2022-2023年高考物理一輪復(fù)習(xí) 電子的發(fā)現(xiàn)課件(重點(diǎn)難點(diǎn)易錯(cuò)點(diǎn)核心熱點(diǎn)經(jīng)典考點(diǎn))

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原子的英文單詞Atm，本意為小得不可再分割的微粒。很早以來，人們一直認(rèn)為構(gòu)成物質(zhì)的最小粒子是原子，原子是一種不可再分割的粒子。這種認(rèn)識(shí)一直統(tǒng)治了人類思想近兩千年。直到19世紀(jì)末，科學(xué)家對(duì)實(shí)驗(yàn)中的陰極射線深入研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)了電子，使人類對(duì)微觀世界有了新的認(rèn)識(shí)。
1858年，德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾就在類似下面的實(shí)驗(yàn)中看到了玻璃壁上淡淡的熒光及管中物體在玻璃壁上的影。
裝置：真空玻璃管中K是金屬板制成的陰極，A是金屬環(huán)制成的陽(yáng)極；把它們分別連接在感應(yīng)圈的負(fù)極和正極上。管中十字狀物體是個(gè)金屬片。接通電源時(shí)，感應(yīng)圈產(chǎn)生的近萬(wàn)伏的高電壓加在兩個(gè)電極之間。
1876年德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦認(rèn)為管壁上的熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，并把這種射線命名為陰極射線。
19世紀(jì)對(duì)陰極射線本質(zhì)認(rèn)識(shí)的兩種觀點(diǎn)
陰極射線像X射線一樣是電磁輻射
請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究陰極射線的本質(zhì)是電磁波還是帶電粒子流？
讓陰極射線沿垂直場(chǎng)的方向通過電場(chǎng)或磁場(chǎng)，觀察它是否偏轉(zhuǎn)
如果陰極射線發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，那么陰極射線就是在電場(chǎng)力或洛倫茲力的作用下偏轉(zhuǎn)的，說明陰極射線的本質(zhì)是帶電粒子流。
如果陰極射線沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，表示陰極射線不帶電，說明陰極射線的本質(zhì)是電磁波。
英國(guó)物理學(xué)家J.J.湯姆孫認(rèn)為陰極射線是帶電粒子流。
為了證實(shí)這點(diǎn)，從1890年起他進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究。
湯姆孫的氣體放電管示意圖
小孔AB：使由C發(fā)出的粒子形成一束細(xì)細(xì)的射線
平行的金屬板之間夾有電場(chǎng)
陰極C： 發(fā)出帶電粒子
通過射線產(chǎn)生的熒光的位置，可以研究射線的徑跡
在真空度高的放電管中，陰極射線中的粒子主要來自陰極。 對(duì)于真空度不高的放電管來說，粒子還可能來自管中的氣體。
根據(jù)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受力的情況， 可以得出組成陰極射線的微粒的比荷。
（1）當(dāng)金屬板D1D2之間未加電場(chǎng)時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，射在屏上P1點(diǎn)，按圖示方向施加電場(chǎng)E之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏上P2處。由此可以推斷陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷？
（2）在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個(gè)大小合適、方向垂直于紙面的磁場(chǎng)B，并使陰極射線不再偏轉(zhuǎn)，回到P1。所加磁場(chǎng)方向和大小有何要求呢？
每個(gè)陰極射線粒子受到的電場(chǎng)力
每個(gè)陰極射線粒子受到的洛倫茲力
進(jìn)而得到陰極射線的速度表達(dá)式
（3）去掉電場(chǎng)，只保留磁場(chǎng)，陰極射線會(huì)在磁場(chǎng)中形成一個(gè)半徑為r的圓弧，使得陰極射線落在屏上的P3處。
如果湯姆孫請(qǐng)你做助手，你回想并根據(jù)湯姆孫研究陰極射線的過程，計(jì)算得出陰極射線粒子的比荷。
1897年，湯姆孫根據(jù)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況斷定，它的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷。
陰極射線粒子的比荷具體數(shù)值是多少呢？
如圖所示為一種測(cè)定陰極射線比荷的實(shí)驗(yàn)裝置
（1）真空玻璃管內(nèi)，陰極K發(fā)出的粒子經(jīng)過陽(yáng)極A與陰極K之間的高壓加速后，形成一束粒子流，以平行于極板的速度進(jìn)入兩極板C、D間區(qū)域。
（2）若兩極板C、D間無(wú)電壓，粒子將打在熒光屏上的O點(diǎn)，若在兩極板間施加電壓U，則離開極板區(qū)域的粒子將打在熒光屏上的P點(diǎn)。
（3）若再在極板間施加一個(gè)方向垂直于紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則粒子在熒光屏上產(chǎn)生的光點(diǎn)又回到O。
已知極板長(zhǎng)度 l=5.00 cm，C、D間的距離 d=1.50 cm，極板區(qū)的中點(diǎn)M 到熒光屏中點(diǎn)O的距離為L(zhǎng)=12.50 cm，U=200 V，B=6.03×10-4 T，P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離 y=3.00 cm，試計(jì)算陰極射線的比荷。
解：設(shè)粒子經(jīng)高壓電場(chǎng)加速后獲得的速度為v0
既有電場(chǎng)又有磁場(chǎng)時(shí)：Eq=Bqv0
只加電場(chǎng)時(shí)，粒子在CD間做類平拋運(yùn)動(dòng)，直到極板的右邊緣
勻速直線運(yùn)動(dòng) l=v0t?
勻加速直線運(yùn)動(dòng) Eq=ma?
飛出極板到熒光屏，勻速直線運(yùn)動(dòng)
豎直方向：y2=vyt1
豎直方向的總位移：y=y1+y2
湯姆孫還發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得的比荷數(shù)值是相同的。 這說明了什么？
說明不同物質(zhì)都能夠發(fā)射這種帶電粒子，它是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。
猜想一：陰極射線粒子的質(zhì)量大小與氫離子質(zhì)量一樣大，而電荷卻比氫離子大得多。
猜想二：陰極射線粒子的電荷量與氫離子電荷量一樣大，而質(zhì)量卻比氫離子小得多。
湯姆孫由實(shí)驗(yàn)測(cè)得陰極射線粒子的比荷是氫離子比荷的近兩千倍。 這兩種粒子的電量和質(zhì)量有什么關(guān)系呢?
湯姆孫后來又通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得陰極射線粒子的電荷量大小與氫離子大致相同。
陰極射線粒子的質(zhì)量比氫離子的質(zhì)量小得多
后來，組成陰極射線的粒子就被稱為電子。
湯姆孫進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，不論陰極射線、β射線、光電流還是熱離子流，它們都包含電子。
原子不是組成物質(zhì)的最小微粒
電子是原子的組成部分， 它是比原子更基本的物質(zhì)單元。
那么電子的電量q和質(zhì)量m的各自的具體數(shù)值又是多少呢？
1909~1913年間，美國(guó)物理學(xué)家密立根通過“油滴實(shí)驗(yàn)”測(cè)出了電子電荷的精確值。
e=1.60217733(49) ×10-19C
電子電量 e = 1.60217733(49) ×10-19C
電子質(zhì)量 me = 9.1093897×10-31kg
質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值
電子的發(fā)現(xiàn)不只是說明原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，更重要的是對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)有重大意義。
電子的發(fā)現(xiàn)、X射線的發(fā)現(xiàn)和放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)并稱近代物理的三大發(fā)現(xiàn)。
湯姆孫因此獲得了1906年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 被科學(xué)界譽(yù)為“一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”。
二、電子的發(fā)現(xiàn) 1．陰極射線是帶負(fù)電的粒子流——電子流 2．電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元 3．密立根測(cè)量出電子的電量
如圖所示，一玻璃管中有從左向右的陰極射線，可能是電磁波或某種粒子流形成的射線，若在其下方放一通電直導(dǎo)線AB，射線發(fā)生如圖所示的偏轉(zhuǎn)，AB中的電流方向由B到A，則該射線的本質(zhì)為 (　　) A．電磁波 B．帶正電的高速粒子流 C．帶負(fù)電的高速粒子流 D．不帶電的高速中性粒子流 答案　C
加在陰極射線管內(nèi)陰極和陽(yáng)極之間的電壓為4×103V，如果電子離開陰極表面時(shí)的速度為0，試求電子到達(dá)陽(yáng)極時(shí)的速度。
代入數(shù)據(jù)得v=3.75×107m/s
q = e = 1.60217733(49) ×10-19C
me = 9.1093897×10-31kg
密立根實(shí)驗(yàn)的原理如圖所示，A、B是兩塊平行放置的水平金屬板，A板帶正電，B板帶負(fù)電．從噴霧器嘴噴出的小油滴，落到A、B兩板之間的電場(chǎng)中． 小油滴由于摩擦而帶負(fù)電，調(diào)節(jié)A、B兩板間的電壓，可使小油滴受到的電場(chǎng)力和重力平衡．已知小油滴靜止處的電場(chǎng)強(qiáng)度等于1.92×105V/m，油滴半徑為1.64×10－4 cm，油的密度為0.851g/cm3，求油滴所帶的電量，這個(gè)電量是電子電量的多少倍？
由題意知 mg＝Eq (1)
≈8.02×10－19C.
小油滴所帶電量q是電子電量e的倍數(shù)為