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第2章原子结构第1节电子的发现与汤姆孙模型第2章原子结构1．了解物质结构早期研究的基本历程．2．知道阴极射线的产生及其本质，理解汤姆孙对阴极射线研究的方法及电子发现的意义．(重点)3．了解汤姆孙原子模型．一、物质结构的早期探究1．1661年，________以化学实验为基础建立了科学的元素论．2．19世纪初，________提出了原子论，认为原子是元素的最小单元．3．1811年，意大利化学家____________提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成．玻意耳道尔顿阿伏伽德罗1．请你简述我国古代对物质的结构有哪些探究？提示：老子讲“道生一，一生二，二生三，三生万物”．墨子认为物体是由不可分割的最小单元“端”构成的．二、电子的发现1．阴极射线：科学家研究__________放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为__________．2．汤姆孙对阴极射线本质的探究(1)通过实验巧妙利用静电偏转力和磁场偏转力相抵消等方法，确定了阴极射线粒子的速度，并测量出了粒子的______，qm＝___．稀薄气体阴极射线比荷ERB2(2)换用不同材料的阴极和不同的气体，所得粒子的______相同．这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分．3．结论(1)阴极射线是____________．(2)不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分，其质量是氢离子的质量的11800，汤姆孙将这种带电粒子称为______．比荷带电粒子流电子(3)电子的发现说明原子具有____________，即原子是由电子和其他物质组成的．4．电子发现的意义：电子的发现揭开了认识原子结构的序幕．5．微观世界的三大发现：19世纪末微观世界有三大发现．(1)1895年______发现了X射线．(2)1896年法国科学家__________发现了放射性．(3)1897年英国物理学家________发现了电子．一定的结构伦琴贝克勒尔汤姆孙(1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射．()(2)组成阴极射线的粒子是电子．()(3)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值．()×√×三、汤姆孙原子模型汤姆孙认为，原子带正电的部分应充斥整个原子，很小很轻的______镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的____________模型．电子葡萄干面包2．汤姆孙的原子模型成功解决了哪些问题？提示：(1)原子呈电中性：电子带的负电被原子带的正电抵消．(2)原子的平衡状态：电子一方面要受正电荷的吸引，另一方面又要相互排斥，因此必然有一个平衡状态．(3)原子的电离：原子失去电子或得到电子，就会变成离子．(4)发射和吸收特定频率的电磁波：电子在它们的平衡位置附近做简谐振动，可以发射或吸收特定频率的电磁波．阴极射线与电子的发现1．阴极射线气体的电离和导电：通常情况下，气体是不导电的；但在强电场中，气体能够被电离而导电．在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体．稀薄气体导电时可以看到辉光放电现象．2．确定阴极射线粒子带电性质的方法(1)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；若逆着电场方向偏转，则粒子带负电．(2)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．通过上述方法可判定阴极射线是带有负电的粒子．3．比荷的测定方法(1)让粒子通过正交的电磁场，让其做直线运动，根据二力平衡，即qvB＝qE得到粒子的运动速度v＝EB．①(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，保留磁场让粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即qvB＝mv2r．②(3)由①②确定比荷的表达式：qm＝EB2r．4．电子的发现(1)汤姆孙测得阴极射线粒子的比荷约为1011C/kg，电荷量与氢离子基本相同，质量为氢离子的11800．(2)最后经定量计算，汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子．1897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．在汤姆孙测电子比荷的实验中，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、G平行板间，接着在荧光屏中心F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，电子将向上偏转；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，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：(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．[思路点拨]两板间只加电场时电子在电场力作用下做类平抛运动，同时加上电场和磁场后电场力和洛伦兹力大小相等，做匀速直线运动，只加磁场时做匀速圆周运动．[解析](1)两板D、G间只加磁场时，电子向下偏转，说明电子所受洛伦兹力的方向向下，由左手定则可判定磁场方向垂直纸面向里．(2)电子在两板间做匀速直线运动，qE＝Bqv，电子在磁场中偏转时如图所示，Bqv＝mv2r由图可知：L＝r·sinθ由以上各式得qm＝EsinθB2L．[答案](1)垂直纸面向里(2)EsinθB2L(1)电子在复合场中做匀速直线运动的条件是粒子受到的洛伦兹力和电场力大小相等方向相反即eE＝evB．(2)电子在磁场中偏转要确定运动轨迹，圆心角和偏向角相等．1．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：选D．通电直导线的电流方向向左，由安培定则可判断导线下方的磁场垂直于纸面向外，组成阴极射线的粒子是电子，电子向右运动，由左手定则可知电子向上偏转．测定带电粒子比荷的两种方法1．利用磁偏转测比荷，由qvB＝mv2R得qm＝vBR，只需知道磁感应强度B、带电粒子的初速度v和偏转半径R即可．2．利用电偏转测比荷，偏转量y＝12at2＝12qUmd·Lv2，故qm＝2ydv2UL2．所以在偏转电场U、d、L已知时，只需测量v和y即可．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)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O点，设电子的速度为v，则evB＝eE，得v＝EB，即v＝UBb．(2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为a＝eUmb．电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为t1＝L1v．这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为d1＝12at21＝eL21U2mv2b．离开电场时竖直向上的分速度为v⊥＝at1＝eL1Umvb．电子离开电场做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏，t2＝L2v．t2时间内向上运动的距离为d2＝v⊥t2＝eUL1L2mv2b．这样，电子向上的总偏转距离为d＝d2＋d1＝eUmv2bL1·L2＋L12，可解得em＝UdB2bL1L2＋L12．[答案](1)UBb(2)UdB2bL1L2＋L122．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，带电粒子不发生偏转，然后撤去电压，粒子做匀速圆周运动，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．解析：设阴极射线粒子的电荷量为q，质量为m，则在电磁场中由平衡条件得，qUd＝qvB撤去电场后，由牛顿第二定律得，qvB＝mv2R又R＝d2解得qm＝2UB2d2．答案：2UB2d2本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放