高中物理 18_1 電子的發(fā)現(xiàn)學(xué)案 新人教版選修3-5

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課時(shí)18.?1　電子的發(fā)現(xiàn) 　　1.?知道陰極射線是由電子組成的，知道電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。 2.?知道湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子的實(shí)驗(yàn)及其理論推導(dǎo)，體會(huì)發(fā)現(xiàn)電子的過程中蘊(yùn)含的科學(xué)方法。 3.?知道電荷是量子化的，知道元電荷的數(shù)值。 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。 　　1.?陰極射線 (1)演示實(shí)驗(yàn)：圖中K是金屬制成的陰極，接感應(yīng)圈的負(fù)極，A是金屬環(huán)制成的陽極，接感應(yīng)圈的正極。接通電源后，感應(yīng)圈會(huì)產(chǎn)生近萬伏的高電壓加在兩個(gè)電極間，可觀察玻璃管壁上亮度的變化。 (2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾在類似的實(shí)驗(yàn)中看到玻璃管壁上淡淡的熒光及管中物體在玻璃管壁上的陰影。 (3)陰極射線：熒光是由玻璃受到①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。 (4)陰極射線的特點(diǎn)：陰極射線能使熒光物質(zhì)②發(fā)光。 2.?湯姆孫的探究方法 (1)1897年，湯姆孫根據(jù)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況斷定，陰極射線的本質(zhì)是③帶負(fù)電的粒子流，并求出了這種粒子的④比荷。 (2)湯姆孫用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得的比荷都是⑤相同的，后來，組成陰極射線的粒子被稱為⑥電子。 (3)湯姆孫還進(jìn)一步研究了⑦光電效應(yīng)、熱離子發(fā)射效應(yīng)和⑧β射線等，發(fā)現(xiàn)都有相同的粒子——電子。 3.?電荷的量子化 (1)電子電荷的精確測(cè)定是在1909~1913年間由密立根通過著名的⑨“油滴實(shí)驗(yàn)”做出的。電子電荷的值一般取為e=⑩1.?610-19 C。 (2)密立根實(shí)驗(yàn)更重要的發(fā)現(xiàn)：電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e　的整數(shù)倍。 　　主題1：陰極射線的發(fā)現(xiàn) 　　情景：陰極射線是德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾在1858年利用低壓氣體放電管研究氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)的?，F(xiàn)代社會(huì)對(duì)陰極射線的應(yīng)用非常廣泛。 問題：閱讀教材中“陰極射線”部分的內(nèi)容，回答下列問題。 (1)肉眼是不能直接看到陰極射線的，當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)陰極射線的? (2)19世紀(jì)，物理學(xué)家對(duì)陰極射線的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有什么樣的觀點(diǎn)? 　　主題2：探究陰極射線的本質(zhì) 　　情景：為了研究陰極射線的性質(zhì)，湯姆孫設(shè)計(jì)了如圖所示的氣體放電管，從陰極K發(fā)出的陰極射線，經(jīng)過與陽極相連的小孔A、A形成一束細(xì)細(xì)的射線，穿過兩片平行的金屬板P、P之間的空間，到達(dá)右端帶有標(biāo)尺的熒光屏上，產(chǎn)生熒光斑點(diǎn)。通過熒光斑點(diǎn)的位置，可以研究射線的性質(zhì)。當(dāng)金屬板P、P之間不加電場(chǎng)時(shí)，熒光斑點(diǎn)正對(duì)著軸線位置，射線不偏轉(zhuǎn)。 問題：(1)當(dāng)金屬板P、P分別接上正、負(fù)電極時(shí)，如果熒光斑點(diǎn)仍然打在軸線位置，說明什么?如果熒光斑點(diǎn)往上偏，說明什么?如果熒光斑點(diǎn)往下偏，說明什么? (2)若發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電，為了使偏移的熒光斑點(diǎn)回到軸線位置，則需要在P、P之間加上什么方向的磁場(chǎng)? 　　主題3：湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子 問題：閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容，說說湯姆孫做了哪些實(shí)驗(yàn)說明“電子”是原子的組成部分? 　　主題4：密立根的“油滴實(shí)驗(yàn)” 　　問題：密立根的“油滴實(shí)驗(yàn)”得出了什么重要結(jié)論? 1.?(考查陰極射線的產(chǎn)生)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)出的粒子撞擊玻璃管壁上的熒光而產(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.?陰極射線可以穿透薄鋁片，這說明它是電磁波 D.?陰陽兩極間加有高壓時(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 2.?(考查對(duì)陰極射線的應(yīng)用)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，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏，則(　　) A.?導(dǎo)線中的電流由A流向B B.?導(dǎo)線中的電流由B流向A C.?若要使電子束的徑跡往上偏，可以通過改變AB中的電流方向來實(shí)現(xiàn) D.?電子束的徑跡與AB中的電流方向無關(guān) 3.?(考查密立根實(shí)驗(yàn))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.?提出了電荷量子化觀點(diǎn) C.?為電子的電荷量和電子質(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) 4.?(考查發(fā)現(xiàn)電子的意義)你認(rèn)為電子的發(fā)現(xiàn)在人類對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)過程中有哪些重大意義? 　　拓展一：電子的相關(guān)計(jì)算 1.?一個(gè)半徑為1.?6410-4 cm的帶負(fù)電油滴，在電場(chǎng)強(qiáng)度等于1.?92105 V/m的豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，如果油滴受到的庫侖力恰好與重力平衡，則這個(gè)油滴帶有幾個(gè)電子的電荷量?已知油滴的密度為0.?851103 kg/m3。 　　拓展二：測(cè)定電子的比荷 2.?湯姆孫用來測(cè)定電子的比荷(電子的電荷量與質(zhì)量之比)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。從真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計(jì)初速度、重力和電子間的相互作用)經(jīng)加速電壓加速后，穿過A中心的小孔沿中心軸O1O的方向進(jìn)入到兩塊水平正對(duì)放置的平行極板P和P間的區(qū)域。當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成了一個(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)與O點(diǎn)的豎直間距為d，水平間距可忽略不計(jì))。此時(shí)，在P和P間的區(qū)域，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)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)。已知極板水平方向的長(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)的電子的速度大小。 (2)推導(dǎo)出電子的比荷的表達(dá)式。 參考答案 知識(shí)體系梳理 ①陰極　②發(fā)光?、蹘ж?fù)電的粒子流?、鼙群伞、菹嗤、揠娮印、吖怆娦?yīng)?、唳律渚€?、帷坝偷螌?shí)驗(yàn)”　⑩1.?610-19　量子化　e 重點(diǎn)難點(diǎn)探究 主題1：(1)物理學(xué)家由于看到了玻璃壁上的熒光而認(rèn)識(shí)到陰極射線的存在。 (2)19世紀(jì)，對(duì)陰極射線的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有兩種觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線是一種電磁輻射，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線是帶電微粒。 主題2：(1)當(dāng)金屬板P、P分別接上正、負(fù)電極時(shí)，若熒光斑點(diǎn)仍然打在軸線位置，則說明陰極射線不是帶電粒子；若熒光斑點(diǎn)往上偏，則說明陰極射線是帶負(fù)電的粒子；若熒光斑點(diǎn)往下偏，則說明陰極射線是帶正電的粒子。 (2)如果發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電，為了使偏移的熒光斑點(diǎn)回到軸線位置，由左手定則可知，需要在P、P之間加上垂直紙面向里的磁場(chǎng)。 主題3：湯姆孫首先研究了陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況，得出它的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷；湯姆孫還用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所有的陰極射線的粒子的比荷都相同；湯姆孫還直接測(cè)到了陰極射線粒子的電荷量的大小，該電荷量大小與氫離子大致相同，由此提出電子的概念；湯姆孫又研究了光電效應(yīng)、熱離子發(fā)射效應(yīng)和β射線等，他發(fā)現(xiàn)，不論陰極射線、β射線、光電流還是熱離子流，都包含同樣的比原子質(zhì)量小得多的電子，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。 主題4：第一，密立根的“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測(cè)定了電子的電荷e；第二，密立根發(fā)現(xiàn)任何帶電體的電荷都只能是電子電荷e的整數(shù)倍，即電荷是量子化的。 基礎(chǔ)智能檢測(cè) 1.?D　2.?BC　3.?ABCD 4.?第一，電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子并不是最基本的物質(zhì)單元，說明原子還有自身的結(jié)構(gòu)，這激發(fā)人們進(jìn)一步去探索；第二，說明電荷是量子化的。 全新視角拓展 1.?5 【解析】油滴重力G=πr3ρg 油滴受到的電場(chǎng)力F=neE 庫侖力恰好與重力平衡，即G=F 解得：n=≈5。 2.?(1)　(2) 【解析】(1)當(dāng)電子受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，亮點(diǎn)重新回到中心O，設(shè)電子的速度為v，則evB=eE 得v=，即v=。 (2)當(dāng)極板間僅有偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，電子以速度v進(jìn)入后，豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為a= 電子在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1= 這樣，電子在電場(chǎng)中，豎直向上偏轉(zhuǎn)的距離為d1=a= 離開電場(chǎng)時(shí)豎直向上的分速度v⊥=at1= 電子離開電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)t2時(shí)間到達(dá)熒光屏t2= t2時(shí)間內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)的距離為d2=v⊥t2= 這樣，電子向上的總偏轉(zhuǎn)距離為d=d1+d2=L1(L2+)，可解得=。