(浙江專版)2018年高中物理第十八章原子結(jié)構(gòu)第1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)學(xué)案新人教版選修3-5

第1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)知識內(nèi)容考試要求[目標(biāo)早知道]1.電子的發(fā)現(xiàn)加試a浙江選考·學(xué)2.原子的核式構(gòu)造模型加試b習(xí)要求3.氫原子光譜加試b4.玻爾的原子模型加試c陰極射線[探新知·基礎(chǔ)練]1．演示實驗以下圖，真空玻璃管中K是金屬板制成的陰極，接感覺圈的負(fù)極，A是金屬環(huán)制成的陽極，接感覺圈的正極，接電源后，線圈會產(chǎn)生近萬伏的高電壓加在兩極間?？刹炜吹讲ＡП谏系臒晒饧肮苤形矬w在玻璃壁上的影子。2．陰極射線熒光的實質(zhì)是因為玻璃遇到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而惹起的，這類射線被命名為陰極射線。[辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”)1．陰極射線就是電子流。(√)2．湯姆孫經(jīng)過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子。(√)[釋疑難·對點練]1．對陰極射線實質(zhì)的認(rèn)識——兩種看法電磁波說，代表人物——赫茲，他以為這類射線是一種電磁輻射。粒子說，代表人物——湯姆孫，他以為這類射線是一種帶電粒子流。2．陰極射線帶電性質(zhì)的判斷方法方法一：在陰極射線所經(jīng)地區(qū)加上電場，經(jīng)過打在熒光屏上的亮點的變化和電場的狀況確立其帶電的性質(zhì)。方法二：在陰極射線所經(jīng)地區(qū)加一磁場，依據(jù)亮點地點的變化和左手定章確立其帶電的性質(zhì)。3．實驗結(jié)果1依據(jù)陰極射線在電場中和磁場中的偏轉(zhuǎn)狀況，判斷出陰極射線是粒子流，而且?guī)ж?fù)電。[試身手]1.陰極射線從陰極射線管中的陰極發(fā)出，在此間的高電壓下加快飛朝陽極，以下圖。若要使射線向上偏轉(zhuǎn)，所加磁場的方向應(yīng)為( )A．平行于紙面向左B．平行于紙面向上C．垂直于紙面向外D．垂直于紙面向里分析：選C因為陰極射線的實質(zhì)是電子流，陰極射線方向向右，說明電子的運動方向向右，相當(dāng)于存在向左的電流，利用左手定章，為使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上，可知磁場方向應(yīng)為垂直于紙面向外，故C正確。電子的發(fā)現(xiàn)[探新知·基礎(chǔ)練]1．湯姆孫的研究方法及結(jié)論依據(jù)陰極射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)狀況判定，它的實質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流，并求出了這類粒子的比荷。換用不一樣資料的陰極做實驗，所得比荷的數(shù)值都同樣，是氫離子比荷的近兩千倍。結(jié)論：陰極射線粒子帶負(fù)電，其電荷量的大小與氫離子大概同樣，而質(zhì)量比氫離子小得多，以后構(gòu)成陰極射線的粒子被稱為電子。2．湯姆孫的進一步研究湯姆孫又進一步研究了很多新現(xiàn)象，證了然電子是原子的構(gòu)成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。3．電子的電荷量及電荷量子化電子電荷量：1910年前后由密立根經(jīng)過有名的油滴實驗得出，電子電荷的現(xiàn)代值為e＝1.602×10－19_C。(2)電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只好是e的整數(shù)倍。p(3)e－31kg，質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值為mme[辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”)1．陰極射線就是X射線。(×)2．湯姆孫用電磁場知識測定了陰極射線的比荷，認(rèn)定陰極射線為電子。(√)[釋疑難·對點練]帶電粒子比荷的測定方法(1)讓粒子經(jīng)過正交的電磁場(以下圖)，讓其做直線運動，依據(jù)2E二力均衡，即F洛＝F電(Bqv＝qE)，獲取粒子的運動速度v＝B。(2)在其余條件不變的狀況下，撤去電場(以下圖)，保存磁場讓2粒子純真地在磁場中運動，由洛倫茲力供給向心力即＝mv，依據(jù)軌Bqvr跡偏轉(zhuǎn)狀況，由幾何知識求出其半徑r。(3)由以上兩式確立粒子的比荷表達(dá)式：q＝E2，最后經(jīng)定量計算湯姆孫認(rèn)定構(gòu)成陰極mBr射線的粒子為電子。[試身手]2．對于電荷的電荷量以下說法錯誤的選項是()A．電子的電量是由密立根油滴實驗測得的B．物體所帶電荷量能夠是隨意值C．物體所帶電荷量最小值為－19C1.6×10D．物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍分析：選B密立根的油滴實驗測出了電子的電量為1.6×10－19C，并提出了電荷量子化的看法，因此A對，B錯，C對；任何物體的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍，故D對。對陰極射線的認(rèn)識[典例1](多項選擇)以下圖，一只陰極射線管左邊不停有電子射出，若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時，發(fā)現(xiàn)射線的軌跡往下偏，則( )A．導(dǎo)線中的電流由A流向BB．導(dǎo)線中的電流由B流向AC．若要使電子束的軌跡往上偏，能夠經(jīng)過改變AB中的電流方素來實現(xiàn)D．電子束的軌跡與AB中電流方向沒關(guān)[思路點撥]依據(jù)陰極射線的性質(zhì)和左手定章進行判斷。[分析]選BC陰極射線是高速電子流，由左手定章判斷可知，管內(nèi)磁場垂直紙面向里，由安培定章可知，AB中的電流由B流向A，且改變AB中的電流方向時能夠使電子束的軌跡往上偏。應(yīng)選項B、C正確。(1)陰極射線不可以誤以為是X射線。3當(dāng)陰極射線穿過電場或磁場地區(qū)時，其重力遠(yuǎn)小于電場力或洛倫茲力，所以一般不考慮。帶電粒子比荷的測定[典例2]以下圖為湯姆孫用來測定電子比荷的裝置。當(dāng)極板P和P′間不加偏轉(zhuǎn)電壓時，電子束打在熒光屏的中心O點處，形成一個亮點；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點偏離到O′點，O′點到O點的豎直距離為d，水平距離可忽視不計；此時在P與P′之間的地區(qū)里再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場，調(diào)理磁感覺強度，當(dāng)其大小為B時，亮點從頭回到O點。已知極板水平方向長度為L1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L2。求打在熒光屏O點的電子速度的大小。推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式。[思路點撥]解答此題應(yīng)注意以下兩點：利用電子在正交的電場和磁場中的受力均衡可求電子的速度。只有電場時用運動的合成與分解的看法求解，確立出電子的比荷。U[分析](1)電子在正交的勻強電場和勻強磁場中做勻速直線運動，有Bev＝Ee＝be，U得v＝BbU即打到熒光屏O點的電子速度的大小為Bb。(2)當(dāng)極板間僅有偏轉(zhuǎn)電場時，電子以速度v進入后，豎直方向做勻加快運動，加快度eU為a＝mbL1電子在水平方向做勻速運動，在電場內(nèi)的運動時間為t1＝v電子在電場中，豎直向上偏轉(zhuǎn)的距離為11eU2212111L2＝eUL2v2mbv22mbeUL走開電場時，豎直向上的分速度為v＝at1＝11電子走開電場后做勻速直線運動，經(jīng)t時間抵達(dá)熒光屏，L2v22eULL2t2時間內(nèi)向上運動的距離為d2＝12＝12vtmvb4電子向上的總偏轉(zhuǎn)距離為d＝d1＋d2＝eUL1(2L2＋L1)22mvbe2。解得＝2L＋2L112[答案](1)U(2)e2UdBb＝2L＋2LmBbL112[講堂對點穩(wěn)固]1．以下圖，一玻璃管中有從左向右的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)生以下圖的偏轉(zhuǎn)，AB中的電流方向由B到A，則該射線的實質(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分析：選C射線在電流形成的磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即可確立該射線是由帶電粒子構(gòu)成的粒子流。依據(jù)安培定章可知，玻璃管中的磁場是垂直于紙面向里的。粒子向下偏轉(zhuǎn)，洛倫茲力方向向下，由左手定章可知射線所形成的電流方向向左，與粒子的運動方向相反，故粒子帶負(fù)電。C正確。2．(多項選擇)對于陰極射線的性質(zhì)，判斷正確的選項是( )A．陰極射線帶負(fù)電B．陰極射線帶正電C．陰極射線的比荷比氫原子比荷大D．陰極射線的比荷比氫原子比荷小分析：選AC經(jīng)過讓陰極射線在電場、磁場中的偏轉(zhuǎn)的研究發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電，而且比荷比氫原子的比荷大得多，故A、C正確，B、D錯誤。以下圖，電子以初速度v0從O點進入長為l、板間距離為d、電勢差為U的平行板電容器中，出電場時打在屏上P點，經(jīng)丈量′OP距離為Y0。求電子的比荷。分析：因為電子在電場中做類平拋運動，沿電場線方向做初速度為零的勻加快直線運動，知足12Y0＝at25U1edl2eUl2，m2dmve2dY0v20。則＝Ul2m2dYv20答案：0Ul2--------------[講堂小結(jié)]---------------[課時追蹤檢測九]一、單項選擇題1．對于陰極射線的實質(zhì)，以下說法正確的選項是( )A．陰極射線實質(zhì)是氫原子B．陰極射線實質(zhì)是電磁波C．陰極射線實質(zhì)是電子D．陰極射線實質(zhì)是X射線分析：選C陰極射線是原子遇到激發(fā)而射出的電子流。對于陰極射線是電磁波、X射線等都是研究陰極射線過程中的一些猜想，以后經(jīng)證明都是錯的。C正確。2．如圖是電子射線管表示圖，接通電源后，電子射線由陰極沿x軸正方向射出，在熒光屏上會看到一條亮線。要使熒光屏上的亮線向下(z軸負(fù)方向)偏轉(zhuǎn)，在以下舉措中可采納的是( )A．加一磁場，磁場方向沿z軸負(fù)方向B．加一磁場，磁場方向沿y軸正方向C．加一電場，電場方向沿z軸負(fù)方向D．加一電場，電場方向沿y軸正方向分析：選B因為電子沿x軸正方向運動，使電子射線向下偏轉(zhuǎn)，則所受洛倫茲力向下，由左手定章可知磁場方向應(yīng)沿y軸正方向；若加電場使電子射線向下偏轉(zhuǎn)，所受電場力方向6向下，則所加電場方向應(yīng)沿z軸正方向，由此可知B正確。3．向熒光屏上看去，電子向我們飛來，在偏轉(zhuǎn)線圈中通以以下圖的電流，電子的偏轉(zhuǎn)方向為( )A．向上B．向下C．向左D．向右分析：選A依據(jù)安培定章，偏轉(zhuǎn)線圈右邊為N極、左邊為S極，在環(huán)內(nèi)產(chǎn)生水平向左的勻強磁場，利用左手定章可知，電子向上偏轉(zhuǎn)，選項A正確。4．對于密立根“油滴實驗”的科學(xué)意義，以下說法不正確的選項是( )A．測得了電子的電荷量B．第一測得了電子的比荷C．為電子質(zhì)量的最后獲取做出了突出貢獻D．為人類進一步研究原子的構(gòu)造供給了必定的理論依照分析：選B密立根經(jīng)過油滴實驗測定了電子電荷量并發(fā)現(xiàn)電荷是量子化的，聯(lián)合比荷，進一步能夠確立電子質(zhì)量；電子的比荷是由湯姆孫第一測出的。只有B不正確。二、多項選擇題5．對于空氣導(dǎo)電性能，以下說法正確的選項是( )A．空氣導(dǎo)電，是因為空氣分子中有的帶正電，有的帶負(fù)電，在強電場作用下向相反方向運動的結(jié)果B．空氣能夠?qū)щ?，是因為空氣分子在射線或強電場作用下電離的結(jié)果C．空氣密度越大，導(dǎo)電性能越好D．空氣密度變得越稀疏，越簡單發(fā)出輝光分析：選BD空氣是由多種氣體構(gòu)成的混淆氣體，在正常狀況下，氣體分子不帶電(顯中性)，是較好的絕緣體。但在射線、受熱及強電場作用下，空氣分子被電離，才擁有導(dǎo)電功能，且空氣密度較大時，電離的自由電荷很簡單與其余空氣分子碰撞，正、負(fù)電荷從頭復(fù)合，難以形成穩(wěn)固的放電電流，而電離后的自由電荷在稀疏氣體環(huán)境中導(dǎo)電性能更好，綜上所述，B、D正確。6．以下是某實驗小組測得的一組電荷量，哪些是切合事實的( )A．＋3×10－19CB．＋4.8×10－19CC．－3.2×10－26CD．－4.8×10－19C分析：選BD電荷是量子化的，任何帶電體所帶電荷量只好是元電荷的整數(shù)倍。1.6×107－19B、D正確。C是當(dāng)前為止自然界中最小的電荷量，故以下圖，從正離子源發(fā)射的正離子經(jīng)加快電壓U加快后進入互相垂直的勻強電場E和勻強磁場B中，發(fā)現(xiàn)離子向上偏轉(zhuǎn)，要使此離子沿直線穿過電場，則以下說法正確的選項是( )A．增大電場強度E，減小磁感覺強度BB．減小加快電壓U，增大電場強度EC．適合地加大加快電壓UD．適合地減小電場強度E分析：選CD正離子進入互相垂直的勻強電場和勻強磁場地區(qū)中，遇到的電場力F＝qE，方向向上，遇到的洛倫茲力F洛＝qvB，方向向下，離子向上偏，說明電場力大于洛倫茲力。要使離子沿直線運動，即qE＝qvB，則只有使洛倫茲力增大或電場力減小，增大洛倫茲力的門路是增大加快電壓U或增大磁感覺強度B，減小電場力的門路是減小電場強度E。選項C、D正確。三、非選擇題8．密立根用噴霧的方法獲取了帶電油滴，而后把這些帶不一樣質(zhì)量和電荷量的油滴置入電場中，經(jīng)過電場力和重力均衡的方法最后測得帶電油滴的電荷量。假定在某次丈量中，他獲取了以下的數(shù)據(jù)，你依據(jù)這些數(shù)據(jù)能得出什么結(jié)論呢？液滴12345編號電荷6.41×9.70×3.20×4.81×1.60×量(C)10－1910－1910－1910－1910－19分析：研究這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，它們都可以為是1.60×10－19的整數(shù)倍，進而得出電荷的最小帶電單位是1.60×10－19C，即e＝1.60×10－19C。答案：看法析9.以下圖，讓一束平均的陰極射線以速率v垂直進入正交的電、磁場中，選擇適合的磁感覺強度B和電場強度E，帶電粒子將不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而后撤去電場，粒子將做勻速圓周運動，測得其半徑為R，求陰極射線中帶電粒子的比荷。分析：因為帶電粒子在復(fù)合場中時不偏轉(zhuǎn)，E所以qE＝qvB，即v＝B，撤去電場后，粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，8v2qE。則qvB＝m。由此可得＝2RmBRE答案：B2R電子所帶電量的精準(zhǔn)數(shù)值最早是由美國物理學(xué)家密立根經(jīng)過油滴實驗測得的。他測定了數(shù)千個帶電油滴的電量，發(fā)現(xiàn)這些電量都等于某個最小電量的整數(shù)倍。這個最小電量就是電子所帶的電量。密立根實驗的原理以下圖，A、B是兩塊平行擱置的水平金屬板，A板帶正電，B板帶負(fù)電。從噴霧器