第十八章原子結(jié)構(gòu) 1電子的發(fā)現(xiàn),【自主預(yù)習(xí)】 1.陰極射線: (1)演示實驗:如圖所示,真空玻璃 管中K是金屬板制成的_,接感 應(yīng)圈的負極,A是金屬環(huán)制成的 _,接感應(yīng)圈的正極,管中十字狀物體是一個金屬片。,陰極,陽極,接電源后,感應(yīng)圈會產(chǎn)生_的高電壓加在兩個電 極之間?？捎^察到玻璃壁上淡淡的熒光及管中物體在 玻璃壁上的_。,近萬伏,影,(2)陰極射線:熒光的實質(zhì)是由于玻璃受到_發(fā)出的 某種射線的撞擊而引起的,這種射線被命名為_。 (3)19世紀,對陰極射線的本質(zhì)的認識有兩種觀點。一種 觀點認為陰極射線是一種_,另一種觀點認為陰 極射線是_。,陰極,陰極射線,電磁輻射,帶電微粒,2.電子的發(fā)現(xiàn): (1)陰極射線的實質(zhì):1897年,湯姆孫根據(jù)_在 電場和磁場中的_情況斷定,其本質(zhì)是帶_的粒 子流,并求出了這種粒子的_。 (2)電子的電量:電子電荷量的精確測定是_利用 “油滴實驗”做出的,電子電荷的現(xiàn)代值為_, 與氫離子帶電量相同。,陰極射線,偏轉(zhuǎn),負電,比荷,密立根,1.610-19C,(3)電荷量的量子化:電荷是量子化的,即任何帶電體的 電荷只能是e的_倍。 (4)電子質(zhì)量:電子質(zhì)量的數(shù)量級為_kg。 (5)質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值: =_。 (6)電子的發(fā)現(xiàn)的意義:電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到_ 是可以分割的,電子是_的組成部分,是比_更基 本的物質(zhì)單元。,整數(shù),10-31,1 836,原子,原子,原子,【預(yù)習(xí)小測】 1.關(guān)于陰極射線的實質(zhì),下列說法正確的是() A.陰極射線實質(zhì)是氫原子 B.陰極射線實質(zhì)是電磁波 C.陰極射線實質(zhì)是電子 D.陰極射線實質(zhì)是X射線,【解析】選C。陰極射線是原子受激發(fā)射出的電子。關(guān)于陰極射線是電磁波、X射線都是在研究陰極射線過程中的一些假設(shè),是錯誤的。,2.(多選)關(guān)于電荷量,下列說法正確的是() A.物體所帶電荷量可以是任意值 B.物體所帶電荷量只能是某些特定值 C.物體所帶電荷量的最小值為1.610-19C D.一個物體帶1.610-9C的正電荷,這是它失去了1.01010個電子的緣故,【解析】選B、C、D。電荷量是量子化的,即物體的帶電量只能是某一最小電荷量的整數(shù)倍,這一電荷量是1.610-19C,A錯,B、C正確;物體帶正電,是由于它失去了帶負電的電子,D正確。,3.(多選)1897年英國物理學(xué)家湯姆孫對陰極射線的探究,最終發(fā)現(xiàn)了電子,由此被稱為“電子之父”。下列關(guān)于電子的說法中正確的是() A.任何物質(zhì)中均有電子 B.不同物質(zhì)中具有不同的電子 C.電子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1 836倍 D.電子是一種粒子,是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元,【解析】選A、D。湯姆孫用不同的材料作陰極,都能發(fā) 現(xiàn)陰極射線且陰極射線均為同一物質(zhì)電子,這說明 任何物質(zhì)中均含有電子,A對,B錯;根據(jù)對電子比荷的測 定可知,電子電量和氫原子核的電量相同,電子的質(zhì)量 遠小于質(zhì)子質(zhì)量,是質(zhì)子質(zhì)量的 說明電子有質(zhì)量 和電量,是一種粒子,并且電子是比原子更基本的物質(zhì) 單元,C錯,D對。,主題一陰極射線 【互動探究】 探究點1陰極射線管 (1)如圖是陰極射線管的構(gòu)造圖,陰極 射線管A、K兩個電極間的高電壓有什 么作用? 提示:高電壓用來給電子束加速。,(2)什么現(xiàn)象表明陰極射線管內(nèi)射線的存在? 提示:玻璃管壁上發(fā)出的熒光表明射線的存在。,探究點2陰極射線 (1)通過對演示實驗的實驗現(xiàn)象分析,你認為陰極射線的傳播有什么特點? 提示:陰極射線通過十字形金屬片后在玻璃管上留下了十字形陰影,說明這種陰極射線是沿直線傳播的。,(2)若將實驗中的十字形金屬片換成三角形金屬片,玻璃管上會出現(xiàn)什么情況? 提示:當將實驗中的十字形金屬片換成三角形金屬片,由直線傳播可知玻璃管上會出現(xiàn)三角形的陰影。,(3)對陰極射線的本質(zhì)的認識主要有哪兩種觀點? 提示:19世紀后期的兩種觀點:陰極射線是電磁輻射,類似X射線。陰極射線是帶電粒子。,【探究總結(jié)】 1.陰極K和陽極A的作用:產(chǎn)生電場力從陰極K中拉出電子并將其加速,從而產(chǎn)生陰極射線。 2.玻璃管壁的熒光粉的作用:便于觀察陰極射線存在及其打在管壁的位置。知道陰極射線的運動情況。 3.陰極射線的本質(zhì)的認識的兩種觀點:電磁輻射和帶電粒子,后來證明陰極射線是電子束。,【典例示范】 下面對陰極射線的認識正確的是() A.陰極射線是由陰極發(fā)出的粒子撞擊玻璃管壁上的熒光而產(chǎn)生的 B.只要陰、陽兩極間加有電壓,就會有陰極射線產(chǎn)生 C.陰極射線可以穿透薄鋁板,這說明它是電磁波 D.陰、陽兩極間加有高壓時,電場很強,陰極中的電子受到很強的庫侖力作用而脫離陰極,【解析】選D。陰極射線是由陰極直接發(fā)出的,故A錯誤;只有當兩極間加有高壓且陰極接電源負極時,陰極中的電子才會受到足夠大的庫侖力作用而脫離陰極成為陰極射線,故B錯誤,D正確;陰極射線可以穿透薄鋁板,可能是電磁波,也可能是更小的粒子,故C錯誤。,【探究訓(xùn)練】 1.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)生強電場,電場力做功使電子加速,【解析】選D。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;發(fā)射出的電子流通過高電壓加速后,獲得較高的能量,與玻璃管壁發(fā)生撞擊而產(chǎn)生熒光,故A、C錯,D正確。,2.(多選)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)線AB時,發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏,如圖所示。則(),A.導(dǎo)線中的電流由A流向B B.導(dǎo)線中的電流由B流向A C.若要使電子束的徑跡往上偏,可以通過改變AB中的電流方向來實現(xiàn) D.電子束的徑跡與AB中的電流方向無關(guān),【解析】選B、C。在陰極射線管中射出的陰極射線是帶負電的電子流,在導(dǎo)線AB形成的磁場中向下偏轉(zhuǎn),由左手定則可知磁場是垂直紙面向里的,根據(jù)安培定則可知導(dǎo)線AB中的電流是水平方向由B流向A的,A錯,B對;通過改變AB中的電流方向可以改變磁場方向從而使陰極射線的受力方向向上,使電子束的徑跡向上偏,C對;由此可知電子束的徑跡與AB中的電流方向即AB形成的磁場方向有關(guān),D錯。,【補償訓(xùn)練】 如圖是電子射線管示意圖,接通電源后,電子射線由陰極沿x軸正方向射出,在熒光屏上會看到一條亮線。要使熒光屏上的亮線向下(z軸負方向)偏轉(zhuǎn),在下列措施中可采用的是(),A.加一磁場,磁場方向沿z軸負方向 B.加一磁場,磁場方向沿y軸正方向 C.加一電場,電場方向沿z軸負方向 D.加一電場,電場方向沿y軸正方向,【解析】選B。由于電子沿x軸正方向運動,若所受洛倫茲力向下,使電子射線向下偏轉(zhuǎn),由左手定則可知磁場方向應(yīng)沿y軸正方向;若加電場使電子射線向下偏轉(zhuǎn),所受電場力方向向下,則所加電場方向應(yīng)沿z軸正方向,由此可知B正確。,【通法悟道】陰極射線的產(chǎn)生機理 (1)產(chǎn)生過程:陰極射線的產(chǎn)生就是讓電子從金屬中逃逸出來,也就是想辦法讓電子動能變大,原子核束縛不住電子,這樣電子就飛出去了。,(2)產(chǎn)生方法:產(chǎn)生陰極射線的方法有加熱、光子照射陰極表面(光電效應(yīng))、用別的陰極產(chǎn)生的電子轟擊陰極等。本節(jié)中的陰極射線管是利用外加電場把電子“拉”出來,稱為場發(fā)射陰極。這幾種作用不是截然分開的,比如熱發(fā)射和場發(fā)射,就可以在同一陰極中存在,只是側(cè)重不同。,主題二電子的發(fā)現(xiàn) 【互動探究】 1.如何判斷陰極射線的帶電性質(zhì)?有幾種可用的辦法? 提示: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的位置變化和電場的情況確定帶電的性質(zhì)。 方法二:在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場,根據(jù)熒光屏上亮點位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)。,2.如何測定射線粒子的比荷?請?zhí)岢鲆环N可行的方案。 提示:(1)讓粒子通過正交的電磁場(如圖), 讓其做直線運動,根據(jù)二力平衡,即Bqv=qE得到粒子的 運動速度v= 。,(2)在其他條件不變的情況下,撤去電場(如圖), 保留磁場,讓粒子在磁場中運動,由洛倫茲力提供向心 力,即qvB= 根據(jù)磁場情況和軌跡偏轉(zhuǎn)情況,由幾何 知識求出其半徑r。 (3)由以上兩式確定粒子的比荷表達式: 。,3.湯姆孫是通過怎樣的實驗和推理過程發(fā)現(xiàn)電子的? 提示:湯姆孫通過測定陰極射線的電性實驗,測得陰極射線中含有帶負電的粒子,然后通過帶電粒子在磁場或電場中的運動實驗測得陰極射線中帶負電粒子的比荷的大小,從而推理得到陰極射線中的粒子是電子。,4.電子電荷的精確測定是密立根通過“油滴實驗”測定的,密立根實驗的重要意義是什么? 提示:發(fā)現(xiàn)電荷量是量子化的,即任何電荷只能是e的整數(shù)倍。,【探究總結(jié)】 1.證明陰極射線是電子的思路: (1)通過陰極射線在電場中的偏轉(zhuǎn)證明它是帶電的粒子流。 (2)通過陰極射線在電場和磁場中受力平衡求出它的速度。,(3)通過它在磁場中的偏轉(zhuǎn)進一步求出陰極射線粒子的比荷。 (4)根據(jù)陰極射線粒子的比荷與氫離子比荷的關(guān)系求出它的質(zhì)量。 (5)證明陰極射線是質(zhì)量遠小于氫離子的粒子電子。,2.電子發(fā)現(xiàn)的意義: (1)電子發(fā)現(xiàn)以前人們認為物質(zhì)由分子組成,分子由原子組成,原子是不可再分的最小微粒。 (2)現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)了各種物質(zhì)里都有電子,而且電子是原子的組成部分。 (3)電子帶負電,而原子是電中性的,說明原子是可再分的。,【典例示范】 在湯姆孫測陰極射線 比荷的實驗中,采用了 如圖所示的陰極射線 管,從C出來的陰極射 線經(jīng)過A、B間的電場加速后,水平射入長度為L的D、G 平行板間,接著在熒光屏F中心出現(xiàn)熒光斑。若在D、G,間加上方向向下、場強為E的勻強電場,陰極射線將向上偏轉(zhuǎn);如果再利用通電線圈在D、G電場區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場(圖中未畫),熒光斑恰好回到熒光屏中心,接著再去掉電場,陰極射線向下偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角為,試解決下列問題:,(1)說明陰極射線的電性。 (2)說明圖中磁場的方向。 (3)根據(jù)L、E、B和,求出陰極射線的比荷。,【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下三點: (1)由電場中的偏轉(zhuǎn)方向確定電性。 (2)由電場中的運動情況確定磁場方向。 (3)由磁場中的圓周運動知識確定比荷。,【解析】(1)由于陰極射線向上偏轉(zhuǎn),因此受電場力方向向上,又由于勻強電場方向向下,則電場力的方向與電場方向相反,所以陰極射線帶負電。 (2)由于所加磁場使陰極射線受到向下的洛倫茲力,而與電場力平衡,由左手定則得磁場的方向垂直紙面向里。,(3)設(shè)此射線帶電量為q,質(zhì)量為m,當射線在D、G間做勻 速直線運動時,有qE=Bqv。當射線在D、G間的磁場中偏 轉(zhuǎn)時,有Bqv= 同時又有L=rsin,如圖所示。 解得 答案:見解析,【探究訓(xùn)練】 1.(多選)關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn),下列說法正確的是() A.電子的發(fā)現(xiàn),說明原子是由電子和原子核組成 B.電子的發(fā)現(xiàn),說明原子具有一定的結(jié)構(gòu) C.在電子被人類發(fā)現(xiàn)前,人們認為原子是組成物質(zhì)的最小微粒 D.電子帶負電,使人們意識到原子內(nèi)應(yīng)該還有帶正電的部分,【解析】選B、C、D。發(fā)現(xiàn)電子時,人們對原子的結(jié)構(gòu)仍然不清楚,但它使人們意識到電子應(yīng)該是原子的組成部分,故A錯誤,B正確;在電子被人類發(fā)現(xiàn)前,人們認為原子是組成物質(zhì)的最小微粒,C正確;原子對外顯電中性,而電子帶負電,使人們意識到,原子中應(yīng)該還有其他帶正電的部分,D正確。,2. (2018九江高二檢測)如圖所示,電子以初速度v0從O點進入長為l、板間距離為d、電勢差為U的電場,出電場時打在屏上P點,經(jīng)測量OP為X0,求電子的比荷。,【解析】由于電子進入電場中做類平拋運動,沿電場 線方向做初速度為零的勻加速直線運動。滿足 則 答案:,【補償訓(xùn)練】 19091913年間美國科學(xué)家密立根通過油滴實驗 () A.發(fā)現(xiàn)了中子B.測出了中子的質(zhì)量 C.發(fā)現(xiàn)了電子D.測出了電子的電荷量,【解析】選D。中子是查德威克發(fā)現(xiàn)的,A、B錯誤;電子是湯姆孫發(fā)現(xiàn)的,C錯誤;電荷量是密立根通過著名的油滴實驗測出的,D正確。,【通法悟道】巧妙運用電磁場測定電子比荷 (1)當電子在復(fù)合場中做勻速直線運動時,qE=qvB,可以 測出電子速度大小。 (2)當電子在磁場中偏轉(zhuǎn)時,qvB= 測出圓周運動 半徑,即可確定比荷。 (3)當電子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)時,y= 測出 電場中的偏轉(zhuǎn)量也可以確定比荷。,【課堂小結(jié)】,