高中物理第3章原子世界探秘3.1电子的发现及其重大意义学案选修.docx

3.1电子的发现及其重大意义学习目标重点难点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体会汤姆生发现电子的研究方法和蕴涵的科学思想。3知道电子的发现对揭示原子结构的重大意义。重点：汤姆生发现电子的研究方法。难点：电子比荷的测量方法。一、关于阴极射线的争论1在阴极射线管的阴极和阳极接上高压电源后，用真空泵逐渐抽去玻璃管内的空气，管内稀薄气体放电可以看到发光放电现象。把玻璃管抽成真空，管内变暗，不再发光，但此时由阴极发出的射线能使荧光物质发光。2阴极射线的研究引发的三大发现1895年伦琴发现了X射线；1896年贝克勒尔发现了放射性；1897年J.J.汤姆生发现了电子。预习交流1阴极射线管中的气体为什么会放电？答案：气体分子是由正、负电荷组成的，且正负电荷量相等，通常它们不显电性。但它们的正、负电荷在强电场力作用下会被“撕”开，气体中有了自由电荷，气体就导电了。二、汤姆生的发现1汤姆生对阴极射线本质的研究（1）用静电计检测收集到的粒子，证明它是带负电的粒子流。（2）通过巧妙实验，利用电场力与洛伦兹力平衡，确定了阴极射线的速度，并测出粒子的比荷。（3）换用不同材料的阴极，所得粒子的比荷都相同，这说明该粒子是各种物质共有的，是物质的组成部分。（4）测出这种粒子所带的电荷量与氢离子所带的电荷量接近，质量小于氢原子质量的千分之一。2结论：阴极射线是一种带负电的质量很小的粒子流。预习交流2阴极射线是一种带电粒子，利用电场或磁场能确定粒子的电性吗？答案：能。因为带电粒子在电场或磁场中能受到电场力或磁场力的作用，电性不同的带电粒子受力方向相反，偏转方向相反。三、电子发现的重大意义电子的发现，打破了原子不可再分的传统观念，即原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构。一、对阴极射线本质的认识历史上曾做过这样一个实验，装置如图所示，给阴极射线管加上高压，将一条形磁铁靠近阴极射线管，发现射线发生了弯曲。你知道实验取得了什么样的结果？答案：根据弯曲的情况说明阴极射线带了负电，后来证实是电子流，从而揭开了原子结构的秘密。关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（）。A阴极射线的本质是氢原子B阴极射线的本质是电磁波C阴极射线的本质是电子D阴极射线的本质是X射线答案：C解析：汤姆生的实验证明了阴极射线是电子流，关于阴极射线是电磁波还是X射线的说法都是在研究阴极射线过程中的一些假设，实验证明这些说法是错误的。1物质存在有两种形态，一种是常见的实物粒子，另一种是场。2阴极射线是高速电子流，电子不是电磁波，而是实物粒子。二、带电粒子比荷的测定如果带电粒子在正交的电磁场中做匀速直线运动，则速度v、电场强度E和磁感应强度B满足什么样的关系？答案：带电粒子在正交的电磁场中受到电场力和磁场力的作用，要保证粒子做匀速直线运动，则电场力和磁场力要构成平衡力，即qvBqE，v。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：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：撤去电场后，由牛顿第二定律得解得：。测量带电粒子比荷的方法，通常有两种：（1）利用磁偏转测比荷，由qvBm得，只需知道磁感应强度B、带电粒子的速度v和偏转半径R即可。（2）利用电偏转测比荷，偏转量yat2（）2，故。所以在偏转电场的偏转电压U、两极板距离d、极板长度L已知时，只需测量带电粒子入射速度v和偏移量y即可。1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：A2如图所示是一支阴极射线管，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，发现射线的径迹往下偏，则（）。A导线中的电流由A流向BB导线中的电流由B流向AC若要使电子管的径迹往上偏，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中的电流方向无关答案：BC解析：由左手定则判断，AB导线上方的磁场垂直纸面向里，再由安培定则得AB中电流由BA，因此B正确。AB导线中电流方向改变，则阴极射线管处磁场改变，从而电子所受的洛伦兹力方向改变，因此径迹改变方向，因此C正确。3英国物理学家汤姆生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汤姆生并未精确测出阴极射线粒子的电荷量答案：AD解析：阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确。由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，B错。不同材料所产生的阴极射线都是电子，所以它们的比荷是相同的，C错。在汤姆生实验证实阴极射线就是带负电的电子时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，D正确。4关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确的是（）。A测得了电子的电荷量B提出了电荷量分布的量子化观点C为电子质量的最终获得做出了突出贡献D为人类进一步研究原子的结构提供了一定的理论依据答案：A5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_。若在如图所示的阴极射线管中