2018-2019版物理新導(dǎo)學(xué)筆記人教通用版選修3-5講義：第十八章 原子結(jié)構(gòu) 1

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精1電子的發(fā)現(xiàn)［學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道陰極射線是由電子組成的，電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。2。體會(huì)電子的發(fā)現(xiàn)過程中蘊(yùn)含的科學(xué)方法.3。知道電荷是量子化的，即任何電荷只能是e的整數(shù)倍.4。領(lǐng)會(huì)電子的發(fā)現(xiàn)對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義．一、陰極射線1．實(shí)驗(yàn)裝置:如圖1所示，真空玻璃管中K是金屬板制成的陰極，A是金屬環(huán)制成的陽極；把它們分別連在感應(yīng)圈的負(fù)極和正極上．圖12．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:玻璃壁上出現(xiàn)淡淡的熒光及管中物體在玻璃壁上的影．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，這種射線被命名為陰極射線．二、電子的發(fā)現(xiàn)1．湯姆孫的探究(1）讓陰極射線分別通過電場(chǎng)和磁場(chǎng)，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況，證明它是帶負(fù)電（選填“正電”或“負(fù)電”）的粒子流并求出了它的比荷．（2)換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值都相同．證明這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分．（3)進(jìn)一步研究新現(xiàn)象，不論是由于正離子的轟擊、紫外光的照射、金屬受熱還是放射性物質(zhì)的自發(fā)輻射，都能發(fā)射同樣的帶電粒子—-電子．由此可見，電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元．

2．密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”（1）精確測(cè)定電子電荷．(2)電荷是量子化的．3．電子的有關(guān)常量［即學(xué)即用]判斷下列說法的正誤．(1）玻璃壁上出現(xiàn)的淡淡熒光就是陰極射線．（×）(2)玻璃壁上出現(xiàn)的影是玻璃受到陰極射線的撞擊而產(chǎn)生的．(×）(3)陰極射線在真空中沿直線傳播．(√)（4）英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫認(rèn)為陰極射線是一種電磁輻射．（×)(5)組成陰極射線的粒子是電子．（√)（6）電子是原子的組成部分，電子電荷量可以取任意數(shù)值．(×)一、對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)[導(dǎo)學(xué)探究]1。在如圖2所示的演示實(shí)驗(yàn)中,K是金屬板制成的陰極，A是金屬環(huán)制成的陽極．K和A之間加上近萬伏的高電壓后,管端玻璃壁上能觀察到什么現(xiàn)象？該現(xiàn)象說明了什么問題?圖2答案能看到玻璃壁上淡淡的熒光及管中物體在玻璃壁上的影，這說明陰極能夠發(fā)出某種射線，并且撞擊玻璃引起熒光．2．如何判斷陰極射線的帶電性質(zhì)？答案方法一：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)位置的變化和電場(chǎng)的情況確定帶電的性質(zhì)．方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場(chǎng)，根據(jù)熒光屏上亮點(diǎn)位置的變化和磁場(chǎng)方向利用左手定則確定帶電的性質(zhì)．

[知識(shí)深化]1．對(duì)陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)-—兩種觀點(diǎn)(1）電磁波說，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，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)，通過打在熒光屏上的亮點(diǎn)位置的變化和電場(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)位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)．3．實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)陰極射線在電場(chǎng)中和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況,判斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж?fù)電．例1(多選）下面對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)正確的是(）A．陰極射線是由陰極發(fā)出的粒子撞擊管端玻璃壁上的熒光粉而產(chǎn)生的B．只要陰陽兩極間加有電壓，就會(huì)有陰極射線產(chǎn)生C．陰極射線是真空玻璃管內(nèi)由陰極發(fā)出的射線D．陰陽兩極間加有高電壓時(shí),電場(chǎng)很強(qiáng)，陰極中的電子受到很強(qiáng)的庫侖力作用而脫離陰極答案CD解析陰極射線是真空玻璃管內(nèi)由陰極直接發(fā)出的射線，故A錯(cuò)誤,C正確;只有當(dāng)兩極間有高電壓且陰極接電源負(fù)極時(shí),陰極中的電子才會(huì)受到足夠大的庫侖力作用而脫離陰極成為陰極射線，故B錯(cuò)誤，D正確．針對(duì)訓(xùn)練（多選)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)射線徑跡下偏，如圖3所示．則(）圖3A．導(dǎo)線中的電流由A流向BB．導(dǎo)線中的電流由B流向AC．若要使電子束的徑跡向上偏，可以通過改變AB中電流的方向來實(shí)現(xiàn)D．電子的徑跡與AB中電流的方向無關(guān)答案BC解析在陰極射線管中射出的陰極射線是帶負(fù)電的電子流，在導(dǎo)線AB形成的磁場(chǎng)中向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則可知磁場(chǎng)是垂直紙面向里的，根據(jù)安培定則可知導(dǎo)線AB中的電流是由B流向A的，A錯(cuò)，B對(duì);通過改變AB中的電流方向可以改變磁場(chǎng)方向從而使陰極射線的受力方向向上,使電子束的徑跡向上偏,C對(duì)；由此可知電子束的徑跡與AB中的電流方向即AB形成的磁場(chǎng)方向有關(guān)，D錯(cuò)．二、帶電粒子比荷的測(cè)定及電子的發(fā)現(xiàn)1．帶電粒子比荷的測(cè)定方法(1）利用磁偏轉(zhuǎn)測(cè)量①讓帶電粒子通過相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)（如圖4)，讓其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)二力平衡,即F洛＝F電(Bqv＝qE）,得到粒子的運(yùn)動(dòng)速度v＝eq\f(E，B).圖4②撤去勻強(qiáng)電場(chǎng)(如圖5)，保留勻強(qiáng)磁場(chǎng)，讓帶電粒子單純地在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力,即Bqv＝meq\f(v2,r），根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況，由幾何知識(shí)求出其半徑r.圖5③由以上兩式確定帶電粒子的比荷表達(dá)式:eq\f（q，m）＝eq\f(E,B2r）。（2）利用電偏轉(zhuǎn)測(cè)量帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，偏轉(zhuǎn)量y＝eq\f（1,2)at2＝eq\f(1，2）·eq\f（qU，md）（eq\f(L,v）)2，故eq\f（q,m）＝eq\f（2ydv2，UL2)，所以在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，U、d、L已知時(shí)，只需測(cè)量v和y即可．2．證明陰極射線是電子的思路：（1）通過陰極射線在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)證明它是帶電的粒子流．（2）測(cè)定它的比荷．（3）根據(jù)陰極射線粒子的比荷與氫離子比荷的關(guān)系求出它的質(zhì)量．（4）證明陰極射線是質(zhì)量遠(yuǎn)小于氫離子的粒子——電子．3．電子發(fā)現(xiàn)的意義：（1）電子發(fā)現(xiàn)以前人們認(rèn)為物質(zhì)由分子組成,分子由原子組成，原子是不可再分的最小微粒．（2）現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)了各種物質(zhì)里都有電子，而且電子是原子的組成部分．(3）電子帶負(fù)電，而原子是電中性的，說明原子是可再分的．4．電子電荷的精確測(cè)定是密立根通過“油滴實(shí)驗(yàn)”測(cè)定的，密立根實(shí)驗(yàn)的重要意義是發(fā)現(xiàn)電荷是量子化的，即任何電荷只能是e的整數(shù)倍．例2在再現(xiàn)湯姆孫測(cè)陰極射線比荷的實(shí)驗(yàn)中，采用了如圖6所示的陰極射線管，從C出來的陰極射線經(jīng)過A、B間的電場(chǎng)加速后，水平射入長(zhǎng)度為L(zhǎng)的D、G平行板間，接著在熒光屏F中心出現(xiàn)光斑．若在D、G間加上方向向上、場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),陰極射線將向下偏轉(zhuǎn)；如果再利用通電線圈在D、G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)（圖中未畫出），光斑恰好回到熒光屏中心，接著再去掉電場(chǎng)，陰極射線向上偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角為θ，試解決下列問題：圖6（1)說明陰極射線的電性．（2）說明圖中磁場(chǎng)沿什么方向．(3）根據(jù)L、E、B和θ，求出陰極射線的比荷．答案(1）負(fù)電（2)垂直紙面向外(3）eq\f(Esinθ,B2L)解析(1）由于陰極射線在電場(chǎng)中向下偏轉(zhuǎn)，因此陰極射線受電場(chǎng)力方向向下，又由于勻強(qiáng)電場(chǎng)方向向上,則電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)方向相反,所以陰極射線帶負(fù)電．(2)由于所加磁場(chǎng)使陰極射線受到向上的洛倫茲力，而與電場(chǎng)力平衡,由左手定則得磁場(chǎng)的方向垂直紙面向外．(3)設(shè)此射線帶電荷量為q，質(zhì)量為m，當(dāng)射線在D、G間做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，有qE＝Bqv.當(dāng)射線在D、G間的磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，如圖所示,有Bqv＝eq\f（mv2，r).同時(shí)又有L＝r·sinθ，解得eq\f（q，m）＝eq\f（Esinθ,B2L).運(yùn)用電磁場(chǎng)測(cè)定電子比荷的解題技巧1．當(dāng)電子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),eE＝evB，可以測(cè)出電子速度大?。?．當(dāng)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，evB＝meq\f（v2，r),測(cè)出圓周運(yùn)動(dòng)半徑，即可確定比荷．3．當(dāng)電子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，y＝eq\f(1，2)at2＝eq\f（eUL2,2mv2d），測(cè)出電子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)量也可以確定比荷．1．（對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí))關(guān)于陰極射線的實(shí)質(zhì),下列說法正確的是（）A．陰極射線實(shí)質(zhì)是氫原子 B．陰極射線實(shí)質(zhì)是電磁波C．陰極射線實(shí)質(zhì)是電子 D．陰極射線實(shí)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(cuò)誤的．2．（電子電荷量）下列說法中正確的是()A．湯姆孫精確地測(cè)出了電子電荷量e＝1.602×10－19CB．電子電荷量的精確值是盧瑟福測(cè)出的C．物體所帶電荷量可以是任意值D．物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍答案D解析密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)精確測(cè)得了電子的電荷量并提出了電荷量是量子化的，A、B錯(cuò)誤；物體所帶電荷量的最小值是e，所帶電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍，C錯(cuò)誤，D正確．3．(電子發(fā)現(xiàn)的意義）（多選）關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn)，下列說法正確的是()A．電子的發(fā)現(xiàn),說明原子是由電子和原子核組成B．電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子具有一定的結(jié)構(gòu)C．在電子被人類發(fā)現(xiàn)前，人們認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的最小微粒D．電子帶負(fù)電，使人們意識(shí)到原子內(nèi)應(yīng)該還有帶正電的部分答案BCD解析發(fā)現(xiàn)電子時(shí)，人們對(duì)原子的結(jié)構(gòu)仍然不清楚，但它使人們意識(shí)到電子應(yīng)該是原子的組成部分,故A錯(cuò)誤，B正確;在電子被人類發(fā)現(xiàn)前,人們認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的最小微粒，C正確；原子對(duì)外顯電中性，而電子帶負(fù)電,使人們意識(shí)到，原子中應(yīng)該還有其他帶正電的部分，D正確．4．（對(duì)電子的認(rèn)識(shí)）（多選）1897年英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫對(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)于電子的說法正確的是()A．任何物質(zhì)中均有電子B．不同物質(zhì)中具有不同的電子C．電子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1836倍D．電子是一種粒子,是比原子更基本的物質(zhì)單元答案AD解析湯姆孫用不同的材料做陰極,都能發(fā)現(xiàn)陰極射線且陰極射線均為同一物質(zhì)—-電子，這說明任何物質(zhì)中均含有電子，A對(duì)，B錯(cuò)；根據(jù)對(duì)電子比荷的測(cè)定可知，電子電荷量和氫原子核的電荷量相同，電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子質(zhì)量，是質(zhì)子質(zhì)量的eq\f(1,1836)，說明電子有質(zhì)量和電荷量，是一種粒子，并且電子是比原子更基本的物質(zhì)單元，C錯(cuò)，D對(duì)．5．(電子比荷的測(cè)定）密立根油滴實(shí)驗(yàn)原理如圖7所示，兩塊水平放置的金屬板分別與電源的正、負(fù)極相接，板間距離為d,板間電壓為U，形成豎直向下、場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)．用噴霧器從上板中間的小孔噴入大小、質(zhì)量和電荷量各不相同的油滴．通過顯微鏡可找到懸浮不動(dòng)的油滴，若此懸浮油滴的質(zhì)量為m，重力加速度為g，則下列說法正確的是（)圖7A．懸浮油滴帶正電B．懸浮油滴的電荷量為eq\f（mg，U)C．增大場(chǎng)強(qiáng),懸浮油滴將向上運(yùn)動(dòng)D．油滴的電荷量不一定是電子