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

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第一節(jié)敲開原子的大門目標定位1。了解陰極射線及電子發(fā)現(xiàn)的過程；2。知道湯姆生研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子的實驗及理論推導(dǎo);3.知道電子電荷量的測定一、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，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湯姆生對陰極射線的探索方法（1)讓陰極射線通過電場，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況，可判斷陰極射線帶負電（2）讓陰極射線通過磁場，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況,測出陰極射線的荷質(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，使人們認識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，人們對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識進入了一個新時代預(yù)習(xí)完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中問題1問題2問題3一、對陰極射線性質(zhì)的研究1陰極射線的本質(zhì)是電子，在電場(或磁場)中所受電場力（或洛倫茲力）遠大于所受重力，故研究電場力（或洛倫茲力）對電子運動的影響時，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，通過打在熒光屏上的亮點的變化

3、和電場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，根據(jù)亮點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,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中的電流無關(guān)d若要使電子束的徑跡往上偏轉(zhuǎn)，可以通過改變ab中的電流方向來實現(xiàn)答案ad解析由于電子帶負電，并且向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則知該處的磁場方向應(yīng)垂直紙面向里，又由安培定則可判斷導(dǎo)線中的電流方向為由a到b.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a、d

4、.借題發(fā)揮本題是運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,一定要注意運動電荷的正負針對訓(xùn)練1陰極射線是從陰極射線管的陰極發(fā)出的高速運動的粒子流，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，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)比的測定實驗探究如圖3所示為測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平行金屬板d1、d2間的勻強電場，發(fā)生偏

5、轉(zhuǎn)圖3（1）在d1、d2間加電場后射線偏到p2，則由電場方向知，該射線帶什么電?（2）再在d1、d2間加一磁場(圖中未畫出)，電場與磁場垂直，讓射線恰好不偏轉(zhuǎn)設(shè)電場強度為e，磁感應(yīng)強度為b,則電子的速度多大？(3）撤去電場，只保留磁場,使射線在磁場中做圓周運動，若測出軌道半徑為r，則粒子的荷質(zhì)比是多大?答案(1）負電(2)（3)解析(2)粒子受兩個力作用：電場力和磁場力，兩個力平衡，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因此，湯姆生的

6、實驗是物理學(xué)發(fā)展史上最著名的經(jīng)典實驗之一在實驗中湯姆生采用了如圖4所示的陰極射線管，從電子槍c出來的電子經(jīng)過a、b間的電場加速后，水平射入長度為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，場強為e的勻強電場,電子將向上偏轉(zhuǎn);如果再利用通電線圈在d、e電場區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場(圖中未畫）熒光斑恰好回到熒光屏中心，接著再去掉電場，電子向下偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為,試解決下列問題圖4(1)說明圖中磁場沿什么方向；（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)磁場方向垂直紙面向里(2）當(dāng)電子在d、e間做勻速直線運動時有：eebe

7、v.當(dāng)電子在d、e間的磁場中偏轉(zhuǎn)時（如圖所示)有bev,同時又有:lrsin ，可得：。借題發(fā)揮（1）荷質(zhì)比的測定問題只是帶電粒子在磁場和電場中運動的一類典型問題,這種方法可以推廣到帶電粒子在復(fù)合場中運動，求其他相關(guān)的問題(2）解決帶電粒子在電磁場中運動的問題時要注意以下幾點：粒子的帶電性質(zhì)正確描繪運動軌跡能確定半徑、圓心會利用幾何知識把有關(guān)線段與半徑聯(lián)系起來針對訓(xùn)練2如圖5所示為測量某種離子的荷質(zhì)比的裝置讓中性氣體分子進入電離室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進入加速電場被加速然后讓離子從縫s2垂直進入勻強磁場，最后打在底片上的p點已知加速電壓為u，磁場的磁感應(yīng)強度

8、為b，縫s2與p之間的距離為a,離子從縫s1進入電場時的速度不計，求該離子的荷質(zhì)比.圖5答案解析離子在電場中qumv2離子在磁場中bqvm2ra解得.對陰極射線的理解1（多選)關(guān)于陰極射線的性質(zhì)，下列說法中正確的是（）a陰極射線帶負電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極,如圖6所示若要使射線向上偏轉(zhuǎn),所加磁場的方向應(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,由此可知磁場方向應(yīng)為垂直于紙面向外，故選項c正確電子的電量3（多選)湯姆生對陰極射線的探究，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電子電荷的精確測定最早是由密立根通過著名的“油滴實驗”實現(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，下列說法中錯誤的是（）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一個物體帶1.6109 c的正電荷，這是它失去了1。01010個電子的緣故答案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錯誤，b、c正確;物體帶正電,是由于它失去了帶負電的電子,d正確（時間：60分鐘)題組一陰極射線1關(guān)于陰極射線,下列說法正確的是()a陰極射線就是稀薄氣體導(dǎo)電時的輝光放電現(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極發(fā)出的電子流，故a、b錯；1858年，德國科學(xué)家普呂克爾發(fā)現(xiàn)了陰極射線，故c對；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錯誤2關(guān)于陰極射線的本質(zhì)，下列說法正確的是（)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程中的一些假設(shè)，是錯誤的3下列關(guān)于對陰極射線的說法，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以上說法都不對答案c解析對陰極射線的研究結(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解析湯姆生對不同材料的陰極發(fā)出的射線進行研究,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)量遠小于質(zhì)子質(zhì)量；由此可知a、d正確，b、c錯誤5下列關(guān)于電子的說法中不正確的是(）a發(fā)現(xiàn)電子是從研究陰極射線開始的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)的意義是使人們認識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，它在電場中受到的電場力方向與電場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)使人們認識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,在熒光屏上會看到一條亮線要使熒光屏上的亮線向下（z軸負方向)偏轉(zhuǎn)，在下列措施中可采用的是（） 圖1a加一磁場,磁場方向沿z軸負方向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軸負方向d加一電場，電場方向沿y軸正方向答案 b解析若加磁場，由左手定則可知，所加磁場方向沿y軸正方向，b正確；若加電場，因電子向下偏轉(zhuǎn)，則電場方向沿z軸正方向7電子所帶電量的精確數(shù)值最早是由美國物理學(xué)家密立根通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板帶負電從噴霧器嘴噴出的小油滴，落到a、b兩板之間的電場中小油滴由于摩擦而帶負電，調(diào)節(jié)a、b兩板間的電壓，可使小油滴受到的電場力和重力平衡已知小油滴靜止處的電場強度是1.92105 n/c，小油滴半徑是1