场中偏转时，y＝12at2＝qUL22mv02d，测出电场中的偏转量也可以确定比荷。1．[多选]如图所示，从正离子源发射的正离子经加速电压U加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，发现离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过电场，则应()A．增大电场强度E，减小磁感应强度BB．减小加速电压U，增大电场强度EC．适当地加大加速电压UD．适当地减小电场强度E解析：正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场的区域中，受到的电场力F＝qE，方向向上，受到的洛伦兹力f＝qvB，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，即qE＝qvB，则只有使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U或增大磁感应强度B，减小电场力的途径是减小场强E。选项C、D正确。答案：CD2．如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置。当极板P和P′间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O′点，O′点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与P′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到O点。已知极板水平方向长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2。(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小。(2)推导出电子比荷的表达式。解析：(1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有Bev＝Ee＝Ube，得v＝UBb即打到荧光屏O点的电子速度的大小为UBb。(2)由题意得d＝12·eUmb·L1v2＋eUmb·L1L2v2，代入v＝UBb，解得em＝2UdB2bL1L1＋2L2。答案：(1)UBb(2)em＝2UdB2bL1L1＋2L2