2019-2020年新鲁科版高中物理第2章原子结构第1节电子的发现与汤姆孙模型课件选修3_5

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高中物理第二章原子结构电子的发现与汤姆孙模型导学案教科选修

第1节电子的发现与汤姆孙模型[目标定位] 1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分.2.了解汤姆孙发现电子的研究方法及蕴含的科学思想.3.领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义.4.了解汤姆孙的原子模型．一、物质结构的早期探究 1．古人对物质的认识(1)我国西周的“五行说”认为万物是由金、木、水、火、土五种基本“元素”组成的． (2)古希腊的亚里士多德认为万物的本质是土、水、火、空气四种“元素”，天体则由第五种“元素”——“以太”构成．(3)古希腊哲学家德谟克利特等人建立了早期的原子论，认为宇宙间存在着一种或多种微小的实体，叫做“原子”．2．大约在17世纪中叶，人们开始通过实验来了解物质的结构． (1)1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论． (2)19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单位．(3)1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成．二、电子的发现1．阴极射线：科学家研究稀薄气体放电时发现，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，这种射线称为阴极射线． 2．汤姆孙对阴极射线本质的探究(1)实验中通过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，并测量出了这些粒子的比荷：q m ＝ERB2.(2)阴极射线是带电粒子流，带负电．(3)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，其质量是氢离子质量的11 800，汤姆孙将这种带电粒子称为电子．想一想汤姆孙怎样通过实验确定阴极射线是带负电的粒子？答案他根据阴极射线在电场和磁场中偏转情况判断其是带负电的电子流．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，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的葡萄干面包模型．一、阴极射线的性质及特点 1．阴极射线实质是电子束．2．阴极射线的产生：玻璃管内的气体足够稀薄时，射线由阴极发出，它可使玻璃管壁发出荧光．3．阴极射线带电性质的判断方法(1)阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电场力(或洛伦兹力)对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响．图1(2)带电性质的判断方法①粒子在电场中运动如图1所示．带电粒子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的作用时，若沿电场线方向偏转，则粒子带正电；若逆着电场线方向偏转，则粒子带负电．图2②粒子在磁场中运动，如图2所示．粒子将受到洛伦兹力作用F＝qvB，洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，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．【例1】如图3所示，一玻璃管中有从左向右的阴极射线可能是电磁波或某种粒子流形成的射线，若在其下方放一通电直导线AB，射线发生如图所示的偏转，AB中的电流方向由B到A，则该射线的本质为( )图3A．电磁波B．带正电的高速粒子流C．带负电的高速粒子流D．不带电的高速中性粒子流答案 C解析射线在电流形成的磁场中发生偏转，即可确定该射线是由带电粒子构成的粒子流．根据安培定则可知，AB上方的磁场是垂直纸面向里的．粒子向下偏转，洛伦兹力方向向下，由左手定则可知射线所形成的电流方向向左，与粒子的运动方向相反，故粒子带负电．借题发挥应用左手定则时，要注意负电荷运动的方向与它形成的电流方向相反，即应用左手定则时负电荷运动的方向应与四指所指的方向相反．针对训练关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( )A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波C．阴极射线本质是电子D．阴极射线本质是X射线答案 C解析阴极射线是原子受激发射出的电子流，关于阴极射线是电磁波、X 射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的．二、电子比荷的测定1．汤姆孙在研究阴极射线时的实验装置如图4所示：图42．带电粒子比荷的测定方法图5(1)让粒子通过正交的电磁场(如图5所示)，让其做直线运动，根据二力平衡，即F 洛＝F 电(Bqv ＝qE)得到粒子的运动速度v ＝EB .(2)在其他条件不变的情况下，图6撤去电场(如图6所示)，保留磁场让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即Bqv ＝mv2R ，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径R.(3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：q m ＝EB 2R ，最后经定量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子．【例2】如图7所示为测定阴极射线粒子比荷的装置，从阴极K 发出的阴极射线通过一对平行金属板D 1、D 2间的匀强电场，发生偏转．图7(1)在D 1、D 2间加电场后射线偏到P 2，则由电场方向知，该射线带什么电？(2)再在D 1、D 2间加一磁场(图中未画出)，电场与磁场垂直，让射线恰好不偏转．设电场强度为E ，磁感应强度为B ，则电子的速度多大？(3)撤去电场，只保留磁场，使射线在磁场中做圆周运动，若测出轨道半径为R ，则粒子的荷质比q m 是多大？解析 (1)负电(2)粒子受两个力作用：电场力和洛伦兹力，两个力平衡，即有qE ＝qvB ，得：v ＝EB(3)根据洛伦兹力充当向心力：qvB ＝m v 2R ，得出：q m ＝vBR .又v ＝E B ，则q m ＝E B 2R .测出E 、B 、R 即可求荷质比qm .答案 (1)负电 (2)E B (3)E B 2R借题发挥测比荷的方法带电粒子的比荷，常见的测量方法有两种：(1)利用磁偏转测比荷，由qvB ＝m v 2R 得q m ＝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 ＝12at 2＝12·qU md ⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 2，故q m ＝2ydv2UL2.所以在偏转电场U 、d 、L 已知时，只需测量v 和y 即可．三、汤姆孙的原子模型图81．汤姆孙原子模型：汤姆孙认为原子是一个直径约为10－10m 的球体，正电荷均匀分布在整个球体中，带负电的电子嵌在其中，就好像面包中嵌着一粒粒葡萄干一样． 2．汤姆孙原子模型的示意图：(如图8所示)【例3】关于汤姆孙原子模型的说法正确的是( ) A ．汤姆孙原子模型的提出是以严格的实验为基础的 B ．汤姆孙认为原子是实心的C ．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在原子的中心D ．汤姆孙通过实验发现了质子答案 B解析汤姆孙原子模型是在一定的实验和理论基础上假想出来的，不是以严格的实验为基础的，A 错误；汤姆孙认为，原子是球体，原子带正电的部分应充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，所以B 正确，C 错误；汤姆孙发现了电子，并没有发现质子，D 错误.阴极射线1．如图9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．向上偏转答案 D解析由安培定则判断阴极射线所在处磁场垂直纸面向外，电子从负极端射出，由左手定则，可判定阴极射线(电子)向上偏转，故D对．2.如图10所示是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是( )图10A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向答案 B解析由于电子沿x轴正方向运动，若所受洛伦兹力向下，使电子射线向下偏转，由左手定则可知磁场方向应沿y轴正方向；若加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z轴正方向，由此可知B正确．汤姆孙原子模型3．(多选)下列说法正确的是( )A．汤姆孙研究阴极射线，用测定粒子比荷的方法发现了电子B．电子的发现证明了原子是可分的C．汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质应充斥整个原子，而带负电的电子，则镶嵌在球体的某些固定位置D．汤姆孙原子模型是正确的答案ABC解析通过物理学史可得，选项A正确；根据电子发现的重要意义可得，选项B正确；选项C描述的是汤姆孙原子模型，选项C正确；汤姆孙原子模型本身是错的，选项D错误．电子比荷的测定4.如图11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，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，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．答案2U B 2d2 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：q Ud ＝qvB ①撤去电场后，由牛顿第二定律得 qvB ＝mv 2R ②R ＝d 2③解①②③得：q m ＝2UB 2d2.(时间：60分钟)题组一对阴极射线的理解1．(多选)关于阴极射线，下列说法正确的是( ) A ．阴极射线带负电 B ．阴级射线带正电C ．阴级射线的比荷比氢原子的比荷大D ．阴极射线的比荷比氢原子的比荷小答案 AC解析由阴极射线在电场中的偏转方向可判断其带负电，A 对；汤姆孙用实验测定，阴极射线比荷是氢原子比荷的近两千倍，C 对．2．(多选)关于阴极射线，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 B ．阴极射线是由阴极发出的电子流 C ．阴极射线是组成物体的原子D ．阴极射线沿直线传播，但可被电场、磁场偏转答案 BD解析阴极射线是由阴极发出的电子流，B 正确，A 错误；电子是原子的组成部分，C 错误；电子可被电场、磁场偏转，D 正确．3．阴极射线管中加高电压的作用是( ) A ．使管内的气体电离 B ．使阴极发出阴极射线 C ．使管内障碍物的电势升高D ．使管内产生强电场，电场力做功使电子加速答案 D解析在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射出的电子流，B错；发射出的电子流通过高电压加速后，获得较高的能量，与玻璃管壁发生撞击而产生荧光，故A、C错，D正确．4．汤姆孙通过测定组成阴极射线的粒子的比荷发现了________，从而说明原子内部有复杂的结构．密立根通过油滴实验测定了电子的________．答案电子电荷量题组二电子及电子比荷的测定5．关于电荷的电荷量，下列说法错误的是( )A．电子的电荷量是由密立根油滴实验测得的B．物体所带电荷量可以是任意值C．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19 CD．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍答案 B解析密立根的油滴实验测出了电子的电荷量为1.6×10－19 C，并提出了电荷量子化的观点，因而A、C 对，B错；任何物体的电荷量都是e的整数倍，故D对．因此选B.6．(多选)如图1所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是( )图1A．若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点B．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转C．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转D．若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转答案AC解析实验证明，阴极射线是电子流，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可知选项C正确，选项B错误．加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力，要发生偏转，因而选项D错误．当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A正确．7.密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性．如图2所示是密立根油滴实验的原理示意图，设小油滴的质量为m，调节两极板间的电势差U，当小油滴悬浮不动时，测出两极板间的距离为d.则可求出小油滴的电荷量q＝________.图2答案mgd U解析由平衡条件得mg ＝q U d ，解得q ＝mgdU.8．为了测定带电粒子的比荷qm ，让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E ，在通过长为L 的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d ，如果在两板间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方向，磁感应强度为B ，则粒子恰好不偏离原来的方向，求qm 为多少？答案2Ed B 2L2 解析设带电粒子以速度v 0垂直电场方向进入匀强电场，则d ＝12at 2＝qE 2m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 02①此带电粒子垂直入射到正交的电磁场区域时不发生偏转，由平衡条件qE ＝qv 0B ，得v 0＝EB②由①②两式得qEL 22md ＝E2B 2解得q m ＝2Ed B 2L2.高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2019-2020学年高中物理第2章原子结构第1节电子的

第1节电子的发现与汤姆孙模型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，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论． 2．19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单元．3．1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成．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：科学家研究稀薄气体放电时发现，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，这种射线称为阴极射线．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，并测量出了粒子的比荷，q m ＝ERB ． (2)换用不同材料的阴极和不同的气体，所得粒子的比荷相同．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)阴极射线是带电粒子流．(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11 800，汤姆孙将这种带电粒子称为电子．(3)电子的发现说明原子具有一定的结构，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年伦琴发现了X 射线．(2)1896年法国科学家贝克勒尔发现了放射性． (3)1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子．(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．( )提示：(1)×(2)√(3)×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，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的葡萄干面包模型．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 ＝E B．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 ＝m v 2r．②(3)由①②确定比荷的表达式：q m ＝EB 2r． 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11 800．(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 ＝mv 2r由图可知：L ＝r ·sin θ 由以上各式得q m ＝E sin θB 2L．[答案] (1)垂直纸面向里 (2)E sin θB 2L(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 ＝m v 2R 得q m ＝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 ＝12at 2＝12qU md ·⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 2，故q m ＝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L 1，极板间距为b ，极板右端到荧光屏的距离为L 2．(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 ＝U Bb．(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 ＝eU mb ．电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为t 1＝L 1v．这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为d 1＝12at 21＝eL 21U2mv 2b．离开电场时竖直向上的分速度为v ⊥＝at 1＝eL 1U mvb ．电子离开电场做匀速直线运动，经t 2时间到达荧光屏，t 2＝L 2v．t 2时间内向上运动的距离为d 2＝v ⊥t 2＝eUL 1L 2mv 2b ．这样，电子向上的总偏转距离为d ＝d 2＋d 1＝eU mv 2b L 1·⎝⎛⎭⎪⎫L 2＋L 12，可解得em＝UdB 2bL 1⎝⎛⎭⎪⎫L 2＋L 12．[答案] (1)U Bb(2)UdB 2bL 1⎝⎛⎭⎪⎫L 2＋L 122．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，q Ud＝qvB撤去电场后，由牛顿第二定律得，qvB ＝mv 2R又R ＝d2解得q m ＝2UB 2d 2．答案：2UB 2d 2[随堂检测]1．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( ) A ．阴极射线本质是氢原子 B ．阴极射线本质是电磁波 C ．阴极射线本质是电子 D ．阴极射线本质是X 射线解析：选C ．阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X 射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的．2．(多选)下列说法中正确的是( )A ．汤姆孙精确地测出了电子电荷量e ＝1．602 177 33(49)×10－19CB ．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的C ．汤姆孙油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e 的整数倍D ．通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e 的值，就可以确定电子的质量解析：选BD ．电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的，A 、C 错误，B 正确．测出比荷的值em和电子电荷量e 的值，可以确定电子的质量，故D 正确．3．对于电子的发现，以下说法中正确的是( ) A ．汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子 B ．汤姆孙通过实验测定了阴极射线的电荷量 C ．密立根通过油滴实验测定了阴极射线的比荷值 D ．原子的葡萄干面包模型是道尔顿提出的解析：选A ．1897年汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子，并测出了电子的比荷，提出了葡萄干面包模型．故选A ．4．阴极射线管中的高电压的作用是( ) A ．使管内气体电离 B ．使管内产生阴极射线 C ．使管内障碍物的电势升高D ．使电子加速解析：选D ．在阴极射线管中，阴极射线是由于阴极处于炽热状态而发射出的电子流，通过高电压使电子加速获得能量，与玻璃发生撞击而产生荧光．故选项D 正确．5．汤姆孙1897年用阴极射线管测量了电子的比荷(电子电荷量与质量之比)，其实验原理如图所示．电子流平行于极板射入，极板P 、P ′间同时存在匀强电场E 和垂直纸面向里的匀强磁场B 时，电子流不会发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B 时，电子流穿出平行板电容器时的偏转角θ＝115 rad ．已知极板长L ＝3．0×10－2m ，电场强度大小为E ＝1．5×104V/m ，磁感应强度大小为B ＝5．0×10－4T ．求电子比荷．解析：无偏转时，洛伦兹力和电场力平衡，则eE ＝evB只存在磁场时，有evB ＝m v 2r，由几何关系r ＝Lsin θ偏转角很小时，r ≈L θ联立上述各式并代入数据得电子的比荷e m ＝EθB 2L＝1．3×1011C/kg ．答案：1．3×1011C/kg[课时作业]一、单项选择题1．下列说法正确的是( )A ．汤姆孙发现了电子并测出电子的电荷量B ．稀薄气体导电可以看到辉光现象C ．阴极射线是一种电磁波D ．以上说法都不对解析：选B ．汤姆孙发现了电子，但电子的电荷量是由密立根油滴实验测出的，A 错．稀薄气体被电离可以导电，产生辉光现象，B 对．阴极射线是带负电的粒子流，即电子，C 错．2．下列说法中错误的是( )A．原子是可以再分的，是由更小的微粒组成的B．通常情况下，气体是导电的C．在强电场中气体能够被电离而导电D．平时我们在空气中看到的放电火花，就是气体电离导电的结果解析：选B．电子的发现说明原子是可以再分的，A对；通常情况下，气体不导电，但在强电场中被电离后可导电，B错，C、D对．3．下列关于电子的说法正确的是( )A．只有少数物质中有电子B．不同的物质中具有不同的电子C．电子质量是质子质量的1 836倍D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元解析：选D．汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，均为同一种粒子，即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量．由此可知D正确，B、C错误．4．英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( )A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D．汤姆孙已准确得出阴极射线粒子的电荷量解析：选A．汤姆孙利用其设计的阴极射线管，将不同的气体充入管内，用多种不同的金属分别制成阴极，结果证明比荷大体相同，C错．汤姆孙和他的学生通过测量得知阴极射线粒子的电荷量与氢离子的电荷量大小基本相同，D错；阴极射线带负电，A对，B错．5．阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示，若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为( )A．平行于纸面向左B．平行于纸面向上C．垂直于纸面向外D．垂直于纸面向里解析：选C．阴极射线是高速电子流，由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外．6．如图所示为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空，A 为发射热电子的阴极，K 为接在高电势点的加速阳极，A 、K 间电压为U ，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K 的小孔中射出的速度大小为v ，下面的说法中正确的是( )A ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为2vB ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为v2C ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为v2D ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为22v 解析：选D ．对电子从A 到K 的过程应用动能定理：Ue ＝12mv 2－0，所以电子离开K 时的速度取决于A 、K 之间电压的大小，A 错，B 错；如果电压减半，则v 应变为原来的22，C 错，D 对．二、多项选择题7．关于阴极射线的性质，下列说法正确的是( ) A ．阴极射线带负电 B ．阴极射线带正电C ．阴极射线的比荷比质子的比荷大D ．阴极射线的比荷比质子的比荷小解析：选AC ．通过对阴极射线在电场、磁场中偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢离子的比荷大得多，故A 、C 正确．8．如图是密立根油滴实验的示意图．油滴从喷雾器嘴喷出，落到图中的匀强电场中，调节两板间的电压，通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中，下列说法正确的是( )A ．油滴带负电B ．油滴质量可通过天平来测量C ．只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量D ．该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍解析：选AD ．由图知，电容器板间电场方向向下，油滴所受的电场力向上，则知油滴带负电，故A 正确．油滴的质量很小，不能通过天平测量，故B 错误．根据油滴受力平衡得：mg ＝qE ＝q U d ，得q ＝mgdU，所以要测出两板间的距离、电压和油滴的质量才能求出油滴的电量，故C 错误．根据密立根油滴实验研究知：该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍，故D 正确．9．关于电子的发现，下列叙述中正确的是( ) A ．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 B ．电子的发现，说明原子具有一定的结构 C ．电子是第一种被人类发现的微观粒子 D ．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象解析：选BCD ．发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B 正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C 正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D 正确．10.如图所示是电子射线管的示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x 轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(沿z 轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是()A ．加一磁场，磁场方向沿z 轴负方向B ．加一磁场，磁场方向沿y 轴正方向C ．加一电场，电场方向沿z 轴正方向D ．加一电场，电场方向沿y 轴正方向解析：选BC ．由于电子沿x 轴正方向运动，若所受洛伦兹力向下，使电子射线向下偏转，由左手定则可知磁场方向应沿y 轴正方向；若加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z 轴正方向，由此可知B 、C 正确．三、非选择题11.为测定带电粒子的比荷q m，让这个带电粒子垂直飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E ，在通过长为L 的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d ，如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直粒子的入射方向，磁感应强度为B ，则离子恰好不偏离原来方向，求比荷q m的值为多少？解析：只加电场时，在垂直电场方向 d ＝12⎝ ⎛⎭⎪⎫Eq m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 02加磁场后，粒子做直线运动，则qv 0B ＝Eq ，即v 0＝E B．联立解得：q m ＝2dE B 2L 2．答案：2dEB 2L2 12.如图所示，有一电子束穿过具有匀强电场和匀强磁场的空间区域，该区域的电场强度和磁感应强度分别为E 和B ．(1)如果电子束的速度为v 0，要使电子束穿过上述空间区域不发生偏转，电场和磁场应满足什么条件？(2)如果撤去磁场，电场区域的长度为l ，电场强度的方向和电子束初速度方向垂直，电场区域边缘离屏之间的距离为d ，要使电子束在屏上偏移距离为y ，所需加速电压为多大？解析：(1)要使电子不发生偏转则：eE ＝ev 0B ，E ＝v 0B ．(2)电子在电场中向上偏转量s ＝12·eE m t 2，且tan θ＝v y v 0，其中v y ＝eE mt ．在加速电场中eU ＝12mv 20，v 0＝l t．偏移距离y ＝s ＋d tan θ，由以上各式可得U ＝El （l ＋2d ）4y．答案：(1)E ＝v 0B (2)El （l ＋2d ）4y。

高中物理第二章原子结构 2.1 电子的发现与汤姆孙模型导学案教科版选修35

第1节电子的发现与汤姆孙模型[目标定位] 1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分.2.了解汤姆孙发现电子的研究方法及蕴含的科学思想.3.领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义.4.了解汤姆孙的原子模型．一、物质结构的早期探究 1．古人对物质的认识(1)我国西周的“五行说”认为万物是由金、木、水、火、土五种基本“元素”组成的． (2)古希腊的亚里士多德认为万物的本质是土、水、火、空气四种“元素”，天体则由第五种“元素”——“以太”构成．(3)古希腊哲学家德谟克利特等人建立了早期的原子论，认为宇宙间存在着一种或多种微小的实体，叫做“原子”．2．大约在17世纪中叶，人们开始通过实验来了解物质的结构． (1)1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论． (2)19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单位．(3)1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成．二、电子的发现1．阴极射线：科学家研究稀薄气体放电时发现，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，这种射线称为阴极射线． 2．汤姆孙对阴极射线本质的探究(1)实验中通过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，并测量出了这些粒子的比荷：q m ＝ERB 2. (2)阴极射线是带电粒子流，带负电．(3)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，其质量是氢离子质量的11 800，汤姆孙将这种带电粒子称为电子．想一想汤姆孙怎样通过实验确定阴极射线是带负电的粒子？答案他根据阴极射线在电场和磁场中偏转情况判断其是带负电的电子流．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，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的葡萄干面包模型．一、阴极射线的性质及特点1．阴极射线实质是电子束．2．阴极射线的产生：玻璃管内的气体足够稀薄时，射线由阴极发出，它可使玻璃管壁发出荧光．3．阴极射线带电性质的判断方法(1)阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电场力(或洛伦兹力)对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响．图1(2)带电性质的判断方法①粒子在电场中运动如图1所示．带电粒子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的作用时，若沿电场线方向偏转，则粒子带正电；若逆着电场线方向偏转，则粒子带负电．图2②粒子在磁场中运动，如图2所示．粒子将受到洛伦兹力作用F＝qvB，洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，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．【例1】如图3所示，一玻璃管中有从左向右的阴极射线可能是电磁波或某种粒子流形成的射线，若在其下方放一通电直导线AB，射线发生如图所示的偏转，AB中的电流方向由B 到A，则该射线的本质为( )图3A．电磁波B．带正电的高速粒子流C．带负电的高速粒子流D．不带电的高速中性粒子流答案 C解析射线在电流形成的磁场中发生偏转，即可确定该射线是由带电粒子构成的粒子流．根据安培定则可知，AB 上方的磁场是垂直纸面向里的．粒子向下偏转，洛伦兹力方向向下，由左手定则可知射线所形成的电流方向向左，与粒子的运动方向相反，故粒子带负电．借题发挥应用左手定则时，要注意负电荷运动的方向与它形成的电流方向相反，即应用左手定则时负电荷运动的方向应与四指所指的方向相反．针对训练关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( ) A ．阴极射线本质是氢原子 B ．阴极射线本质是电磁波 C ．阴极射线本质是电子 D ．阴极射线本质是X 射线答案 C解析阴极射线是原子受激发射出的电子流，关于阴极射线是电磁波、X 射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的．二、电子比荷的测定1．汤姆孙在研究阴极射线时的实验装置如图4所示：图42．带电粒子比荷的测定方法图5(1)让粒子通过正交的电磁场(如图5所示)，让其做直线运动，根据二力平衡，即F 洛＝F 电(Bqv ＝qE )得到粒子的运动速度v ＝EB. (2)在其他条件不变的情况下，图6撤去电场(如图6所示)，保留磁场让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即Bqv ＝mv 2R，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径R .(3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：q m ＝EB 2R，最后经定量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子．【例2】如图7所示为测定阴极射线粒子比荷的装置，从阴极K 发出的阴极射线通过一对平行金属板D 1、D 2间的匀强电场，发生偏转．图7(1)在D 1、D 2间加电场后射线偏到P 2，则由电场方向知，该射线带什么电？(2)再在D 1、D 2间加一磁场(图中未画出)，电场与磁场垂直，让射线恰好不偏转．设电场强度为E ，磁感应强度为B ，则电子的速度多大？(3)撤去电场，只保留磁场，使射线在磁场中做圆周运动，若测出轨道半径为R ，则粒子的荷质比q m是多大？解析 (1)负电(2)粒子受两个力作用：电场力和洛伦兹力，两个力平衡，即有qE ＝qvB ，得：v ＝E B(3)根据洛伦兹力充当向心力：qvB ＝m v 2R ，得出：q m ＝vBR.又v ＝EB ，则q m ＝E B 2R .测出E 、B 、R 即可求荷质比qm. 答案 (1)负电 (2)EB(3)E B 2R借题发挥测比荷的方法带电粒子的比荷，常见的测量方法有两种：(1)利用磁偏转测比荷，由qvB ＝m v 2R 得q m ＝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 ＝12at 2＝12·qU md ⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 2，故q m ＝2ydv2UL 2.所以在偏转电场U 、d 、L已知时，只需测量v 和y 即可．三、汤姆孙的原子模型图81．汤姆孙原子模型：汤姆孙认为原子是一个直径约为10－10m的球体，正电荷均匀分布在整个球体中，带负电的电子嵌在其中，就好像面包中嵌着一粒粒葡萄干一样．2．汤姆孙原子模型的示意图：(如图8所示)【例3】关于汤姆孙原子模型的说法正确的是( )A．汤姆孙原子模型的提出是以严格的实验为基础的B．汤姆孙认为原子是实心的C．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在原子的中心D．汤姆孙通过实验发现了质子答案 B解析汤姆孙原子模型是在一定的实验和理论基础上假想出来的，不是以严格的实验为基础的，A错误；汤姆孙认为，原子是球体，原子带正电的部分应充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，所以B正确，C错误；汤姆孙发现了电子，并没有发现质子，D错误.阴极射线1．如图9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( )图9A．向纸内偏转B．向纸外偏转C．向下偏转D．向上偏转答案 D解析由安培定则判断阴极射线所在处磁场垂直纸面向外，电子从负极端射出，由左手定则，可判定阴极射线(电子)向上偏转，故D对．2.如图10所示是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是( )图10A ．加一磁场，磁场方向沿z 轴负方向B ．加一磁场，磁场方向沿y 轴正方向C ．加一电场，电场方向沿z 轴负方向D ．加一电场，电场方向沿y 轴正方向答案 B解析由于电子沿x 轴正方向运动，若所受洛伦兹力向下，使电子射线向下偏转，由左手定则可知磁场方向应沿y 轴正方向；若加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z 轴正方向，由此可知B 正确．汤姆孙原子模型3．(多选)下列说法正确的是( )A ．汤姆孙研究阴极射线，用测定粒子比荷的方法发现了电子B ．电子的发现证明了原子是可分的C ．汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质应充斥整个原子，而带负电的电子，则镶嵌在球体的某些固定位置D ．汤姆孙原子模型是正确的答案 ABC解析通过物理学史可得，选项A 正确；根据电子发现的重要意义可得，选项B 正确；选项C 描述的是汤姆孙原子模型，选项C 正确；汤姆孙原子模型本身是错的，选项D 错误．电子比荷的测定4.如图11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 ，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，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．图11答案2UB 2d 2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：q Ud＝qvB ① 撤去电场后，由牛顿第二定律得qvB ＝mv 2R ②R ＝d 2③解①②③得：q m ＝2UB 2d 2.(时间：60分钟)题组一对阴极射线的理解1．(多选)关于阴极射线，下列说法正确的是( ) A ．阴极射线带负电 B ．阴级射线带正电C ．阴级射线的比荷比氢原子的比荷大D ．阴极射线的比荷比氢原子的比荷小答案 AC解析由阴极射线在电场中的偏转方向可判断其带负电，A 对；汤姆孙用实验测定，阴极射线比荷是氢原子比荷的近两千倍，C 对．2．(多选)关于阴极射线，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 B ．阴极射线是由阴极发出的电子流 C ．阴极射线是组成物体的原子D ．阴极射线沿直线传播，但可被电场、磁场偏转答案 BD解析阴极射线是由阴极发出的电子流，B 正确，A 错误；电子是原子的组成部分，C 错误；电子可被电场、磁场偏转，D 正确． 3．阴极射线管中加高电压的作用是( ) A ．使管内的气体电离 B ．使阴极发出阴极射线 C ．使管内障碍物的电势升高D ．使管内产生强电场，电场力做功使电子加速答案 D解析在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射出的电子流，B 错；发射出的电子流通过高电压加速后，获得较高的能量，与玻璃管壁发生撞击而产生荧光，故A 、C 错，D 正确．4．汤姆孙通过测定组成阴极射线的粒子的比荷发现了________，从而说明原子内部有复杂的结构．密立根通过油滴实验测定了电子的________．答案电子电荷量题组二电子及电子比荷的测定5．关于电荷的电荷量，下列说法错误的是( ) A ．电子的电荷量是由密立根油滴实验测得的 B ．物体所带电荷量可以是任意值 C ．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19CD ．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍答案 B解析密立根的油滴实验测出了电子的电荷量为1.6×10－19C ，并提出了电荷量子化的观点，因而A 、C 对，B 错；任何物体的电荷量都是e 的整数倍，故D 对．因此选B. 6．(多选)如图1所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是( )图1A ．若在D 1、D 2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P 1点B ．若在D 1、D 2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转C ．若在D 1、D 2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转 D ．若在D 1、D 2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转答案 AC解析实验证明，阴极射线是电子流，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可知选项C 正确，选项B 错误．加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力，要发生偏转，因而选项D 错误．当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A 正确．7.密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性．如图2所示是密立根油滴实验的原理示意图，设小油滴的质量为m ，调节两极板间的电势差U ，当小油滴悬浮不动时，测出两极板间的距离为d .则可求出小油滴的电荷量q ＝________.图2答案mgdU解析由平衡条件得mg ＝q U d ，解得q ＝mgd U. 8．为了测定带电粒子的比荷q m，让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E ，在通过长为L 的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d ，如果在两板间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方向，磁感应强度为B ，则粒子恰好不偏离原来的方向，求q m为多少？答案2Ed B 2L 2解析设带电粒子以速度v 0垂直电场方向进入匀强电场，则d ＝12at 2＝qE 2m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 02①此带电粒子垂直入射到正交的电磁场区域时不发生偏转，由平衡条件qE ＝qv 0B ，得v 0＝EB②由①②两式得qEL 22md ＝E 2B2解得q m ＝2EdB 2L 2.。

鲁科版物理 2.1 电子的发现与汤姆孙模型教案

鲁科版物理2.1 电子的发现与汤姆孙模型教案
鲁科版物理选修3-5教案第二章原子结构
第一节电子的发现与汤姆孙模型
三维教学目标
1、知识与技能
（1）了解阴极射线及电子发现的过程；
（2）知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导。

2、过程与方法：培养学生对问题的分析和解决能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子。

3、情感、态度与价值观：理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程，根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说。

人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的。

教学重点：阴极射线的研究。

教学难点：汤姆孙发现电子的理论推导。

教学方法：实验演示和启发式综合教学法。

教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。

（一）引入新课
很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是。

鲁科版高中物理选修3-5课件高二：2.1电子的发现与汤姆孙模型

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Z S 重点难点 HONGDIAN NANDIAN
随堂练习
UITANG LIANXI
探究一
探究二
【例题 1】阴极射线从阴极射线管中的阴极发出,在其间的高电压下加速飞向阳极,如图所示。若要使射线向上偏转,所加磁场的方向应为( )
A.平行于纸面向左
B.平行于纸面向上
C.垂直于纸面向外
D.垂直于纸面向里
点拨:阴极射线是电子流,由运动方向、磁场方向依据左手定则判断偏
转方向。
解析:由于阴极射线的本质是电子流,阴极射线方向向右传播,说明电子
的运动方向向右,相当于存在向左的电流,利用左手定则,使电子所受洛伦兹
力方向平行于纸面向上,由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外,故选项 C
电场方向向下,则电场力的方向与电场方向相反,所以阴极射线带负电。
(2)由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力,由
左手定则得磁场的方向垂直纸面向里。
(3)设此射线带电荷量为 q,质量为 m,当射线在 DG 间
做匀速直线运动时,由平衡条件得 qE=Bqv
当射线在 DG 间的磁场中偏转时,由洛伦兹力提供向心力得 Bqv=��2
课程目标
1.了解电子的发现过程,让学生体会科学家进行科学探究的过程。 2.知道汤姆孙模型。 3.了解早期的原子结构模型,体会模型化方法。 4.认识 19 世纪末三大发现的物理意义。
4
一二三
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20
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鲁科版(2019)高中物理选择性必修第三册课程目录与教学计划表

鲁科版（2019）高中物理选择性必修第三册课程目录与教学计划表
教材课本目录是一本书的纲领，是教与学的路线图。

不管是做教学计划、实施教学活动，还是做学习计划、复习安排、工作总结，都离不开目录。

目录是一本书的知识框架，要做到心中有书、胸有成竹，就从目录开始吧！
课程目录教学计划、进度、课时安排选择性必修第三册
第1章分子动理论与气体实验定律
第1节分子动理论的基本观点
第2节科学测量:用油膜法估测油酸分子的大小
第3节气体分子速率分布的统计规律
第4节科学探究:气体压强与体积的关系
第5节气体实验定律
本章综合与测试
第2章固体与液体
第1节固体类型及微观结构
第2节表面张力和毛细现象
第3节材料及其应用
本章综合与测试
第3章热力学定律
第1节热力学第一定律
第2节能量的转化与守恒
第3节热力学第二定律
第4节熵——系统无序程度的量度
本章综合与测试
第4章原子结构
第1节电子的发现与汤姆孙原子模型
第2节原子的核式结构模型
第3节光谱与氢原子光谱
第4节玻尔原子模型
本章综合与测试
第5章原子核与核能
第1节认识原子核
第2节原子核衰变及半衰期第3节核力与核能
第4节核裂变和核聚变
第5节核能的利用与环境保护本章综合与测试
第6章波粒二象性
第1节光电效应及其解释
第2节实物粒子的波粒二象性本章综合与测试
本册综合。

2020_2021学年高中物理第2章原子结构1电子的发现与汤姆孙模型课时练习含解析鲁科版选修3_5

电子的发现与汤姆孙模型(15分钟·30分)一、选择题(本题共4小题,每小题5分,共20分)1.关于阴极射线,下列说法正确的是( )A.阴极射线带正电B.阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流C.阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的D.阴极射线就是X射线【解析】选C。

阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流,故A、B错误;最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线,故C正确;阴极射线本质是电子流,故D错误。

2.(多选)如图所示,一只阴极射线管,左侧不断有电子射出,若在管的正下方放一通电直导线AB 时,发现射线径迹下偏,则( )A.导线中的电流由A流向BB.导线中的电流由B流向AC.若要使电子束的径迹往上偏,可以通过改变AB中的电流方向来实现D.电子束的径迹与AB中的电流方向无关【解析】选B、C。

阴极射线的粒子带负电,由左手定则判断管内磁场垂直纸面向里。

由安培定则判定AB中电流的方向由B向A,A错误,B正确。

电流方向改变,管内磁场方向改变,电子受力方向也改变,故C正确,D错误。

3.(多选)汤姆孙对阴极射线进一步研究,最终发现了电子,因此被称为“电子之父”。

关于电子的说法正确的是( )A.任何物质中均有电子B.不同的物质中具有不同的电子C.电子质量是质子质量的1836倍D.电子是一种粒子,是构成物质的基本单元【解析】选A、D。

汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究,发现均为同一种相同的粒子——电子,电子是构成物质的基本单元,它的质量远小于质子的质量。

由此可知A、D正确,B、C错误。

4.如图是电子射线管示意图,接通电源后,电子射线由阴极沿x轴正方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线。

要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转,在下列措施中可采用的是( )A.加一磁场,磁场方向沿z轴负方向B.加一磁场,磁场方向沿y轴正方向C.加一电场,电场方向沿z轴负方向D.加一电场,电场方向沿y轴正方向【解析】选B。

高中物理第2章原子结构第1节电子的发现与汤姆孙模型学高中物理试题

第1节点囤市安抚阳光实验学校电子的发现与汤姆孙模型(建议用时：45分钟)[学业达标]1．下列说法正确的是( )A．汤姆孙研究阴极射线，用测粒子比荷的方法发现了电子B．电子的发现证明了原子是可分的C．汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质充斥整个原子，而带负电的电子，则镶嵌在球体的某些固位置D．汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质都集中在原子中心一个很小的范围内E．汤姆孙原子模型是正确的【解析】通过物理学史可得，选项A正确；根据电子发现的重要意义可得，选项B正确；选项C描述的是汤姆孙原子模型，选项C正确，D错误；汤姆孙原子结构模型本身是错误的，选项E错误．【答案】ABC2．关于阴极射线，下列说法正确的是 ( )A．阴极射线就是稀薄气体导电的发光放电现象B．阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流C．阴极射线是组成物体的原子D．阴极射线可以在磁场作用下发生偏转E．阴极射线可以在电场作用下发生偏转【解析】阴极射线是在真空管中由阴极发出的电子流，A错误，B正确．电子是原子的组成，C错误．电子可被电场、磁场作用发生偏转，故D、E均正确．【答案】BDE3．英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现( )A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相反C．不同材料作阴极所产生的阴极射线的比荷相同D．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同E．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量【解析】汤姆孙通过对阴极射线的研究发现，阴极射线在磁场中的受力情况跟负电荷受力情况相同，不同材料所产生的阴极射线的比荷相同，A、B、C 均对，D错误；汤姆孙通过粗略地测出了阴极射线粒子的电荷量，E错．【答案】ABC4．下列说法中正确的是( )A．原子是可以再分的，是由更小的微粒组成的B．通常情况下，气体是导电的C．在强电场中气体能够被电离而导电D．平时我们在空气中看到的放电火花，就是气体电离导电的结果E．汤姆孙研究阴极射线发现了质子【解析】原子可以再分，A对；通常情况下，气体不导电，但在强电场中被电离后可导电，B错，C、D对；汤姆孙研究阴极射线发现了电子，E错误．【答案】ACD5．对于如图214所示的装置，下列说法正确的是( )图214A．这是阴极射线是否带电的装置B．密立根首次观察到阴极射线C．汤姆孙确了组成阴极射线的粒子是电子D．赫兹认为阴极射线是一种电磁波E．普吕克尔命名了阴极射线【解析】1897年汤姆孙利用题图的装置，确了组成阴极射线的粒子是电子，A、C正确；1858年普吕克尔首次观察到阴极射线，B错误；1876年，戈德斯坦命名了阴极射线，认为管壁上的荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种射线命名为阴极射线，E错误；赫兹认为阴极射线是一种电磁波，D正确．【答案】ACD6．如图215是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，可以加一磁场，磁场的方向沿________轴正方向，也可以加一电场，电场的方向沿________轴正方向.【：18850024】图215【解析】由于电子沿x轴正方向运动，若所受洛伦兹力向下，使电子射线向下偏转，由左手则可知磁场方向沿y轴正方向；若所加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向沿z轴正方向．【答案】y z7．如图216所示，有一混合正离子束先后通过正交电磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径R 相同，则它们一具有相同的________和________．图216【解析】正交电磁场区域Ⅰ实际上是一个速度选择器，这束正离子在区域Ⅰ中均不偏转，说明它们具有相同的速度．在区域Ⅱ中半径相同，R＝mvqB，所以它们具有相同的比荷．【答案】速度比荷 8．为测带电粒子的比荷qm，让这个带电粒子垂直飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E ，在通过长为L 的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d ，如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直粒子的入射方向，磁感强度为B ，则离子恰好不偏离原来方向，求比荷qm的值为多少？【解析】只加电场时，在垂直电场方向 d ＝12(Eq m )(L v 0)2加磁场后，粒子做直线运动，则qv 0B ＝Eq ，即v 0＝EB .联立解得：q m ＝2dEB 2L2.【答案】2dEB 2L 2[能力提升]9．如图217所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图．显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光．安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转．下列说法中正确的是( )图217A ．如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线该打在荧光屏的O 点B ．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A 点，则偏转磁场的方向该垂直纸面向里C ．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B 点，则偏转磁场的方向该垂直纸面向里D ．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B 点向A 点移动，则偏转磁场磁感强度该先由小到大，再由大到小E ．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B 点向A 点移，则偏转磁场磁感强度该先由大到小，再由小到大【解析】偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O 点，A 正确．由阴极射线的电性及左手则可知B 错误，C 正确．由R ＝mvqB 可知，B 越小，R 越大，故磁感强度先由大变小，再由小变大，故D 错误，E 正确．【答案】 ACE10．如图218所示是汤姆生的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是( )【：18850025】汤姆生的气体放电管的示意图图218A．若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线打到最右端的P1点B．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线向下偏转C．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线向上偏转D．若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线打到最右端的P1点E．若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线打到右端的P2点【解析】证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时偏向带正电的极板一侧，可知选项C正确，选项B的说法错误．加上磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力，要发生偏转，因而选项D错误，E正确．当不加电场和磁场时，由于电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A的说法正确．【答案】ACE11．如图219所示为物理学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图，两块水平放置的金属板间距为d，油滴从喷雾器的喷嘴喷出时，由于与喷嘴摩擦而带负电，油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间，当平行金属板间不加电压时，由于受到气体阻力的作用，油滴最终以速度v1竖直向下匀速运动；当上板带正电，下板带负电，两板间的电压为U时，带电油滴恰好能以速度v2竖直向上匀速运动．已知油滴在极板间运动时所受气体阻力的大小与其速率成正比，油滴密度为ρ，已测量出油滴的直径为D(油滴可看作球体，球体体积公式V＝16πD3)，重力加速度为g.图219(1)设油滴受到气体的阻力f＝kv，其中k为阻力系数，求k的大小；(2)求油滴所带电荷量．【解析】(1)油滴速度为v1时所受阻力f1＝kv1，油滴向下匀速运动时，重力与阻力平衡，有f1＝mgm＝ρV＝16πρD3，则k＝16v1πρD3g.(2)设油滴所带电荷量为q，油滴受到的电场力为F电＝qE＝qUd油滴向上匀速运动时，阻力向下，油滴受力平衡，则kv2＋mg＝qUd油滴所带电荷量为q＝ρπD3gd v1＋v26Uv1.【答案】(1)16v1πρD3g(2)ρπD 3gd v 1＋v 26Uv 112．汤姆孙用来测电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的装置如图2110所示．真空管内的阴极K 发出的电子(不计初速度、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A ′中心的小孔沿中心轴O 1O 的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P 和P ′间的区域．当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O 点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U 后，亮点偏离到O ′点(O ′点与O 点的竖直间距为d ，水平间距可忽略不计)．此时，在P 和P ′间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场．调节磁场的强弱，当磁感强度的大小为B 时，亮点重回到O 点．已知极板水平方向的长度为L 1，极板间距为b ，极板右端到荧光屏的距离为L 2(如图所示)．图2110(1)求打在荧光屏O 点的电子速度的大小； (2)推导出电子的比荷的表达式．【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，亮点重回到中心O 点，设电子的速度为v ，P 和P ′间电场强度为E ，则evB＝eE ，得v ＝E B ，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a ＝eUmb.电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间t 1＝L 1v，这样，电子在电场中竖直方向上偏转的距离d 1＝12at 21＝eL 21U 2mv 2b.离开电场时竖直向上的分速度v ⊥＝at 1＝eL 1U mvb.电子离开电场后做匀速直线运动，经t 2时间到达荧光屏，则t 2＝L 2v.t 2时间内向上运动的距离d 2＝v ⊥t 2＝eUL 1L 2mv 2b.这样，电子向上的总偏转距离d ＝d 1＋d 2＝eU mv 2b L 1⎝ ⎛⎭⎪⎫L 2＋L 12.可解得e m ＝UdB 2bL 1L 2＋L 1/2.【答案】 (1)U Bb (2)UdB 2bL 1L 2＋L 1/2。

鲁科版高中物理选修3-5第2章第1、2节电子的发现与汤姆孙模型原子的核式结构模型

(3)实验结论：用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的。这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分，并由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。汤姆孙把新发现的这种粒子称之为电子。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流，这些微观粒子是________。若在如图212所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将________(填“向上”“向下”“向里”或“向外”)偏转。
原因
库仑力作用使其发生了大靠近原子核的 α 粒子受_______ 角度偏转
结论
很小的带正电原子中存在体积_____ ______的部分
[跟随名师· 解疑难]
1．实验背景 α粒子散射实验是卢瑟福和他的合作者做的一个著名的物理实验，实验的目的是想证实汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。
答案：(1)负电 Esin θ (3) 2 BL
(2)垂直纸面向里
[探规寻律] (1)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，要注意确定圆心位置，利用几何关系求出半径。 (2)洛伦兹力提供向心力，列出牛顿第二定律方程求解问题。 [跟踪演练] 英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现 A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧 B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同 C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同 D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量 ( )
图212
解析：阴极射线即为电子流，当电子流穿过垂直纸面向里的磁场时，将受到洛伦兹力的作用而向下偏转(注意电流方向与电子流方向相反)。

高中物理第2章原子结构 2.1 电子的发现与汤姆逊模型教案鲁科版选修35

2.1 电子的发现与汤姆逊模型（一）知识与技能1．了解阴极射线及电子发现的过程2．知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导（二）过程与方法培养学生对问题的分析和解决能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子。

（三）情感、态度与价值观理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程。

根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说。

人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的。

★教学重点阴极射线的研究★教学难点汤姆孙发现电子的理论推导★教学方法实验演示和启发式综合教学法★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课教师：很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。

这种认识一直统治了人类思想近两千年。

直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。

电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。

（二）进行新课1．阴极射线讲述：气体分子在高压电场下可以发生电离，使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。

设疑：是什么原因让空气分子变成带电粒子的？带电粒子从何而来的？科学家在研究气体导电时发现了辉光放电现象。

史料：1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。

德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的。

所以他把这种未知射线称之为阴极射线。

对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。

（1）电磁波说：代表人物，赫兹。

认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。

（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。

认为这种射线的本质是一种高速粒子流。

思考：你能否设计一个实验来进行阴极射线的研究，能通过实验现象来说明这种射线是一种电磁波还是一种高速粒子流。

2020_2021学年高中物理第二章原子结构第1节电子的发现与汤姆孙模型教案1鲁科版选修3_5

电子的发现与汤姆孙模型课时：1课时教学目标【知识与技能】1.知道汤姆孙用阴极射线管实验测出电子的比荷。

2.知道汤姆孙提出的原子模型。

【过程与方法】1.关于阴极射线本性之争，通过提出问题，阴极射线是什么；到猜想与假设，提出很多观点与学说；最后实验验证。

汤姆孙通过长期的实验，判定出电子是原子的组成部分。

2.通过汤姆孙原子模型的提出，让学生体会建立模型的思维过程，同时知道建立模型是物理学的一种重要的研究方法之一。

【情感态度与价值观】在物质结构的早期探究中，体会人类对客观世界的认识是不断深入的，科技的进步对物理学的推动作用。

激发学生的求知欲，向科学家们致敬和学习他们专注研究的精神。

教学重点和难点：重点：阴极射线管实验测带电粒子的比荷。

难点：阴极射线管实验的探究方法。

教学方法：阅读法讲授法实验法教学资源：教材 PPT（网络资料）图片实验主要教学过程：【引入】宇宙万物都是有许许多多小部分组成的。

显微镜下:皮肤由一个个细胞组成的；电子显微镜下，可以看到组成物质的原子图像；原子还能再分吗？他有什么样子的结构呢？今天开始我们进入微观领域的学习：第二章原子结构在微观领域的研究中，科学家们是通过不断的现象观察，实验验证，逐步揭开原子的结构。

今天这一节课，我们学习电子的发现与汤姆孙模型；（学生活动：阅读教材）2min(看视频短片）1.古人对物质的结构的认识2.古希腊哲学家的莫克利特建立了早期的原子论。

3.17世界中叶，人们开始通过实验来了解物质的结构。

4.19世界初，道尔顿提出了原子论；1811年意大利化学家阿伏伽德罗提出分子的假说。

一、阴极射线管实验【讲授】19世纪末，科学家研究稀薄气体放电时发现，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。

称之为阴极射线。

但是科学家们对阴极射线的认识有分歧，有的认为是以太波，有的认为是某种粒子，有的认为是带正电的，有的认为是带负电的。

提出了各种各样的观点。

电子的发现与汤姆孙原子模型高二物理(鲁科版2019选择性必修第三册)(共15张PPT)

究
方式重新结合或分散；
人们很早就在探索构成物质的最小微粒
一
、
物
质
结
构
的
早
期
探
究
我国战国时期的思想家墨子认为物体是由不
可分割的最小单元——“端”构成的。
一
大约在17世纪中叶，人们开始通过实验来了解物质的结构
、物质
1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论。18世纪一系列重要的实验结果，如化学反应遵循质量守恒定律，元素
兹力平衡时，有
qE qBv
电子
由此确定带电粒子的运动速率。然后使电场为零，带电粒子在磁场区内做圆周运动，有
的发
qBv mv2
现
r
由以上两式可得带电粒子的比荷
汤姆孙发现这些粒子电荷量的大小与氢离子大致相同，而比荷却是氢离子的近两千倍。
q m
E rB 2
汤姆孙认为，阴极射线粒子是
电荷量大小与氢离子相同、而质量
伽德
原子组成。
罗
一ห้องสมุดไป่ตู้
、
19世纪初期形成的分子一原子论认为：在物质的结
物
构中存在着分子、原子这样的层次；宏观物质的化学性
质
质决定于分子，而分子则由原子构成；原子是构成物质
结
的不可再分割的最小颗粒，它既不能创生，也不能消灭。
构
的
早
期
探
究
19世纪后半叶，科学家发现了阴极射线。
二
、
电子
19世纪后半叶，科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀
三两部分又是怎样合为一体的呢？
、
汤
正电荷

电子的发现与汤姆孙模型(整理2019年11月)

汤姆孙的气体放电管的示意图
带电粒子的电荷量与其质量之比——比荷q/m，是一个重要的物理量。根据带电粒子在电场和磁场中受力的情况，可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。
古希腊学者德谟克利特等人认为宇宙间存在一种或多种微小的实体，这个实体叫做“原子”，原子密不可分，这些原子在虚空中运动，并可按照不同的方式重新结合或分散。
我国战国时期的思想家墨子认为物体是由不可分割的最小单元——“端”构成
1661年，玻意耳以化学实验为基础建立科学的元素论，认为只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是元素，各种元素存在着不同的原子。
这美丽的灯光背后蕴含着怎样的物理规律呢？
物理选修3-5 第二章原子结构
第一节电子的发现与汤姆孙模型
1、物质结构的早期探究
大千世界（宇宙）是由什么构成的？
我国西周时期的五行说：金、木、水、火、土
古希腊的亚里士多德认为：万物的本质是土、水、火、空气4种“元素”，天体则由第五种元素———以太构成
2、电子的发现早在1858年，德国物理学家普吕克尔利用低压气
体放电管研究气体放电时发现一种奇特的现象。
8
1876年德国物理学家戈德斯坦研究后命名为阴极射线
阴极射线是什么呢？
阴极射线的本质
有人认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射有人认为阴极射线是以太波有人认为阴极射线是带电微粒
你认为：阴极射线是什么呢，怎样获得证据证明你的观点是正确的呢？
19世纪初，道尔顿提出原子论。
1811年，阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成。
宏观物质的化学性质决定于分子，分子则由原子构成，原子是构成物质的不可分再分的最小颗粒
原子真的不可再分了吗？

2019版高中物理第2章原子结构第1节电子的发现与汤姆孙模型教师用书鲁科版选修3.doc

2019版高中物理第2章原子结构第1节电子的发现与汤姆孙模型教师用书鲁科版选修3[先填空]1．古人对物质的认识(1)我国西周的“五行说”认为万物是由金、木、水、火、土5种基本“元素”组成的．(2)古希腊的亚里士多德认为万物的本质是土、水、火、空气四种“元素”，天体则由第五种“元素”——“以太”构成．(3)古希腊哲学家德谟克利特等人建立了早期的原子论，认为宇宙间存在一种或多种微小的实体，叫做“原子”．2．通过实验了解物质的结构(1)1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论．(2)19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单位．(3)1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成．3．19世纪初期形成的分子——原子论认为，在物质的结构中存在着分子、原子这样的层次，宏观物质的化学性质决定于分子，而分子则由原子组成．原子是构成物质的不可再分割的最小颗粒，它既不能创生，也不能消灭．[再判断]1．玻意耳认为万物的本质是土、水、火、空气四种元素的元素论．(×)2．阿伏伽德罗提出分子可以由多个原子组成．(√)3．19世纪初期形成的原子论观点认为原子是构成物质的最小颗粒是不可分的．(√) [后思考]试简述道尔顿提出原子论的依据．【提示】18世纪一系列重要的实验结果，如化学反应遵从质量守恒定律，元素形成化合物时遵从定比定律、倍比定律等，启示人们推想物质是由一些不可毁灭的微粒构成的，而且各种不同的元素微粒按照一定的比例形成化合物，在此基础上，19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单元．电子的发现及汤姆孙模型[先填空]1．阴极射线：科学家在研究稀薄气体放电时发现，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，这种射线称为阴极射线．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，并测量出了粒子的比荷．(2)换用不同材料的阴极和不同的气体，所得粒子的比荷相同，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)阴极射线是带电粒子流．(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，比最轻的氢原子的质量还要小得多，汤姆孙将这种带电粒子称为电子．(3)电子的发现说明原子具有一定的结构，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．5．19世纪末微观世界三大发现(1)1895年伦琴发现了X射线；(2)X射线发现后不久，贝克勒尔发现了放射性；(3)1897年汤姆孙发现了电子．6．汤姆孙的原子模型原子带正电的部分充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样．[再判断]1．电子的发现，说明原子具有一定的结构．(√)2．电子是第一种被人类发现的微观粒子．(√)3．电子的发现，是19世纪末的三大著名发现之一．(√)[后思考]为什么汤姆孙要通过电场和磁场研究阴极射线？【提示】当时对阴极射线本质的认识存在两种认识：一是认为是带电粒子，二是认为是以太波．而汤姆孙认为阴极射线是带电粒子，而带电粒子可受电场力和磁场力．[核心点击]1．对阴极射线的认识(1)现象：真空玻璃管两极加上高电压，玻璃管壁上发出荧光及管中物体在玻璃壁上的影．(2)命名：德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线．(3)猜想①阴极射线是一种电磁辐射．②阴极射线是带电微粒．(4)验证：英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转，发现阴极射线带负电并测出了粒子的比荷进而发现电子．(5)实验：密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量．2．电子比荷的测定方法(1)让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场(如图211甲)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F 洛＝F 电(Bqv ＝qE )，得到粒子的运动速度v ＝E B .甲乙图211 (2)撤去电场(如图乙)，保留磁场，让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv ＝m v 2r，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r . (3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：q m ＝E B 2r .1．(多选)如图212所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB 时，发现射线径迹向下偏转，则( ) 【导学号：64772023】图212A ．导线中的电流由A 流向BB ．若要使电子束的径迹往上偏转，可以通过改变AB 中的电流方向来实现C ．电子束的径迹与AB 中的电流方向无关D ．若将直导线AB 放在管的正上方，电流方向不变，则电子束的径迹将向上偏【解析】阴极射线是高速电子流，由左手定则判断可知，磁场垂直纸面向里，由安培定则可知，导线AB 中的电流由B 流向A ，且改变AB 中的电流方向时可以使电子束的轨迹往上偏．若电流方向不变，将导线AB 放在管的上方，由左手定则可以判断，电子束的轨迹将向上偏．故B 、D 均正确．【答案】 BD2．带电粒子的比荷q m是一个重要的物理量．某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的比荷，实验装置如图213所示．其中两正对极板M 1、M 2之间的距离为d ，极板长度为L .图213他们的主要实验步骤如下：A ．首先在两极板M 1、M 2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子束从两极板中央通过，在荧光屏的正中心处观察到一个亮点；B ．在M 1、M 2两极板间加合适的电场：加极性如图所示的电压，并逐步调节增大，使荧光屏上的亮点逐渐向荧光屏下方偏移，直到荧光屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为U .请问本步骤的目的是什么？C ．保持步骤B 中的电压U 不变，对M 1、M 2区域加一个大小、方向合适的磁场B ，使荧光屏正中心处重现亮点．试问外加磁场的方向如何？【解析】步骤B 中电子在M 1、M 2两极板间做类平抛运动，当增大两极板间电压时，电子在两极板间的偏转位移增大．当在荧光屏上看不到亮点时，电子刚好打在下极板M 2靠近荧光屏端的边缘，则d 2＝Uq 2dm ⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 2，q m ＝d 2v 2UL 2. 由此可以看出这一步的目的是使粒子在电场中的偏转位移成为已知量，就可以表示出比荷．步骤C 加上磁场后电子不偏转，电场力等于洛伦兹力，且洛伦兹力方向向上，由左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外．【答案】见解析测量带电粒子比荷常用的两种方法方法一：利用磁偏转测比荷，由qvB ＝m v 2R 得q m ＝v BR，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．方法二：利用电偏转测比荷，偏转量y ＝12at 2＝12·qU md ⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 2，故q m ＝2ydv 2UL 2.所以在偏转电场U 、d 、L 已知时，只需测量v 和y 即可．学业分层测评(四)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多选)下列说法正确的是( )A ．汤姆孙研究阴极射线，用测定粒子比荷的方法发现了电子B ．电子的发现证明了原子是可分的C ．汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质应充斥整个原子，而带负电的电子，则镶嵌在球体的某些固定位置D ．汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质都集中在原子中心一个很小的范围内【解析】通过物理学史可得，选项A 正确；根据电子发现的重要意义可得，选项B 正确；选项C 描述的是汤姆孙原子模型，选项C 正确，D 错误．【答案】 ABC2．人们对原子结构的认识有一个不断深化的过程，下列先后顺序中符合史实的是( )【导学号：64772091】①道尔顿提出的原子论 ②德谟克利特的古典原子论 ③汤姆孙提出的葡萄干面包原子模型A ．①②③B ．②①③C ．③②①D ．③①②【解析】对于探索构成物质的最小微粒，古希腊哲学家德谟克利特建立了早期的原子论，19世纪初，道尔顿提出了原子论，汤姆孙发现电子后，提出了葡萄干面包模型，故选项B 正确．【答案】 B3．(多选)汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”．关于电子的说法正确的是( )A ．任何物质中均有电子B．不同的物质中具有不同的电子C．电子的质量比最轻的氢原子的质量小得多D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元【解析】汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，均为相同的粒子——电子，所以选项A正确，选项B错误；电子是构成物质的基本单元，其质量是氢原子质量的11 800故选项C、D均正确．【答案】ACD4．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( ) 【导学号：64772092】A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波C．阴极射线本质是电子D．阴极射线本质是X射线【解析】汤姆孙经过大量的实验，证明阴极射线是带电的粒子流，并称组成粒子流的粒子为电子，故选C.【答案】 C5．对于电子的发现，以下说法中正确的是( )A．汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了原子B．汤姆孙通过实验测定了阴极射线的比荷值C．密立根通过油滴实验测定了阴极射线的比荷值D．原子的葡萄干面包模型是道尔顿提出的【解析】1897年汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子，并测出了电子的比荷，提出了葡萄干面包模型，故选B.【答案】 B6．(多选)关于空气的导电性能，下列说法正确的是( ) 【导学号：64772093】A．空气导电，是因为空气分子中有的带正电，有的带负电，空气分子在强电场作用下向相反方向运动B．空气能够导电，是因为空气分子在射线或强电场作用下电离C．空气密度越大，导电性能越好D．空气越稀薄，越容易发出辉光【解析】空气是由多种气体组成的混合气体，在正常情况下，气体分子不带电(显中性)，是较好的绝缘体．但在射线、受热及强电场作用下，空气分子被电离，才具有导电性能，且空气密度较大时，电离的自由电荷很容易与其他空气分子碰撞，正、负电荷重新复合，难以形成稳定的放电电流，因而电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导电性能更好，综上所述，答案为B 、D.【答案】 BD7．如图214是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x 轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z 轴负方向)偏转，可以加一磁场，磁场的方向沿________轴正方向，也可以加一电场，电场的方向沿________轴正方向.【导学号：64772024】图214【解析】由于电子沿x 轴正方向运动，若所受洛伦兹力向下，使电子射线向下偏转，由左手定则可知磁场方向应沿y 轴正方向；若所加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z 轴正方向．【答案】 y z8．如图215所示，有一混合正离子束先后通过正交电磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径R 相同，则它们一定具有相同的________和________．图215【解析】正交电磁场区域Ⅰ实际上是一个速度选择器，这束正离子在区域Ⅰ中均不偏转，说明它们具有相同的速度．在区域Ⅱ中半径相同，R ＝mv qB，所以它们应具有相同的比荷．【答案】速度比荷[能力提升]9．(多选)如图216所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图．显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光．安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转．下列说法中正确的是( )图216A ．如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O 点B ．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A 点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里C ．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B 点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里D ．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B 点向A 点移动，则偏转磁场磁感应强度应该先由小到大，再由大到小【解析】偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O 点，A 正确．由阴极射线的电性及左手定则可知B 错误，C 正确．由R ＝mv qB可知，B 越小，R 越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，故D 错误．【答案】 AC10．(多选)如图217所示是汤姆生的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是( )【导学号：64772025】汤姆生的气体放电管的示意图图217A ．若在D 1、D 2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P 1点B ．若在D 1、D 2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转C ．若在D 1、D 2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转D ．若在D 1、D 2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线打到右端的P 2点【解析】实验证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可知选项C 正确，选项B 的说法错误．加上磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力，要发生偏转，因而选项D 正确．当不加电场和磁场时，由于电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A 的说法正确．【答案】 ACD11．为测定带电粒子的比荷q m，让这个带电粒子垂直飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E ，在通过长为L 的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d ，如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直粒子的入射方向，磁感应强度为B ，则离子恰好不偏离原来方向，求比荷q m 的值为多少？【解析】只加电场时，在垂直电场方向d ＝12(Eq m )(L v 0)2 加磁场后，粒子做直线运动，则qv 0B ＝Eq ，即v 0＝E B .联立解得：q m ＝2dE B 2L 2. 【答案】 2dE B 2L 212．如图218所示为美国物理学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图，两块水平放置的金属板间距为d ，油滴从喷雾器的喷嘴喷出时，由于与喷嘴摩擦而带负电，油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间，当平行金属板间不加电压时，由于受到气体阻力的作用，油滴最终以速度v 1竖直向下匀速运动；当上板带正电，下板带负电，两板间的电压为U 时，带电油滴恰好能以速度v 2竖直向上匀速运动．已知油滴在极板间运动时所受气体阻力的大小与其速率成正比，油滴密度为ρ，已测量出油滴的直径为D (油滴可看作球体，球体体积公式V ＝16πD 3)，重力加速度为g .图218(1)设油滴受到气体的阻力f ＝kv ，其中k 为阻力系数，求k 的大小；(2)求油滴所带电荷量．【解析】 (1)油滴速度为v 1时所受阻力f 1＝kv 1，油滴向下匀速运动时，重力与阻力平衡，有f 1＝mgm ＝ρV ＝16πρD 3，则k ＝16v 1πρD 3g . (2)设油滴所带电荷量为q ，油滴受到的电场力为F 电＝qE ＝q U d油滴向上匀速运动时，阻力向下，油滴受力平衡，则kv 2＋mg ＝q U d油滴所带电荷量为 q ＝ρπD 3gd v 1＋v 26Uv 1. 【答案】 (1)16v 1πρD 3g (2)ρπD 3gd v 1＋v 26Uv 1。