高中物理原子結(jié)構(gòu)1電子的發(fā)現(xiàn)教案新人教版選修35

/07/7/1電子的發(fā)現(xiàn)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道陰極射線的概念，了解電子的發(fā)現(xiàn)過程．(重點(diǎn))2.知道電子是原子的組成部分．(重點(diǎn))3.知道電子的電荷量及其他電荷與電子電荷量的關(guān)系．(重點(diǎn)、難點(diǎn))一、陰極射線1．實(shí)驗(yàn)裝置真空玻璃管、陰極、陽極和感應(yīng)圈．2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象感應(yīng)圈產(chǎn)生的高電壓加在兩極之間，玻璃管壁上發(fā)出B(A.陰極射線B．熒光)．3．陰極射線熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線命名為陰極射線．二、電子的發(fā)現(xiàn)1．湯姆孫的探究方法及結(jié)論(1)根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況斷定，它的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷．(2)換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值都相同，是氫離子比荷的近兩千倍．(3)結(jié)論：陰極射線粒子帶負(fù)電，其電荷量的大小與氫離子大致相同，而質(zhì)量比氫離子小得多，后來組成陰極射線的粒子被稱為電子．2．湯姆孫的進(jìn)一步研究湯姆孫又進(jìn)一步研究了許多新現(xiàn)象，證明了電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元．3．電子的電荷量及電荷量子化(1)電子電荷量：1910年前后由密立根通過著名的eq\x(油滴實(shí)驗(yàn))得出，電子電荷的現(xiàn)代值為e＝1.602×10－19C.(2)電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍．(3)電子的質(zhì)量：me＝9.×10－31kg，質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比eq\f(mp,me)＝1836.1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)陰極射線是由真空玻璃管中的感應(yīng)圈發(fā)出的． (×)(2)陰極射線撞擊玻璃管壁會(huì)發(fā)出熒光． (√)(3)陰極射線實(shí)際上是高速運(yùn)動(dòng)的電子流． (√)(4)電子的電荷量是湯姆孫首先精確測定的． (×)2．陰極射線管中加高電壓的作用是()A．使管內(nèi)的氣體電離B．使陰極發(fā)出陰極射線C．使管內(nèi)障礙物的電勢升高D．使管內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)電場，電場力做功使電子加速[解析]在陰極射線管中，陰極射線是由陰極處于熾熱狀態(tài)而發(fā)射出的電子流，B錯(cuò)誤；陰極發(fā)射出的電子流通過高電壓加速后，獲得較高的能量，與玻璃壁發(fā)生撞擊而產(chǎn)生熒光，故A、C錯(cuò)，D正確．[答案]D3．(多選)關(guān)于電荷的電荷量下列說法正確的是()A．電子的電荷量是由密立根油滴實(shí)驗(yàn)測得的B．物體所帶電荷量可以是任意值C．物體所帶電荷量最小值為1.6×10－19CD．物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍[解析]密立根的油滴實(shí)驗(yàn)測出了電子的電荷量為1.6×10－19C，并提出了電荷量子化的觀點(diǎn)，因而A對，B錯(cuò)，C對；任何物體的電荷量都是e的整數(shù)倍，故D對．[答案]ACD對陰極射線的理解1．對陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識——兩種觀點(diǎn)(1)電磁波說，代表人物——赫茲，他認(rèn)為這種射線是一種電磁輻射．(2)粒子說，代表人物——湯姆孫，他認(rèn)為這種射線是一種帶電粒子流．2．陰極射線帶電性質(zhì)的判斷方法(1)方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場，通過打在熒光屏上的亮點(diǎn)的變化和電場的情況確定帶電的性質(zhì)．(2)方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場，根據(jù)亮點(diǎn)位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)．3．實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)陰極射線在電場中和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況，判斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж?fù)電．【例1】(多選)英國物理學(xué)家湯姆孫通過對陰極射線的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)()A．陰極射線在電場中偏向正極板一側(cè)B．陰極射線在磁場中受力情況跟正電荷受力情況相同C．不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷不同D．湯姆孫并未得出陰極射線粒子的電荷量[解析]陰極射線實(shí)質(zhì)上就是高速電子流，所以在電場中偏向正極板一側(cè)，選項(xiàng)A正確；由于電子帶負(fù)電，所以其受力情況與正電荷不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；不同材料所產(chǎn)生的陰極射線都是電子流，所以它們的比荷是相同的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在湯姆孫實(shí)驗(yàn)證實(shí)陰極射線就是帶負(fù)電的電子流時(shí)并未得出電子的電荷量，最早測量電子電荷量的是美國科學(xué)家密立根，選項(xiàng)D正確．[答案]AD1．關(guān)于陰極射線，下列說法正確的是()A．陰極射線就是稀薄氣體導(dǎo)電時(shí)的輝光放電現(xiàn)象B．陰極射線是在真空管內(nèi)由正極放出的電子流C．陰極射線是由德國物理學(xué)家戈德斯坦命名的D．陰極射線的比荷比氫原子的比荷小[解析]陰極射線是在真空管中由負(fù)極發(fā)出的電子流，故AB錯(cuò)誤；最早由德國物理學(xué)家戈德斯坦在1876年提出并命名為陰極射線，故C正確；陰極射線本質(zhì)是電子流，故其比荷比氫原子的比荷大得多，故D錯(cuò)誤．[答案]C電子的發(fā)現(xiàn)及比荷的測定1．電子比荷(或電荷量)的測定方法根據(jù)電場、磁場對電子的偏轉(zhuǎn)測量比荷(或電荷量)，可按以下方法：(1)讓電子通過正交的電磁場，如圖(甲)所示，讓其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)二力平衡，即F洛＝F電(Bqv＝qE)得到電子的運(yùn)動(dòng)速度v＝eq\f(E,B).甲(2)在其他條件不變的情況下，撤去電場，如圖(乙)所示，保留磁場讓電子在磁場中運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力，即Bqv＝eq\f(mv2,r)，根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況，由幾何知識求出其半徑r，則由qvB＝meq\f(v2,r)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br)＝eq\f(E,B2r).乙2．密立根油滴實(shí)驗(yàn)(1)裝置密立根實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示．①兩塊水平放置的平行金屬板A、B與電源相接，使上板帶正電，下板帶負(fù)電．油滴從噴霧器噴出后，經(jīng)上面金屬板中間的小孔，落到兩板之間的勻強(qiáng)電場中．②大多數(shù)油滴在經(jīng)過噴霧器噴嘴時(shí)，因摩擦而帶負(fù)電，油滴在電場力、重力和空氣阻力的作用下下降．觀察者可在強(qiáng)光照射下，借助顯微鏡進(jìn)行觀察．(2)方法①兩板間的電勢差、兩板間的距離都可以直接測得，從而確定極板間的電場強(qiáng)度E.但是由于油滴太小，其質(zhì)量很難直接測出．密立根通過測量油滴在空氣中下落的終極速度來測量油滴的質(zhì)量．沒加電場時(shí)，由于空氣的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空氣給油滴的摩擦力而使油滴勻速下落，可測得速度v1.②再加一足夠強(qiáng)的電場，使油滴做豎直向上的運(yùn)動(dòng)，在油滴以速度v2勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，油滴所受的靜電力與重力、阻力平衡．根據(jù)空氣阻力遵循的規(guī)律，即可求得油滴所帶的電荷量．(3)結(jié)論帶電油滴的電荷量都等于某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍，從而證實(shí)了電荷是量子化的，并求得了其最小值即電子所帶的電荷量e.【例2】如圖所示為湯姆孫用來測定電子比荷的裝置．當(dāng)極板P和P′間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到O′點(diǎn)，O′點(diǎn)到O點(diǎn)的豎直距離為d，水平距離可忽略不計(jì)；此時(shí)在P與P′之間的區(qū)域里再加上一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)其大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)．已知極板水平方向長度為L1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L2.(1)求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大?。?2)推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式．[解析](1)電子在正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有Bev＝Ee＝eq\f(U,b)e，得v＝eq\f(U,Bb)即打到熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大小為eq\f(U,Bb).(2)由d＝eq\f(1,2)eq\f(Ue,bm)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L1,v)))eq\s\up12(2)＋eq\f(Ue,bm)eq\f(L1,v)·eq\f(L2,v)可得eq\f(e,m)＝eq\f(2dbv2,UL1?L1＋2L2?)＝eq\f(2dU,B2bL1?L1＋2L2?).[答案](1)eq\f(U,Bb)(2)eq\f(2dU,B2bL1?L1＋2L2?)巧妙運(yùn)用電磁場測定電子比荷(1)當(dāng)電子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，qE＝qvB，可以測出電子速度的大?。?2)電子在熒光屏上的落點(diǎn)到屏中心的距離等于電子在電場中的偏轉(zhuǎn)位移與電子出電場到屏之間的傾斜直線運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)位移的和．2．密立根油滴實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了電子的存在，揭示了電荷的非連續(xù)性．如圖所示是密立根油滴實(shí)驗(yàn)的原理示意圖，設(shè)小油滴的質(zhì)量為m，調(diào)節(jié)兩極板間的電勢差U，當(dāng)小油滴懸浮不動(dòng)時(shí)，測出兩極板間的距離為d.則可求出小油滴的電荷量q＝________.[解析]由平衡條件得mg＝qeq\f(U,d)，解得q＝eq\f(mgd,U).[答案]eq\f(mgd,U)1.英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子.2.組成陰極射線的粒子——電子.3.密立根通過“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測定了電子電荷量.1．(多選)已知X射線的“光子”不帶電，假設(shè)陰極射線像X射線一樣，則下列說法正確的是()A．陰極射線管內(nèi)的高電壓不能夠?qū)ζ浼铀俣黾幽芰緽．陰極射線通過偏轉(zhuǎn)電場不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．陰極射線通過磁場方向一定不會(huì)發(fā)生改變D．陰極射線通過偏轉(zhuǎn)電場能夠改變方向[解析]因?yàn)閄射線的“光子”不帶電，故電場、磁場對X射線不產(chǎn)生作用力，故選項(xiàng)A、B、C對．[答案]ABC2．(多選)湯姆孫通過對陰極射線的探究，最終發(fā)現(xiàn)了電子，由此被稱為“電子之父”，關(guān)于電子的說法正確的是()A．任何物質(zhì)中均有電子B．不同的物質(zhì)中具有不同的電子C．不同物質(zhì)中的電子是相同的D．電子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1836倍[解析]湯姆孫對不同材料的陰極發(fā)出的射線進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)均為同一種相同的粒子——即電子，它的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量；由此可知A、C正確，B、D錯(cuò)誤．[答案]AC3．(多選)關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn)，下列敘述中正確的是()A．電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子是由電子和原子核組成的B．電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子具有一定的結(jié)構(gòu)C．電子是第一種被人類發(fā)現(xiàn)的微觀粒子D．電子的發(fā)現(xiàn)，比較好地解釋了物體的帶電現(xiàn)象[解析]發(fā)現(xiàn)電子之前，人們認(rèn)為原子是不可再分的最小粒子，電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子有一定的結(jié)構(gòu)，B正確；電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一種微觀粒子，C正確；物體帶電的過程，就是電子的得失和轉(zhuǎn)移的過程，D正確．[答案]BCD4．(多選)如圖所示，一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方放一通電直導(dǎo)