18.1第一节电子的发现.ppt

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1、第1页 第1页 第十八章第十八章 原子结构原子结构第一节第一节 电子的发现电子的发现第2页 第2页 知识梳理图知识梳理图 第3页 第3页 【知识点知识点】1.阴极射线的电性及比荷阴极射线的电性及比荷2.研究带电粒子性质的方法研究带电粒子性质的方法第4页 第4页 情景设置情景设置 长期以来长期以来,人们一直认为构成物质的最小微粒是原子人们一直认为构成物质的最小微粒是原子,原子是原子是一种不可再分割的粒子一种不可再分割的粒子,这种认识一直统治了人类思想界这种认识一直统治了人类思想界.直到在直到在19世纪末世纪末,科学界对实验中的阴极射线深入研究时科学界对实验中的阴极射线深入研究时,发现了电子发现了

2、电子,使人类对微观粒子的世界有了新的认识使人类对微观粒子的世界有了新的认识.电子电子的发现是的发现是19世纪末世纪末20世纪初物理学的三大发现之一世纪初物理学的三大发现之一.当时当时是怎样被发现的呢是怎样被发现的呢?第5页 第5页 深化探究深化探究电子的发现电子的发现1.阴极射线阴极射线如图所示如图所示,在真空玻璃管中在真空玻璃管中,阴极和阳极加近万伏的高压阴极和阳极加近万伏的高压,会会有射线从阴极发出有射线从阴极发出,这种射线称为阴极射线这种射线称为阴极射线.第6页 第6页 2.汤姆孙的发现汤姆孙的发现(1)阴极射线电性的发现阴极射线电性的发现为了研究阴极射线的电性为了研究阴极射线的电性,设

3、计了如下图所示的装置设计了如下图所示的装置,从阴极从阴极K发出的粒子流通过小孔发出的粒子流通过小孔A B形成一束细的射线形成一束细的射线.它穿过两它穿过两片平行金属板片平行金属板D1 D2之间的空间之间的空间,到达右侧带有标尺的荧光到达右侧带有标尺的荧光屏上屏上,在在D1 D2之间加上电压之间加上电压,粒子流在通过时粒子流在通过时,如果带电就如果带电就会在电场力的作用下会在电场力的作用下,发生偏转发生偏转,从而会打到荧光屏上某从而会打到荧光屏上某第7页 第7页 一位置一位置.因此可根据因此可根据D1和和D2的电势和偏转方向来判断粒子流的电势和偏转方向来判断粒子流的电性的电性.结果发现阴极射线带

4、负电结果发现阴极射线带负电.第8页 第8页 (2)测定阴极射线的比荷测定阴极射线的比荷如下图所示如下图所示,从阴极从阴极K发出的阴极射线发出的阴极射线,通过一对平行金属板通过一对平行金属板D1 D2之间的匀强电场之间的匀强电场,发生偏转发生偏转,偏角为偏角为,与电场强度与电场强度E,极板长度极板长度L,以及带电粒子的速度以及带电粒子的速度v的关系为的关系为:第9页 第9页 tan=然后再加一匀强磁场方向与然后再加一匀强磁场方向与D1 D2之间的匀强电场垂直形成之间的匀强电场垂直形成一个速度选择器一个速度选择器,使带电粒子流在电场力和洛伦兹力作用下使带电粒子流在电场力和洛伦兹力作用下平衡做匀速直

5、线运动平衡做匀速直线运动,不发生偏转不发生偏转,因此可得因此可得将将式代入式代入式式,并代入实验数据并代入实验数据,得到该射线粒子的比荷为得到该射线粒子的比荷为 1011 C/kg第10页 第10页 汤姆孙通过进一步的实验汤姆孙通过进一步的实验,发现当改变阴极材料时发现当改变阴极材料时,测得的比测得的比荷都相同荷都相同,表明这种粒子是各种材料都有的成份表明这种粒子是各种材料都有的成份,1898年年,汤汤姆孙测出这种粒子所带电荷和氢离子的电荷值接近姆孙测出这种粒子所带电荷和氢离子的电荷值接近,这种粒这种粒子的质量是氢离子质量的千分之一子的质量是氢离子质量的千分之一.至此至此,这种粒子的这种粒子的

6、“身份身份”已经明确已经明确,它是一个带负电它是一个带负电,质量很小的粒子质量很小的粒子.物理学家把物理学家把这种粒子称为电子这种粒子称为电子.第11页 第11页 现代精确测量电子的比荷现代精确测量电子的比荷 =1.758811011 C/kg.1910年年,由密立根通过著名的由密立根通过著名的“油滴实验油滴实验”测出电子的电荷测出电子的电荷量的现代值为量的现代值为e=1.6021773310-19 C.密立根的实验更重要的发现是密立根的实验更重要的发现是:电荷是量子化的电荷是量子化的,即任何带电即任何带电体的电量是体的电量是e的整数倍的整数倍.电子的质量电子的质量 me=9.10938971

7、0-31 kg第12页 第12页 3.电子发现的重大意义电子发现的重大意义电子是人类发现的第一个比原子小的粒子电子是人类发现的第一个比原子小的粒子,电子的发现电子的发现,打破打破了原子不可再分的传统观念了原子不可再分的传统观念,使人们认识到原子不是组成使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒物质的最小微粒,原子本身也有内部结构原子本身也有内部结构.从此从此,原子物理原子物理学飞速发展学飞速发展,人们对物质结构的认识进入了一个新时代人们对物质结构的认识进入了一个新时代.第13页 第13页 典例分析典例分析一一 磁场对运动电荷的影响磁场对运动电荷的影响例例1:阴极射线从阴极射线管中的阴极发出阴极射线

8、从阴极射线管中的阴极发出,在高压下加速飞向在高压下加速飞向阳极阳极,如下图所示如下图所示,若要使射线向上偏转若要使射线向上偏转,所加磁场方向应所加磁场方向应为为()第14页 第14页 A.平行于纸面向左平行于纸面向左 B.平行于纸面向上平行于纸面向上C.垂直纸面向外垂直纸面向外 D.垂直纸面向里垂直纸面向里解析解析:由题意可知阴极射线的方向由题意可知阴极射线的方向,阴极射线是电子流加上磁阴极射线是电子流加上磁场后应使带电粒子受到向上的洛伦兹力才会向上偏转场后应使带电粒子受到向上的洛伦兹力才会向上偏转.电电子向右运动子向右运动,形成向左的等效电流形成向左的等效电流,由左手定则判断由左手定则判断,

9、则磁则磁场方向应为垂直纸面向外场方向应为垂直纸面向外,故故C选项正确选项正确.答案答案:C第15页 第15页 巩固练习巩固练习1:如图所示如图所示,一只阴极射线管一只阴极射线管,左侧不断有电子射出左侧不断有电子射出,若在管的正下方放一条通电直导线若在管的正下方放一条通电直导线AB,发现射线径迹下偏发现射线径迹下偏,则则()第16页 第16页 A.导线中的电流由导线中的电流由A流向流向BB.若使电子束的径迹向上偏若使电子束的径迹向上偏,可以通过改变可以通过改变AB中电流方向来中电流方向来实现实现C.导线中电流由导线中电流由B流向流向AD.电子束的径迹与电子束的径迹与AB的电流方向无关的电流方向无

10、关答案答案:BC第17页 第17页 二二 测量带电粒子比荷的方法测量带电粒子比荷的方法例例2:一种测定电子比荷的实验装置如下图所示一种测定电子比荷的实验装置如下图所示.真空玻璃管内真空玻璃管内 阴极发出的电子经阳极阴极发出的电子经阳极A与阴极与阴极K之间的高电压加速后之间的高电压加速后,形成一束细电子流形成一束细电子流,以平行于平板电容器极板的速度进入以平行于平板电容器极板的速度进入两极板两极板C D间的区域间的区域.若两极板间无电压若两极板间无电压,电子将打在荧光电子将打在荧光屏上的屏上的O点点;若在两极板间施加电压若在两极板间施加电压U,则离开极板区域的电则离开极板区域的电子将打在荧光屏上

11、的子将打在荧光屏上的P点点;若再在极板间施加一个方向垂直若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外于纸面向外 第18页 第18页 磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场的匀强磁场,则电子在荧光屏上产生的光点又则电子在荧光屏上产生的光点又回到回到O,已知极板的长度已知极板的长度l=5.00 cm,C D间的距离间的距离d=1.50 cm,极板区的中点极板区的中点M到荧光屏中点到荧光屏中点O的距离为的距离为L=12.50 cm,U=200 V,B=6.310-4 T,P点到点到O点的距离点的距离y=3.0 cm,试试求电子的比荷求电子的比荷.第19页 第19页 解析解析:以以M点为坐标原点点为坐标原点,

12、水平方向为水平方向为x轴轴,竖直方向为竖直方向为y轴轴.(1)同时加电场同时加电场 磁场时磁场时,qE=Bqvx,因此因此vx .(2)只加电场时只加电场时到达极板右边缘时到达极板右边缘时,电子在竖直方向飞行的距离为电子在竖直方向飞行的距离为电子在竖直方向的速度为电子在竖直方向的速度为第20页 第20页 答案答案:1.611011 C/kg第21页 第21页 巩固练习巩固练习2:电子所带电量的精确值电子所带电量的精确值,最早是由美国物理学家密最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的立根通过油滴实验测得的,他测定了上千个带电油滴的电他测定了上千个带电油滴的电量量,发现这些电量都等于某个最小的

13、电量的整数倍发现这些电量都等于某个最小的电量的整数倍,这个最这个最小电量值就是电子所带的电量小电量值就是电子所带的电量.一个半径为一个半径为1.6410-4 cm的带负电油滴的带负电油滴,在电场强度等于在电场强度等于1.92105 V/m的竖直向下的竖直向下的匀强电场中的匀强电场中.如果油滴受到的库仑力恰好与重力平衡如果油滴受到的库仑力恰好与重力平衡,问问这个油滴带有几个电子的电量这个油滴带有几个电子的电量?(已知油滴的密度为已知油滴的密度为0.851103 kg/m3)第22页 第22页 解析解析:油滴的体积油滴的体积V=r3=3.14(1.6410-410-2)3 m3=1.84710-1

14、7 m3.油滴的质量油滴的质量m=V=0.8511031.84710-17 kg=1.57210-14 kg设油滴中有设油滴中有N个电子个电子,则则mg=qE=ENe即即第23页 第23页 梯度练习梯度练习基础强化基础强化1.观察阴极射线的阴极射线管中的高电压的作用是观察阴极射线的阴极射线管中的高电压的作用是()A.使管内气体电离使管内气体电离B.使管内产生阴极射线使管内产生阴极射线C.使管中障碍物的电势升高使管中障碍物的电势升高D.使电子加速使电子加速答案答案:D第24页 第24页 解析解析:在阴极射线管中在阴极射线管中,阴极射线是由阴极处于炽热状态而发阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射电子

15、的射电子的,通过高压对电子加速获得能量通过高压对电子加速获得能量,与玻璃发生碰撞与玻璃发生碰撞而产生荧光而产生荧光,故故D正确正确.第25页 第25页 2.汤姆孙对阴极射线的探究汤姆孙对阴极射线的探究,最终发现了电子最终发现了电子,由此被称为由此被称为“电子之父电子之父”,关于电子的说法正确的是关于电子的说法正确的是()A.任何物质中均有电子任何物质中均有电子B.不同的物质中具有不同的电子不同的物质中具有不同的电子C.电子质量是氢离子质量的电子质量是氢离子质量的1836倍倍D.电子是一种粒子电子是一种粒子,是构成物质的基本单元是构成物质的基本单元答案答案:AD第26页 第26页 解析解析:汤姆

16、孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究,均为同均为同一种相同的粒子一种相同的粒子即电子即电子,电子是构成物质的基本单元电子是构成物质的基本单元,它的质量远小于质子质量它的质量远小于质子质量,故故A D选项正确选项正确.第27页 第27页 3.电子的发现说明电子的发现说明()A.原子是由原子核和电子组成的原子是由原子核和电子组成的B.物质是带电的且一定带负电物质是带电的且一定带负电C.原子可进行再分原子可进行再分D.原子核可再分原子核可再分答案答案:C第28页 第28页 4.关于电荷量关于电荷量,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.物体的带电量可以是任意

17、值物体的带电量可以是任意值B.物体的带电量只能是某些值物体的带电量只能是某些值C.物体带电量的最小值是物体带电量的最小值是1.610-19 CD.一个物体带上一个物体带上1.610-9 C的正电荷的正电荷,这是它失去了这是它失去了1010个电个电子的缘故子的缘故答案答案:BCD第29页 第29页 5.关于阴极射线关于阴极射线,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象B.阴极射线是在真空管内由阴极发生的电子流阴极射线是在真空管内由阴极发生的电子流C.阴极射线是组成物体的原子阴极射线是组成物体的原子D.阴极射线按直线传播阴

18、极射线按直线传播,但可被电场但可被电场 磁场偏转磁场偏转答案答案:BD第30页 第30页 能力提升能力提升6.下图是电子射线管示意图下图是电子射线管示意图.接通电源后接通电源后,电子射线由阴极沿电子射线由阴极沿x轴方向射出轴方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的要使荧光屏上的亮线向下亮线向下(z轴负方向轴负方向)偏转偏转,在下列措施中可采用的是在下列措施中可采用的是()第31页 第31页 A.加一磁场加一磁场,磁场方向沿磁场方向沿z轴负方向轴负方向B.加一磁场加一磁场,磁场方向沿磁场方向沿y轴正方向轴正方向C.加一电场加一电场,电场方向沿电场方向沿z轴负方向

19、轴负方向D.加一电场加一电场,电场方向沿电场方向沿y轴正方向轴正方向解析解析:若加磁场若加磁场,由左手定则可判断其方向应沿由左手定则可判断其方向应沿y轴正方向轴正方向;若若加电场加电场,根据受力情况可知其方向应沿根据受力情况可知其方向应沿z轴正方向轴正方向,故只有故只有B选项正确选项正确.应明确管内是电子流应明确管内是电子流,然后根据洛伦兹力和电场然后根据洛伦兹力和电场力方向的判定方法进行判定力方向的判定方法进行判定.答案答案:B第32页 第32页 7.如图如图,为示波管中电子枪的原理示意图为示波管中电子枪的原理示意图,A为发射电子的阴极为发射电子的阴极,K为接在高电势的加速极为接在高电势的加

20、速极,A K之间电压为之间电压为U,电子离开阴极电子离开阴极时的速度可以忽略时的速度可以忽略,电子经加速后从电子经加速后从K的小孔中射出的速度的小孔中射出的速度大小为大小为v,下列说法正确的是下列说法正确的是()第33页 第33页 A.如果如果A K之间距离减半而电压仍为之间距离减半而电压仍为U,则电子离开则电子离开K的速度的速度为为2vB.如果如果A K间距离减半电压仍为间距离减半电压仍为U,则电子经过则电子经过K时的速度为时的速度为 vC.如果如果A K间距离保持不变而电压减半间距离保持不变而电压减半,则电子离开则电子离开K时的速时的速度为度为D.如果如果A K间距离保持不变而电压减半间距

21、离保持不变而电压减半,则电子离开则电子离开K时的速时的速度为度为答案答案:C第34页 第34页 解析解析:由动能定理可知由动能定理可知,电子在加速电场中被加速电子在加速电场中被加速,eU=mv2所以当电压减半后所以当电压减半后,速度为速度为 ,故故C选项正确选项正确.第35页 第35页 8.在场强为在场强为1.92105 N/C的匀强电场中的匀强电场中,一半径为一半径为1.6410-4 cm,密度为密度为0.851 g/cm3的油滴恰能悬浮的油滴恰能悬浮,求油滴的电量是求油滴的电量是电子的多少倍电子的多少倍?第36页 第36页 答案答案:5倍倍第37页 第37页 9.为了测定带电粒子的比荷为了

22、测定带电粒子的比荷 ,让这个带电粒子垂直电场方让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间向飞进平行金属板间,已知匀强电场的场强为已知匀强电场的场强为E,在通过长为在通过长为L的两金属板间后的两金属板间后,测得偏离入射方向的距离为测得偏离入射方向的距离为d,如果在两板间如果在两板间加垂直于电场方向的匀强磁场加垂直于电场方向的匀强磁场,磁场方向垂直于粒子的入射磁场方向垂直于粒子的入射方向方向,磁感应强度为磁感应强度为B,则粒子恰好不偏离原来的方向则粒子恰好不偏离原来的方向,求求q/m为多少为多少?第38页 第38页 第39页 第39页 10.(2007广东高考广东高考)带电粒子的荷质比带电粒子的荷

23、质比 (即比荷即比荷)是一个重是一个重要的物理量要的物理量.某中学物理兴趣小组设计了一个实验某中学物理兴趣小组设计了一个实验,探究电场探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响和磁场对电子运动轨迹的影响,以求得电子的荷质比以求得电子的荷质比,实验装实验装置如下图所示置如下图所示.第40页 第40页 (1)他们的主要实验步骤如下他们的主要实验步骤如下:A.首先在两极板首先在两极板M1M2之间不加任何电场之间不加任何电场 磁场磁场,开启阴极射线开启阴极射线管电流管电流,发射的电子束从两极板中央通过发射的电子束从两极板中央通过,在荧屏的正中心在荧屏的正中心处观察到一个亮点处观察到一个亮点;B.在在M1M2两

24、极板间加合适的电场两极板间加合适的电场,加极性如图所示的电压加极性如图所示的电压,并并逐步调节增大逐步调节增大,使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移,直到直到荧屏上恰好看不见亮点为止荧屏上恰好看不见亮点为止,记下此时外加电压为记下此时外加电压为U,请问请问本步骤的目的是什么本步骤的目的是什么?第41页 第41页 C.保持步骤保持步骤B中的电压中的电压U不变不变,对对M1M2区域加一个大小区域加一个大小 方向方向合适的磁场合适的磁场B,使荧光屏正中心处出现亮点使荧光屏正中心处出现亮点,试问外加磁场的试问外加磁场的方向如何方向如何?(2)根据上述实验步骤根据上述实验步骤

25、,同学们正确地推算出电子的荷质比与同学们正确地推算出电子的荷质比与外加电场外加电场 磁场及其他相关量的关系为磁场及其他相关量的关系为 一位同学一位同学说说,这表明电子的荷质比大小将由外加电压决定这表明电子的荷质比大小将由外加电压决定,外加电压越外加电压越大则电子的荷质比越大大则电子的荷质比越大,你认为他的说法正确吗你认为他的说法正确吗?为什么为什么?第42页 第42页 解析解析:(1)B中荧光屏恰好看不到亮点中荧光屏恰好看不到亮点,说明电子刚好落在正极说明电子刚好落在正极板的靠近荧屏的边缘板的靠近荧屏的边缘,目的是利用极板间的距离目的是利用极板间的距离d表达比荷表达比荷 .C中由于要求洛伦兹力方向向上中由于要求洛伦兹力方向向上,根据左手定则根据左手定则,可知可知磁场方向垂直电场方向向外磁场方向垂直电场方向向外,C垂直纸面向外垂直纸面向外.(2)说法不正确说法不正确,电子的比荷电子的比荷 是电子的固有参数是电子的固有参数,与测量所与测量所加电压加电压U B以及极板间距离以及极板间距离d无关无关.答案答案:见解析见解析