2018年高中物理 第十八章 原子结构 第1节 电子的发现学案(新人教版)选修3-5

1、第一节电子的发现我知道目标浙江省选修考试的学习要求知识含量考试要求1.电子的发现再试一次2.原子的核结构模型再试一次b3.氢原子光谱再试一次b4.玻尔的原子模型再试一次c阴极射线探索新知识和基本实践1.演示实验如图所示，真空玻璃管中的K为金属板制成的阴极，与感应线圈的阴极相连，A为金属环制成的阳极，与感应线圈的阳极相连。连接到电源后，线圈将在两极之间产生近10，000伏的高电压。可以观察到玻璃壁上的微弱荧光和玻璃壁上管内物体的阴影。2.阴极射线荧光的本质是玻璃受到阴极发射的某种射线的影响，这种射线被称为阴极射线。辨别是非(对错打“”)1.阴极射线是电子流。()2.唐木孙通过研究阴极射线发现了电

2、子。()很难解释疑虑1.理解阴极射线的本质两种观点电磁波，代表数字是赫兹，他认为这是一种电磁辐射。(2)粒子理论以唐木孙为代表，他认为这种射线是带电粒子流。2.阴极射线充电性能的判断方法(1)方法1:在阴极射线通过的区域施加电场，通过荧光屏上亮点和电场的变化确定其带电性质。(2)方法2:在阴极射线通过的区域施加磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定其充电特性。3.实验结果根据阴极射线在电场和磁场中的偏转，判断阴极射线是粒子流，带负电。试试你的手1.阴极射线从阴极射线管中的阴极发射，并在它们之间的高电压下加速到阳极，如图所示。要使光线向上偏转，所施加磁场的方向应该是()A.向左平行于纸。向上平行

3、于纸C.垂直于纸面朝外分析：选择C是因为阴极射线的本质是电子流，阴极射线的方向是对的，这意味着电子的运动方向是对的，相当于电流向左。利用左手定则，为了使电子的洛仑兹力方向平行于纸面朝上，可以知道磁场方向应该垂直于纸面朝外，所以C是正确的。电子的发现探索新知识和基本实践1.唐穆荪的研究方法和结论(1)根据阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出其本质是带负电的粒子流，并计算了该粒子的比电荷。(2)用不同的阴极做实验，得到的比电荷值都是一样的，几乎是氢离子比电荷的2000倍。(3)结论：阴极射线粒子带负电，电荷量与氢离子相当，但质量远小于氢离子。后来，构成阴极射线的粒子被称为电子。2.唐穆荪的再研究唐木

4、孙进一步研究了许多新现象，证明了电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单位。3.电子的电荷量和电荷量子化(1)电子电荷的数量：电子电荷的现代值是e=1.60210-19 _ c，它是密立根在1910年前后通过著名的油滴实验得到的。(2)电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍(3)电子质量：ME=9.109 389 710-31 kg，质子质量与电子质量之比=1 _ 836。辨别是非(对错打“”)1.阴极射线是x射线。()2.唐木孙利用电磁场知识测量了阴极射线的比电荷，确定阴极射线是电子。()很难解释疑虑带电粒子比电荷的测定方法(1)让粒子通过正交电磁场(如图所示),并使它们直线

5、运动。根据两个力的平衡，即f 10=f电(bqv=QE)，粒子的速度是A.用密立根油滴实验测量电子的电量B.一个物体携带的电荷数量可以是任何值C.物体携带的最小电荷是1.610-19D.一个物体携带的电荷量是基本电荷的整数倍分析：密立根的油滴实验测得电子的电量为1.610-19 C，并提出了电荷量子化的观点，所以A是对的，B是错的，C是对的；任何物体的电荷都是元电荷的整数倍，所以d是一对。对阴极射线的理解例1(多种选择)如图所示，电子不断地从阴极射线管的左侧发射。如果带电的直导线AB直接放置在管的下面，发现射线的轨迹是向下偏置的，那么()A.导线中的电流从a流向bB.电线中的电流从乙流向甲C.

6、如果电子束的轨迹向上偏置，可以通过改变AB中的电流方向来实现D.电子束的轨迹与AB中的电流方向无关根据阴极射线的性质和左手定则。【分析】阴极射线管是一种高速电子电流。从左手定则判断，管内磁场垂直于纸面，从安培定则判断，AB中的电流从B流向A，改变AB中的电流方向会使电子束轨迹向上偏离。因此，选项b和c是正确的。(1)阴极射线不能被误认为是x射线。(2)当阴极射线通过电场或磁场时，它的引力远远小于电场力或洛伦兹力，所以一般不考虑。带电粒子比电荷的测定例2图中显示了唐木孙用来测定电子的特定电荷的装置。当在板P和P之间没有施加偏转电压时，电子束击中屏幕的中心O点，形成一个亮点。施加偏转电压u后，亮点

7、偏离到O 点，O 点到O 点的垂直距离为d，水平距离可以忽略不计。此时，在P和P 之间的区域加入一个方向垂直于纸面的均匀磁场，以调节磁感应强度。当它的大小是B时，亮点又回到了O点。众所周知，板的水平长度是L1，板之间的距离是B，从板的右端到荧光屏的距离是L2。(1)计算电子撞击屏幕上o点的速度。(2)导出了电子比荷的表达式。观点要回答这个问题，我们应该注意以下两点：(1)利用正交电场和磁场中电子的力平衡，可以计算出电子的速度。(2)当只有电场时，从运动的合成和分解的观点来看，电子的特定电荷是确定的。【分析】(1)电子在正交均匀电场和均匀磁场中匀速直线运动。Bev=EE=E，v=也就是说，电子撞

8、击荧光屏o点的速度是。(2)当板之间只有一个偏转电场时，电子以速度V进入，然后在垂直方向做均匀加速，加速度为A=电子在水平方向上匀速运动，在电场中的运动时间为t1=电子在电场中，垂直向上偏转的距离是d1=at12=当离开电场时，垂直向上的速度是v1=at1=离开电场后，电子以恒定速度直线运动，并在t2=后到达屏幕t2时刻向上运动的距离是D2=V1T2=电子向上的总偏转距离是d=D1D2=(2L 2 L1)求解=。答案 (1) (2)=巩固课堂上的分数1.如图所示，玻璃管中从左到右有一条射线，它可能是由电磁波或某种粒子流形成的。如果带电的直导线AB置于其下方，光线如图所示偏转，AB中的电流方向是

9、从b到a，那么光线的本质是()A.电磁波B.带正电荷的高速粒子流C.负电荷高速粒子流不带电荷的高速中性粒子流分析：如果C射线在电流形成的磁场中偏转，可以确定射线是由带电粒子组成的粒子流。根据安培定律，玻璃管中的磁场垂直于纸面分析：通过对阴极射线在电场和磁场中偏转的研究，发现阴极射线带负电，其比电荷远大于氢原子，所以A和C是正确的，而B和D是错误的。3.如图所示，电子以初始速度v0进入平行板电容器，长度为L，板间距离为D，与点O的电位差为U，当电场出来时，击中屏幕上的点P，测得的点OP的距离为Y0。找出电子的特定电荷。分析：由于电子在电场中做平抛运动，它们沿电场线方向做零初速度的匀速直线运动，满

10、足Y0=at2=2=，然后=。回答：课程总结类别跟踪测试九一、单项选择问题1.关于阴极射线的性质，下面的说法是正确的()A.阴极射线的本质是氢原子。阴极射线的本质是电磁波C.阴极射线的本质是电子。阴极射线的本质是x光分析：碳阴极射线是原子被激发时发出的电子流。关于阴极射线是电磁波还是x光的一些猜想正在研究阴极射线，后来被证明是错误的。c正确。2.图为电子射线管的示意图。打开电源后，电子射线从阴极沿X轴的正方向发射，屏幕上会出现一条亮线。为使屏幕上的亮线向下偏转(Z轴的负方向)，可采取以下措施()a .加入磁场，磁场的方向为z轴的负方向b .加入磁场，磁场的方向是沿Y轴的正方向c .施加电场，电

11、场的方向为z轴的负方向d .施加电场，电场的方向沿Y轴的正方向分析：选择B，因为电子沿着X轴的正方向运动，所以电子射线向下偏转，那么洛伦兹力向下，根据左手定则磁场方向应该沿着Y轴的正方向；如果外加电场使电子射线向下偏转，并且外加电场力的方向是向下的，那么外加电场的方向应该是沿着Z轴的正方向，这表明B是正确的。3.看着屏幕，电子向我们走来，电子的偏转方向是()如图所示。A.上b .下c .左d .右分析：根据安培定律，偏转线圈在右侧有一个N极，在左侧有一个S极，这就在环中产生了一个水平的左均匀磁场。根据左手定则，电子向上偏转，选项A是正确的。4.关于密立根的“油滴实验”的科学意义，以下说法是不正

12、确的()A.测量电子的电荷B.首先，测量电子的特定电荷C.为最终获得电子质量做出突出贡献D.它为人类进一步研究原子结构提供了理论基础分析：通过油滴实验选择密立根B测量电荷量，发现电荷是量子化的。结合特定电荷，可以进一步确定电子质量；电子的比电荷最早是由唐木孙测量的。只有b不正确。第二，选择题5.关于空气电导率，以下说法是正确的()A.空气传导是由于一些空气分子带正电，一些带负电，在强电场的作用下向相反的方向运动B.由于空气分子在射线或强电场的作用下电离，空气可以导电C.空气密度越大，电导率越好D.空气密度变得越稀薄，就越容易发光分析：BD空气是由各种气体组成的混合气体。在正常情况下，气体分子不

13、带电荷(中性)，这是一个很好的绝缘体。然而，在辐射、热量和强电场的作用下，空气分子被电离而具有导电功能。当空气密度较高时，电离的自由电荷容易与其他空气分子碰撞，正负电荷重新结合，难以形成稳定的放电电流。然而，离子化的自由电荷具有更好的导电性能7.如图所示，正离子源发射的正离子被加速电压U加速，然后进入相互垂直的均匀电场E和均匀磁场B。发现离子向上偏转。要使离子以直线通过电场，下列说法是正确的()A.增加电场强度e并降低磁感应强度bB.降低加速电压，增加电场强度C.适当增加加速电压u。D.适当降低电场强度分析：选择镉正离子进入相互垂直的均匀电场和均匀磁场。电场力f=QE，方向是向上的，洛伦兹力=

14、qvB，方向是向下的，离子被向上偏置，表明电场力大于洛伦兹力。要使离子沿直线运动，即QE=qvb，洛仑兹力只能增加或电场力可以减少。增加洛伦兹力的方法是增加加速电压u或磁感应强度b，减少电场力的方法是减少电场强度e。选项c和d是正确的。第三，非选择题8.密立根通过喷雾获得带电油滴，然后将这些不同质量和电荷的油滴放入电场中，最后用电场力和重力平衡的方法测量带电油滴的电荷。假设他在某个测量中得到以下数据。你能从这些数据中得出什么结论？滴编号12345费用数量(c)6.4110-199.7010-193.2010-194.8110-191.6010-19分析：研究这些数据后发现，它们都可以看作是1.

15、6010-19的整数倍，因此最小充电单位是1.6010-19，即E=E=1.6010-19回答：请参阅分析9.如图所示，让均匀的阴极射线以速度v垂直进入正交的电场和磁场，选择合适的磁感应强度b和电场强度e，带电粒子不会偏转，然后去掉电场，粒子将做均匀的圆周运动，并测量其半径为R，计算出阴极射线中带电粒子的比电荷。分析：因为带电粒子在复合场中不会偏转，因此，QE=qvb，即v=，电场消除后，粒子在洛伦兹力作用下作匀速圆周运动，由此我们可以得出。回答：10.美国物理学家密立根通过油滴实验首次测量了电子电荷的精确值。他测量了数千个带电油滴的电量，发现所有这些电量都等于某个最小电量的整数倍。这个最小电荷是电子携带的电荷。密立根实验的原理如图所示。a和B是平行放置的两块水平金属板。a板带正电，B板带负电。从喷雾器喷嘴喷出的