高中物理 第三章 敲开原子的大门学案（含解析）粤教版选修3-5

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1、学案1　敲开原子的大门[学习目标定位]1.了解阴极射线及电子发现的过程.2.知道汤姆生是如何测定电子荷质比的，知道电子的电荷量和质量．1．电场和磁场对电荷的作用力(1)电场力F＝qE，正电荷受力方向与场强E方向相同，负电荷受力方向与场强E方向相反．(2)洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力f＝qvB，其方向可用左手定则判断．2．探索阴极射线(1)阴极射线：在一个被抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极发出的一种使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光的射线叫做阴极射线．(2)汤姆生设计了阴极射线管来测定阴极射线的电荷．他通过阴极射线在磁场中偏转、在电场中偏转的

2、实验证明阴极射线本质上是由带负电的微粒组成的，这种粒子的荷质比大约比当时已知的质量最小的氢离子的荷质比大2_000倍．3．电子的发现汤姆生发现，对于不同的放电气体，或者用不同的金属材料制作电极，都测得相同的荷质比，随后又发现在气体电离和光电效应等现象中，可以从不同物体中逸出这种带电粒子，这表明它是构成各种物体的共同成分．汤姆生发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本上相同，质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此汤姆生完全确认了电子的存在，电子是构成原子的组成部分．4．美国物理家密立根精确地测定了电子的电荷量，并根据荷质比精确地计算出了电子的质量．5

3、．电子的发现打破了传统的“原子不可分”的观念，使人类对自然世界的认识又向前迈进了一步.一、阴极射线[问题设计]1．在图1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？图1答案　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．2．人们对阴极射线的本质的认识有两种观点，一种观点认为是电磁辐射，另一种观点认为是带电微粒，你认为应如何判断哪种观点正确？答案　可以让阴极射线通过磁场，若射线垂直于磁场方向进入磁场后发生了偏转，则该射线是由带电微粒组成的．[要

4、点提炼]1．阴极射线科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管阴极会发射出一种射线，叫做阴极射线．2．阴极射线的产生阴极射线是一种带负电的粒子流．英国物理学家汤姆生通过阴极射线在磁场和电场中产生偏转的实验，确定了射线微粒的带电性质．二、电子的发现[问题设计]如图2所示为测定阴极射线粒子比荷的装置，从阴极K发出的阴极射线通过一对平行金属板D1、D2间的匀强电场，发生偏转．图2(1)在D1、D2间加电场后射线偏到P2，则由电场方向知，该射线带什么电？(2)再在D1、D2间加一磁场(图中未画出)，电场与磁场垂直，让射线恰好不偏转．设电场强度为E，磁感

5、应强度为B，则电子的速度多大？(3)撤去电场，只保留磁场，使射线在磁场中做圆周运动，若测出轨道半径为r，则粒子的荷质比是多大？答案　(1)负电(2)粒子受两个力作用：电场力和磁场力，两个力平衡，即有qE＝qvB，得：v＝(3)根据洛伦兹力充当向心力：qvB＝m，得出：＝.又v＝，则＝.测出E、B、r即可求荷质比.[要点提炼]1．汤姆生的研究方法及结论(1)汤姆生根据阴极射线在电场和磁场中的偏转断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的荷质比．(2)汤姆生用不同材料的阴极和不同的气体做实验，所得的荷质比都是相同的，是氢离子荷质比的近两千倍．(3)

6、汤姆生直接测量了阴极射线粒子的电荷，发现这种粒子的电荷与氢离子电荷大小基本相同．后来把组成阴极射线的粒子称为电子．2．对电子的认识电子的电荷量e＝1.6×10－19C，是由密立根通过著名的“油滴实验”测出来的．并计算出电子的质量m＝9.1×10－31kg，质子的质量与电子的质量的比值：＝1_836.一、对阴极射线的认识例1　(单选)阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图3所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为(　　)图3A．平行于纸面向左B．平行于纸面向上C．垂直于纸面向外D．垂直于纸面向里解析　由于阴极射线的本质是

7、电子流，阴极射线方向向右传播，说明电子的运动方向向右，利用左手定则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C正确．答案　C二、测量带电粒子的比荷例2　带电粒子的荷质比是一个重要的物理量．某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的荷质比，实验装置如图4所示．图4(1)他们的主要实验步骤如下：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，射出的电子从两极板中央通过，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：加上极性如图所示

8、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，