第4章 第1节 电子的发现与汤姆孙原子模型-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（鲁科版）

第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第4章　原子结构 [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,领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义(重点)。2.了解汤姆孙的原子模型。 课时作业 巩固提升 要点1　电子的发现 要点2　汤姆孙的原子模型 内容索引 巩固演练 举一反三 要点1　电子的发现 一 4 梳理 必备知识 自主学习 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,阴极会发出一种射线,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)实验中通过使阴极射线粒子受到的　　　　和　　　　　　平衡等方法,确定了阴极射线粒子的速度,并测量出了这些粒子的比荷:=。  (2)阴极射线是带电粒子流,带　　　　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,汤姆孙将这种带电粒子称为　　　　。  静电力　 洛伦兹力 负 电子 [思考与讨论] (1)在如图所示的演示实验中,K是金属板制成的阴极,A是金属环制成的阳极。K和A之间加上近万伏的高电压后,管端玻璃壁上能观察到什么现象?该现象说明了什么问题? (2)如何判断阴极射线的带电性质? 提示:(1)能看到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影,这说明阴极能够发出某种射线,并且撞击玻璃引起荧光。 (2)方法一:在阴极射线所经区域加上电场,通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定带电的性质。 方法二:在阴极射线所经区域加一磁场,根据荧光屏上亮点位置的变化和磁场方向利用左手定则确定带电的性质。 1.阴极射线带电性质的判断方法 (1)方法一:在阴极射线所经区域加上电场,通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定带电的性质。 (2)方法二:在阴极射线所经区域加一磁场,根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。 2.阴极射线的本质 根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况,判断出阴极射线是粒子流,并且带负电。后来组成阴极射线的粒子被称为电子。 归纳 关键能力 合作探究 3.电子发现的意义 (1)电子发现以前人们认为物质由分子组成,分子由原子组成,原子是不可再分的最小微粒。 (2)现在人们发现了各种物质里都有电子,而且电子是原子的组成部分。 (3)电子带负电,而原子是电中性的,说明原子是可再分的。 4.比荷的测定 (1)汤姆孙实验原理 ①让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场(如图甲),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=。 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,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:=。 (2)密立根实验的原理 ①如图所示,两块平行放置的水平金属板A、B 与电源相连接,使A板带正电,B板带负电,从喷雾 器喷嘴喷出的小油滴经上面金属板中间的小孔, 落到两板之间的匀强电场中。 ②小油滴由于摩擦而带负电,调节A、B两板间的电压,可以使小油滴静止在两板之间,此时电场力和重力平衡,即mg=Eq,则电荷的电荷量q=。实验发现,q一定是某个最小电荷量的整数倍,这个最小的电荷量就是电子的电荷量。 [例1]　(多选)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,如图所示,则(　　) A.导线中的电流由A流向B B.导线中的电流由B流向A C.若要使电子束的径迹向上偏,可以通过改 变AB中电流的方向来实现 D.电子的径迹与AB中电流的方向无关 BC [解析]　在阴极射线管中射出的阴极射线是带负电的电子流,在导线AB形成的磁场中向下偏转,由左手定则可知磁场是垂直纸面向里的,根据安培定则可知导线AB中的电流是由B流向A的,A错,B对;通过改变AB中的电流方向可以改变磁场方向从而使阴极射线的受力方向向上,使电子束的径迹向上偏,C对;由此可知电子束的径迹与AB中的电流方向即通电直导线AB形成的磁场方向有关,D错。 [例2]　如图所示,初速度可忽略不计的电子经加速电场加速后从小孔O进入磁感应强度为B的有界匀强磁场,磁场宽度为l,射出磁场时电子的偏转角为α。已知加速电场电势差为U,求电子的比荷。 [答案]　 [解析]　在加速电场中由动能定理得 eU=mv2 在匀强磁场中由牛顿第二定律得 evB= 如图所示,由几何关系得 R= 解得:=。 总结提升 三种常见的测量带电粒子比荷的方法 1.利用磁偏转测比荷:由qvB=m得=,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=at2=·()2,故=,所以在偏转电场中U、d、L已知时,只需测量v和y即可。 3.利用加速电场测比荷:由动能定理qU=mv2得=,只需测出v即可。 二 要点2　汤姆孙的原子模型 18 汤姆孙认为,原子带　　　　的部分应充斥整个原子,很小很轻的　　　　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。  梳理 必备知识 自主学习 正电　 电子 1.汤姆孙原子模型:汤姆孙认为原子是一个直径约为10-10 m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:(如图所示) 归纳 关键能力 合作探究 [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 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。 [针对训练]　(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 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知选项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误的,选项D错误。 三 巩固演练 举一反三 25 1.(多选)下面对阴极射线的认识正确的是(　　) A.阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的 B.只要阴阳两极间加有电压,就会有阴极射线产生 C.阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线 D.阴阳两极间加有高压时,电场很强,阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极 CD 解析:阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线,故A错误,C正确;只有当两极间有高压且阴极接电源负极时,阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线,故B错误,D正确。 2.(多选)关于电子的发现,下列说法正确的是( 　　) A.电子的发现,说明原子是由电子和原子核组成 B.电子的发现,说明原子具有一定的结构 C.在电子被人类发现前,人们认为原子是组成物质的最小微粒 D.电子带负电,使人们意识到原子内应该还有带正电的部分 BCD 解析:发现电子时,人们对原子的结构仍然不清楚,但它使人们意识到电子应该是原子的组成部分,故A错误,B正确;在电子被人类发现前,人们认为原子是组成物质的最小微粒,故C正确;原子对外显电中性,而电子带负电,使人们意识到原子中应该还有其他带正电的部分,故D正确。 3.(多选)1897年英国物理学家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”,下列关于电子的说法正确的是(　　) A.任何物质中均有电子 B.不同物质中具有不同性质的电子 C.电子质量是质子质量的1 836倍 D.电子是一种粒子,是比原子更基本的物质单元 AD 解析:汤姆孙用不同的材料做阴极,都能发现阴极射线且阴极射线均为同一物质——电子,这说明任何物质中均含有电子,A对,B错;根据对电子比荷的测定可知,电子电荷量和氢原子核的电荷量相同,电子的质量远小于质子质量,是质子质量的,说明电子有质量和电荷量,是一种粒子,并且电子是比原子更基本的物质单元,C错,D对。 4.密立根油滴实验原理如图所示,两块水平放置的金属板分别与电源的正、负极相接,板间距离为d,板间电压为U,形成竖直向下、场强为E的匀强电场。用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴。通过显微镜可找到悬浮不动的油滴,若此悬浮油滴的质量为m,重力加速度为g,则下列说法正确的是(　　) A.悬浮油滴带正电 B.悬浮油滴的电荷量为 C.增大场强,悬浮油滴将向上运动 D.油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍 C 解析:带电油滴在两板间静止时,电场力向上,应带负电,A错误;qE=mg,即q=mg,所以q=,B错误;当E变大时,qE变大,合力向上,油滴将向上运动,C正确;任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍,D错误。 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 1 [A组　基础巩固练] 1.(多选)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.汤姆孙并未精确得出阴极射线粒子的电荷量 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,所以其在磁场中受力情况与正电荷不同,B错误;不同材料所产生的阴极射线都是电子流,所以它们的比荷是相同的,C错误;最早精确测出电子电荷量的是美国物理学家密立根,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2.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 2 3 4 5 6 7 8 9 1 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 3 4 5 6 7 8 9 1 3.如图所示,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(　　) A.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 2 3 4 5 6 7 8 9 1 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 4.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: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。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 C [B组　综合强化练] 5.如图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(　　) 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 2 3 4 5 6 7 8 9 1 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 6.(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)×10-19 C B.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.通过实验测出电子的比荷和电子电荷量e的值,就可以确定电子的质量 2 3 4 5 6 7 8 9 1 BD 解析:电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的,电荷是量子化的也是密立根发现的,A、C错误,B正确;测出电子比荷的值和电子电荷量e的值,可以确定电子的质量,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 7.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: 2 3 4 5 6 7 8 9 1 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=qvB ① 撤去电场后,由牛顿第二定律得qvB= ② R= ③ 解①②③得:=。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 [C组　培优选做练] 8.如图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D1、D2间的匀强电场,发生偏转。  (1)在D1、D2间加电场后射线偏到P2,则由 电场方向知,该射线带什么电? (2)再在D1、D2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,则电子的速度为多少? (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,则粒子的荷质比是多少? 答案:(1)负电　(2)　(3) 2 3 4 5 6 7 8 9 1 解析:(1)根据题意粒子受到向下的电场力,而电场方向是向上的,故粒子带负电。 (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,解得:v=。 (3)根据洛伦兹力充当向心力:qvB=m, 解得:=。 又v=,则=。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 9.美国科学家密立根通过油滴实验首次精确地测出了电子的电荷量。油滴实验的原理如图所示,两块水平放置的平行金属板与电源相连,上、下板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后,由于摩擦带负电,经上板中央小孔落到两板间的匀强电场中,通过显微镜可以观察到它运动的情况。两金属板间的距离为d。(忽略油滴之间的相互作用力和空气对油滴的浮力及阻力,重力加速度为g) 2 3 4 5 6 7 8 9 1 (1)调节两金属板间的电压,当U=U0时,观察到某个质量为m1的油滴恰好匀速竖直下落,求该油滴所带的电荷量; (2)若油滴进入电场时的初速度可以忽略,当两金属板间的电势差U=U1时,观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速运动,经过时间t运动到下极板,求此油滴所带的电荷量。 答案:(1)　(2)(gt2-2d) 2 3 4 5 6 7 8 9 1 解析:(1)当U=U0时,油滴恰好做匀速直线运动,满足m1g-q=0,解得q=。 (2)当U=U1时,质量为m2的油滴做匀加速运动,满足d=at2,m2g-q'=m2a 联立解得q'=(g-)=(gt2-2d)。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 $$