高中物理人教版选修3-5 自主复习学案 第十八章 第一节 电子的发现 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-5 自主复习学案 第十八章 第一节 电子的发现 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 233.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-10-27 16:23:13 | ||
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文档简介
第十八章 原子结构
『判一判』
(1)阴极射线本质是氢原子。(×)
(2)阴极射线本质是电磁波。(×)
(3)物体的带电荷量可以是任意值。(×)
(4)物体带电荷量的最小值为1.6×10－19
C。(√)
(5)阴极射线在真空中沿直线传播。(√)
『选一选』
(多选)1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子并被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是( AD )
A．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷
B．汤姆孙通过光电效应的研究，发现了电子
C．电子的质量是质子质量的1
836倍
D．汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更小的基本的物质单元
解析：汤姆孙和他的学生测出阴极射线的电荷及比荷。
『想一想』
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？
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。
课内互动探究
细研深究·破疑解难·萃取精华
探究?
对阴极射线的理解
┃┃思考讨论1__■
在如图所示的演示实验中，K和A之间加上近万伏的高电压后，玻璃管壁上观察到什么现象？该现象说明了什么问题？
提示：玻璃管壁上观察到淡淡的荧光及管中物体在玻璃管壁上的影，这说明阴极能够发出某种射线，并且撞击玻璃引起荧光。
┃┃归纳总结__■
1．现象：真空玻璃管两极加上高电压，玻璃管壁上发出荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
2．命名：德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线。
3．猜想：
(1)阴极射线是一种电磁辐射。
(2)阴极射线是带电微粒。
4．验证：英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转，发现阴极射线带负电并测出了粒子的比荷，从而发现了电子。
5．实验：密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。
┃┃典例剖析__■
典例1 (2020·上海交大附中高二检测)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( D )
A．向纸内偏转
B．向纸外偏转
C．向下偏转
D．向上偏转
解题指导：阴极射线的本质是电子流。
解析：通电直导线的电流方向向左，由安培定则可判断导线下方的磁场垂直于纸面向外，组成阴极射线的粒子是电子，电子向右运动，由左手定则可知电子向上偏转。故选D。
┃┃对点训练__■
1．(多选)(2020·上海市格致中学高二下学期检测)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( AD )
A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量
解析：阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，选项A正确。由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，选项B错误。不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，选项C错误。在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，选项D正确。
探究?
电子比荷的测定方法
┃┃思考讨论2__■
带电粒子的比荷有哪些测定方法？
提示：两种方法——电偏转、磁偏转
┃┃归纳总结__■
根据电场、磁场对电子(带电粒子)的偏转测量比荷
(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(Bqv＝qE)得到粒子的运动速度v＝。
(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，保留磁场让粒子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即Bqv＝，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，得＝＝
(3)当电子在匀强电场中偏转时，y＝at2＝，测出电场中的偏转量也可以确定比荷。
┃┃典例剖析__■
典例2 如图所示，是对光电管产生的光电子进行比荷测定的原理图。两块平行金属板间距为d，其中N为锌板，受紫外光照射后将激发出沿不同方向运动的光电子，开关S闭合，电流表A有读数，若调节变阻器R，逐渐增大极板间的电压，A表读数逐渐减小，当电压表示数为U时，A表读数恰好为零；断开S，在MN间加上垂直纸面的匀强磁场，当磁感应强度为B时，A表读数也恰好为零。求光电子的比荷e/m的表达式。
解题指导：(1)当电压表示数为U时，电流恰好为零，所以光电子的最大初动能为Ek＝mv2＝eU；(2)断开开关，当磁感应强度为B时，电流恰好为零，所以当磁感应强度为B时，具有最大初动能的电子做圆周运动的直径刚好为两块平行板的间距d。
答案：
解析：由题意得eU＝mv2
①
evB＝m
②
R＝
③
由①②③得＝。
┃┃对点训练__■
2．如图所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的平行板电容器中，出电场时打在屏上P点，经测量O′P距离为Y0，求电子的比荷。
答案：
解析：由于电子在电场中做类平抛运动，沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动，满足
Y0＝at2＝()2＝
则＝
核心素养提升
易错警示·以题说法·启智培优
电子电荷量的测定
1．电子的电荷量
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e＝1.602×10－19C。
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。
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mg＝Eq，则电荷的电量q＝。
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倍，这个最小的电量就是电子的电量。
(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。
案例 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两板间电压为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：f＝kv，则油滴所带的电荷量q＝____。
某次实验得q的测量值见下表(单位：10－19C)
6.41
8.01
9.65
11.23
12.83
分析这些数据可知：__油滴的带电荷量是1.6×10－19_C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6×10－19_C__。
解析：mg－Eq＝0，mg－kv＝0，E＝，解得q＝kv/E＝。油滴的带电荷量是1.6×10－19
C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6×10－19
C。
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『判一判』
(1)阴极射线本质是氢原子。(×)
(2)阴极射线本质是电磁波。(×)
(3)物体的带电荷量可以是任意值。(×)
(4)物体带电荷量的最小值为1.6×10－19
C。(√)
(5)阴极射线在真空中沿直线传播。(√)
『选一选』
(多选)1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子并被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是( AD )
A．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷
B．汤姆孙通过光电效应的研究，发现了电子
C．电子的质量是质子质量的1
836倍
D．汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更小的基本的物质单元
解析：汤姆孙和他的学生测出阴极射线的电荷及比荷。
『想一想』
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？
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。
课内互动探究
细研深究·破疑解难·萃取精华
探究?
对阴极射线的理解
┃┃思考讨论1__■
在如图所示的演示实验中，K和A之间加上近万伏的高电压后，玻璃管壁上观察到什么现象？该现象说明了什么问题？
提示：玻璃管壁上观察到淡淡的荧光及管中物体在玻璃管壁上的影，这说明阴极能够发出某种射线，并且撞击玻璃引起荧光。
┃┃归纳总结__■
1．现象：真空玻璃管两极加上高电压，玻璃管壁上发出荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
2．命名：德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线。
3．猜想：
(1)阴极射线是一种电磁辐射。
(2)阴极射线是带电微粒。
4．验证：英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转，发现阴极射线带负电并测出了粒子的比荷，从而发现了电子。
5．实验：密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。
┃┃典例剖析__■
典例1 (2020·上海交大附中高二检测)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( D )
A．向纸内偏转
B．向纸外偏转
C．向下偏转
D．向上偏转
解题指导：阴极射线的本质是电子流。
解析：通电直导线的电流方向向左，由安培定则可判断导线下方的磁场垂直于纸面向外，组成阴极射线的粒子是电子，电子向右运动，由左手定则可知电子向上偏转。故选D。
┃┃对点训练__■
1．(多选)(2020·上海市格致中学高二下学期检测)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( AD )
A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量
解析：阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，选项A正确。由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，选项B错误。不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，选项C错误。在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，选项D正确。
探究?
电子比荷的测定方法
┃┃思考讨论2__■
带电粒子的比荷有哪些测定方法？
提示：两种方法——电偏转、磁偏转
┃┃归纳总结__■
根据电场、磁场对电子(带电粒子)的偏转测量比荷
(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(Bqv＝qE)得到粒子的运动速度v＝。
(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，保留磁场让粒子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即Bqv＝，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，得＝＝
(3)当电子在匀强电场中偏转时，y＝at2＝，测出电场中的偏转量也可以确定比荷。
┃┃典例剖析__■
典例2 如图所示，是对光电管产生的光电子进行比荷测定的原理图。两块平行金属板间距为d，其中N为锌板，受紫外光照射后将激发出沿不同方向运动的光电子，开关S闭合，电流表A有读数，若调节变阻器R，逐渐增大极板间的电压，A表读数逐渐减小，当电压表示数为U时，A表读数恰好为零；断开S，在MN间加上垂直纸面的匀强磁场，当磁感应强度为B时，A表读数也恰好为零。求光电子的比荷e/m的表达式。
解题指导：(1)当电压表示数为U时，电流恰好为零，所以光电子的最大初动能为Ek＝mv2＝eU；(2)断开开关，当磁感应强度为B时，电流恰好为零，所以当磁感应强度为B时，具有最大初动能的电子做圆周运动的直径刚好为两块平行板的间距d。
答案：
解析：由题意得eU＝mv2
①
evB＝m
②
R＝
③
由①②③得＝。
┃┃对点训练__■
2．如图所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的平行板电容器中，出电场时打在屏上P点，经测量O′P距离为Y0，求电子的比荷。
答案：
解析：由于电子在电场中做类平抛运动，沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动，满足
Y0＝at2＝()2＝
则＝
核心素养提升
易错警示·以题说法·启智培优
电子电荷量的测定
1．电子的电荷量
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e＝1.602×10－19C。
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。
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mg＝Eq，则电荷的电量q＝。
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倍，这个最小的电量就是电子的电量。
(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。
案例 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两板间电压为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：f＝kv，则油滴所带的电荷量q＝____。
某次实验得q的测量值见下表(单位：10－19C)
6.41
8.01
9.65
11.23
12.83
分析这些数据可知：__油滴的带电荷量是1.6×10－19_C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6×10－19_C__。
解析：mg－Eq＝0，mg－kv＝0，E＝，解得q＝kv/E＝。油滴的带电荷量是1.6×10－19
C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6×10－19
C。
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