高中物理 第2章 原子結(jié)構(gòu) 第1節(jié) 電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫模型教師用書 魯科版選修3-5

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第1節(jié)　電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫模型 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)早期探究的基本歷程． 2．知道陰極射線的產(chǎn)生及其本質(zhì)，理解湯姆孫對陰極射線研究的方法及電子發(fā)現(xiàn)的意義．(重點、難點) 3．了解湯姆孫原子模型．(重點) 物 質(zhì) 結(jié) 構(gòu) 的 早 期 探 究 [先填空] 1．古人對物質(zhì)的認識 (1)我國西周的“五行說”認為萬物是由金、木、水、火、土5種基本“元素”組成的． (2)古希臘的亞里士多德認為萬物的本質(zhì)是土、水、火、空氣四種“元素”，天體則由第五種“元素”——“以太”構(gòu)成． (3)古希臘哲學(xué)家德謨克利特等人建立了早期的原子論，認為宇宙間存在一種或多種微小的實體，叫做“原子”． 2．通過實驗了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu) (1)1661年，玻意耳以化學(xué)實驗為基礎(chǔ)建立了科學(xué)的元素論． (2)19世紀(jì)初，道爾頓提出了原子論，認為原子是元素的最小單位． (3)1811年，意大利化學(xué)家阿伏伽德羅提出了分子假說，指出分子可以由多個相同的原子組成． 3．19世紀(jì)初期形成的分子——原子論認為，在物質(zhì)的結(jié)構(gòu)中存在著分子、原子這樣的層次，宏觀物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)決定于分子，而分子則由原子組成．原子是構(gòu)成物質(zhì)的不可再分割的最小顆粒，它既不能創(chuàng)生，也不能消滅． [再判斷] 1．玻意耳認為萬物的本質(zhì)是土、水、火、空氣四種元素的元素論．() 2．阿伏伽德羅提出分子可以由多個原子組成．(√) 3．19世紀(jì)初期形成的原子論觀點認為原子是構(gòu)成物質(zhì)的最小顆粒是不可分的．(√) [后思考] 試簡述道爾頓提出原子論的依據(jù)． 【提示】　18世紀(jì)一系列重要的實驗結(jié)果，如化學(xué)反應(yīng)遵從質(zhì)量守恒定律，元素形成化合物時遵從定比定律、倍比定律等，啟示人們推想物質(zhì)是由一些不可毀滅的微粒構(gòu)成的，而且各種不同的元素微粒按照一定的比例形成化合物，在此基礎(chǔ)上，19世紀(jì)初，道爾頓提出了原子論，認為原子是元素的最小單元． 電 子 的 發(fā) 現(xiàn) 及 湯 姆 孫 模 型 [先填空] 1．陰極射線：科學(xué)家在研究稀薄氣體放電時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時，陰極發(fā)出一種射線，這種射線能使玻璃管壁發(fā)出熒光，這種射線稱為陰極射線． 2．湯姆孫對陰極射線本質(zhì)的探究 (1)通過實驗：巧妙利用靜電偏轉(zhuǎn)力和磁場偏轉(zhuǎn)力相抵消等方法，確定了陰極射線粒子的速度，并測量出了粒子的比荷． (2)換用不同材料的陰極和不同的氣體，所得粒子的比荷相同，這說明不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是各種物質(zhì)中共有的成分． 3．結(jié)論 (1)陰極射線是帶電粒子流． (2)不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是各種物質(zhì)中共有的成分，比最輕的氫原子的質(zhì)量還要小得多，湯姆孫將這種帶電粒子稱為電子． (3)電子的發(fā)現(xiàn)說明原子具有一定的結(jié)構(gòu)，即原子是由電子和其他物質(zhì)組成的． 4．電子發(fā)現(xiàn)的意義：電子的發(fā)現(xiàn)揭開了認識原子結(jié)構(gòu)的序幕． 5．19世紀(jì)末微觀世界三大發(fā)現(xiàn) (1)1895年倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線；(2)X射線發(fā)現(xiàn)后不久，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性；(3)1897年湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子． 6．湯姆孫的原子模型 原子帶正電的部分充斥整個原子，很小很輕的電子鑲嵌在球體的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那樣． [再判斷] 1．電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子具有一定的結(jié)構(gòu)．(√) 2．電子是第一種被人類發(fā)現(xiàn)的微觀粒子．(√) 3．電子的發(fā)現(xiàn)，是19世紀(jì)末的三大著名發(fā)現(xiàn)之一．(√) [后思考] 為什么湯姆孫要通過電場和磁場研究陰極射線？ 【提示】　當(dāng)時對陰極射線本質(zhì)的認識存在兩種認識：一是認為是帶電粒子，二是認為是以太波．而湯姆孫認為陰極射線是帶電粒子，而帶電粒子可受電場力和磁場力． [核心點擊] 1．對陰極射線的認識 (1)現(xiàn)象：真空玻璃管兩極加上高電壓，玻璃管壁上發(fā)出熒光及管中物體在玻璃壁上的影． (2)命名：德國物理學(xué)家戈德斯坦將陰極發(fā)出的射線命名為陰極射線． (3)猜想 ①陰極射線是一種電磁輻射． ②陰極射線是帶電微粒． (4)驗證：英國物理學(xué)家湯姆孫讓陰極射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負電并測出了粒子的比荷進而發(fā)現(xiàn)電子． (5)實驗：密立根通過“油滴實驗”精確測定了電子的電荷量和電子的質(zhì)量． 2．電子比荷的測定方法 (1)讓帶電粒子通過相互垂直的電場和磁場(如圖211甲)，讓其做勻速直線運動，根據(jù)二力平衡，即F洛＝F電(Bqv＝qE)，得到粒子的運動速度v＝. 　 甲　　　　 　　乙 圖211 (2)撤去電場(如圖乙)，保留磁場，讓粒子單純地在磁場中運動，由洛倫茲力提供向心力，即Bqv＝m，根據(jù)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：＝. 圖212 1．如圖212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)線AB時，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏轉(zhuǎn)，則(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：18850023】 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轉(zhuǎn)，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) E．若將直導(dǎo)線AB放在管的正上方，電流方向不變，則電子束的徑跡將向上偏 【解析】　陰極射線是高速電子流，由左手定則判斷可知，磁場垂直紙面向里，由安培定則可知，導(dǎo)線AB中的電流由B流向A，且改變AB中的電流方向時可以使電子束的軌跡往上偏．若電流方向不變，將導(dǎo)線AB放在管的上方，由左手定則可以判斷，電子束的軌跡將向上偏．故B、C、E均正確． 【答案】　BCE 2．帶電粒子的比荷是一個重要的物理量．某中學(xué)物理興趣小組設(shè)計了一個實驗，探究電場和磁場對電子運動軌跡的影響，以求得電子的比荷，實驗裝置如圖213所示．其中兩正對極板M1、M2之間的距離為d，極板長度為L. 圖213 他們的主要實驗步驟如下： A．首先在兩極板M1、M2之間不加任何電場、磁場，開啟陰極射線管電源，發(fā)射的電子束從兩極板中央通過，在熒光屏的正中心處觀察到一個亮點； B．在M1、M2兩極板間加合適的電場：加極性如圖所示的電壓，并逐步調(diào)節(jié)增大，使熒光屏上的亮點逐漸向熒光屏下方偏移，直到熒光屏上恰好看不見亮點為止，記下此時外加電壓為U.請問本步驟的目的是什么？ C．保持步驟B中的電壓U不變，對M1、M2區(qū)域加一個大小、方向合適的磁場B，使熒光屏正中心處重現(xiàn)亮點．試問外加磁場的方向如何？ 【解析】　步驟B中電子在M1、M2兩極板間做類平拋運動，當(dāng)增大兩極板間電壓時，電子在兩極板間的偏轉(zhuǎn)位移增大． 當(dāng)在熒光屏上看不到亮點時，電子剛好打在下極板M2靠近熒光屏端的邊緣，則＝2， ＝. 由此可以看出這一步的目的是使粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)位移成為已知量，就可以表示出比荷． 步驟C加上磁場后電子不偏轉(zhuǎn)，電場力等于洛倫茲力，且洛倫茲力方向向上，由左手定則可知磁場方向垂直于紙面向外． 【答案】　見解析 測量帶電粒子比荷常用的兩種方法 方法一：利用磁偏轉(zhuǎn)測比荷，由qvB＝m得＝，只需知道磁感應(yīng)強度B、帶電粒子的初速度v和偏轉(zhuǎn)半徑R即可． 方法二：利用電偏轉(zhuǎn)測比荷，偏轉(zhuǎn)量y＝at2＝2，故＝.所以在偏轉(zhuǎn)電場U、d、L已知時，只需測量v和y即可．