原子结构第1节电子的发现课件-人教版高中物理选修3-5

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讲解人： 时间：2020.5.20
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课堂导入
电容器是电气设备中的一种很重要的元件，在电子技术和电工技术中有 很重要的应用
一：电容器构造及工作过程
电容器从外形上来看有很多种，有方的,扁的，圆柱型的
一：电容器构造及工作过程
【探究一：电容器构造及工作过程】
4.物理意义：电容是一个反映电容器容纳电荷本领大小的物理量。
三：影响平行板电容器电容的因素
三：影响平行板电容器电容的因素
保持Q不变，改变d
三：影响平行板电容器电容的因素
【实验结论】：充电后保持Q不变
①保持d和ε不变，减小两板的正对面积Ｓ，则Ｕ↑ ②保持Ｓ和ε不变，减小两板的间距d ，则Ｕ ③保持d和Ｓ不变，在板间插入电介质，使ε↑，则Ｕ
被击穿，这个电压称为击穿电压。 电容器正常工作时两极板上的最大电压，称为额定电压。
额定电压比击穿电 压低
外壳上标的电压是额定电 压
典型案例
【典例1】.某一电容器，当带电量为4×10-6C时，两极板间的电势差为20V，求 （1）电容器的电容。 （2）当所带电量减半时，电容器的电容为多少。 （3）如果电容器不带电呢？
低压气体放电管阴极发出一种射线。
阴极射线的本质是什么? 怎样区分?
演示阴极射线
一、电子的发现
1.认识实验装置的作用，分析阴极射线的运动情况。
D1
实验装置
k AB
（1）K、A部分产生阴极射线
D
（2）A、B只让水平运动的阴极射线通过
2
（3）D1、D2之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电

1．阴极射线管发出荧光的原因是什么？ 提示：阴极射线是带负电的粒子流，它高速运动打到玻璃壁 上，使管壁发出荧光。 2．如何判断阴极射线是电磁波还是带电粒子？ 提示：使阴极射线垂直进入偏转电场或偏转磁场，通过打在 荧光屏上的亮点的位置，判断是带电粒子还是电磁波。
例 1 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时的辉光放电现象 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
பைடு நூலகம்
要点二 带电粒子比荷的测定
1. 让粒子通过正交的电磁场(如图所示)，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，撤去电场(如图所示)，保留磁 场让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦力提供向心力即 Bqv＝ mrv2，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径 r。
第十八章 原子结构
第1节 电子的发现
[学习目标] 1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子 的组成部分，是比原子更基本的物质单元。 2.体会电子的发现 过程中蕴含的科学方法。 3.知道电荷是量子化的，即任何电荷 只能是 e 的整数倍。 4.领会电子的发现对揭示原子结构的重大 意义。
[知识定位] 重点：1.电子的发现和认识过程。 2.电子的 电荷量和质量、比荷。
2. 实验现象：德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到 了玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
3. 实验分析：荧光的实质是由于玻璃受到阴极发出的某种 射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴极射线。
4．对阴极射线本质的认识 对于阴极射线的本质，科学家做了大量的科学研究，主要形 成了两种观点。 (1)电磁波说 代表人物——赫兹，他认为这种射线的本质是一种电磁辐 射。 (2)粒子说 代表人物——汤姆孙，他认为这种射线的本质是一种带电粒 子流。

演示
真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳 极;把它们分别连接在感应圈的负极和正极上。管中十字状物 体是个金属片。接通电源时，感应圈产生的近万伏的高电压加 在两个电极之间，观察管端玻璃壁上亮度的变化。
实验现象：看到十字架的影子。 结论：说明有光照射。
一、阴极射线
早在1858 年，德国物理学家普吕克尔就发现了 气体导电时的辉光放电现象。
思考与讨论
根据带电粒子在电场、磁场中的运动规律，哪些 方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号?
答 带电粒子垂直于电场线或磁感线进入电 场（磁场），根据它们在场区内运动的偏转 情况进行判定。
二、电子的发现
英国物理学家汤姆孙认为阴极
射线是带电粒子流。为了证实这点， 从1890年起他进行了一系列实验研 究。
+ 汤姆孙的气体放_电 管的示意图
D1
p3
_
k AB
D2
p1 P2
①K产生阴极射线；
+
②A、B形成一束细细射线；
③D1、D2之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和带电
性质；
④荧光屏显示阴极射线到达的位置，对阴极射线的偏转做
定量的测定。
思考与讨论
1.电粒子的电荷量与其量之比一比荷q/m，是一个重要
的物理量。根据带电粒子在电场和场中受力的情况，可以得 出它的比荷。假设你是当年“阴极射线是带电微粒”观点的支 特者，请你依照下面的提示思考计算阴极射线微粒的比荷的 方法。
纸面的磁均。这个磁场B应该向纸外还是向纸内?写出此时每
个阴板射线微粒(质量为m、速度为)受到的洛伦兹力和库仑屏カ
。两个力之间应该有什么关系?
幕
m q ʋ0
P1

将激发出沿不同方向运动的光电子，开关S闭合，电流表A有读数，
若调节变阻器R，逐渐增大极板间的电压，A表读数逐渐减小，当电 压表示数为U时，A表读数恰好为零；断开S，在MN间加上垂直纸面 的匀强磁场，当磁感应强度为B时，A表读数也恰好为零。求光电子 的比荷e/m的表达式。
解题指导：(1)当电压表示数为 U 时，电流恰好为零，所以光电子的最大初 动能为 Ek＝12mv2＝eU；(2)断开开关，当磁感应强度为 B 时，电流恰好为零，所 以当磁感应强度为 B 时，具有最大初动能的电子做圆周运动的直径刚好为两块平 行板的间距 d。
父”，下列关于电子的说法正确的是
()
AD
• A．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是 带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷
• B．汤姆孙通过光电效应的研究，发现了电子
• C．电子的质量是质子质量的1836倍
• D．汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线研究，并研究光电效 应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更小的基本的物
答案：B82Ud2
解析：由题意得 eU＝12mv2
①
evB＝mvR2
②
R＝d2
③
由①②③得me ＝B82Ud2。,
• 〔对点训练2〕 如图所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板 间距离为d、电势差为U的平行板电容器中，出电场时打在屏上P点， 经测量O′P距离为Y0，求电子的比荷。
答案：2dUYl02v20
• 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。
• 电流的典例长直1 (导单线选，)则如阴图极所射示线，将在阴极射线( 管正)上方平行放一通有强 D
• A．向纸内偏转 • B．向纸外偏转 • C．向下偏转 • D．向上偏转 • 解题指导：阴极射线的本质是电子流。 • 解析：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

课时1 电子的发现
课前基预础习训作练业
一、选择题 1．关于电荷的电荷量下列说法不正确的是( B ) A．电子的电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 C D．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍
解析：密立根的油滴实验测出了电子的电量为 1.6×10－19 C，并 提出了电荷量子化的观点，因而 A 对，B 错，C 对；任何物体的电荷 量都是 e 的整数倍，故 D 对．
答案：1.33×1011 C/kg
解析：无偏转时，有 eE＝evB 只存在磁场时，有 evB＝mvr2(或 r＝meBv)，由几何关系得偏转角很小 时，r＝sinL θ≈Lθ 联立并代入数据得me ＝BE2θL≈1.33×1011 C/kg.
课堂基检础测训作练业
一、单项选择题 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( C )
A．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
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 错误；加上磁场时，电子在 磁场中受洛伦兹力作用，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．
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

匀强电场中。通过显微镜可以
观察到油滴的运动，两金属板
间距为d，不计空气阻力和浮力。求：
（1）调节两板的电势差U，当U=U0时，使得某个质量为m1
的油滴恰好悬浮在两板间保持静止，求油滴所带的电荷量
q为多少?
q m1gd
时，观察到某个质量为m2
的油滴进入电场后做匀加速运动时，经过时间t运动到下
方向垂直于纸面向外、
磁感应强度为B的匀强
磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O。
已知极板的长度l＝5.00cm，C、D间的距离d＝1.50cm，极 板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L＝12.50cm，U＝ 200V，B＝6.3×10–4T，P点到O点的距离y＝3.0cm。试求 电子的比荷。
e/m=1.6×1011C/kg
转最后落在屏上的P3点。请写出电子比荷的表达式。
探究电子比荷方法
若两金属板D1、D2加上方向向上、场强为E的匀强电场，射 线将向下偏转并射到屏上P2点。这说明射线的粒子所带的电 荷为负电荷。
当金属板D1、D2间加上磁场，射线粒子受到的库仑力等于洛 仑兹力，即：qE=qvB荧光斑恰好回到荧光屏中心P1点。 如果去掉电场，仅保留磁场，射线粒子做圆周运动，洛伦兹 力提供向心力，即：qvB=mv2/r
实验现象：德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到 了玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
实验分析：荧光的实质是由于玻璃受到阴极发出的某种 射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴极射线。
二、电子的发现
1．汤姆孙对阴极射线的探究
（1）汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流。如图所示是他当 时使用的气体放电管的示意图。又阴极K发出的带电粒子通 过小孔A、B形成一束细细的射线。它穿过两片平行的金属 板D1、D2之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上。通 过射线产生的荧光位置，可以研究射线的径迹。

R L co s
mv L θ qB cos
q E cos m B2L
二、电子的发现
汤姆孙发现：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 的近的2000倍。 汤姆孙把新发现的这种粒子称之为“电子”。
观点 电磁 波说 赫 兹 代表人物 内容 认为射线的本 质是一种电磁 波的传播过程。 认为射线的本 质是一种高速 的粒子流。
一、探索阴极射线
相关知识
K
A
汤 粒子说 姆 孙
思考与讨论 思考与讨论
根据带电粒子在电场、磁场中的运动规律，哪
些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？
二、电子的发现
K A B
三、电荷的量子化
阅读与思考：电子的电荷量是由 谁测量出的？电子电量的发现说
相关知识
1、电子电荷的精确测定由美国物 理学家密立根通过油滴实验测出来 的。电子电荷的现代值 e=1.60217733（49）×10-19C。 2、电荷是量子化的，即任何带电 体的电荷只能是e的整数倍。确定 电子的质量为me＝9.109×10-31kg。
E v0 B
思考与讨论2：
2.若撤去磁场带电粒子由P1点偏离到P2，P2到P1竖直距 离为y,屏幕到金属板D1、D2右端的距离为D，你能算出阴 极射线的比荷吗？
屏幕 L
m
e

D
v0 y
推理分析：
m e L 银幕
θ
D
v0
y1

y2
y
tan
且
vy
vx E v0 B
at qEL 2 v0 mv0

二、电子的发现 1.汤姆孙的探究方法及结论 汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转判定,它的本质是
带负电的粒子流,并求出了这种粒子的比荷。 汤姆孙用不同材料的阴极和不同的气体做实验,所得的比荷都
是相同的,是氢离子比荷的近千倍。 汤姆孙直接测量了阴极射线粒子的电荷量,得到这种粒子的电
荷量大小与氢离子电荷基本相同。后来把组成阴极射线的粒子称为
3.阴极射线 (1)产生:在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极。当两极间 加一电压时,阴极便发出一射线,这种射线为阴极射线。 (2)特点:能使荧光物质发光。 4.对阴极射线的两种认识 对于阴极射线的本质,科学家做出大量的科学研究,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 辐射。 (2)粒子说:代表人物,汤姆孙。认为这种射线的本质是一种带电 微粒。
射线在磁场和电场中产生偏转,来确定射线微粒的带电性质。 3.阴极射线的特点 (1)在真空中沿直线传播;(2)碰到物体可使物体发出荧光。
预习交流 1 怎样用实验的方法判断阴极射线的电性? 答案:
为了研究阴极射线的带电性质,汤姆孙设计了如图所示的装置。 从阴极发出的阴极射线,经过与阳极相连的小孔,射到管壁上,产生荧 光斑点;用磁铁使射线偏转,进入集电圆筒;用静电计检测的结果表 明,收集到的是负电荷。
典题例解 【例 1】 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流 D.阴极射线的本质是 X 射线
解析:阴极射线是原子受激发放射出的电子流,关于阴极射线是 电磁波,还是 X 射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设,是错误 的。
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

第十八章 原子结构
第1节 电子的发现
课前自主学习
一、阴极射线
在充有稀薄气体的玻璃管两端安装电极，当两极间加上一定 电压时，阴极便发出一种看不见的射线，这种射线叫做 阴极射线。
பைடு நூலகம்
1．气体放电管中的气体为什么会导电？ 提示：气体分子内部有电荷，正电荷和负电荷的数量相等， 对外呈电中性，当分子处于电场中时，正电荷和负电荷受电场力 的方向相反，电场很强时正、负电荷被“撕”开，于是出现了等 量的正、负电荷，在电场力作用下做定向运动，气体就导电了。
课堂合作探究
对阴极射线的理解 1．阴极射线实际上就是电子束。 2．辉光现象产生的条件是：气体稀薄。 3．阴极射线的来源：若真空度高，阴极射线的粒子主要来 自阴极；若真空度不高，粒子可能来自管中气体。 4．阴极射线不是 X 射线。
测量带电粒子的比荷，常见的测量方法有两种 1．利用磁偏转测比荷，由 qvB＝mvR2得mq ＝BvR，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＝12at2＝12·mqUdLv2，故mq ＝ 2UydLv22。所以在偏转电场 U、d、L 已知时，只需测量 v 和 y 即可。
易错警示培优
课堂对点练习

比荷的两种求法 3. 密立根油滴实验
1. 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，则 A. 导线中的电流由 A 流向 B
(
BCቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)
B. 导线中的电流由 B 流向 A
C. 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
。2. 一份耕耘，份收获，努力越大，收获越多，奋斗!奋斗!奋斗!3. 让我们将事前的忧虑，换为事前的思考和计划吧！4. 世界上那些最容易的事情中，拖延时间最不费力5. 不管现在有多么艰辛，我们也要做个生活的舞者。6. 奋斗是万物之父。— —陶行知7. 上帝制造人类的时候就把我们制造成不完美的人，我们一辈子努力的过程就是使自己变得更加完美的过程，我们的一切美德都来自于克服自身缺点的奋斗。8. 不要被任何人打乱自己的脚步，因为没有谁会像你一样清楚和在乎自己 的梦想。9. 时间不在于你拥有多少，只在于你怎样使用10. 水只有碰到石头才能碰出浪花。11. 嘲讽是一种力量，消极的力量。赞扬也是一种力量，但却是积极的力量。12. 在我们成长的路上也会遇到一些挫折，一些困难，那韩智华就是我们 的榜样，永不认输，因为我知道挫折过后是一片晴朗的天空，瞧，成功就在挫折背后向我们招手，成功就是在努力的路上，“成功就在努力的路上”！让我们记住这句话，向美好的明天走去。13. 销售世界上第一号的产品——不是汽车，而 是自己。在你成功地把自己推销给别人之前，你必须百分之百的把自己推销给自己。14. 不要匆忙的走过一天又一天，以至于忘记自己从哪里来，要到哪里去。生命不是一场速度赛跑，她不是以数量而是以质量来计算，知道你停止努力的那 一刻，什么也没有真正结束。15. 也许终点只有绝望和失败，但这绝不是停止前行的理由。16. 有事者，事竟成；破釜沉舟，百二秦关终归楚；苦心人，天不负；卧薪尝胆，三千越甲可吞吴。17. 我颠覆了整个世界。只为了摆正你的倒影18. 好的想法是十分钱一打，真正无价的是能够实现这些想法的人。19. 伤痕是士兵一生的荣耀。20. 只有一条路不能选择——那就是放弃的路；只有一条路不能拒绝——那就是成长的路。21. 多对自己说“我能行，我一定可以”，只有这样才不 会被“不可能”束缚，才能不断超越自我。22. 人生本来就充满未知，一切被安排好反而无味——坚信朝着目标，一步一步地奋斗，就会迈向美好的未来。23. 回避现实的人，未来将更不理想。24. 空想会想出很多绝妙的主意，但却办不成任 何事情。25. 无论什么思想，都不是靠它本身去征服人心，而是靠它的力量；不论靠思想的内容，而是靠那些在历史上某些时期放射出来的生命的光辉。——罗曼·罗兰《约翰·克利斯朵夫》26. 上帝助自助者。27. 你的爸妈正在为你奋斗，这 就是你要努力的理由。28. 有很多人都说：平平淡淡就福，没有努力去拼博，又如何将你的人生保持平淡?又何来幸福?29. 当事情已经发生，不要抱怨，不要沮丧，笑一笑吧，一切都会过去的。30. 外在压力增加时，就应增强内在的动力。31. 我们每个人都应微笑面对人生，没有了怨言，也就不会有哀愁。一个人有了希望，就会对生活充满信心，只要你用美好的心灵看世界，总是以乐观的精神面对人生。32. 勇敢的人。——托尔斯泰《袭击》33. 昨天下了雨，今天刮了风，明天太 阳就出来了。34. 是的，成功不在于结果，更重要的是过程，只要你努力过，拼搏过，也许结果不一定是最好的那也走过了精彩的过程，至少，你不会为此而后悔。35. 每一天的努力，以后只有美好的未来。每一天的坚持，换来的是明天的辉 煌。36. 青年最要紧的精神，是要与命运奋斗。——恽代英37. 高峰只对攀登它而不是仰望它的人来说才有真正意义。38. 志不可立无可成之事。如无舵之舟，无衔之马，飘荡奔逸，何所底乎？--王守仁39. 拿望远镜看别人，拿放大镜看自己。 40. 顽强的毅力可以征服世界上任何一座高峰。——狄更斯41. 士人第一要有志，第二要有识，第三要有恒。——曾国42. 在我们能掌控和拼搏的时间里，去提升我们生命的质量。43. 我们不是等待未来，我们是创造未来，加油，努力奋斗。 44. 人生如画，一笔一足迹，一步一脚印，有的绚丽辉煌，有的却平淡无奇。45. 脚跟立定以后，你必须拿你的力量和技能，自己奋斗。——萧伯纳46. 一个能从别人的观念来看事情，能了解别人心灵活动的人，永远不必为自己的前途担心。