人教版(新教材)高中物理選擇性必修3第四章 原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與學(xué)科素養(yǎng)提升

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE1網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與學(xué)科素養(yǎng)提升一、電子電荷量的測(cè)定——科學(xué)探究思想能力的培養(yǎng)電子是構(gòu)成原子的粒子之一。電子的質(zhì)量極小，顯負(fù)電，電子的發(fā)現(xiàn)及其帶電荷量的測(cè)定經(jīng)歷了幾十年的時(shí)間，最初人們發(fā)現(xiàn)陰極射線時(shí)，有人認(rèn)為其本質(zhì)是一種電磁輻射，有人認(rèn)為其本質(zhì)是一種帶電微粒，后經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，其經(jīng)過電磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，是帶電微粒，并稱其為電子，并由密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)得它的電荷量。〖例1〗電子電荷量最早是由美國科學(xué)家密立根所做的油滴實(shí)驗(yàn)推測(cè)出的。密立根油滴實(shí)驗(yàn)的原理如圖所示，兩塊水平放置的平行金屬板A、B與電源相接，使上面的板帶正電，下面的板帶負(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)E中。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，觀察者可在強(qiáng)光照射下，借助顯微鏡進(jìn)行觀察。如圖所示，在A板上方用噴霧器將細(xì)油滴噴出，若干油滴從板上的一個(gè)小孔中落下，噴出的油滴因摩擦而帶負(fù)電。已知A、B板間電壓為U、間距為d，油滴恰好靜止。撤去電場(chǎng)后油滴徐徐下落，最后測(cè)出油滴以速度v勻速運(yùn)動(dòng)，已知空氣阻力正比于速度，f＝kv，則油滴所帶的電荷量q＝________。某次實(shí)驗(yàn)q的測(cè)量值如表格所示(單位：10－19C)，分析數(shù)據(jù)可知_____________。6.418.019.6511.2312.83〖解析〗根據(jù)平衡條件可得mg＝qeq\f(U,d)，mg＝kv，解得q＝eq\f(kdv,U)；油滴的帶電荷量是1.6×10－19C的整數(shù)倍，故電荷的最小電荷量為1.6×10－19C。〖答案〗eq\f(kdv,U)電荷的最小電荷量為1.6×10－19C〖素養(yǎng)提升練〗1.(多選)關(guān)于密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”的科學(xué)意義，下列說法正確的是()A.測(cè)得了電子的電荷量B.首先測(cè)得了電子的比荷C.為電子質(zhì)量的最終獲得做出了突出貢獻(xiàn)D.為人類進(jìn)一步研究原子的結(jié)構(gòu)提供了一定的理論依據(jù)〖解析〗密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定了電子電荷量并發(fā)現(xiàn)電荷是量子化的。測(cè)定了e值，結(jié)合比荷，進(jìn)一步可以確定電子的質(zhì)量。電子的比荷是由湯姆孫首先測(cè)出的，故選項(xiàng)A、C、D正確。〖答案〗ACD2.如圖所示為湯姆孫用來測(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，水平距離可忽略不計(jì)；此時(shí)在P與P′之間的區(qū)域里再加上一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，調(diào)節(jié)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??；(2)推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式?！冀馕觥?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)電子的運(yùn)動(dòng)路徑簡(jiǎn)化為如圖所示，由圖可得y1＝eq\f(1,2)·eq\f(eU,mb)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L1,v)))eq\s\up12(2)，y2＝L2tanθ，tanθ＝eq\f(vy,v0)＝eq\f(eU,mb)·eq\f(L1,v2)，聯(lián)立解得d＝y(tǒng)1＋y2＝eq\f(1,2)·eq\f(eU,mb)·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L1,v)))eq\s\up12(2)＋eq\f(eU,mb)·eq\f(L1L2,v2)。代入v＝eq\f(U,Bb)，解得eq\f(e,m)＝eq\f(2Ud,B2bL1（L1＋2L2）)。〖答案〗(1)eq\f(U,Bb)(2)eq\f(2Ud,B2bL1（L1＋2L2）)二、玻爾原子結(jié)構(gòu)模型——科學(xué)思維能力的培養(yǎng)〖例2〗原子從A能級(jí)躍遷到B能級(jí)時(shí)吸收波長(zhǎng)為λ1的光子，原子從B能級(jí)躍遷到C能級(jí)時(shí)發(fā)射波長(zhǎng)為λ2的光子.已知λ1>λ2，那么原子從A能級(jí)躍遷到C能級(jí)時(shí)將要()A.發(fā)出波長(zhǎng)為λ1－λ2的光子B.發(fā)出波長(zhǎng)為eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)的光子C.吸收波長(zhǎng)為λ1－λ2的光子D.吸收波長(zhǎng)為eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)的光子〖解析〗原子從A能級(jí)躍遷到B能級(jí)時(shí)吸收波長(zhǎng)為λ1的光子，原子從B能級(jí)躍遷到C能級(jí)時(shí)發(fā)射波長(zhǎng)為λ2的光子，由于λ1>λ2，所以A能級(jí)比C能級(jí)高，B、C能級(jí)之間能量差等于A、C能級(jí)與A、B能級(jí)之間能量差之和，即有eq\f(hc,λ2)＝eq\f(hc,λ1)＋eq\f(hc,λ3)，故從A能級(jí)躍遷到C能級(jí)時(shí)將要發(fā)出波長(zhǎng)為λ3＝eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)的光子，選項(xiàng)B正確?！即鸢浮紹〖素養(yǎng)提升練〗3.(多選)下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，正確的說法是()A.原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一定的能量B.原子中，雖然核外電子不斷做變速運(yùn)動(dòng)，但只要能量狀態(tài)不改變，就不會(huì)向外輻射能量C.原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，一定要輻射一定頻率的光子D.原子的每一個(gè)能量狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一個(gè)