1、成才之路 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3-5 第十八章 原子结构成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 原子结构 第十八章 第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 第一节 电子的发现第十八章 第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 学习目标定位 1课堂情景切入 2知识自主梳理 3重点难点突破 4考点题型设计 5课 时 作 业 6第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 学习目标定位第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 了解电
2、子发现的过程及辉光放电现象知道电子的概念及电子的电荷的数值及质量体验科学思想、方法的重要性和科学家的崇高科学精神第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 课堂情景切入第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 1858年，德国科学家普里克发现了阴极射线，在一个抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线称为阴极射线，阴极射线究竟是什么？是原子？还是更小的物质微粒？第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 知识自主梳理第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 1
3、.演示实验如图所示，真空玻璃管中K是金属板制成的_，接感应线圈的负极，A是金属环制成的_，接感应线圈的正极，接通电源后，感应线圈产生的_的高电压加在两个电极之间。可观察管端玻璃壁上亮度的变化。阴极射线阴极阳极近万伏第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 2实验现象德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到玻璃壁上_及管中物体在玻璃壁上的_。3阴极射线荧光是由于玻璃受到_发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为_。淡淡的荧光影阴极阴极射线第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 1.汤姆孙的探究方法(1)让阴极射线分别通过电场或
4、磁场，根据偏转现象，证明它是_的粒子流并求出了其比荷。(2)换用不同的阴极做实验，所得_的数值都相同，是氢离子比荷的近_倍。证明这种粒子是构成各种物质的共同成分。(3)进一步研究新现象，不论是由于正离子的轰击，紫外光的照射，金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的_电子。由此可见，电子是原子的_，是比原子更_的物质单元。电子的发现带负电比荷两千带电粒子组成部分基本第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 2密立根“油滴实验”(1)精确测定_。(2)电荷是_的。3电子的有关常量电子的电量：e_C根据比荷，计算出电子的质量为m_kg质子质量与电子质量的比值为
5、mpme_电子电荷量量子化1.60210199.110311836第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 4电子发现的重大意义电子是人类发现的第一个比原子小的粒子。电子的发现，打破了原子_的传统观念，使人们认识到原子不是组成物质的_微粒，原子本身也有内部_。从此，原子物理学飞速发展，人们对物质结构的认识进入了一个新时代。不可再分最小结构第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 重点难点突破第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 一、对阴极射线的理解1阴极射线的含义阴极射线是阴极放射出来的射线。经
6、验证它实际上就是电子流。当金属阴极受热温度变得很高时，电子热运动加剧，电子热运动能量足够大时可以从金属表面逸出，形成电子流。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 2阴极射线带电性质的判断方法阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电磁力对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响，其带电性质的判断方法如下：(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质。(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。第十八章 第一节成才之路 高中
7、新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 如图所示为汤姆孙的气体放电管。(1)在金属板 D1、D2 之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？(2)在金属板 D1、D2 之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 答案：(1)带负电(2)垂直纸面向外解析：(1)阴极射线在电场中向下偏转，说明射线带负电。(2)要使带负电的阴极射线向上偏转，根据左手定则可知，需加垂直纸面向外的磁场。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 二、电子电荷量的测定1电子的电荷
8、量1910年美国物理学家密立根通过著名的“油滴实验”简练精确地测定了电子的电量。电子电荷的现代值为e1.6021019C。2电子电荷量的测定(1)密立根实验的原理a如图所示，两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接，使A板带正电，B板带负电。从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 b小油滴由于摩擦而带负电，调节 A、B 两板间的电压，可以使小油滴静止在两板之间，此时电场力和重力平衡即 mgEq，则电荷的电量 qmgE。他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电量都是某个最小电量的整数部
9、，这个最小的电量就是电子的电量。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 (2)密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何电荷的电荷量只能是元电荷e的整数倍，并求得了元电荷即电子或质子所带的电荷量e。特别提醒：密立根的“油滴实验”中易忽视带电油滴的重力，从而使问题无从下手，像油滴、尘埃、小颗粒、小球等宏观物体除特别说明外都要考虑重力。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 密立根用喷雾的方法获得了带电液滴，然后把这些带有不同电荷量和质量的液滴置于电场中，通过电场力和重力平衡的方法最终测得了带电液滴带的电荷量。某次测量中，他
10、得到了如下数据，则可得出结论为：_。液滴编号电荷量/C16.41101929.70101931.6101944.821019第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 答案：电荷是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷e的整数倍解析：根据表格中的数据与电子电量的比值关系：q1e 6.4110191.61019 4q2e 9.7010191.61019 6q3e 1.610191.610191q4e 4.8210191.61019 3得出结论：电荷是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷 e的整数倍。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 三、
11、带电粒子比荷的测定1电荷量的量子化带电体所带电荷量具有量子化，即任何带电体所带电荷量只能是电子电荷量的整数倍，即 qne(n 为自然数)。2比荷(或电荷量)的测定根据电场、磁场对电子(带电粒子)的偏转测量比荷(或电荷量)，分以下两步：(1)让粒子通过正交的电磁场(如图)，让其做直线运动，根据二力平衡，即 F 洛F 电(BqvqE)得到粒子的运动速度 vEB。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 (2)在其他条件不变的情况下，撤去电场(如下图)，保留磁场让粒子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即 Bqvmv2r，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径 r，得q
12、m vBr EB2r第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 考点题型设计第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 关于阴极射线的性质，下列判断正确的是()A阴极射线带负电B阴极射线带正电C阴极射线的比荷比氢原子比荷大D阴极射线的比荷比氢原子比荷小解析：通过让阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢原子的比荷大得多，故A、C正确。答案：AC对阴极射线的理解第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将()A向
13、纸内偏转 B向纸外偏转C向下偏转D向上偏转答案：D解析：因为阴极射线是带负电的电子流，电子从负极端射出，由左手定则可判定阴极射线(电子)向上偏转。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 电子电荷量的测定如图所示为美国物理学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图，两块水平放置的金属板间距为 d。油滴从喷雾器的喷嘴喷出时，由于与喷嘴摩擦而带负电。油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间，当平行金属板间不加电压时，由于受到气体阻力的作用，油滴最终以速度 v1 竖直向下匀速运动；当上板带正电，下板带负电，两板间的电压为 U 时，带
14、电油滴恰好能以速度 v2 竖直向上匀速运动。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 已知油滴在极板间运动时所受气体阻力的大小与其速率成正比，油滴密度为，已测量出油滴的直径为 D(油滴可看做球体，球体体积公式 V16D3)，重力加速度为 g。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 (1)设油滴受到气体的阻力fkv，其中k为阻力系数，求k的大小；(2)求油滴所带电荷量。解析：(1)油滴速度为 v1 时所受阻力 f1kv1，油滴向下匀速运动时，重力与阻力平衡，有 f1mgmV16D3，则 k 16v1D3g第十八章 第一节成才之路
15、高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 (2)设油滴所带电荷量为 q，油滴受到的电场力为F 电qEqUd油滴向上匀速运动时，阻力向下，油滴受力平衡，则kv2mgqUd油滴所带电荷量为 qD3gdv1v26Uv1。答案：(1)16v1D3g(2)D3gdv1v26Uv1第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 如图，在 A 板上方用喷雾器将细油滴喷出，若干油滴从板上的一个小孔中落下，喷出的油滴因摩擦而带负电。已知 A、B 板间电压为 U，间距为 d 时，油滴恰好静止。撤去电场后油滴徐徐下落，最后测出油滴以速度 v 匀速运动，已知空气阻力正比于速度：fkv，
16、则油滴所带的电荷量 q_。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 其次实验得 q 的测量值见下表(单位：1019C)6.418.019.6511.2312.83分析这些数据可知：_。答案：kvE 油滴的带电荷量是 1.61019C 的整数倍，故电荷的最小电荷量为 1.61019C解析：mgEq0，mgkv0，解得 qkv/E。油滴的带电荷量是 1.61019C 的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.61019C。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 探究电子的比荷带电粒子的比荷qm是一个重要的物理量。某中学物理兴趣小组设计了一个
17、实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的比荷，实验装置如图所示。第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 (1)他们的主要实验步骤如下：荧光屏 A.首先在两极板 M1、M2 之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子束从两极板中央通过，在荧光屏的正中心处观察到一个亮点；B在 M1、M2 两极板间加合适的电场：加极性如图所示的电压，并逐步调节增大，使荧光屏上的亮点逐渐向荧光屏下方偏移，直到荧光屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为 U。请问本步骤的目的是什么？第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 C
18、保持步骤 B 中的电压 U 不变，对 M1、M2 区域加一个大小、方向合适的匀强磁场 B，使荧光屏正中心处重现亮点，试问外加磁场的方向如何？(2)根据上述实验步骤，同学们正确地推算出电子的比荷与外加电场、磁场及其他相关量的关系为qm UB2L2，一位同学说，这表明电子的比荷大小将由外加电压决定，外加电压越大则电子的比荷越大，你认为他的说法正确吗？为什么？第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：(1)步骤 B 中电子在 M1、M2两极板间做类平抛运动，当增大两极板间电压时，电子在两极板间的偏转位移增大。当在荧光屏上看不到亮点时，电子刚好打在下极板 M2 靠
19、近荧光屏的边缘，设两极板间距离为 d。则d212UqdmLv2qmd2v2UL2第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 由此可以看出这一步骤的目的是粒子在电场中的偏转位移成为已知量，就可以表示出比荷。步骤 C 加上磁场后电子不偏转，则电场力等于洛伦兹力，且洛伦兹力方向向上，由左手定则得磁场方向垂直于纸面向外。(2)由电场力等于洛伦兹力得Uqd Bqv得 v UBd代入式得qm UB2L2第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 这个同学的说法不正确，由UdqBqv可以看出当 U 增大时，B 必定也要增大，即 UB2L2的比值不会
20、变化，且电子的比荷是由电子本身的性质决定的，是电子的固有参数，因此该同学的说法不正确。答案：(1)步骤 B 的目的是使电子刚好落在正极板靠近荧光屏的边缘，利用已知量表达qm。步骤 C 中磁场方向垂直纸面向外(2)不正确，原因见解析第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 如图所示为测量某种离子的比荷的装置。让中性气体分子进入电离室 A，在那里被电离成离子。这些离子从电离室的小孔飘出，从缝 S1 进入加速电场被加速，然后让离子从缝 S2 垂直进入匀强磁场，最后打在底片上的 P 点。已知加速电压为 U，磁场的磁感应强度为 B，缝 S2 与 P 之间的距离为a，离子从缝 S1 进入电场时的速度不计。求该离子的比荷qm。答案：8UB2a2第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：设电子的电量为 q，质量为 m，在加速电场 U 中加速的过程，根据动能定理，有 qU12mv2解得 v2qUm垂直进入磁场后，电子受到的洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动，故有 qvBmv2R由题意又知：Ra2由以上各式整理可得电子的比荷为qm 2UB2R2 8UB2a2第十八章 第一节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 课 时 作 业（点此链接）