2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 原子結(jié)構(gòu)之謎 .1 敲開(kāi)原子的大門教學(xué)案 -5

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第一節(jié)敲開(kāi)原子的大門目標(biāo)定位1。了解陰極射線及電子發(fā)現(xiàn)的過(guò)程；2。知道湯姆生研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子的實(shí)驗(yàn)及理論推導(dǎo);3.知道電子電荷量的測(cè)定一、探索陰極射線1陰極射線：在抽成真空的玻璃管兩端加上高電壓時(shí)，從陰極發(fā)出的一種使玻璃管壁上出現(xiàn)綠色熒光的射線2湯姆生對(duì)陰極射線的探索方法（1)讓陰極射線通過(guò)電場(chǎng)，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況，可判斷陰極射線帶負(fù)電（2）讓陰極射線通過(guò)磁場(chǎng)，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況,測(cè)出陰極射線的荷質(zhì)比二、電子的發(fā)現(xiàn)湯姆生的探究方法1換用不同的放電氣體，或用不同金屬材料制作電極，測(cè)得相同的荷質(zhì)比2在氣體電離、光電效應(yīng)中，可從不同物體中逸出這種射線粒子3這種粒子的電荷與氫離子的電

2、荷大小基本相同，質(zhì)量卻比氫原子小得多4想一想電子發(fā)現(xiàn)的重大意義是什么？答案電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)比原子小的粒子電子的發(fā)現(xiàn)，打破了原子不可再分的傳統(tǒng)觀念，使人們認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也有內(nèi)部結(jié)構(gòu)從此，原子物理學(xué)飛速發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你疑惑的問(wèn)題記錄在下面的表格中問(wèn)題1問(wèn)題2問(wèn)題3一、對(duì)陰極射線性質(zhì)的研究1陰極射線的本質(zhì)是電子，在電場(chǎng)(或磁場(chǎng))中所受電場(chǎng)力（或洛倫茲力）遠(yuǎn)大于所受重力，故研究電場(chǎng)力（或洛倫茲力）對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的影響時(shí)，一般不考慮重力的影響2帶電性質(zhì)的判斷方法（1)方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場(chǎng)，通過(guò)打在熒光屏上的亮點(diǎn)的變化

3、和電場(chǎng)的情況確定帶電的性質(zhì)（2）方法二:在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場(chǎng)，根據(jù)亮點(diǎn)位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)【例1】 (多選）如圖1所示，一只陰極射線管的左側(cè)不斷有電子射出，如果在管的正上方放一通電直導(dǎo)線ab時(shí),發(fā)現(xiàn)射線的徑跡往下偏轉(zhuǎn)，則下列判斷正確的是（）圖1a導(dǎo)線中的電流從a流向bb導(dǎo)線中的電流從b流向ac電子束的徑跡與ab中的電流無(wú)關(guān)d若要使電子束的徑跡往上偏轉(zhuǎn)，可以通過(guò)改變ab中的電流方向來(lái)實(shí)現(xiàn)答案ad解析由于電子帶負(fù)電，并且向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則知該處的磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直紙面向里，又由安培定則可判斷導(dǎo)線中的電流方向?yàn)橛蒩到b.可以通過(guò)改變導(dǎo)線中的電流方向來(lái)改變粒子的徑跡故正確答案為a、d

4、.借題發(fā)揮本題是運(yùn)用左手定則和安培定則的綜合性題目，在應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力的方向時(shí),一定要注意運(yùn)動(dòng)電荷的正負(fù)針對(duì)訓(xùn)練1陰極射線是從陰極射線管的陰極發(fā)出的高速運(yùn)動(dòng)的粒子流，這些微觀粒子是_若在圖2所示的陰極射線管中部加上垂直于紙面向里的磁場(chǎng)，陰極射線將_（填“向下”、“向里”或“向外”）偏轉(zhuǎn)圖2答案電子向下解析陰極射線的實(shí)質(zhì)是電子流，電子流形成的等效電流方向向左,當(dāng)加上垂直紙面向里的磁場(chǎng)后,由左手定則判知電子受到的洛倫茲力的方向向下,故陰極射線將向下偏轉(zhuǎn)二、電子荷質(zhì)比的測(cè)定實(shí)驗(yàn)探究如圖3所示為測(cè)定陰極射線粒子荷質(zhì)比的裝置，從陰極k發(fā)出的陰極射線通過(guò)一對(duì)平行金屬板d1、d2間的勻強(qiáng)電場(chǎng)，發(fā)生偏

5、轉(zhuǎn)圖3（1）在d1、d2間加電場(chǎng)后射線偏到p2，則由電場(chǎng)方向知，該射線帶什么電?（2）再在d1、d2間加一磁場(chǎng)(圖中未畫出)，電場(chǎng)與磁場(chǎng)垂直，讓射線恰好不偏轉(zhuǎn)設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度為e，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b,則電子的速度多大？(3）撤去電場(chǎng)，只保留磁場(chǎng),使射線在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，若測(cè)出軌道半徑為r，則粒子的荷質(zhì)比是多大?答案(1）負(fù)電(2)（3)解析(2)粒子受兩個(gè)力作用：電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力，兩個(gè)力平衡，即有qeqvb，得：v（3）由洛倫茲力充當(dāng)向心力：qvbm,得出：.又v，則.測(cè)出e、b、r即可求荷質(zhì)比?！纠?】1897年，物理學(xué)家湯姆生正式測(cè)定了電子的荷質(zhì)比，打破了原子是不可再分的最小單位的觀點(diǎn)因此，湯姆生的

6、實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)發(fā)展史上最著名的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一在實(shí)驗(yàn)中湯姆生采用了如圖4所示的陰極射線管，從電子槍c出來(lái)的電子經(jīng)過(guò)a、b間的電場(chǎng)加速后，水平射入長(zhǎng)度為l的d、e平行板間，接著在熒光屏f中心出現(xiàn)熒光斑若在d、e間加上方向向下，場(chǎng)強(qiáng)為e的勻強(qiáng)電場(chǎng),電子將向上偏轉(zhuǎn);如果再利用通電線圈在d、e電場(chǎng)區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫）熒光斑恰好回到熒光屏中心，接著再去掉電場(chǎng)，電子向下偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為,試解決下列問(wèn)題圖4(1)說(shuō)明圖中磁場(chǎng)沿什么方向；（2)根據(jù)l、e、b和，求出電子的荷質(zhì)比答案（1)垂直紙面向里（2)解析（1)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里(2）當(dāng)電子在d、e間做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)有：eebe

7、v.當(dāng)電子在d、e間的磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)（如圖所示)有bev,同時(shí)又有:lrsin ，可得：。借題發(fā)揮（1）荷質(zhì)比的測(cè)定問(wèn)題只是帶電粒子在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一類典型問(wèn)題,這種方法可以推廣到帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，求其他相關(guān)的問(wèn)題(2）解決帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：粒子的帶電性質(zhì)正確描繪運(yùn)動(dòng)軌跡能確定半徑、圓心會(huì)利用幾何知識(shí)把有關(guān)線段與半徑聯(lián)系起來(lái)針對(duì)訓(xùn)練2如圖5所示為測(cè)量某種離子的荷質(zhì)比的裝置讓中性氣體分子進(jìn)入電離室a，在那里被電離成離子這些離子從電離室的小孔飄出，從縫s1進(jìn)入加速電場(chǎng)被加速然后讓離子從縫s2垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后打在底片上的p點(diǎn)已知加速電壓為u，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

8、為b，縫s2與p之間的距離為a,離子從縫s1進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度不計(jì)，求該離子的荷質(zhì)比.圖5答案解析離子在電場(chǎng)中qumv2離子在磁場(chǎng)中bqvm2ra解得.對(duì)陰極射線的理解1（多選)關(guān)于陰極射線的性質(zhì)，下列說(shuō)法中正確的是（）a陰極射線帶負(fù)電b陰極射線帶正電c陰極射線的荷質(zhì)比比氫原子荷質(zhì)比大d陰極射線的荷質(zhì)比比氫原子荷質(zhì)比小答案ac解析通過(guò)讓陰極射線在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)的研究發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電，其荷質(zhì)比比氫原子的荷質(zhì)比大得多，故a、c正確2.陰極射線從陰極射線管中的陰極發(fā)出，在其間的高電壓下加速飛向陽(yáng)極,如圖6所示若要使射線向上偏轉(zhuǎn),所加磁場(chǎng)的方向應(yīng)為（)圖6a平行于紙面向左 b平行于紙面向上c垂直于

9、紙面向外 d垂直于紙面向里答案c解析由于陰極射線的本質(zhì)是電子流，陰極射線向右傳播，說(shuō)明電子的運(yùn)動(dòng)方向向右，相當(dāng)于存在向左的電流,利用左手定則，使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上,由此可知磁場(chǎng)方向應(yīng)為垂直于紙面向外，故選項(xiàng)c正確電子的電量3（多選)湯姆生對(duì)陰極射線的探究，最終發(fā)現(xiàn)了電子，由此被稱為“電子之父，關(guān)于電子的說(shuō)法正確的是（)a電子是原子核的組成部分b電子電荷的精確測(cè)定最早是由密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”實(shí)現(xiàn)的c電子電量的數(shù)值約為1。6021019 cd電子質(zhì)量與電量的比值稱為電子的荷質(zhì)比答案bc解析電子是原子的組成部分,電子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明原子是可以再分的電子的電量與質(zhì)量的比值稱為電子的荷

10、質(zhì)比4關(guān)于電量，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（）a物體所帶電量可以是任意值b物體所帶電量只能是某些值c物體所帶電量的最小值為1。61019 cd一個(gè)物體帶1.6109 c的正電荷，這是它失去了1。01010個(gè)電子的緣故答案a解析電量是量子化的，即物體的帶電量只能是某一最小電量的整數(shù)倍，這一最小電量是1。61019 c，a錯(cuò)誤，b、c正確;物體帶正電,是由于它失去了帶負(fù)電的電子,d正確（時(shí)間：60分鐘)題組一陰極射線1關(guān)于陰極射線,下列說(shuō)法正確的是()a陰極射線就是稀薄氣體導(dǎo)電時(shí)的輝光放電現(xiàn)象b陰極射線是在真空管內(nèi)由正極放出的電子流c陰極射線是由德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾發(fā)現(xiàn)的d陰極射線的荷質(zhì)比比氫原子的荷質(zhì)比

11、小答案c解析陰極射線是在真空管中由負(fù)極發(fā)出的電子流，故a、b錯(cuò)；1858年，德國(guó)科學(xué)家普呂克爾發(fā)現(xiàn)了陰極射線，故c對(duì)；陰極射線本質(zhì)是電子流,故其荷質(zhì)比比氫原子荷質(zhì)比大的多，故d錯(cuò)誤2關(guān)于陰極射線的本質(zhì)，下列說(shuō)法正確的是（)a陰極射線本質(zhì)是氫原子b陰極射線本質(zhì)是電磁波c陰極射線本質(zhì)是電子d陰極射線本質(zhì)是x射線答案c解析陰極射線是原子受激發(fā)射出的電子，關(guān)于陰極射線是電磁波、x射線都是在研究陰極射線過(guò)程中的一些假設(shè)，是錯(cuò)誤的3下列關(guān)于對(duì)陰極射線的說(shuō)法，正確的是（）a是由很小的不帶電的粒子構(gòu)成的b是由原子構(gòu)成的c是由電子構(gòu)成的d以上說(shuō)法都不對(duì)答案c解析對(duì)陰極射線的研究結(jié)果顯示，陰極射線是由電子構(gòu)成的這

12、是英國(guó)物理學(xué)家湯姆生在1897年得出的結(jié)論題組二電子的發(fā)現(xiàn)4(多選）湯姆生對(duì)陰極射線的探究，最終發(fā)現(xiàn)了電子，由此被稱為“電子之父”,下列關(guān)于電子的說(shuō)法正確的是（)a任何物質(zhì)中均有電子b不同的物質(zhì)中具有不同的電子c電子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1 836倍d電子是一種粒子，是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元答案ad解析湯姆生對(duì)不同材料的陰極發(fā)出的射線進(jìn)行研究,均為同一種粒子即電子，電子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，它的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子質(zhì)量；由此可知a、d正確，b、c錯(cuò)誤5下列關(guān)于電子的說(shuō)法中不正確的是(）a發(fā)現(xiàn)電子是從研究陰極射線開(kāi)始的b任何物質(zhì)中均有電子，它是原子的組成部分c電子發(fā)現(xiàn)的意義是使人們認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)的最小微

13、粒，原子本身也具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)d電子是帶正電的，它在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)線的切線方向相同答案d解析研究表明電子是物質(zhì)的組成部分，電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，是可以再分的題組三陰極射線的研究電子比荷的測(cè)定6如圖1是陰極射線管示意圖接通電源后，陰極射線由陰極沿x軸正方向射出,在熒光屏上會(huì)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)，在下列措施中可采用的是（） 圖1a加一磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向b加一磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向沿y軸正方向c加一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向d加一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿y軸正方向答案 b解析若加磁場(chǎng)，由左手定則可知，所加磁場(chǎng)方向沿y軸正方向，b正確；若加電場(chǎng)，因電子向下偏轉(zhuǎn)，則電場(chǎng)方向沿z軸正方向7電子所帶電量的精確數(shù)值最早是由美國(guó)物理學(xué)家密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)得的他測(cè)定了數(shù)千個(gè)帶電油滴的電量,發(fā)現(xiàn)這些電量都等于某個(gè)最小電量的整數(shù)倍這個(gè)最小電量就是電子所帶的電量密立根實(shí)驗(yàn)的原理如圖2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)度是1.92105 n/c，小油滴半徑是1