2022-2023年高考物理一轮复习 电子的发现课件(重点难点易错点核心热点经典考点)

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原子的英文单词Atm，本意为小得不可再分割的微粒。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。
1858年，德国物理学家普吕克尔就在类似下面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。
装置：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。
1876年德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种射线命名为阴极射线。
19世纪对阴极射线本质认识的两种观点
阴极射线像X射线一样是电磁辐射
请你设计实验来探究阴极射线的本质是电磁波还是带电粒子流？
让阴极射线沿垂直场的方向通过电场或磁场，观察它是否偏转
如果阴极射线发生了偏转，那么阴极射线就是在电场力或洛伦兹力的作用下偏转的，说明阴极射线的本质是带电粒子流。
如果阴极射线没有发生偏转，表示阴极射线不带电，说明阴极射线的本质是电磁波。
英国物理学家J.J.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示意图
小孔AB：使由C发出的粒子形成一束细细的射线
平行的金属板之间夹有电场
阴极C： 发出带电粒子
通过射线产生的荧光的位置，可以研究射线的径迹
在真空度高的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴极。 对于真空度不高的放电管来说，粒子还可能来自管中的气体。
根据带电粒子在电场和磁场中受力的情况， 可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。
（1）当金属板D1D2之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上P1点，按图示方向施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？
（2）在两块金属板之间的区域再施加一个大小合适、方向垂直于纸面的磁场B，并使阴极射线不再偏转，回到P1。所加磁场方向和大小有何要求呢？
每个阴极射线粒子受到的电场力
每个阴极射线粒子受到的洛伦兹力
进而得到阴极射线的速度表达式
（3）去掉电场，只保留磁场，阴极射线会在磁场中形成一个半径为r的圆弧，使得阴极射线落在屏上的P3处。
如果汤姆孙请你做助手，你回想并根据汤姆孙研究阴极射线的过程，计算得出阴极射线粒子的比荷。
1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。
阴极射线粒子的比荷具体数值是多少呢？
如图所示为一种测定阴极射线比荷的实验装置
（1）真空玻璃管内，阴极K发出的粒子经过阳极A与阴极K之间的高压加速后，形成一束粒子流，以平行于极板的速度进入两极板C、D间区域。
（2）若两极板C、D间无电压，粒子将打在荧光屏上的O点，若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的粒子将打在荧光屏上的P点。
（3）若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则粒子在荧光屏上产生的光点又回到O。
已知极板长度 l=5.00 cm，C、D间的距离 d=1.50 cm，极板区的中点M 到荧光屏中点O的距离为L=12.50 cm，U=200 V，B=6.03×10-4 T，P点到O点的距离 y=3.00 cm，试计算阴极射线的比荷。
解：设粒子经高压电场加速后获得的速度为v0
既有电场又有磁场时：Eq=Bqv0
只加电场时，粒子在CD间做类平抛运动，直到极板的右边缘
匀速直线运动 l=v0t 
匀加速直线运动 Eq=ma 
飞出极板到荧光屏，匀速直线运动
竖直方向：y2=vyt1
竖直方向的总位移：y=y1+y2
汤姆孙还发现，用不同材料的阴极做实验，所得的比荷数值是相同的。 这说明了什么？
说明不同物质都能够发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。
猜想一：阴极射线粒子的质量大小与氢离子质量一样大，而电荷却比氢离子大得多。
猜想二：阴极射线粒子的电荷量与氢离子电荷量一样大，而质量却比氢离子小得多。
汤姆孙由实验测得阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。 这两种粒子的电量和质量有什么关系呢?
汤姆孙后来又通过实验测得阴极射线粒子的电荷量大小与氢离子大致相同。
阴极射线粒子的质量比氢离子的质量小得多
后来，组成阴极射线的粒子就被称为电子。
汤姆孙进一步研究发现，不论阴极射线、β射线、光电流还是热离子流，它们都包含电子。
原子不是组成物质的最小微粒
电子是原子的组成部分， 它是比原子更基本的物质单元。
那么电子的电量q和质量m的各自的具体数值又是多少呢？
1909~1913年间，美国物理学家密立根通过“油滴实验”测出了电子电荷的精确值。
e=1.60217733(49) ×10-19C
电子电量 e = 1.60217733(49) ×10-19C
电子质量 me = 9.1093897×10-31kg
质子质量与电子质量的比值
电子的发现不只是说明原子不是组成物质的最小微粒，更重要的是对揭示原子结构有重大意义。
电子的发现、X射线的发现和放射现象的发现并称近代物理的三大发现。
汤姆孙因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。 被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。
二、电子的发现 1．阴极射线是带负电的粒子流——电子流 2．电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元 3．密立根测量出电子的电量
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 答案　C
加在阴极射线管内阴极和阳极之间的电压为4×103V，如果电子离开阴极表面时的速度为0，试求电子到达阳极时的速度。
代入数据得v=3.75×107m/s
q = e = 1.60217733(49) ×10-19C
me = 9.1093897×10-31kg
密立根实验的原理如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电．从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中． 小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡．已知小油滴静止处的电场强度等于1.92×105V/m，油滴半径为1.64×10－4 cm，油的密度为0.851g/cm3，求油滴所带的电量，这个电量是电子电量的多少倍？
由题意知 mg＝Eq (1)
≈8.02×10－19C.
小油滴所带电量q是电子电量e的倍数为