2019-2020学年高中物理 第18章 原子结构 1 电子的发现课件 新人教版选修3-5

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1电子的发现通过回答下面的问题复习上一章我们学习的知识:在一杯静置室内的开水中放入一支温度计,可以看到开水的温度是逐渐降低的.既然从微观的角度来看开水的能量是一份一份向外辐射的,为什么它的温度不是一段一段地降低呢?答案:开水向外辐射的每一份能量子能量很小(微观量),而水降低1℃释放的能量很大(宏观量),由于温度计的精度不够,所以观察到的温度计的温度是逐渐降低的.一、阴极射线1.气体导电特点:(1)通常状态下,气体是________的,在强电场条件下,气体能够被________而导电;(2)研究气体放电时一般都用____________,导电时可以看到________放电现象;(3)当气体压强很低时,从阳极射出的粒子打在玻璃上发出的荧光,实际上是________打在管壁上发光.【答案】(1)不导电电离(2)稀薄气体辉光(3)电子2.产生:在研究气体导电的玻璃管内有阴阳两极时,当两极间加一定电压时,阴极便发出一种射线,叫________.【答案】阴极射线3.特点:碰到荧光物质能使其________.【答案】发光二、电子的发现1.汤姆孙的探究方法(1)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.(2)换用不同材料的阴极和不同的________,所得粒子的________________相同.(3)粒子带负电荷,比荷是氢离子的近两千倍,说明阴极射线粒子质量远小于氢离子质量.(4)组成阴极射线的粒子称为________.【答案】(1)偏转带电(2)场比荷的数值(4)电子2.汤姆孙的进一步研究(1)汤姆孙研究的新现象:如____________,热离子发射效应和β射线等发现,不论____________,β射线,光电流还是热离子流,它们都含有____________.(2)结论: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,都能发射同样的带电粒子——电子.由此可见,电子是原子的组成部分,是比原子更________的物质单元.【答案】(1)光电效应阴极射线电子(2)基本3.电子的电荷及量子化(1)电子电荷:1910年由________通过著名的“油滴实验”得出,电子电荷的现代值为e=1.6021773349×10-19C,通常取________.(2)电荷量子化:任何带电体的电荷只能是________.(3)电子的质量:me=________________kg,质子质量与电子质量比为mpme=________.【答案】(1)密立根1.6×10-19C(2)e的整数倍(3)9.1093897×10-3118361.辉光放电(1)辉光放电现象是在置有板状电极的玻璃管内充入低压气体或蒸气,当两极间电压较高(约1000V)时,稀薄气体中的残余正离子在电场中加速,有足够的动能轰击阴极,产生二次电子,使气体导电,辉光放电的特征是电流强度较小(约几毫安),温度不高,故电管内有特殊的亮区和暗区,呈现瑰丽的发光现象.阴极射线产生与应用(2)辉光放电的应用:利用其发光(如霓虹灯,日光灯)以及正常辉光放电的稳压效应(如氖稳压管).2.荧光的产生:玻璃管内气体接近真空,辉光消失,却在阴极孔外玻璃板上观察到荧光,并且能使不透明物体产生阴影,产生这种现象的原因是阴极发出的某种射线撞击玻璃的结果,即阴极射线.3.阴极射线的应用:如示波器、电视显像管、电子显微镜、高速的阴极射线打在某些金属靶上能产生X射线,还能用于研究物质晶体结构,直接用于切割、熔化、焊接等.1.(2017温州月考)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【答案】C解析:阴极射线是电子流,电子带负电.故A、B、D错误,C正确.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,故研究电场力(或洛伦兹力)对电子运动的影响时,一般不计重力的影响.2.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.探究阴极射线的方法3.比荷的测定方法(1)让某一速率的电子垂直进入某一电场中,在荧光屏上亮点位置发生变化.(2)在电场区域加一与其垂直的大小合适的磁场,抵消阴极射线的偏转,由此可知Eq-qvB=0,则v=EB.(3)去掉电场,只保留磁场,磁场方向与射线运动方向垂直,阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧,根据磁场情况和轨迹偏转情况,由几何知识求出其半径r,则由qvB=mv2r得qm=vBr=EB2r.2.一种测定电子比荷的实验装置如图所示.真空玻璃管内,阴极K发出的电子经阳极A与阴极K之间的高电压加速后,形成一细束电子流,以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C、D间的区域.若两极板C、D间无电压,电子将打在荧光屏上的O点;若在两极板间施加电压U,则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点;若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场,则电子在荧光屏上产生的光点又回到O.已知极板的长度l=5.00cm,C、D间的距离d=1.50cm,极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L=12.50cm,U=200V,B=6.3×10-4T,P点到O点的距离y=3.0cm.试求电子的比荷.【答案】1.6125×1011C/kg【解析】因电子在正交的电场、磁场中不偏转且做匀速直线运动,所以有Bev=Ee=Ude,所以v=UBd.①电子在只有偏转电场时,出场偏转距离设为y1,则由几何关系知y1y=l2L,所以y1=yl2L,②而y1=12at2=Uel22mdv2③由①②③式得,电子的比荷em=UyB2dlL=200×3.0×10-26.3×10-42×1.50×10-2×5×10-2×12.5×10-2C/kg=1.6125×1011C/kg.所以电子的比荷为1.6125×1011C/kg.例1一束电子流在经U=5000V的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示.若两板间距d=1.0cm,板长l=5.0cm,那么,要使电子能从平板间飞出,两极板上最多能加多大电压?阴极射线在电场或磁场中偏转解析:在加速电压一定时,偏转电压U′越大,电子在极板间的偏距就越大.当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出时,此时的偏转电压即为题目要求的最大电压.对加速过程,由动能定理得eU=12mv20①进入偏转电场,电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动l=v0t②在垂直于板面方向上做匀加速直线运动,加速度为:a=Fm=eU′md③偏距y=12at2④能飞出的条件为yd2⑤解①~⑤式得U′2Ud2l2=2×5000×1.0×10-225.0×10-22V=4.0×102V即要使电子能飞出,所加电压最大为400V.答案:400V反思领悟:阴极射线在电场中或磁场中偏转实质是带电粒子在电磁场中的运动,解决这类题目关键还是需进行受力分析和运动情况分析,然后运用力学规律解决问题,另外,应注意电子一般不计重力.1.(2017连云港质检)如图是电子射线管示意图.接通电源后,电子射线由阴极沿x轴方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转,在下列措施中可采用的是()A.加一磁场,磁场方向沿z轴负方向B.加一磁场,磁场方向沿y轴正方向C.加一电场,电场方向沿z轴负方向D.加一电场,电场方向沿y轴正方向【答案】B解析:若加一沿z轴负方向的磁场,根据左手定则,洛伦兹力方向沿y轴负方向,亮线不偏转,不符合题意,故A错误.若加一沿y轴正方向的磁场,根据左手定则,洛伦兹力方向沿z轴负方向,亮线向下偏转,符合题意,故B正确.若加一沿z轴负方向的电场,电子带负电,电场力方向沿z轴正方向,亮线向上偏转,不符合题意,故C错误.若加一沿y轴正方向的电场,电子带负电,电场力方向沿y轴负方向,亮线不偏转,不符合题意,故D错误.例21897年,物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷,打破了原子是不可再分的最小单位的观点.因此,汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一.在实验中汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管,从电子枪C出来的电子经过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,电子将向上偏转;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,电子向下偏转,偏转角为θ,试解决下列问题.测量带电粒子的比荷(1)说明图中磁场沿什么方向.(2)根据L、E、B和θ,求出电子的比荷.解析:(1)磁场方向垂直纸面向里.(2)当电子在D、E间做匀速直线运动时有:eE=Bev.当电子在D、E间的磁场中偏转时有Bev=mv2r,同时又有L=r·sinθ,可得em=EsinθB2L.答案:(1)垂直纸面向里(2)EsinθB2L反思领悟:(1)比荷的测定问题只是带电粒子在磁场和电场中运动的一类典型例子,这种方法可以推广到带电粒子在复合场中运动,求其他相关的问题.(2)解决带电粒子在电磁场中运动的问题时要注意以下几点:①带电粒子的带电性质.②正确描绘运动轨迹.③能确定半径、圆心.④会利用几何知识把有关线段与半径联系起来.2.如图所示为测量某种离子的比荷的装置.让中性气体分子进入电离室A,在那里被电离成离子.这些离子从电离室的小孔飘出,从缝S1进入加速电场被加速.然后让离子从缝S2垂直进入匀强磁场,最后打在底片上的P点.已知加速电压为U,磁场的磁感应强度为B,缝S2与P之间的距离为a,离子从缝S1进入电场时的速度不计,求该离子的比荷qm.【答案】8UB2a2【解析】离子在电场中qU=12mv2,①离子在磁场中Bqv=mv2R,②2R=a,③解①②③式得qm=8UB2a2.

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