2024-2025學(xué)年高中物理第18章原子結(jié)構(gòu)1電子的發(fā)現(xiàn)教案新人教版選修3-5

PAGE7-1電子的發(fā)覺[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道陰極射線的概念，了解電子的發(fā)覺過程．(重點(diǎn))2.知道電子是原子的組成部分．(重點(diǎn))3.知道電子的電荷量及其他電荷與電子電荷量的關(guān)系．(重點(diǎn)、難點(diǎn))一、陰極射線1．試驗(yàn)裝置真空玻璃管、陰極、陽(yáng)極和感應(yīng)圈．2．試驗(yàn)現(xiàn)象感應(yīng)圈產(chǎn)生的高電壓加在兩極之間，玻璃管壁上發(fā)出B(A.陰極射線B．熒光)．3．陰極射線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，這種射線命名為陰極射線．二、電子的發(fā)覺1．湯姆孫的探究方法及結(jié)論(1)依據(jù)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)狀況斷定，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．(2)換用不同材料的陰極做試驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值都相同，是氫離子比荷的近兩千倍．(3)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致相同，而質(zhì)量比氫離子小得多，后來(lái)組成陰極射線的粒子被稱為電子．2．湯姆孫的進(jìn)一步探討湯姆孫又進(jìn)一步探討了很多新現(xiàn)象，證明白電子是原子的組成部分，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(1)電子電荷量：1910年前后由密立根通過聞名的eq\x(油滴試驗(yàn))得出，電子電荷的現(xiàn)代值為e＝1.602×10－19C.(2)電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍．(3)電子的質(zhì)量：me＝9.1093897×10－31kg，質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比eq\f(mp,me)＝1836.1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)陰極射線是由真空玻璃管中的感應(yīng)圈發(fā)出的． (×)(2)陰極射線撞擊玻璃管壁會(huì)發(fā)出熒光． (√)(3)陰極射線事實(shí)上是高速運(yùn)動(dòng)的電子流． (√)(4)電子的電荷量是湯姆孫首先精確測(cè)定的． (×)2．陰極射線管中加高電壓的作用是()A．使管內(nèi)的氣體電離B．使陰極發(fā)出陰極射線C．使管內(nèi)障礙物的電勢(shì)上升D．使管內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力做功使電子加速[解析]在陰極射線管中，陰極射線是由陰極處于炙熱狀態(tài)而放射出的電子流，B錯(cuò)誤；陰極放射出的電子流通過高電壓加速后，獲得較高的能量，與玻璃壁發(fā)生撞擊而產(chǎn)生熒光，故A、C錯(cuò)，D正確．[答案]D3．(多選)關(guān)于電荷的電荷量下列說(shuō)法正確的是()A．電子的電荷量是由密立根油滴試驗(yàn)測(cè)得的B．物體所帶電荷量可以是隨意值C．物體所帶電荷量最小值為1.6×10－19CD．物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍[解析]密立根的油滴試驗(yàn)測(cè)出了電子的電荷量為1.6×10－19C，并提出了電荷量子化的觀點(diǎn)，因而A對(duì)，B錯(cuò)，C對(duì)；任何物體的電荷量都是e的整數(shù)倍，故D對(duì)．[答案]ACD對(duì)陰極射線的理解1．對(duì)陰極射線本質(zhì)的相識(shí)——兩種觀點(diǎn)(1)電磁波說(shuō)，代表人物——赫茲，他認(rèn)為這種射線是一種電磁輻射．(2)粒子說(shuō)，代表人物——湯姆孫，他認(rèn)為這種射線是一種帶電粒子流．2．陰極射線帶電性質(zhì)的推斷方法(1)方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場(chǎng)，通過打在熒光屏上的亮點(diǎn)的變更和電場(chǎng)的狀況確定帶電的性質(zhì)．(2)方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場(chǎng)，依據(jù)亮點(diǎn)位置的變更和左手定則確定帶電的性質(zhì)．3．試驗(yàn)結(jié)果依據(jù)陰極射線在電場(chǎng)中和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)狀況，推斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж?fù)電．【例1】(多選)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫通過對(duì)陰極射線的試驗(yàn)探討發(fā)覺()A．陰極射線在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè)B．陰極射線在磁場(chǎng)中受力狀況跟正電荷受力狀況相同C．不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷不同D．湯姆孫并未得出陰極射線粒子的電荷量[解析]陰極射線實(shí)質(zhì)上就是高速電子流，所以在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè)，選項(xiàng)A正確；由于電子帶負(fù)電，所以其受力狀況與正電荷不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；不同材料所產(chǎn)生的陰極射線都是電子流，所以它們的比荷是相同的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在湯姆孫試驗(yàn)證明陰極射線就是帶負(fù)電的電子流時(shí)并未得出電子的電荷量，最早測(cè)量電子電荷量的是美國(guó)科學(xué)家密立根，選項(xiàng)D正確．[答案]AD1．關(guān)于陰極射線，下列說(shuō)法正確的是()A．陰極射線就是淡薄氣體導(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)家戈德斯坦命名的D．陰極射線的比荷比氫原子的比荷小[解析]陰極射線是在真空管中由負(fù)極發(fā)出的電子流，故AB錯(cuò)誤；最早由德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦在1876年提出并命名為陰極射線，故C正確；陰極射線本質(zhì)是電子流，故其比荷比氫原子的比荷大得多，故D錯(cuò)誤．[答案]C電子的發(fā)覺及比荷的測(cè)定1．電子比荷(或電荷量)的測(cè)定方法依據(jù)電場(chǎng)、磁場(chǎng)對(duì)電子的偏轉(zhuǎn)測(cè)量比荷(或電荷量)，可按以下方法：(1)讓電子通過正交的電磁場(chǎng)，如圖(甲)所示，讓其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，依據(jù)二力平衡，即F洛＝F電(Bqv＝qE)得到電子的運(yùn)動(dòng)速度v＝eq\f(E,B).甲(2)在其他條件不變的狀況下，撤去電場(chǎng)，如圖(乙)所示，保留磁場(chǎng)讓電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力供應(yīng)向心力，即Bqv＝eq\f(mv2,r)，依據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)狀況，由幾何學(xué)問求出其半徑r，則由qvB＝meq\f(v2,r)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br)＝eq\f(E,B2r).乙2．密立根油滴試驗(yàn)(1)裝置密立根試驗(yàn)的裝置如圖所示．①兩塊水平放置的平行金屬板A、B與電源相接，使上板帶正電，下板帶負(fù)電．油滴從噴霧器噴出后，經(jīng)上面金屬板中間的小孔，落到兩板之間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中．②大多數(shù)油滴在經(jīng)過噴霧器噴嘴時(shí)，因摩擦而帶負(fù)電，油滴在電場(chǎng)力、重力和空氣阻力的作用下下降．視察者可在強(qiáng)光照耀下，借助顯微鏡進(jìn)行視察．(2)方法①兩板間的電勢(shì)差、兩板間的距離都可以干脆測(cè)得，從而確定極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E.但是由于油滴太小，其質(zhì)量很難干脆測(cè)出．密立根通過測(cè)量油滴在空氣中下落的終極速度來(lái)測(cè)量油滴的質(zhì)量．沒加電場(chǎng)時(shí)，由于空氣的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空氣給油滴的摩擦力而使油滴勻速下落，可測(cè)得速度v1.②再加一足夠強(qiáng)的電場(chǎng)，使油滴做豎直向上的運(yùn)動(dòng)，在油滴以速度v2勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，油滴所受的靜電力與重力、阻力平衡．依據(jù)空氣阻力遵循的規(guī)律，即可求得油滴所帶的電荷量．(3)結(jié)論帶電油滴的電荷量都等于某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍，從而證明白電荷是量子化的，并求得了其最小值即電子所帶的電荷量e.【例2】如圖所示為湯姆孫用來(lái)測(cè)定電子比荷的裝置．當(dāng)極板P和P′間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到O′點(diǎn)，O′點(diǎn)到O點(diǎn)的豎直距離為d，水平距離可忽視不計(jì)；此時(shí)在P與P′之間的區(qū)域里再加上一個(gè)方向垂直于紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，調(diào)整磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)其大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)．已知極板水平方向長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L(zhǎng)2.(1)求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大小；(2)推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式．[解析](1)電子在正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有Bev＝Ee＝eq\f(U,b)e，得v＝eq\f(U,Bb)即打到熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大小為eq\f(U,Bb).(2)由d＝eq\f(1,2)eq\f(Ue,bm)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L1,v)))eq\s\up12(2)＋eq\f(Ue,bm)eq\f(L1,v)·eq\f(L2,v)可得eq\f(e,m)＝eq\f(2dbv2,UL1L1＋2L2)＝eq\f(2dU,B2bL1L1＋2L2).[答案](1)eq\f(U,Bb)(2)eq\f(2dU,B2bL1L1＋2L2)奇妙運(yùn)用電磁場(chǎng)測(cè)定電子比荷(1)當(dāng)電子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，qE＝qvB，可以測(cè)出電子速度的大?。?2)電子在熒光屏上的落點(diǎn)到屏中心的距離等于電子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)位移與電子出電場(chǎng)到屏之間的傾斜直線運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)位移的和．2．密立根油滴試驗(yàn)進(jìn)一步證明白電子的存在，揭示了電荷的非連續(xù)性．如圖所示是密立根油滴試驗(yàn)的原理示意圖，設(shè)小油滴的質(zhì)量為m，調(diào)整兩極板間的電勢(shì)差U，當(dāng)小油滴懸浮不動(dòng)時(shí)，測(cè)出兩極板間的距離為d.則可求出小油滴的電荷量q＝________.[解析]由平衡條件得mg＝qeq\f(U,d)，解得q＝eq\f(mgd,U).[答案]eq\f(mgd,U)1.英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)覺了電子.2.組成陰極射線的粒子——電子.3.密立根通過“油滴試驗(yàn)”精確測(cè)定了電子電荷量.1．(多選)已知X射線的“光子”不帶電，假設(shè)陰極射線像X射線一樣，則下列說(shuō)法正確的是()A．陰極射線管內(nèi)的高電壓不能夠?qū)ζ浼铀俣黾幽芰緽．陰極射線通過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．陰極射線通過磁場(chǎng)方向肯定不會(huì)發(fā)生變更D．陰極射線通過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)能夠變更方向[解析]因?yàn)閄射線的“光子”不帶電，故電場(chǎng)、磁場(chǎng)對(duì)X射線不產(chǎn)生作用力，故選項(xiàng)A、B、C對(duì)．[答案]ABC2．(多選)湯姆孫通過對(duì)陰極射線的探究，最終發(fā)覺了電子，由此被稱為“電子之父”，關(guān)于電子的說(shuō)法正確的是()A．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．不同物質(zhì)中的電子是相同的D．電子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1836倍[解析]湯姆孫對(duì)不同材料的陰極發(fā)出的射線進(jìn)行探討，發(fā)覺均為同一種相同的粒子——即電子，它的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量；由此可知A、C正確，B、D錯(cuò)誤．[答案]AC3．(多選)關(guān)于電子的發(fā)覺，下列敘述中正確的是()A．電子的發(fā)覺，說(shuō)明原子是由電子和原子核組成的B．電子的發(fā)覺，說(shuō)明原子具有肯定的結(jié)構(gòu)C．電子是第一種被人類發(fā)覺的微觀粒子D．電子的發(fā)覺，比較好地說(shuō)明白物體的帶電現(xiàn)象[解析]發(fā)覺電子之前，人們認(rèn)為原子是不行再分的最小粒子，電子的發(fā)覺，說(shuō)明原子有肯定的結(jié)構(gòu)，B正確；電子是人類發(fā)覺的第一種微觀粒子，C正確；物體帶電的過程，就是電子的得失和轉(zhuǎn)移的過程，D正確．[答案]BCD4．(多選)如圖所示，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