高中物理第二章原子结构2.1电子省公开课一等奖新名师优质课获奖课件.pptx

,第二章原子结构,1,电子,1/67,2/67,一、带负电微粒,1.,阴极射线,:,荧光是因为玻璃受到,_,发出某种射,线撞击而引发,这种射线被命名为,_,。,2.,阴极射线特点,:,(1),在真空中沿,_,传输。,(2),碰到物体可使物体发出,_,。,阴极,阴极射线,直线,荧光,3/67,3.,阴极射线微粒电性,:,让阴极射线分别经过磁场或电场,依据偏转现象,来确定射线微粒带电性质。试验表明阴极射线是带负电粒子流。,4/67,【,想一想,】,如图所表示,将条形磁铁一个磁极靠近阴极射线管,发觉射线偏转,是什么原因造成这种现象,?,5/67,提醒,:,阴极射线是带电粒子流,当带电粒子运动方向与磁场方向不平行时,因为洛伦兹力作用,它们运动轨迹发生偏转。,6/67,二、电子发觉,1.,比荷,:,带电粒子,_,与,_,之比称为比荷,又,称,_,。比荷是带电微粒基本参量之一。,电荷量,质量,荷质比,7/67,2.,发觉电子过程与方法,:,汤姆孙依据微粒流在电场和,磁场中偏转情况发觉粒子比荷是氢离子比荷,_,多倍,之后,他和他学生又测量出这种粒子电,荷量与氢离子电荷量,_,所以断定这种粒子质,量不到氢原子,_,是比原子更小“微粒”。汤,姆孙将这种粒子称为,_,。当前,测到电子静质量,为,9.109 381 887 210,-31,kg,。,1000,相同,电子,8/67,3.,电子发觉意义,:,电子发觉揭开了认识原子结构序幕。,9/67,【,想一想,】,汤姆孙发觉用不一样金属材料制作电极阴极,测得出射阴极射线都有相同比荷,这说明什么问题,?,提醒,:,这说明各种阴极射线成份相同,阴极射线组成成份是组成各种物体共同成份,是比原子更基本物质单元。,10/67,三、电子电荷量测定,1.,美国科学家,_,采取,_,试验最早测得电子,电荷量。,2.,元电荷所带电荷量,e=_,。,密立根,油滴,1.60210,-19,C,11/67,【,判一判,】,(1),电子与元电荷所带电量相同。,(,),(2),电子就是元电荷。,(,),(3),带电体所带电量能够是任意值。,(,),12/67,提醒,:,(1),电子与元电荷所带电量都为,1.610,-19,C,故,(1),正确。,(2),元电荷是指最小电荷,而电子所带电量为,-1.6,10,-19,C,二者只是所带电量相同,但意义是不一样,故,(2),错。,(3),带电体所带电量应该是元电荷电量整数倍,所以只能是一些特殊值,故,(3),错。,13/67,知识点一、阴极射线与电子发觉,思索探究,:,14/67,如图是汤姆孙研究阴极射线微粒电性试验装置,请思索以下问题,:,(1),当金属板,D,1,、,D,2,之间未加电场时,阴极射线射在屏上哪一点,?,(2),若施加电场,E,之后,射线发生偏转并射到屏上,P,2,处。由此能够推断阴极射线带有什么性质电荷,?,15/67,(3),若要使阴极射线发生偏转并射到屏上,P,2,处,我们应该在金属板,D,1,、,D,2,之间加什么方向磁场,?,16/67,【,归纳总结,】,1.,阴极射线,:,气体电离和导电,:,通常情况下,气体是不导电,但在强电场中,气体能够被电离而导电。在研究气体放电时普通都用玻璃管中稀薄气体。稀薄气体导电时能够看到辉光放电现象。,17/67,2.,确定阴极射线粒子带电性质方法,:,(1),粒子在电场中运动,如图所表示。,18/67,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,),。带电粒子在不受其它力作用时,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。,19/67,(2),粒子在磁场中运动,如图所表示。,20/67,粒子将受到洛伦兹力作用,F=qvB,速度方向一直与洛伦兹力方向垂直,利用左手定则即可判断粒子电性。不考虑其它力作用,假如粒子按图示方向进入磁场,且做顺时针圆周运动,则粒子带正电,;,若做逆时针圆周运动,则粒子带负电。经过上述方法可判定阴极射线是带有负电粒子。,21/67,3.,比荷测定方法,:,(1),让粒子经过正交电磁场,让其做直线运动,依据二,力平衡,即,qvB=qE,得到粒子运动速度,v=,。,(2),在其它条件不变情况下,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,。,(3),由确定比荷表示式,:,22/67,4.,电子发觉,:,(1),汤姆孙测得阴极射线粒子比荷约为,210,11,C/kg,电荷量与氢离子基本相同,质量为氢离子 。,(2),最终经定量计算,汤姆孙认定组成阴极射线粒子,为电子。,23/67,【,尤其提醒,】,(1),阴极射线起源,:,若放电管真空度高,阴极射线粒子主要来自阴极,;,若放电管真空度不高,粒子可能还来自管中气体。,(2),阴极射线不是,X,射线。,24/67,【,典例探究,】,【,典例,】,阴极射线从阴极射线管中阴极发出,在其间高电压下加速飞向阳极,如图所表示。若要使射线向上偏转,所加磁场方向应为,(,),A.,平行于纸面向下,B.,平行于纸面向上,C.,垂直于纸面向外,D.,垂直于纸面向里,25/67,【,思绪点拨,】,本题可按以下思绪进行分析,:,26/67,【,正确解答,】,选,C,。因为阴极射线本质是电子流,阴极射线向右运动,说明电子运动方向向右,相当于存在向左电流,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,正确。,27/67,【,互动探究,】,(1),上例中假如经过施加电场来实现射线向上偏转,所加电场方向应为,(,),A.,平行于纸面向下,B.,平行于纸面向上,C.,垂直于纸面向外,D.,垂直于纸面向里,28/67,(2),经过磁场或电场使射线发生偏转后,其电子速度大小发生了怎样改变,?,29/67,【,解析,】,(1),选,A,。使电子向上偏转,电子所受电场力方向向上,由此可知,所加电场方向应平行于纸面向下。,(2),当经过磁场使电子偏转时,电子受到洛伦兹力做圆周运动,而洛伦兹力方向总与电子速度方向垂直,故不做功,所以电子速度大小不变,;,当经过电场使电子偏转时,则电子沿电场力方向加速运动,电场力做正功,故电子速度变大。,30/67,答案,:,(1)A,(2),经过磁场时电子速度大小不变,经过电场时电子速度大小变大,31/67,【,总结提升,】,阴极射线在阴极射线管中偏转时应注意问题,(1),明确阴极射线管中磁场方向。,(2),因为阴极射线是带负电粒子流,故电流方向与粒子运动方向相反。,(3),利用左手定则判定受力方向时,要注意四指应指向电流方向,而不是粒子运动方向。,32/67,【,过关训练,】,1.,对阴极射线管认识,以下说法错误是,(,),A.,阴极射线管是用来观察电子束运动轨迹装置,B.,借助阴极射线管我们能够看到每个电子运动轨迹,C.,阴极射线管内部抽成真空,D.,阴极射线管工作时,它阴极和阳极之间存在强电场,33/67,【,解析,】,选,A,。开始人们还不知道阴极射线管射线是电子流,是汤姆孙用来验证和探究阴极射线电性、比荷,选项,A,错误,B,、,C,、,D,说法正确。,34/67,2.,如图所表示,在阴极射线管正上方平行放一通有强电流长直导线,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,35/67,【,解析,】,选,D,。由安培定则知在通电直导线下方磁场方向垂直纸面向外,阴极射出电子后由左手定则知,电子在磁场中向上偏转。,36/67,知识点二、电子电荷量测定,思索探究,:,一带电小球质量为,m,以速度,v,垂直进入电场,并沿直线,ab,运动,如图所表示。,37/67,请思索以下问题,:,(1),对小球进行受力分析,小球受什么力,?,它们有什么关系,?,(2)U,、,d,、,m,、,v,、,g,已知,试求小球带电量,q,为多少,?,38/67,【,归纳总结,】,1.,密立根油滴试验原理,:,如图所表示,A,、,B,是两块平行放置水平金,属板,A,板带正电,B,板带负电,从喷雾器喷,嘴中喷出小油滴落到,A,、,B,两板之间,电场中。小油滴因为摩擦而带负电,经过调整,A,、,B,两板,之间电压能够使小油滴在电场力和重力作用下处于,平衡状态。,39/67,2.,方法,:,(1),两板间电势差、两板间距离都能够直接测得,从而确定极板间电场强度,E,。不过因为油滴太小,其质量,m,极难直接测出。密立根经过测量油滴在空气中下落终极速度来测量油滴质量。没加电场时,因为空气黏性,油滴所受重力大小很快就等于空气给油滴摩擦力而使油滴匀速下落,可测得速度,v,1,。,40/67,(2),再加一足够强电场,使油滴做竖直向上运动,在油滴以速度,v,2,匀速运动时,油滴所受静电力与重力、阻力平衡。依据空气阻力遵照规律,即可求得油滴所带电荷量。,41/67,3.,结论,:,密立根测定了数千个带电油滴电荷量,发觉这些电荷量都等于某个最小电荷量整数倍,从而证实了电荷是量子化,并求得了元电荷即电子或质子所带电荷量,e,。,42/67,【,尤其提醒,】,使带电油滴在匀强电场中处于静止或匀速运动状态,(,向下或向上,),然后依据共点力平衡条件列方程,求出油滴所带电荷量,发觉这些电荷量等于某个最小电荷量整数倍,即可求出电子所带电荷量,e,。,43/67,【,典例探究,】,【,典例,】,电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根,所做油滴试验测出。密立根试验原理如图所表示,:,两块水平放置平行金属板,A,、,B,与电源相接,使上面,A,板带正电,下面,B,板带负电。油滴从喷雾器喷出后,经上面金属板中间小孔,落到两板之间匀强电场,E,中。大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时,因摩擦而带负电,44/67,油滴在电场力、重力和空气阻力作用下下降,观察者可在强光照射下,借助显微镜进行观察。,45/67,(1),如图所表示,在,A,板上方用喷雾器将油滴喷出,若干油滴从板上小孔中落下,喷出油滴因摩擦而带负电。已知当,A,、,B,板间电压为,U,、间距为,d,时,油滴恰好静止。撤去电场后油滴渐渐下落,最终测出油滴以速度,v,匀速运动,已知空气阻力正比于速度,:f=kv,则油滴所带电荷量,q=_,。,46/67,(2),某次试验得,q,测量值见表,(,单位,:10,-19,C):,分析这些数据可知,:_,。,6.41,8.01,9.65,11.23,12.83,47/67,【,思绪点拨,】,解答本题时应注意以下两点,:,(1),油滴静止时重力和电场力平衡。,(2),依据油滴所带电荷量特点找出改变规律。,48/67,【,正确解答,】,(1),由油滴静止得,mg-Eq=0,由油滴做匀速运动得,mg-f=0,由题意可知,f=kv,由解得,q=,。,(2),油滴带电荷量是,1.610,-19,C,整数倍,故电荷,最小电荷量为,1.610,-19,C,。,49/67,答案,:,(1),(2),油滴带电荷量是,1.6,10,-19,C,整,数倍,故电荷最小电荷量为,1.6,10,-19,C,50/67,【,过关训练,】,1.(,多项选择,),关于密立根“油滴试验”科学意义,以下说法正确是,(,),A.,测得了电子电荷量,B.,提出了电荷分布量子化观点,C.,确定了电子带负电荷,D.,为人类深入研究原子结构提供了一定理论依据,51/67,【,解析,】,选,A,、,B,、,D,。密立根,“,油滴试验,”,测出了电子电荷量,提出了电荷电量量子化观点,测出了电子比荷,为深入研究原子结构奠定了基础,电子是汤姆孙研究阴极射线时发觉,而且知道了电子带负电荷,故,A,、,B,、,D,正确,C,错误。,52/67,2.,汤姆孙在测定阴极射线比荷时采取方法是利用电,场、磁场偏转法,即测出阴极射线在匀强电场或匀强磁,场中穿过一定距离时偏角。设竖直向下匀强电场,电场强度为,E,阴极射线垂直电场射入,穿过水平距离,L,后运动偏角为,(,较小,tan)(,如图甲,);,以,磁感应强度为,B,匀强磁场代替电场,测出经过一段弧,长,L,运动偏角为,(,如图乙,),。已知阴极射线入射初,53/67,速度相同,试以,E,、,B,、,L,、,、,表示阴极射线粒子比荷,关系式。,(,重力不计,),54/67,【,解析,】,电子在电场中偏转做类平抛运动,设电子入射,初速度为,v,0,则有,L=v,0,t,v,y,=at,a=,tan=,所以,tan=,因为,tan,55/67,所以,=,电子在磁场中偏转,设电子在磁场中做匀速圆周运动,半径为,R,qv,0,B=m,L=R,联立消去,v,0,整理得,答案,:,56/67,【,温馨提醒,】,比荷是带电微粒基本参量之一,比荷测定是本节课重点,也是高考重点,它往往会结合磁场和电场出一些综合性较强题目,所以在平时学习中一定要加强这方面练习。,57/67,【,拓展例题,】,考查内容,:,比荷测定,在研究性学习中,某同学设计了一个测定带电粒子比荷,试验,其试验装置如图所表示,.abcd,是一个长方形盒子,在,ad,边和,cd,边上各开有小孔,f,和,e,e,是,cd,边上中点,荧,光屏,M,贴着,cd,放置,能显示从,e,孔射出粒子落点位置,.,盒子内有一方向垂直于,abcd,平面匀强磁场,磁感应强,度大小为,B.,粒子源不停地发射相同带电粒子,粒子,58/67,初速度能够忽略,.,粒子经过电压为,U,电场加速后,从,f,孔垂直于,ad,边射入盒内,.,粒子经磁场偏转后恰好从,e,孔,射出,.,若已知,=L,不计粒子重力和粒子之间,相互作用,.,请你依据上述条件求出带电粒子比荷,.,59/67,【,思绪点拨,】,审题时应重点关注以下两点,:,(1),粒子源释放带电粒子进入加速电场时初速度可,以忽略不计,即初动能为零,.,(2),注意几何关系,=L,故,而且要分析圆心,位置,.,60/67,【,正确解答,】,带电粒子进入电场,经电场加速,.,依据动,能定理得,qU=mv,2,得,v=,粒子进入磁场后做匀,速圆周运动,轨迹如图所表示,.,设圆周半径为,R,在三角形,Ode,中,有,(L-R),2,+(),2,=R,2,整理得,:R=L,61/67,洛伦兹力充当向心力,:,qvB=m,联立上述方程,解得,答案,:,62/67,分析电子在磁场中运动时应注意问题,电子在磁场中运动是本节课重点之一,也是高考热点,在处理本类问题时应注意以下几点,:,(1),电子沿磁场方向进入磁场,电子不受磁场力,电子将做匀速直线运动。,63/67,(2),电子垂直于磁场方向进入磁场,电子会受磁场力,电子将发生偏转,偏转方向是依据左手定则判断。,(3),在应用左手定则判断磁场力方向时,四指应指向正电荷运动方向,与负电荷运动方向相反。,64/67,【,案例展示,】,向荧光屏上看去,电子向我们飞来,圆心黑点表示电子枪射出电子,它方向由纸内指向纸外,在偏转线圈中通以如图所表示电流,电子偏转方向为,(,),A.,向上,B.,向下,C.,向左,D.,不偏转,65/67,【,正确解答,】,选,A,。依据安培定则,环形磁铁右侧为,N,极、左侧为,S,极,在环内产生水平向左匀强磁场,利用左手定则可知,电子向上偏转,选项,A,正确。,66/67,【,易错分析,】,本题易错选项及错误原因分析以下,:,易错选项,错误原因,B,在利用左手定则判断力方向时,四指指向了电子运动方向,或者是使用右手来判断磁场力方向,由此造成错选B,C,不能正确判断管内磁场,由此造成错选C,D,误认为上下两通电螺线管在电子运动区域相互抵消,即圆心处磁场为零,所以判断电子不受力,也就不发生偏转,由此造成错选D,67/67,