高中物理 18_1 電子的發(fā)現(xiàn)學案 新人教版選修3-5

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課時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)電子的實驗及其理論推導，體會發(fā)現(xiàn)電子的過程中蘊含的科學方法。 3.?知道電荷是量子化的，知道元電荷的數(shù)值。 4.?領(lǐng)會電子的發(fā)現(xiàn)對揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義。 　　1.?陰極射線 (1)演示實驗：圖中K是金屬制成的陰極，接感應圈的負極，A是金屬環(huán)制成的陽極，接感應圈的正極。接通電源后，感應圈會產(chǎn)生近萬伏的高電壓加在兩個電極間，可觀察玻璃管壁上亮度的變化。 (2)實驗現(xiàn)象：德國物理學家普呂克爾在類似的實驗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：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)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況斷定，陰極射線的本質(zhì)是③帶負電的粒子流，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驗，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)湯姆孫還進一步研究了⑦光電效應、熱離子發(fā)射效應和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)電子電荷的精確測定是在1909~1913年間由密立根通過著名的⑨“油滴實驗”做出的。電子電荷的值一般取為e=⑩1.?610-19 C。 (2)密立根實驗更重要的發(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：陰極射線是德國物理學家普呂克爾在1858年利用低壓氣體放電管研究氣體放電時發(fā)現(xiàn)的。現(xiàn)代社會對陰極射線的應用非常廣泛。 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，當時的物理學家是如何發(fā)現(xiàn)陰極射線的? (2)19世紀，物理學家對陰極射線的本質(zhì)的認識有什么樣的觀點? 　　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)，湯姆孫設計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形成一束細細的射線，穿過兩片平行的金屬板P、P之間的空間，到達右端帶有標尺的熒光屏上，產(chǎn)生熒光斑點。通過熒光斑點的位置，可以研究射線的性質(zhì)。當金屬板P、P之間不加電場時，熒光斑點正對著軸線位置，射線不偏轉(zhuǎn)。 問題：(1)當金屬板P、P分別接上正、負電極時，如果熒光斑點仍然打在軸線位置，說明什么?如果熒光斑點往上偏，說明什么?如果熒光斑點往下偏，說明什么? (2)若發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負電，為了使偏移的熒光斑點回到軸線位置，則需要在P、P之間加上什么方向的磁場? 　　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驗說明“電子”是原子的組成部分? 　　主題4：密立根的“油滴實驗” 　　問題：密立根的“油滴實驗”得出了什么重要結(jié)論? 1.?(考查陰極射線的產(chǎn)生)下面對陰極射線的認識正確的是(　　) 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，電場很強，陰極中的電子受到很強的庫侖力作用而脫離陰極 2.?(考查對陰極射線的應用)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線AB，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏，則(　　) A.?導線中的電流由A流向B B.?導線中的電流由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.?(考查密立根實驗)關(guān)于密立根油滴實驗的科學意義，下列說法正確的是(　　) A.?測得了電子的電荷量 B.?提出了電荷量子化觀點 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 D.?為人類進一步研究原子的結(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)你認為電子的發(fā)現(xiàn)在人類對微觀世界的認識過程中有哪些重大意義? 　　拓展一：電子的相關(guān)計算 1.?一個半徑為1.?6410-4 cm的帶負電油滴，在電場強度等于1.?92105 V/m的豎直向下的勻強電場中，如果油滴受到的庫侖力恰好與重力平衡，則這個油滴帶有幾個電子的電荷量?已知油滴的密度為0.?851103 kg/m3。 　　拓展二：測定電子的比荷 2.?湯姆孫用來測定電子的比荷(電子的電荷量與質(zhì)量之比)的實驗裝置如圖所示。從真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計初速度、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的方向進入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P間的區(qū)域。當極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時，電子束打在熒光屏的中心O點處，形成了一個亮點；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點偏離到O點(O點與O點的豎直間距為d，水平間距可忽略不計)。此時，在P和P間的區(qū)域，再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場，調(diào)節(jié)磁場的強弱，當磁感應強度的大小為B時，亮點重新回到O點。已知極板水平方向的長度為L1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L2。 (1)求打在熒光屏O點的電子的速度大小。 (2)推導出電子的比荷的表達式。 參考答案 知識體系梳理 ①陰極?、诎l(fā)光?、蹘ж撾姷牧Ｗ恿鳌、鼙群伞、菹嗤、揠娮印、吖怆娦、唳律渚€?、帷坝偷螌嶒灐薄、?.?610-19　量子化　e 重點難點探究 主題1：(1)物理學家由于看到了玻璃壁上的熒光而認識到陰極射線的存在。 (2)19世紀，對陰極射線的本質(zhì)的認識有兩種觀點：一種觀點認為陰極射線是一種電磁輻射，另一種觀點認為陰極射線是帶電微粒。 主題2：(1)當金屬板P、P分別接上正、負電極時，若熒光斑點仍然打在軸線位置，則說明陰極射線不是帶電粒子；若熒光斑點往上偏，則說明陰極射線是帶負電的粒子；若熒光斑點往下偏，則說明陰極射線是帶正電的粒子。 (2)如果發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負電，為了使偏移的熒光斑點回到軸線位置，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。 主題3：湯姆孫首先研究了陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況，得出它的本質(zhì)是帶負電的粒子流，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驗，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、熱離子發(fā)射效應和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“油滴實驗”精確測定了電子的電荷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 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)當電子受到的電場力與洛倫茲力平衡時，電子做勻速直線運動，亮點重新回到中心O，設電子的速度為v，則evB=eE 得v=，即v=。 (2)當極板間僅有偏轉(zhuǎn)電場時，電子以速度v進入后，豎直方向做勻加速運動，加速度為a= 電子在水平方向做勻速運動，在電場內(nèi)的運動時間t1= 這樣，電子在電場中，豎直向上偏轉(zhuǎn)的距離為d1=a= 離開電場時豎直向上的分速度v⊥=at1= 電子離開電場后做勻速直線運動，經(jīng)t2時間到達熒光屏t2= t2時間內(nèi)向上運動的距離為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=。