2017 2018高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理粵教版選修3 5課件3 1敲開原子的大門

1、第一節(jié)第一節(jié) 敲開原子的大門敲開原子的大門 目標(biāo)定位目標(biāo)定位 1. 了解陰極射線及電子發(fā)現(xiàn)的過程；解陰極射線及電子發(fā)現(xiàn)的過程；2.知道湯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)；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.知道電子知道電子電荷量的測(cè)定電荷量的測(cè)定 一、探索陰極射線一、探索陰極射線 高電壓高電壓 時(shí)，從時(shí)，從 1陰極射線：在抽成真空的玻璃管兩端加上極射線：在抽成真空的玻璃管兩端加上 陰極陰極 發(fā)出的一種使玻璃管壁上出現(xiàn)綠色熒光的射線發(fā)出的一種使玻璃管壁上出現(xiàn)綠色熒光的射線 偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)情況 ，可判斷陰極射線，可判斷陰極射線(1)讓陰極射線通過電場(chǎng)，根據(jù)讓陰極射線通過電場(chǎng)，

2、根據(jù) 負(fù)電負(fù)電 帶帶 偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)情況 ，測(cè)出陰極射線，測(cè)出陰極射線(2)讓陰極射線通過磁場(chǎng)，根據(jù)讓陰極射線通過磁場(chǎng)，根據(jù) 荷質(zhì)比荷質(zhì)比 的的 2湯姆生對(duì)陰極射線的探索方法湯姆生對(duì)陰極射線的探索方法 二、電子的發(fā)現(xiàn)二、電子的發(fā)現(xiàn) 湯姆生的探究方法湯姆生的探究方法 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 質(zhì)量質(zhì)量 卻比3 這種粒子的電荷與氫離子的電荷大小基本相同， 氫原子小得多 4 想一想想一想 電子發(fā)現(xiàn)的重大意義是什么？子發(fā)現(xiàn)的重大意義是什么？ 答案答案 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)子是人類發(fā)

3、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)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)代代 預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你疑惑的問題記錄在下面的表格中預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你疑惑的問題記錄在下面的表格中 問題問題1 問題問題2 問題問題3 一、對(duì)陰極射線性質(zhì)的研究一、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)極射線的本質(zhì)是電子，在電場(chǎng)(或磁場(chǎng)或磁場(chǎng))

4、中所受電場(chǎng)力中所受電場(chǎng)力(或洛倫茲力或洛倫茲力)遠(yuǎn)大于所受重力，故研究電場(chǎng)力遠(yuǎn)大于所受重力，故研究電場(chǎng)力(或洛倫茲或洛倫茲 力力)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的影響時(shí)，一般不考慮重力的影響對(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)，通過打在熒方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場(chǎng)，通過打在熒光屏上的亮點(diǎn)的變化和電場(chǎng)的情況確定帶電的性質(zhì)光屏上的亮點(diǎn)的變化和電場(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)置的變化和左手定則確定帶電的性

5、質(zhì) 【例【例1】 (多選多選)如圖圖1所示，一只陰極射線管的左側(cè)不斷有電所示，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的徑跡往下偏轉(zhuǎn)，則下列判斷正確的是( ) 圖圖1 A導(dǎo)線中的電流從導(dǎo)線中的電流從A流向流向B B導(dǎo)線中的電流從導(dǎo)線中的電流從B流向流向A C電子束的徑跡與電子束的徑跡與AB中的電流無關(guān)中的電流無關(guān) D若要使電子束的徑跡往上偏轉(zhuǎn)，可以通過改變?nèi)粢闺娮邮膹桔E往上偏轉(zhuǎn)，可以通過改變 AB中的電中的電流方向來實(shí)現(xiàn)流方向來實(shí)現(xiàn) 答案答案 AD 解析解析 由于電

6、子帶負(fù)電，并且向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則知該處由于電子帶負(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)橛呻娏鞣较驗(yàn)橛葾到到B.可以通過改變導(dǎo)線中的電流方向來改變可以通過改變導(dǎo)線中的電流方向來改變粒子的徑跡故正確答案為粒子的徑跡故正確答案為A、D. 借題發(fā)揮借題發(fā)揮 本題是運(yùn)用左手定則和安培定則的綜合性題目，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)荷的正負(fù) 針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練1 陰極射線

7、是從陰極射線管的陰極發(fā)出的高速運(yùn)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，這些微觀粒子是動(dòng)的粒子流，這些微觀粒子是_若在圖若在圖2所示的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 _(填填“向下向下”、“向里向里”或或“向外向外”)偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn) 圖圖2 答案答案 電子子 向下向下 解析解析 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

8、下偏轉(zhuǎn)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)定二、電子荷質(zhì)比的測(cè)定 實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)探究 如圖圖3所示為測(cè)定陰極射線粒子荷質(zhì)比的裝置，從陰極所示為測(cè)定陰極射線粒子荷質(zhì)比的裝置，從陰極K發(fā)出的陰極射線通過一對(duì)平行金屬板發(fā)出的陰極射線通過一對(duì)平行金屬板D1、D2間的勻強(qiáng)電間的勻強(qiáng)電場(chǎng)，發(fā)生偏轉(zhuǎn)場(chǎng)，發(fā)生偏轉(zhuǎn) 圖圖3 (1)在在D1、D2間加電場(chǎng)后射線偏到間加電場(chǎng)后射線偏到P2，則由電場(chǎng)方向知，該射線帶，則由電場(chǎng)方向知，該射線帶什么電？什么電？ (2)再在再在D1、D2間加一磁場(chǎng)間加一磁場(chǎng)(圖中未畫出圖中未畫出)，電場(chǎng)與磁場(chǎng)垂直，電場(chǎng)與磁場(chǎng)垂直，讓射線讓射線恰好不偏轉(zhuǎn)設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)

9、度為恰好不偏轉(zhuǎn)設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則電子的速度多，則電子的速度多大？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q道半徑為道半徑為r，則粒子的荷質(zhì)比，則粒子的荷質(zhì)比m是多大？是多大？ EE答案答案 (1)負(fù)電負(fù)電 (2)B (3)2 B r解析解析 (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EqEqvB，得：，得：vB v(3)由洛倫茲力充當(dāng)向心力：由洛倫茲力充當(dāng)向心力：qvBmr， qv得出：得出：mBr. E又又vB， q

10、E則則m2. B rq測(cè)出測(cè)出E、B、r即可求荷質(zhì)比即可求荷質(zhì)比m. 2【例【例2】 1897年，物理學(xué)家湯姆生正式測(cè)定了電子的荷質(zhì)比，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，湯姆生的實(shí)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采用了如圖4所示的陰極射線管，從電子槍所示的陰極射線管，從電子槍C出來的電子經(jīng)過出來的電子經(jīng)過A、B間的電場(chǎng)加速后，水平射入長(zhǎng)度為間的電場(chǎng)加速后，水平射入長(zhǎng)度為L(zhǎng)的的D、E平行板間，接著平行板間，接著 在熒光

11、屏在熒光屏F中心出現(xiàn)熒光斑若在中心出現(xiàn)熒光斑若在D、E間加上方向向下，場(chǎng)強(qiáng)間加上方向向下，場(chǎng)強(qiáng)為為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)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未圖中未畫畫)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)角為偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為，試解決下列問題，試解決下列問題 圖圖4 (1)說明圖中磁場(chǎng)沿什么方向；說明圖中磁場(chǎng)沿什么方向； (2)根據(jù)根據(jù)L、E、B和和，求出電子的荷質(zhì)比，求出電子的荷質(zhì)

12、比 答案答案 (1)垂直紙面向里垂直紙面向里 Esin (2)2 B L解析解析 (1)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里磁場(chǎng)方向垂直紙面向里 (2)當(dāng)電子在當(dāng)電子在D、E間做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)有：間做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)有：eEBev. 當(dāng)電子在當(dāng)電子在D、E間的磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)間的磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)(如圖所示如圖所示)有有 m vBevr，同時(shí)又有：，同時(shí)又有：Lrsin ， eEsin 可得：可得：m2. B L2借題發(fā)揮借題發(fā)揮 (1)荷質(zhì)比的測(cè)定問題只是帶電粒子在磁場(chǎng)和電場(chǎng)荷質(zhì)比的測(cè)定問題只是帶電粒子在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一類典型問題，這種方法可以推廣到帶電粒子在復(fù)中運(yùn)動(dòng)的一類典型問題，這種方法可以推廣到帶電粒子在復(fù)合

13、場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，求其他相關(guān)的問題合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，求其他相關(guān)的問題 (2)解決帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問題時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：解決帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問題時(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、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 針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練2 如如圖圖5所示為測(cè)量某種離子的荷質(zhì)比的裝置讓中性所示為測(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，在那里被電離成離子這些離子從電離室的小孔飄出，從縫室的小孔飄出，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)，垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后打在底片上的最后打在