魯科版選修3-3、3-5全冊教案

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案

月20

年2

2017

洪

黃代

選修3-5教案

第一章動(dòng)量守恒研究

新課標(biāo)要求

(1)探究物體彈性碰撞的一些特點(diǎn)，知道彈性碰撞和非彈性碰撞；

(2)通過實(shí)驗(yàn)，理解動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律，能用動(dòng)量守恒定律定量分析一維碰撞問題，知

道動(dòng)量守恒定律的普遍意義；

例1：火箭的發(fā)射利用了反沖現(xiàn)象。

例2：收集資料，了解中子是怎樣發(fā)現(xiàn)的。討論動(dòng)量守恒定律在其中的作用。

(3)通過物理學(xué)中的守恒定律，體會(huì)自然界的和諧與統(tǒng)一。

第一節(jié)動(dòng)量定理

三維教學(xué)目標(biāo)

1、知識與技能：知道動(dòng)量定理的適用條件和適用范圍；

2、過程與方法：在理解動(dòng)量定理的確切含義的基礎(chǔ)上正確區(qū)分動(dòng)量改變量與沖量；

3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)邏輯思維能力，會(huì)應(yīng)用動(dòng)量定理分析計(jì)算有關(guān)問題。

教學(xué)重點(diǎn)：動(dòng)量、沖量的概念和動(dòng)量定理。

教學(xué)難點(diǎn)：動(dòng)量的變化。

教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。

教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。

1、動(dòng)量及其變化

(1)動(dòng)量的定義：

物體的質(zhì)量與速度的乘積，稱為(物體的)動(dòng)量。記為p=mv單位：kg?m/s讀作"千克

米每秒”。

理解要點(diǎn)：

①狀態(tài)量：動(dòng)量包含了“參與運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)”與“運(yùn)動(dòng)速度”兩方面的信息，反映了由這

兩方面共同決定的物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，具有瞬時(shí)性。

大家知道，速度也是個(gè)狀態(tài)量，但它是個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)概念，只反映運(yùn)動(dòng)的快慢和方向，而運(yùn)

動(dòng)，歸根結(jié)底是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，沒有了物質(zhì)便沒有運(yùn)動(dòng).顯然地，動(dòng)量包含了“參與運(yùn)動(dòng)的物

質(zhì)”和“運(yùn)動(dòng)速度”兩方面的信息，更能從本質(zhì)上揭示物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是一個(gè)動(dòng)力學(xué)概念。

②矢量性：動(dòng)量的方向與速度方向一致。

綜上所述：我們用動(dòng)量來描述運(yùn)動(dòng)物體所能產(chǎn)生的機(jī)械效果強(qiáng)弱以及這個(gè)效果發(fā)生的方向，

動(dòng)量的大小等于質(zhì)量和速度的乘積，動(dòng)量的方向與速度方向一致。

(2)動(dòng)量的變化量：

1、定義：若運(yùn)動(dòng)物體在某一過程的始、末動(dòng)量分別為P和P',則稱：4P=P'-P

為物體在該過程中的動(dòng)量變化。

2、指出：動(dòng)量變化Ap是矢量。方向與速度變化量Av相同。一維情況下：Ap=mAu=

mu2-mAv?矢量差

例1：一個(gè)質(zhì)量是0.1kg的鋼球，以6m/s的速度水平向右運(yùn)動(dòng)，碰到一個(gè)堅(jiān)硬的障礙物后

被彈回，沿著同一直線以6m/s的速度水平向左運(yùn)動(dòng)，碰撞前后鋼球的動(dòng)量有沒有變化？變

化了多少？

2、動(dòng)量定理

(1)內(nèi)容：物體所受合外力的沖量等于物體的動(dòng)量變化

(2)公式：Ft=mv'—mv=p'-p

讓學(xué)生來分析此公式中各量的意義：

其中F是物體所受合外力，是初動(dòng)量，?"是末動(dòng)量，t是物體從初動(dòng)量變化到末動(dòng)

量所需時(shí)間，也是合外力F作用的時(shí)間。

(3)單位：F的單位是N,t的單位是s,p和p'的單位是kg?m/s(kg?ms")。

(4)動(dòng)量定理不僅適用恒力作用，也適用變力作用的情況(此時(shí)的力應(yīng)為平均作用力)

(5)動(dòng)量定理不僅適用于宏觀低速物體，對微觀現(xiàn)象和高速運(yùn)動(dòng)仍然適用.

前面我們通過理論推導(dǎo)得到了動(dòng)量定理的數(shù)學(xué)表達(dá)式，卜.面對動(dòng)量定理作進(jìn)一步的理解。

(6)動(dòng)量定理中的方向性

例2：質(zhì)量為m的小球在光滑水平面上以速度大小v向右運(yùn)動(dòng)與墻壁發(fā)生碰撞后以大

小v/2反向彈回，與墻壁相互作用時(shí)間為t,求小球?qū)Ρ诘钠骄饔昧Α?/p>

小結(jié)：公式Ft=是矢量式，計(jì)算時(shí)應(yīng)先確定正方向。合外力的沖量的方向

與物體動(dòng)量變化的方向相同。合外力沖量的方向可以跟初動(dòng)量方向相同，也可以相反。

例3：質(zhì)量為0.40kg的小球從高3.20nl處自由下落，碰到地面后豎直向上彈起到1.80m

高處，碰撞時(shí)間為0.040s,g取10m/s2,求碰撞過程中地面對球的平均沖力。

小結(jié)：式中的F必須是合外力，因此解題時(shí)一定要對研究對象進(jìn)行受力分析，避免少力

的情況。同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成分析多過程物理問題的一般方法，分階段法。

學(xué)生練習(xí)：有一個(gè)物體質(zhì)量為1kg,以10m/s的初速度水平拋出，問經(jīng)過2S時(shí)物體的

動(dòng)量的變化量為多大？此時(shí)物體還沒落地。

小結(jié)：利用動(dòng)量定理不僅可以解決勻變速直線運(yùn)動(dòng)的問題，還可以解決曲線運(yùn)動(dòng)中的有

關(guān)問題，將較難計(jì)算的問題轉(zhuǎn)化為較易計(jì)算的問題，

總結(jié)：

1、應(yīng)用動(dòng)量定理解題的基本步驟

2、應(yīng)用動(dòng)量定理解答時(shí)要注意幾個(gè)問題，一是矢量性，二是F表示合外力。同時(shí)動(dòng)量

定理既適用恒力，也適用于變力；既適用直線運(yùn)動(dòng)，也適用于曲線運(yùn)動(dòng)，

3、動(dòng)量定理的應(yīng)用

演示實(shí)驗(yàn)：雞蛋落地

【演示】先讓一個(gè)雞蛋從一米多高的地方下落到細(xì)沙堆中，讓學(xué)生推測一下雞蛋的“命

運(yùn)”，然后做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)并沒有象學(xué)生想象的那樣嚴(yán)重：發(fā)現(xiàn)雞蛋不會(huì)被打破；然

后讓雞蛋從一米多高的地方下落到講臺上，讓學(xué)生推測一下雞蛋的“命運(yùn)”，然后做這個(gè)實(shí)

驗(yàn)，結(jié)果雞蛋被打破。請學(xué)生分析雞蛋的運(yùn)動(dòng)過程并說明雞蛋打破的原因。

雞蛋從某一高度下落，分別與硬板和細(xì)沙堆接觸前的速度是相同的，也即初動(dòng)量相同，

碰撞后速度均變?yōu)榱?，即末?dòng)量均為零，因而在相互作用過程中雞蛋的動(dòng)量變化量相同。而

兩種情況下的相互作用時(shí)間不同，與硬板碰時(shí)作用時(shí)間短，與細(xì)沙堆相碰時(shí)作用時(shí)間較長，

由Ft=4p知，雞蛋與硬板相碰時(shí)作用力大，會(huì)被打破，與細(xì)沙堆相碰時(shí)作用力較小，因而

不會(huì)被打破。

在實(shí)際應(yīng)用中，有的需要作用時(shí)間短，得到很大的作用力而被人們所利用，有的需要延

長作用時(shí)間（即緩沖）減少力的作用。請同學(xué)們再舉些有關(guān)實(shí)際應(yīng)用的例子。加強(qiáng)對周圍事物

的觀察能力，勤于思考，一定會(huì)有收獲.

在實(shí)際應(yīng)用中，有的需要作用時(shí)間短，得到很大的作用力，而被人們所利用；有的要延

長作用時(shí)間而減少力的作用，請同學(xué)們再舉出一些有關(guān)實(shí)際應(yīng)用的例子，并進(jìn)行分析。（用

鐵錘釘釘子、跳遠(yuǎn)時(shí)要落入沙坑中等現(xiàn)象）。

（加強(qiáng)對周圍事物的觀察，勤于思考，一定會(huì)有收獲。）

用動(dòng)量定理解釋現(xiàn)象可分為下列三種情況：

（DZip一定，t短則F大，t長則F?。?/p>

（2）F—■定，t短則△口小，t長則Ap大；

（3）t一定，F(xiàn)大則Ap大,F小則Ap小。

例如以下現(xiàn)象并請學(xué)生分析。

1、一個(gè)人慢行和跑步時(shí)，不小心與迎面的一棵樹相撞，其感覺有什么不同?請解釋。

2、一輛滿載貨物的卡車和一輛小轎車在同樣的牽引力作用下都從靜止開始獲得相同的

速度，哪輛車起動(dòng)更快?為什么？

3、人卜.扶梯時(shí)往往一級一級往下走，而不是直接往下跳躍七、八級，這是為什么？

第二節(jié)動(dòng)量守恒定律(1)

三維教學(xué)目標(biāo)

1、知識與技能：理解動(dòng)量守恒定律的確切含義和表達(dá)式，知道定律的適用條件和適用范圍；

2、過程與方法：在理解動(dòng)量守恒定律的確切含義的基礎(chǔ)上正確區(qū)分內(nèi)力和外力；

3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)邏輯思維能力，會(huì)應(yīng)用動(dòng)量守恒定律分析計(jì)算有關(guān)問題。

教學(xué)重點(diǎn)：動(dòng)量守恒定律。

教學(xué)難點(diǎn)：動(dòng)量守恒的條件。

教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。

教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。

(一)引入

演示：

(1)臺球由于兩球碰撞而改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

(2)微觀粒子之間由于相互碰撞而改變狀態(tài)，甚至使得一種粒子轉(zhuǎn)化為其他粒子。

碰撞是日常生活、生產(chǎn)活動(dòng)中常見的一種現(xiàn)象，兩個(gè)物體發(fā)生碰撞后，速度都發(fā)生變化。

兩個(gè)物體的質(zhì)量比例不同時(shí)，它們的速度變化也不一樣。物理學(xué)中研究運(yùn)動(dòng)過程中的守恒量

具有特別重要的意義，本節(jié)通過實(shí)驗(yàn)探究碰撞過程中的什么物理量保持不變(守恒)。

(二)進(jìn)行新課

1、實(shí)驗(yàn)探究的基本思路

(1)一維碰撞

我們只研究最簡單的情況一一兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿同一直線運(yùn)

動(dòng)。這種碰撞叫做一維碰撞。

演示：如圖所示，A、B是懸掛起來的鋼球，把小球A拉起使其懸線與豎直線夾一角度a,放

開后A球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)與B球發(fā)生碰撞，碰后B球擺幅為B角，如兩球的質(zhì)量mA=mB,碰后

A球靜止，B球擺角6=a,這說明A、B兩球碰后交換了速度；

如果mA>niB,碰后A、B兩球一起向右擺動(dòng)；

如果碰后A球反彈、B球向右擺動(dòng)。

以上現(xiàn)象可以說明什么問題？

結(jié)論：以上現(xiàn)象說明A、B兩球碰撞后，速度發(fā)生了變化,

時(shí)，速度變化的情況也不同。

(2)追尋不變量

在一維碰撞的情況下與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的量只有物體的質(zhì)量和物體的速度。設(shè)兩個(gè)物體的質(zhì)量

分別為4、%,碰撞前它們速度分別為5乙,碰撞后的速度分別為匕'、％,規(guī)定某一速度

方向?yàn)檎Ｅ鲎睬昂笏俣鹊淖兓臀矬w的質(zhì)量位的關(guān)系，我們可以做如卜.猜測:

一?H?*

I---I

分析：

①碰撞前后物體質(zhì)量不變，但質(zhì)量并不描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不是我們追尋的“不變量”。

②必須在各種碰撞的情況下都不改變的量，才是我們追尋的不變量。

2、實(shí)驗(yàn)條件的保證、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量

(1)實(shí)驗(yàn)必須保證碰撞是一維的，即兩個(gè)物體在碰撞之前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞之后還沿

同一直線運(yùn)動(dòng)；

(2)用天平測量物體的質(zhì)量：

(3)測量兩個(gè)物體在碰撞前后的速度。

測量物體的速度可以有哪些方法？

總結(jié)：

速度的測量：可以充分利用所學(xué)的運(yùn)動(dòng)學(xué)知識，如利用勻速運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)，并借助于

斜槽、氣墊導(dǎo)軌、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶等來達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮涂刂茖?shí)驗(yàn)條件。

如圖所示，圖中滑塊上紅色部分為擋光板，擋光板有一定的寬度，設(shè)為L,氣墊導(dǎo)軌上黃色

框架上安裝有光控開關(guān)，并與計(jì)時(shí)裝置相連，構(gòu)成光電計(jì)時(shí)裝置。

當(dāng)擋光板穿入時(shí)，將光擋住開始計(jì)時(shí)，穿過后不再擋光則停止計(jì)時(shí)，設(shè)記錄的時(shí)間為t,

則滑塊相當(dāng)于在L的位移上運(yùn)動(dòng)了時(shí)間t,所以滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的速度v=L/t?

3、實(shí)驗(yàn)方案

(1)用氣墊導(dǎo)軌作碰撞實(shí)驗(yàn)(如圖所示)

實(shí)驗(yàn)記錄及分析(a-1)

碰撞前碰撞后

質(zhì)量加,4m=4m=4m=4

速度八=9%二0v；=3因二6

mv[+mV2=

mv+m2v2=}2

22

版mxvj+機(jī)2M=m}v{=

v；,v；_

v/m區(qū)+區(qū)=---1-----

tn2mxm2

實(shí)驗(yàn)記錄及分析（a-2）

碰撞前碰撞后

質(zhì)量“二4m=2m=4m=2

速度匕=9v=0止4.5v；=9

mvVj+m2v2=mxV,+)n2Vl=

2,,2

加r

+m2v；=町h4-7n2v2=

三+2=v；+四一

v/m

m2m}m2

實(shí)驗(yàn)記錄及分析（a-3）

碰撞前碰撞后

質(zhì)量m=2m=4m=2m=4

速度匕二6少0v；=-2?2=4

4-V

mvtn2v2=mxv[+機(jī)24=

22,,2

mvgu：+-f

mxvx+m2y2=

匕'+因_

v/m上+”=

tn2m2

實(shí)驗(yàn)記錄及分析（b）

碰撞前碰撞后

質(zhì)量勿［二4m=2m=4m=2

匕二0夕0f

速度2v2=~4

mv+丐工=

mxV|+m2y2=mxv\

22

機(jī)id+/nK2=

mv+嗎嗎=2

，，

區(qū)+9=匕*匕一

v/m---------1----------

mxtn2m}tn2

實(shí)驗(yàn)記錄及分析（c）

碰撞前碰撞后

質(zhì)量m=2m=Amj2

速度匕二9個(gè)。v[=6其二6

mv+m2V2=mxv\+嗎.=

2222,,2

mv+嗎嗎=r

mxvxm[vx+i%吟=

工+攻=

v/m區(qū)+2=

mxtn2mxm2

4、動(dòng)量守恒定律(lawofconservationofmomentum)

（1）內(nèi)容：一個(gè)系統(tǒng)不受外力或者所受外力的和為零，這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。這個(gè)

結(jié)論叫做動(dòng)量守恒定律。

公式：mivi+m2v2=miv+m2u

（2）注意點(diǎn)：

①研究對象：幾個(gè)相互作用的物體組成的系統(tǒng)（如：碰撞）。

②矢量性：以上表達(dá)式是矢量表達(dá)式，列式前應(yīng)先規(guī)定正方向；

③同一性（即所用速度都是相對同一參考系、同一時(shí)刻而言的）

④條件：系統(tǒng)不受外力，或受合外力為0。要正確區(qū)分內(nèi)力和外力；當(dāng)F內(nèi)>>F外時(shí),

系統(tǒng)動(dòng)量可視為守恒；

5、系統(tǒng)內(nèi)力和外力

(1)系統(tǒng)：相互作用的物體組成系統(tǒng)。

(2)內(nèi)力：系統(tǒng)內(nèi)物體相互間的作用力

(3)外力：外物對系統(tǒng)內(nèi)物體的作用力

例1：質(zhì)量為30kg的小孩以8m/s的水平速度跳上一輛靜止在水平軌道上的平板車，已知平

板車的質(zhì)量為90kg,求小孩跳上車后他們共同的速度？

解：取小孩和平板車作為系統(tǒng)，由于整個(gè)系統(tǒng)所受合外為為零，所以系統(tǒng)動(dòng)量守恒。規(guī)定小

孩初速度方向?yàn)檎?，則：

相互作用前：w=8m/s,vz=0,設(shè)小孩跳上車后他們共同的速度速度為v',由動(dòng)量守恒定律

得imvi=(mi+m2)v'解得

v'=-m'V|——=2m/s

m,+m2

數(shù)值大于零，表明速度方向與所取正方向一致。

課后補(bǔ)充練習(xí)

(1)一爆竹在空中的水平速度為U,若由于爆炸分裂成兩塊，質(zhì)量分別為m,和皿，其中質(zhì)

量為m,的碎塊以u?速度向相反的方向運(yùn)動(dòng)，求另一塊碎片的速度。

(2)小車質(zhì)量為200kg,車上有一質(zhì)量為50kg的人。小車以5m/s的速度向東勻速行使，

人以lm/s的速度向后跳離車子，求：人離開后車的速度。(5.6m/s)

第二節(jié)動(dòng)量守恒定律(2)

三維教學(xué)目標(biāo)

1、知識與技能：掌握運(yùn)用動(dòng)量守恒定律的一般步驟。

2、過程與方法：知道運(yùn)用動(dòng)量守恒定律解決問題應(yīng)注意的問題，并知道運(yùn)用動(dòng)量守恒定律

解決有關(guān)問題的優(yōu)點(diǎn)。

3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：學(xué)會(huì)用動(dòng)量守恒定律分析解決碰撞、爆炸等物體相互作用的問題，

培養(yǎng)思維能力。

教學(xué)重點(diǎn)：運(yùn)用動(dòng)量守恒定律的一般步驟。

教學(xué)難點(diǎn)：動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用。

教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。

教學(xué)用具：投影片、多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。

(-)引入新課

動(dòng)量守恒定律的內(nèi)容是什么？分析動(dòng)量守恒定律成立條件有哪些？(①F合=0(嚴(yán)格條

件)②F內(nèi)遠(yuǎn)大于F外(近似條件，③某方向上合力為0,在這個(gè)方向上成立。)

(-)進(jìn)行新課

1、動(dòng)量守恒定律與牛頓運(yùn)動(dòng)定律

用牛頓定律自己推導(dǎo)出動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式。

(1)推導(dǎo)過程：

根據(jù)牛頓第二定律，碰撞過程中1、2兩球的加速度分別是:

A

"2,

根據(jù)牛頓第三定律，F(xiàn),、色等大反響，即F,=-F2所以:

碰撞時(shí)兩球間的作用時(shí)間極短，用&表示，則有:

以?一峰

代入?！癪名并整理得

這就是動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式。

(2)動(dòng)量守恒定律的重要意義

從現(xiàn)代物理學(xué)的理論高度來認(rèn)識,動(dòng)量守恒定律是物理學(xué)中最基本的普適原理之一。(另

一個(gè)最基本的普適原理就是能量守恒定律。)從科學(xué)實(shí)踐的角度來看，迄今為止，人們尚未

發(fā)現(xiàn)動(dòng)量守恒定律有任何例外。相反，每當(dāng)在實(shí)驗(yàn)中觀察到似乎是違反動(dòng)量守恒定律的現(xiàn)象

時(shí)，物理學(xué)家們就會(huì)提出新的假設(shè)來補(bǔ)救，最后總是以有新的發(fā)現(xiàn)而勝利告終。例如靜止的

原子核發(fā)生8衰變放出電子時(shí)，按動(dòng)量守恒，反沖核應(yīng)該沿電子的反方向運(yùn)動(dòng)。但云室照片

顯示，兩者徑跡不在一條直線上。為解釋這一反?，F(xiàn)象，1930年泡利提出了中微子假說。

由于中微子既不帶電又幾乎無質(zhì)量，在實(shí)驗(yàn)中極難測量，直到1956年人們才首次證明了中

微子的存在。(2000年高考綜合題23②就是根據(jù)這一歷史事實(shí)設(shè)計(jì)的)。又如人們發(fā)現(xiàn)，兩

個(gè)運(yùn)動(dòng)著的帶電粒子在電磁相互作用下動(dòng)量似乎也是不守恒的。這時(shí)物理學(xué)家把動(dòng)量的概念

推廣到了電磁場，把電磁場的動(dòng)量也考慮進(jìn)去，總動(dòng)量就又守恒了。

2、應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決問題的基本思路和一般方法

(1)分析題意，明確研究對象

在分析相互作用的物體總動(dòng)量是否守恒時(shí)，通常把這些被研究的物體總稱為系統(tǒng).對于

比較復(fù)雜的物理過程，要采用程序法對全過程進(jìn)行分段分析，要明確在哪些階段中，哪些物

體發(fā)生相互作用，從而確定所研究的系統(tǒng)是由哪些物體組成的。

(2)要對各階段所選系統(tǒng)內(nèi)的物體進(jìn)行受力分析

弄清哪些是系統(tǒng)內(nèi)部物體之間相互作用的內(nèi)力，哪些是系統(tǒng)外物體對系統(tǒng)內(nèi)物體作用的

外力。在受力分析的基礎(chǔ)上根據(jù)動(dòng)量守恒定律條件，判斷能否應(yīng)用動(dòng)量守恒。

(3)明確所研究的相互作用過程，確定過程的始、末狀態(tài)

即系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體的初動(dòng)量和末動(dòng)量的量值或表達(dá)式。

注意：在研究地面上物體間相互作用的過程時(shí)，各物體運(yùn)動(dòng)的速度均應(yīng)取地球?yàn)閰⒖枷怠?/p>

(4)確定好正方向建立動(dòng)量守恒方程求解。

3、動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用舉例

例2：如圖所示，在光滑水平面上有A、B兩輛小車，水平面的左側(cè)有一豎直墻，在小車B

上坐著一個(gè)小孩，小孩與B車的總質(zhì)量是A車質(zhì)量的10倍。兩車開始都處于靜止?fàn)顟B(tài)，小

孩把A車以相對于地面的速度v推出，A車與墻壁碰后仍以原速率返回，小孩接到A車后，

又把它以相對于地面的速度v推出。每次推出，A車相對于地面的速度都是v,方向向左。

則小孩把A車推出幾次后，A車返回時(shí)小孩不能再接到A車？

分析：此題過程比較復(fù)雜，情景難以接受，所以在講解之前.，教師應(yīng)多帶領(lǐng)學(xué)生分析物理過

程，創(chuàng)設(shè)情景，降低理解難度。

解：取水平向右為正方向，小孩第一次

推出月車時(shí)：mv\一弧

m.

即：Vi=--v

第〃次推出力車時(shí)：m\v-Vnhvn

則:

所以：％=H+(/7—1)2%,y

當(dāng)g時(shí)，再也接不到小車，由以上各式得〃25.5取〃=6

點(diǎn)評：關(guān)于〃的取值也是應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)分析的問題，告誡學(xué)生不能盲目地對結(jié)果進(jìn)行“四

舍五入”，一定要注意結(jié)論的物理意義。

課后補(bǔ)充練習(xí)

(1)(2002年全國春季高考試題)在高速公路上發(fā)生一起交通事故，一輛質(zhì)量為15000kg

向南行駛的長途客車迎面撞上了一輛質(zhì)量為3000kg向北行駛的卡車，碰后兩車接在一起，

并向南滑行了一段距離后停止.根據(jù)測速儀的測定，長途客車碰前以20m/s的速度行駛，由

此可判斷卡車碰前的行駛速率為)

A.小于10m/sB.大于10m/s小于20m/s

C.大于20m/s小于30m/sD.大于30m/s小于40m/s

(2)如圖所示，A、B兩物體的質(zhì)量比mA：mB=3：2,它們原來靜止在平板車C上，A、B間

有一根被壓縮了的彈簧，A、B與平板車上表面間動(dòng)摩擦因數(shù)相同，地面光滑.當(dāng)彈簧突然釋

放后，則有()

A.A、B系統(tǒng)動(dòng)量守恒B.A、B、C系統(tǒng)動(dòng)量守恒

C.小車向左運(yùn)動(dòng)D.小車向右運(yùn)動(dòng)

(3)把一支槍水平固定在小車上，小車放在光滑的水平面上，槍發(fā)射出一顆子彈時(shí)，關(guān)于

槍、彈、車，下列說法正確的是

A.槍和彈組成的系統(tǒng)，動(dòng)量守恒

B.槍和車組成的系統(tǒng)，動(dòng)量守恒

C.三者組成的系統(tǒng)，因?yàn)闃審椇蜆屚仓g的摩擦力很小，使系統(tǒng)的動(dòng)量變化很小，可以忽

略不計(jì)，故系統(tǒng)動(dòng)量近似守恒

I）.三者組成的系統(tǒng)，動(dòng)量守恒，因?yàn)橄到y(tǒng)只受重力和地面支持力這兩個(gè)外力作用，這兩個(gè)

外力的合力為零

<4）甲乙兩船自身質(zhì)量為120kg,都靜止在靜水中，當(dāng)一個(gè)質(zhì)量為30kg的小孩以相對于

地面6m/s的水平速度從甲船跳上乙船時(shí)，不計(jì)阻力，甲、乙兩船速度大小之比：v甲：v

乙=_______.

（5）（2001年高考試題）質(zhì)量為M的小船以速度vO行駛，船上有兩個(gè)質(zhì)量皆為m的小孩a

和b,分別靜止站在船頭和船尾.現(xiàn)在小孩a沿水平方向以速率v（相對于靜止水面）向前躍

入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v（相對于靜止水面）向后躍入水中.求小孩b

躍出后小船的速度.

（6）如圖所示，甲車的質(zhì)量是2kg,靜止在光滑水平面上，上表面光滑，右端放一個(gè)質(zhì)量

為1kg的小物體.乙車質(zhì)量為4kg,以5m/s的速度向左運(yùn)動(dòng)，與甲車碰撞以后甲車獲得8

m/s的速度，物體滑到乙車上.若乙車足夠長，上表面與物體的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,則物體在

乙車上表面滑行多長時(shí)間相對乙車靜止？（g取10m/s2）

4、反沖運(yùn)動(dòng)與火箭

演示實(shí)驗(yàn)1：老師當(dāng)眾吹一個(gè)氣球，然后，讓氣球開口向自己放手，看到氣球直向?qū)W生飛去，

人為制造一點(diǎn)“驚險(xiǎn)氣氛”，活躍課堂氛圍。

演示實(shí)驗(yàn)2：用薄鋁箔卷成一個(gè)細(xì)管，一端封閉，另一端留一個(gè)很細(xì)的口，內(nèi)裝由火柴頭上

刮下的藥粉，把細(xì)管放在支架上，用火柴或其他辦法給細(xì)管加熱，當(dāng)管內(nèi)藥粉點(diǎn)燃時(shí)，生成

的燃?xì)鈴募?xì)口迅速噴出，細(xì)管便向相反的方向飛去。

演示實(shí)驗(yàn)3：把彎管裝在可以旋轉(zhuǎn)的盛水容器的下部，當(dāng)水從彎管流出時(shí)，容器就旋轉(zhuǎn)起來。

提問：實(shí)驗(yàn)1、2中，氣球、細(xì)管為什么會(huì)向后退呢？實(shí)驗(yàn)3中，細(xì)管為什么會(huì)旋轉(zhuǎn)起來呢？

看起來很小的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中包含了很多現(xiàn)代科技的基本原理：如火箭的發(fā)射，人造衛(wèi)

星的上天，大炮發(fā)射等。應(yīng)該如何去解釋這些現(xiàn)象呢？這節(jié)課我們就學(xué)習(xí)有關(guān)此類的問題。

（1）反沖運(yùn)動(dòng)

A、分析：細(xì)管為什么會(huì)向后退？（當(dāng)氣體從管內(nèi)噴出時(shí)，它具有動(dòng)量，由動(dòng)量守恒定律可

知，細(xì)管會(huì)向相反方向運(yùn)動(dòng)。）

B、分析：反擊式水輪機(jī)的工作原理：當(dāng)水從彎管的噴嘴噴出時(shí)，彎管因反沖而旋轉(zhuǎn)，這是

利用反沖來造福人類，象這樣的情況還很多。

為了使學(xué)生對反沖運(yùn)動(dòng)有更深刻的印象，此時(shí)再做一個(gè)發(fā)射禮花炮的實(shí)驗(yàn)。分析，禮花

為什么會(huì)上天？

(2)火箭

對照書上“三級火箭”圖，介紹火箭的基本構(gòu)造和工作原理。

播放課前準(zhǔn)備的有關(guān)衛(wèi)星發(fā)射、“和平號”空間站、“探路者”號火星探測器以及我國“神

舟號”飛船等電視錄像，使學(xué)生不僅了解航天技術(shù)的發(fā)展和宇宙航行的知識，而且要學(xué)生知

道，我國的航天技術(shù)已經(jīng)跨入了世界先進(jìn)行列，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。閱讀課后閱讀材料一

-《航天技術(shù)的發(fā)展和宇宙航行》。

第三節(jié)科學(xué)探究-----維彈性碰撞

三維教學(xué)目標(biāo)

1、知識與技能

(1)認(rèn)識彈性碰撞與非彈性碰撞，認(rèn)識對心碰撞與非對心碰撞；

(2)了解微粒的散射。

2、過程與方法：通過體會(huì)碰撞中動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒與否，體會(huì)動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能

守恒定律的應(yīng)用。

3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：感受不同碰撞的區(qū)別，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神。

教學(xué)重點(diǎn)：用動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律討論碰撞問題

教學(xué)難點(diǎn)：對各種碰撞問題的理解.

教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。

教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備

(-)引入新課

碰撞過程是物體之間相互作用時(shí)間非常短暫的一種特殊過程，因而碰撞具有如下特點(diǎn)：

(1)碰撞過程中動(dòng)量守恒。

提問：守恒的原因是什么？(因相互作用時(shí)間短暫，因此一般滿足F內(nèi)>>F外的條件)

(2)碰撞過程中，物體沒有宏觀的位移，但每個(gè)物體的速度可在短暫的時(shí)間內(nèi)發(fā)生改變。

(3)碰撞過程中，系統(tǒng)的總動(dòng)能只能不變或減少，不可能增加。

提問：碰撞中，總動(dòng)能減少最多的情況是什么？(在發(fā)生完全非彈性碰撞時(shí)總動(dòng)能減少最多)

(二)進(jìn)行新課

1、展示投影片1,內(nèi)容如下：

如圖所示,質(zhì)量為M的重錘自h高度由靜止開始下落,砸到質(zhì)量為m的木楔上沒有彈起，

二者一起向下運(yùn)動(dòng).設(shè)地層給它們的平均阻力為F,則木楔可進(jìn)入的深度L是多少？

組織學(xué)生認(rèn)真讀題，并給三分鐘時(shí)間思考。

MD-y

h

…小…

IL

VJL

(1)提問學(xué)生解題方法：可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤是：認(rèn)為過程中只有地層阻力F做負(fù)功使機(jī)械能

損失，因而解之為

Mg(h+L)+mgL-FL=O.

(2)歸納：第一階段，M做自由落體運(yùn)動(dòng)機(jī)械能守恒，m不動(dòng)，直到M開始接觸m為止。再

下面一個(gè)階段，M與m以共同速度開始向地層內(nèi)運(yùn)動(dòng)，阻力F做負(fù)功，系統(tǒng)機(jī)械能損失。

提問：第一階段結(jié)束時(shí)，材有速度，礪，而W速度為零。下一階段開始時(shí)，“與加

就具有共同速度，即w的速度不為零了，這種變化是如何實(shí)現(xiàn)的呢？（在上述前后兩個(gè)階段

中間，還有一個(gè)短暫的階段，在這個(gè)階段中，"和0發(fā)生了完全非彈性碰撞，這個(gè)階段中，

機(jī)械能（動(dòng)能）是有損失的）

（3）讓學(xué)生獨(dú)立地寫出完整的方程組

第一階段，對重錘有：Mgh=-Mv2

第二階段，對重錘及木楔有：，阪+0=（必+加M.

第三階段，對重錘及木楔有：=+

2

（4）小結(jié)：在這類問題中，沒有出現(xiàn)碰撞兩個(gè)字，碰撞過程是隱含在整個(gè)物理過程之中的，

在做題中，要認(rèn)真分析物理過程，發(fā)掘隱含的碰撞問題。

2、展示內(nèi)容如下：

如圖所示，在光滑水平地面上，質(zhì)量為M的滑塊上用輕桿及輕繩懸吊質(zhì)量為m的小球，

此裝置一起以速度V。向右滑動(dòng)，另一質(zhì)量也為M的滑塊靜止于上述裝置的右側(cè)。當(dāng)兩滑塊

相撞后，便粘在一起向右運(yùn)n動(dòng)，則小球此時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度是多少？

m

（1）提問學(xué)生解答方案：可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤有：在碰撞過程中水平動(dòng)量守恒，設(shè)碰后共同速

度為V,則有：

M+加

（材+加）%+0=（2仍加）V解得：小球速度V=------------匕）

2M+m

（2）明確表示此種解法是錯(cuò)誤的。提醒學(xué)生注意碰撞的特點(diǎn)：即宏觀沒有位移，速度發(fā)生

變化，然后要求學(xué)生們尋找錯(cuò)誤的原因.

（3）歸納，明確以下的研究方法：

①碰撞之前滑塊與小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)，懸線處于豎直方向。

②兩個(gè)滑塊碰撞時(shí)間極其短暫，碰撞前、后瞬間相比，滑塊及小球的宏觀位置都沒有發(fā)

生改變，因此懸線仍保持豎直方向。

③碰撞前后懸線都保持豎直方向，因此碰撞過程中，懸線不可能給小球以水平方向的作

用力，因此小球的水平速度不變。

④結(jié)論是：小球未參與滑塊之間的完全非彈性碰撞，小球的速度保持為V0

小結(jié)：由于碰撞中宏觀無位移，所以在有些問題中，不是所有物體都參與了碰撞過程，在遇

到具體問題時(shí)一定要注意分析與區(qū)別。

3、展示內(nèi)容如下:

在光滑水平面上，有點(diǎn)6兩個(gè)小球向右沿同一直線運(yùn)動(dòng)，取向右為正，兩球的動(dòng)量分

別是協(xié)=5kgm/s,心=7kgm/s,如圖所示，若能發(fā)生正碰，則碰后兩球的動(dòng)量增量△的

可能是（）

PAPB

A.△>a=-3kgm/s；Ap>=3kgm/s

B.△〃\=3kgm/s；Ap,=3kgm/s

C.△A=-10kgm/s；=10kgm/s

D.△Ja=3kgm/s；=-3kgm/s

(1)提問：解決此類問題的依據(jù)是什么？

歸納：①系統(tǒng)動(dòng)量守恒；②系統(tǒng)的總動(dòng)能不能增加；③系統(tǒng)總能量的減少量不能大于發(fā)生完

全非彈性碰撞時(shí)的能量減少量；④碰撞中每個(gè)物體動(dòng)量的增量方向一定與受力方向相同；⑤

如碰撞后向同方向運(yùn)動(dòng)，則后面物體的速度不能大于前面物體的速度。

(2)提問：題目僅給出兩球的動(dòng)量，如何比較碰撞過程中的能量變化？(幫助學(xué)生回憶

2

Ek=41的關(guān)系)

2m

(3)提問：題目沒有直接給出兩球的質(zhì)量關(guān)系，如何找到質(zhì)量關(guān)系？

要求學(xué)生認(rèn)真讀題，挖掘隱含的質(zhì)量關(guān)系，即A追上B并相碰撞，

57m5

所以：,即--->----,——<—最后得到正確答案為A

mAmBmB7

4、展示內(nèi)容如下：

如圖所示，質(zhì)量為m的小球被長為L的輕繩拴住，輕繩的一端固定在0點(diǎn)，將小球拉到

繩子拉直并與水平面成0角的位置上，將小球由靜止釋放，則小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)的即時(shí)速度

是多大？組織學(xué)生認(rèn)真讀題，并給三分鐘思考時(shí)間。

(1)提問學(xué)生解答方法：可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤有：認(rèn)為輕繩的拉力不做功，因此過程中機(jī)械能

守恒，以最低點(diǎn)為重力勢能的零點(diǎn)，則：〃解(l+sinO)=g/w2得

v=J2g+sin0)

(2)引導(dǎo)學(xué)生分析物理過程

第一階段，小球做自由落體運(yùn)動(dòng)，直到輕繩位于水平面以下，與水平面成o角的位置處

為止.在這一階段，小球只受重力作用，機(jī)械能守恒成立。

下一階段，輕繩繃直，拉住小球做豎直面上的圓周運(yùn)動(dòng)，直到小球來到最低點(diǎn)，在此過

程中，輕繩拉力不做功，機(jī)械能守恒成立。

提問：在第一階段終止的時(shí)刻，小球的瞬時(shí)速度是什么方向？在下一階段初始的時(shí)刻，小球

的瞬時(shí)速度是什么方向？

在學(xué)生找到這兩個(gè)速度方向的不同后，要求學(xué)生解釋其原因，總結(jié)歸納學(xué)生的解釋，明確以

下觀點(diǎn)：

在第一階段終止時(shí)刻，小球的速度豎直向下，既有沿下一步圓周運(yùn)動(dòng)軌道切線方向(即

與輕繩相垂直的方向)的分量，又有沿軌道半徑方向(即沿輕繩方向)的分量.在輕繩繃直

的一瞬間，輕繩給小球一個(gè)很大的沖量，使小球沿繩方向的動(dòng)量減小到零，此過程很類似于

懸掛輕繩的物體（例如天花板）與小球在沿繩的方向上發(fā)生了完全非彈性碰撞，由于天花板

的質(zhì)量無限大（相對小球），因此碰后共同速度趨向于零.在這個(gè)過程中，小球沿繩方向分

速度所對應(yīng)的一份動(dòng)能全部損失了.因此，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程按機(jī)械能守恒來處理就是錯(cuò)誤的.

（3）要求學(xué)生重新寫出正確的方程組

1,

2mgLsin0=—mv'v?=vcos^

g%+?ngL（l-sinO）=^mv'2

解得：v'=J2gL（sinJ-2sin38+1）

小結(jié)：很多實(shí)際問題都可以類比為碰撞，建立合理的碰撞模型可以很簡潔直觀地解決問題，

下面繼續(xù)看例題。

5、展示內(nèi)容如下：

如圖所示，質(zhì)量分別為mA和mB的滑塊之間用輕質(zhì)彈簧相連，水平地面光滑，皿、皿原

來靜止，在瞬間給明一很大的沖量，使m“獲得初速度v°,則在以后的運(yùn)動(dòng)中，彈簧的最大

勢能是多少？

MAWB,,

（1）m,、、m”與彈簧所構(gòu)成的系統(tǒng)在下一步運(yùn)動(dòng)過程中能否類比為一個(gè)mzma發(fā)生碰撞的模

型？（因系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒，所以可類比為碰撞模型）

（2）當(dāng)彈性勢能最大時(shí)，系統(tǒng)相當(dāng)于發(fā)生了什么樣的碰撞？（勢能最大，動(dòng)能損失就最大，

因此可建立完全非彈性碰撞模型）經(jīng)過討論，得到正確結(jié)論以后，要求學(xué)生據(jù)此而正確解答

問題，得到結(jié)果為：E.=叫〃?心。

P2（小+〃%）

教學(xué)資料

一維彈性碰撞的普適性結(jié)論：

新課標(biāo)人教版選修3-5第15頁討論了一維彈性碰撞中的一種特殊情況（運(yùn)動(dòng)的物體撞

擊靜止的物體），本文旨在在此基礎(chǔ)之上討論一般性情況，從而總結(jié)出普遍適用的?般性結(jié)

論。

在一光滑水平面上有兩個(gè)質(zhì)量分別為次I、加2的剛性小球力和8,以初速度匕、匕運(yùn)

動(dòng)，若它們能發(fā)生碰撞（為一維彈性碰撞），碰撞后它們的速度分別為匕和憶。我們的任務(wù)

是得出用町、加2、匕、%表達(dá)匕和邑的公式。

匕、之、匕、%是以地面為參考系的，將力和6看作系統(tǒng)。

由碰撞過程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒,有明匕+m2v2=mAv[+m2v2......①

有彈性碰撞中沒有機(jī)械能損失，有;+~m2V2+；機(jī)2y2之....②

由①得〃7[（W_%）=在G2-g）

由②得町（匕2）=7n2（V2一V2）

將上兩式左右相比，可得y；+匕=%+嗎

即v2-v\=-（v2一.）或y；-v2=-（Vj—v2）....③

碰撞前6相對于A的速度為v21=v2-v,,碰撞后8相對于A的速度為v2I=v2-vr

同理碰撞前力相對于B的速度為v12=v,-v2,碰撞后A相對于B的速度為v；2=%-吟，

VV

故③式為v2l=一口21或\2=~\2，

其物理意義是：

碰撞后4相對于A的速度與碰撞前S相對于A的速度大小相等，方向相反；

碰撞后A相對于B的速度與碰撞前A相對于B的速度大小相等，方向相反；

故有：

結(jié)論1:對于一維彈性碰撞，若以其中某物體為參考系，則另一物體碰撞前后速度大小不變，

方向相反（即以原速率彈回）。

聯(lián)立①②兩式，解得

匕=2，%彩+（〃乙一=2）匕......④

mx4-m2

畛=2/匕+（"?2一叫卜2......⑤

〃2]+m2

下面我們對幾種情況下這兩個(gè)式子的結(jié)果做些分析。

若町=加2，即兩個(gè)物體質(zhì)量相等

v1'=v2,心=匕，表示碰后A的速度變?yōu)椋?B的速度變?yōu)樨啊?/p>

故有：

結(jié)論2：對于一維彈性碰撞，若兩個(gè)物體質(zhì)量相等，則碰撞后兩個(gè)物體互換速度（即碰后A

的速度等于碰前夕的速度，碰后8的速度等于碰前A的速度）。

若〃4?tn2,即力的質(zhì)量遠(yuǎn)大于3的質(zhì)量

這時(shí)班-m2?mx,見+/n2amx,———?0。根據(jù)④、⑤兩式，

叫+〃?2

有X=匕，v2=2Vj-v2

表示質(zhì)量很大的物體力（相對于5而言）碰撞前后速度保持不變……⑥

若叫即力的質(zhì)量遠(yuǎn)小于8的質(zhì)量

m

這時(shí)嗎一〃?]?，mx+7嗎x2，——~——*0o根據(jù)④、⑤兩式，

根1+m2

有心=%，匕=2y2—Vj

表示質(zhì)量很大的物體B（相對于A而言）碰撞前后速度保持不變……⑦

綜合⑥⑦，可知：

結(jié)論3：對于一維彈性碰撞，若其中某物體的質(zhì)量遠(yuǎn)大于另一物體的質(zhì)量，則質(zhì)量大的物

體碰撞前后速度保持不變。

至于質(zhì)量小的物體碰后速度如何，可結(jié)合結(jié)論1和結(jié)論3得出。

以g>>叫為例，由結(jié)論3可知y；=%,由結(jié)論1可知v2l=-v21,即

心一u；=-（嶺一匕），將丫；=匕代入，可得,=2%—眩，與上述所得一致。

以上結(jié)論就是關(guān)于一維彈性碰撞的三個(gè)普適性結(jié)論。

第二章原子結(jié)構(gòu)

第一節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫模型

三維教學(xué)目標(biāo)

1、知識與技能

(1)了解陰極射線及電子發(fā)現(xiàn)的過程；

(2)知道湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子的實(shí)驗(yàn)及理論推導(dǎo)。

2、過程與方法：培養(yǎng)學(xué)生對問題的分析和解決能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒

子。

3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：理解人類對原子的認(rèn)識和研究經(jīng)歷了一個(gè)十分漫長的過程，這一

過程也是辯證發(fā)展的過程，根據(jù)事實(shí)建立學(xué)說，發(fā)展學(xué)說，或是決定學(xué)說的取舍，發(fā)現(xiàn)新的

事實(shí)，再建立新的學(xué)說。人類就是這樣通過光的行為，經(jīng)過分析和研究，逐漸認(rèn)識原子的。

教學(xué)重點(diǎn)：陰極射線的研究。

教學(xué)難點(diǎn)：湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的理論推導(dǎo)。

教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)演示和啟發(fā)式綜合教學(xué)法。

教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。

(-)引入新課

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，使人類對微觀世界有了新的認(rèn)識。電子的發(fā)現(xiàn)是19世紀(jì)末、20世紀(jì)

初物理學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一。

(二)進(jìn)行新課

1、陰極射線

氣體分子在高壓電場下可以發(fā)生電離，使本來不帶電的空氣分子變成具有等量正、負(fù)電

荷的帶電粒子，使不導(dǎo)電的空氣變成導(dǎo)體。

問題：是什么原因讓空氣分子變成帶電粒子的？帶電粒子從何而來的？

史料：科學(xué)家在研究氣體導(dǎo)電時(shí)發(fā)現(xiàn)了輝光放電現(xiàn)象。1858年德國物理學(xué)家普呂克爾較早

發(fā)現(xiàn)了氣體導(dǎo)電時(shí)的輝光放電現(xiàn)象。德國物理學(xué)家戈德斯坦研究輝光放電現(xiàn)象時(shí)認(rèn)為這是從

陰極發(fā)出的某種射線引起的。所以他把這種未知射線稱之為陰極射線。對于陰極射線的本質(zhì)，

有大量的科學(xué)家作出大量的科學(xué)研究，主要形成了兩種觀點(diǎn)。

(1)電磁波說：代表人物，赫茲。認(rèn)為這種射線的本質(zhì)是一種電磁波的傳播過程。

(2)粒子說：代表人物，湯姆孫。認(rèn)為這種射線的本質(zhì)是一種高速粒子流。

思考：你能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行陰極射線的研究，能通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來說明這種射線是一種

電磁波還是一種高速粒子流。

如果出現(xiàn)什么樣的現(xiàn)象就可以認(rèn)為這是一種電磁波，如果出現(xiàn)其他什么樣的現(xiàn)象就可以

認(rèn)為這是一種高速粒子流，并能否測定這是一種什么粒子。

2、湯姆孫的研究

英國物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，從高壓電場的

陰極發(fā)出的陰極射線，穿過CC后沿直線打在熒光屏A'上。

(1)當(dāng)在平行極板上加一如圖所示的電場，發(fā)現(xiàn)陰極射線打在熒光屏上的位置向下偏，則

可判定，陰極射線帶有負(fù)電荷。

(2)為使陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則請思考可在平行極板區(qū)域采取什么措施。

在平行極板區(qū)域加一磁場，且磁場方向必須垂直紙面向外。當(dāng)滿足條件：錯(cuò)誤!未找到

引用源。時(shí)，則陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。則：錯(cuò)誤!未找到引用源。

(3)根據(jù)帶電的陰極射線在電場中的運(yùn)動(dòng)情況可知，其速度偏轉(zhuǎn)角為：錯(cuò)誤!未找到引用源。

又因?yàn)椋簍an6>=—<—

(嗚)

且錯(cuò)誤!未找到引用源。

則：旦=一學(xué)一

m(D+-)B2L

根據(jù)已知量，可求出陰極射線的比荷。

思考：利用磁場使帶電的陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，能否根據(jù)磁場的特點(diǎn)和帶電粒子在磁場中的運(yùn)

動(dòng)規(guī)律來計(jì)算陰極射線的比荷？

湯姆孫發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極和不同的方法做實(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值是相等的。這說

明，這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。并由實(shí)驗(yàn)測得的陰極射線粒子的比荷是氫離子比

荷的近兩千倍。若這種粒子的電荷量與氫離子的電荷量機(jī)同，則其質(zhì)量約為氫離子質(zhì)量的近

兩千分之一。湯姆孫后續(xù)的實(shí)驗(yàn)粗略測出了這種粒子的電荷量確實(shí)與氫離子的電荷量差別不

大，證明了湯姆孫的猜測是正確的。湯姆生把新發(fā)現(xiàn)的這種粒子稱之為電子。

電子的電荷量e=l.60217733X10叱

第一次較為精確測量出電子電荷量的是美國物理學(xué)家密立根利用油滴實(shí)驗(yàn)測量出的。密立根

通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，電荷具有量子化的特征。即任何電荷只能是e的整數(shù)倍。電子的質(zhì)量m

=9.1093897X10-31kg

課堂例題

例題1:一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方，放一通電直導(dǎo)線AB時(shí),

發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏，貝IJ：()

A.導(dǎo)線中的電流由A流向BB.導(dǎo)線中的電