鲁科版选修(3-5)第1节《电子的发现与汤姆孙模型》教案

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1.6×10－19 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1.6×10－19C，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 ＝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.。

第1节电子的发现与汤姆孙模型[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．[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 ＝EB 2r.图2­1­21．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：18850023】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转，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E ．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 、C 、E 均正确．【答案】 BCE2．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d2＝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 ＝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．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 ＝2ydv2UL2.所以在偏转电场U 、d 、L 已知时，只需测量v 和y 即可．。

第1节电子的发现与汤姆孙模型物质结构的早期探究[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 ＝EB 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d2＝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 ＝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．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 ＝2ydv2UL2.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 ＝mvqB，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 ＝2dEB 2L 2. 【答案】2dE B 2L212．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 Ud油滴向上匀速运动时，阻力向下，油滴受力平衡，则kv 2＋mg ＝q Ud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。

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。

问题：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？史料：科学家在研究气体导电时发现了辉光放电现象。

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。

2.1 电子的发现与汤姆孙模型知识与技能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过程与方法培养学孙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。

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孙电离，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。