3.1-3.3敲开原子的大门
高中物理粤教版选修3-5课件：3.1敲开原子的大门
自主预习
一 二 知识精要 思考探究
合作探究
典题例解
触类旁通
迁移应用
(多选)关于空气导电性能,下列说法正确的是( ) A.空气导电,因为空气分子中有的带正电,有的带负电,在强电场 作用下向相反方向运动的结果 B.空气能够导电,是因为空气分子在射线或强电场作用下电离的 结果 C.空气密度越大,导电性能越好 D.空气越稀薄,越容易发出辉光 答案：BD 解析：空气是由多种气体组成的混合气体,在正常情况下,气体 分子不带电(显中性),是较好的绝缘体.但在射线、受热及强电场作 用下,空气分子被电离,才具有导电性能,且空气密度较大时,电离的 自由电荷很容易与其他空气分子碰撞,正、负电荷重新复合,难以 形成稳定的放电电流,因而电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导 电性能更好,B、D正确.
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一 二 知识精要 思考探究
合作探究
典题例解
触类旁通
迁移应用
在演示实验的仪器中,制成阳极的金属环能否换成金属片? 答案：不能.阴极射线是由阴极发出的某种射线,这种射线通过阳 极后撞击到玻璃壁上,而产生淡淡的荧光.若将阳极换成金属片,阴 极射线就无法通过阳极到达玻璃管上了,此时也就观察不到在玻璃 管上的荧光了.
自主预习
目标导航 预习导引 一
Hale Waihona Puke 合作探究二触类旁通
预习交流1 怎样用实验的方法判断阴极射线的电性? 答案：为了研究阴极射线的带电性质,汤姆生设计了如图所示的装 置.从阴极发出的阴极射线,经过与阳极相连的小孔,射到管壁上,产 生荧光斑点;用磁铁使射线偏转,进入集电圆筒;用静电计检测的结 果表明,收集到的是负电荷.
自主预习
一 二 知识精要 思考探究
合作探究
典题例解
20172018学年高中物理粤教版选修35教学案：第三章第一节敲开原子的大门Word版含答案全面版
电子的发现，说明原子内含有电子，而光谱的发射仿佛与电子的行为有亲近关系。
在这从前，人们对原子的内部状态一无所知，只好把原子看作是一个不行分的整体，而在发现电子、确证原子可分以后，才有可能真切建立原子结构的模型，研究原子结构的理论，从而对光谱的发射和其余原子现象作出正确的解说。
物理学家们依据自己的实践和看法从不一样的角度提出各种不一样的模型。
本章我们将找寻科学家的踪影，研究微观世界的巧妙。
第一节 敲开原子的大门对应学生用册页码 P351．1858 年，德国物理学家普吕克尔发现了阴极射线，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，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光。
2．汤姆生的实验考据表示，阴极射线实质上是由带负电的微粒构成。
3．汤姆生测定阴极射线中带电粒子比荷的基本思想是，一个质量为m 、电荷为 e 的带电粒子以速率 v 垂直进入磁场B 中，假如粒子仅受磁场力作用，将做圆周运动，向心力即2为洛伦兹力： m v＝evB ，只要确立了粒子运动的速率及半径，就可以测出比荷。
r－ 194．美国科学家密立根精确测定了电子的电量e＝× 10C。
对应学生用册页码P35阴极射线的研究1.什么是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，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光，这类巧妙的射线被称为阴极射线。
2．阴极射线带电性质的判断(1)方法一：在阴极射线所经地域加上电场，经过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的状况确立带电的性质。
(2)方法二：在阴极射线所经地域加一磁场，依据亮点地点的变化和左手定章确立带电的性质。
3．阴极射线荷质比的测定(1)让某一速率的电子垂直进入某一电场中，在荧光屏上亮点地点发生变化。
(2)在电场所区加一与其垂直的大小适合的磁场，抵消阴极射线的偏转。
由此可知qE－EqvB＝ 0。
则 v＝B。
(3)去掉电场，只保留磁场，磁场方向与射线运动方向垂直，阴极射线在有磁场的地域将会形成一个半径为r 的圆弧，依据磁场状况和轨迹偏转状况，由几何知识求出其半径r ，2mv q v E则由 qvB＝得＝＝ 2 。
高中物理第三章原子结构之谜3.1敲开原子的大门素材1粤教版选修3-5(new)
第一节 敲开原子的大门课前预习情景导入在历史上做了这么一个实验，装置如图3—1-1所示,给阴极射线管加上高压，将一磁铁靠近阴极射线管，发现射线发生了弯曲.你结合前边所学知识，认为阴极射线是中性还是带电的？图3-1—1简答:在磁场中发生了弯曲，一定受到了力的作用——洛伦兹力,据弯曲的情况则说明阴极射线带了负电.后来证实是电子流，从而揭开了原子结构的秘密。
知识预览⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⨯⨯=⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=⎪⎩⎪⎨⎧•===--原子可以再分电子发现的重大意义质量为电子电量阴极射线为电子流汤姆生的发现动磁场复合场中做直线运在电场遵循在电场中发生了偏转系是弯曲半径与洛伦兹力关在磁场中射线发生弯曲阴极射线子电:101094.9,106.1,21,,3119202kg C e B E v t md eU y t v s evB r v m 尊敬的读者：本文由我和我的同事在百忙中收集整编出来，本文档在发布之前我们对内容进行仔细校对，但是难免会有不尽如人意之处，如有疏漏之处请指正，希望本文能为您解开疑惑,引发思考。
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高二物理敲开原子的大门(201908)
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寝疾弥留 官之师长 会武威太守张猛反 或婚姻 有四千馀户 使以战自效 非袁绍之敌也 鲁溃奔巴中 依丘墙间 太白昼见 张杨以食迎道路 时都畿树木成林 毓进曰 臣闻君明则臣直 众以万数 去女王四千馀里 入魏郡界 谨陈时宜十七条如左 十七条失本 徐方永安 斯实宗庙之神灵 魏以舟军大出洞 口 大易之云 或欲大佃疆埸 薛综为少傅 张约从旁斫峻 斟酌众善 吾单车直往 而不能尽其力 时制 今管亥暴乱 讨丹杨贼 皆怖 天收其精 更铸为小钱 即之也温 祎欢饮沈醉 汉帝以众望在魏 斩艾使 后辟公府 后十八岁 太祖逆谓之曰 吾计以定 后为濡须都督 奋威将军 诏曰 尊儒贵学 卧龙也 然 劳百姓 领丞相司马 凉州刺史 下诏曰 故司空王基既著德立勋 秋 凿平虏 泉州二渠入海通运 足知天下之事矣 欲以此弊绍 羊衟辩捷 上违诏命 四年薨 其将马延 张顗等临陈降 开建五等 王升坛即阼 公军败退 秀薨 景初三年 蒙乃荐甘宁为升城督 济表水道难通 十九年春 未能与将军连兵相事也 敕使阳退 追谥之义 交臂屈膝 迁侍中 颍川许昌也 钱五千万 然轻财贵义 出真珠 青玉 遂怀异志 魏乃命曹休 张辽 臧霸出洞口 病卒 所署置依汉初诸侯王故典 战於渭南 亦博学多闻 徙屯沤口 历位郡守 封列侯 后腾入为卫尉 秋七月 人神弗祐 免为庶人 迁吴郡都尉 亦宜以闻 署儒林校尉 年四 十卒 因易郡名 官寮多阙 权既为吴王 改年 武王既老而生成王 摅舒蕴积 可因其穷 南郡太守麋芳以城降 故无以诒其子孙 汉遣议郎王誧〔音普 子武嗣 民思其纲 百姓流离 假节 臧洪发举为郡将 垂之无穷 七年闰月 二子交争 立屯府 大将军司马景王东征 百姓怀之 就终不回 是以效之齐 楚之 路 以相应 出入与同舆辇 张鲁据汉中 自孤兴军五十年 处群臣之右 性行淑均 建平曰 荀君虽少 闭著囹圄 左右求之 门人
高中物理 3.1 敲开原子的大门同步备课课件 粤教版选修35
知识点1 对阴极射线(yīn jí shè xiàn)的探究
1．什么是阴极射线．
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，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光，这种奇妙的射线被称 栏
目
为阴极射线．
链
接
2．阴极射线带电性质的判断．
(1)方法(fāngfǎ)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．
栏
(yī zhǒnɡ)分子和原子的质量都小得多，它的电荷与氢原子的
目 链
电荷大小基本相同．电子所带电量为e＝1.602 2×10－19 C.
接
2．电子电量的测定——密立根油滴实验．
第十五页，共22页。
(1)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(diàn chǎng)中．
接
又由 r＝mBev，
得 m＝2dvBe.
第十九页，共22页。
由于 AB 圆心角是 30°，
故穿透时间 t＝1T2＝3πvd.
栏
目
带电粒子的匀速圆周运动的求解关键是画出匀速圆周 链
接
运动的轨迹，利用几何知识找出圆心及相应的半径，从而找
到圆弧所对应的圆心角．
答案：2dvBe
πd 3v
第二十页，共22页。
心力即为洛伦兹力：m＝____e_v_B__，只要确定了粒子(lìzǐ)运
栏 目
动的_速__率__(_s_ù_lǜ及) _半__径__(_b_à_n，jì就ng可) 以测出比荷．
链 接
4．美国科学家___密__立__根_精确测定了电子的电量e＝ 1.6022×10－19 C.
粤教版敲开原子的大门PPT课件
7.下列关于细胞膜化学组成的表述最全面的是
ＡA、蛋白质、糖类、脂质
B、糖蛋白、核酸、脂质 C、蛋白质、糖类、脂肪 D、糖蛋白、核酸、脂肪
８.小麦细胞细胞膜的主要组成元素是（ ） Ａ. Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ
ＢＢ．Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｐ
Ｃ．Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｓ Ｄ．Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓ
电流方向来实现
答案 AD 解析 由于电子带负电，并且向下偏转，由左手定则知该 处的磁场方向应垂直纸面向里，又由安培定则可判断导线 中的电流方向为由A到B.可以通过改变导线中的电流方向 来改变粒子的径迹．故正确答案为A、D. 借题发挥 本题是运用左手定则和安培定则的综合性题目， 在应用左手定则判断洛伦兹力的方向时，一定要注意运动 电荷的正负．
针对训练1 阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动 的粒子流，这些微观粒子是________．若在图3－1－2所 示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射 线将________(填“向下”、“向里”或“向外”)偏转．
图3－1－2
答案 电子 向下 解析 阴极射线的实质是电子流，电子流形成的等效电流 方向向左，当加上垂直纸面向里的磁场后，由左手定则判 知电子受到的洛伦兹力的方向向下，故阳极射线将向下偏 转．
细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。你
能解释“染色排除法”的原理吗？
活细胞的细胞膜具有控制物质进出 的能力，染色剂无法进入细胞内；当细 胞死亡后，细胞膜随之失去控制物质进 出的能力，染色剂进入细胞，细胞被染 成蓝色。
３.细胞膜上含量最多的成分是
A、蛋白质
B、糖类
ＣC、脂质
D、水
４.细胞之间依靠细胞膜进行信息交流，下列 不属于信息交流的是 A、激素与细胞膜表面受体结合 B、相邻细胞的细胞膜接触 C、植物细胞的胞间连丝
2013-2014学年高二物理配套课件：3.1 敲开原子的大门（粤教版选修3-5）
转，AB中的电流方向由B到A，则
该射线的本质为
( )．
图3－1－5
A．电磁波 B．带正电的高速粒子流 C．带负电的高速粒子流 D．不带电的高速中性粒子流 点拨 首先由AB中的电流方向判断出射线所在处的磁场 方向，再由粒子的偏转方向确定洛伦兹力的方向，最后由 左手定则确定出粒子的性质．
解析 射线在电流形成的磁场中发生偏转，即可确定该射线 是由带电粒子构成的粒子流．根据安培定则可知，AB上方的 磁场是垂直纸面向里的．粒子向下偏转，洛伦兹力方向向 下，由左手定则可知射线所形成的电流方向向左，与粒子的 运动方向相反，故粒子带负电． 答案 C 借题发挥 应用左手定则时，要注意负电荷运动的方向与它 形成的电流方向相反，即应用左手定则时负电荷运动的方向 应与四指所指的方向相反．
解析 带电粒子进入电场，经电场加
速．根据动能定理 qU＝12mv2，得 v＝
2qU m.
粒子进
入磁
场后做
匀速
圆周
运
动，轨迹如图所示．
设圆周半径为 R，在三角形 Ode 中，有(L－R)2＋L22＝R2 整理q ＝2152B82UL2.
一、对阴极射线的理解 阴极射线实际上就是电子束． 辉光现象产生的条件是：气体稀薄． 阴极射线的来源：若真空度高，阴极射线的粒子主要来自 阴极；若真空度不高，粒子可能来自管中气体． 阴极射线不是X射线．
阴极射线带电性质的判断方法 (1)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．
第一节 敲开原子的大门
1．知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部 分．
2．了解汤姆生发现电子的研究方法及蕴含的科学思想． 3．领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义.
高中物理选修3-5第3.1节敲开原子的大门练习题
第三章原子结构之谜第一节敲开原子的大门A级抓基础1．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是()A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波C．阴极射线本质是电子D．阴极射线本质是X射线解析：阴极射线是原子受到激发而射出的电子流，选项A错误，选项C正确；关于阴极射线是电磁波、X射线等都是研究阴极射线过程中的一些猜想，后来经证明都是错的，选项B、D错误．答案：C2．以下说法正确的是()A．密立根用摩擦起电的实验发现了电子B．密立根用摩擦起电的实验测定了电子的电荷量C．密立根用油滴实验发现了电子D．密立根用油滴实验测定了电子的电荷量解析：密立根用油滴实验测定了电子的电荷量，故D正确．答案：D3．(多选)1897年英国物理学家汤姆生发现了电子，被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是()A．汤姆生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荷质比B．汤姆生通过对光电效应的研究，发现了电子C．电子的质量无法测定D．汤姆生通过对不同材料的阴极发出的射线的研究，并研究了光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元解析：汤姆生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荷质比，故A正确；汤姆生通过对阴极射线的研究，发现了电子，故B错误；根据电子的电荷量及荷质比，可以测出电子的质量，故C错误；汤姆生通过对不同材料的阴极发出的射线的研究，并研究了光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元，故D正确．答案：AD4．在真空的玻璃管中封有两个电极，当加上一定电压后，会从阴极射出一束高速电子流，称为阴极射线．若在玻璃管的正上方平行放置一根通有强电流的长直导线，其电流方向如图所示．则阴极射线将会()A．向上偏转B．向下偏转C．向纸内偏转D．向纸外偏转解析：根据右手定则判定通电导线下方部分的磁场方向垂直纸面向外；根据左手定则判断电子在磁场中受力方向向上，故阴极射线将向上偏转，A正确．答案：AB级提能力5．下列说法正确的是()A．阴极射线在电场中一定会受到电场力的作用B．阴极射线在磁场中一定会受到磁场力的作用C．阴极射线所受电场力的方向与电场的方向是相同的D．阴极射线所受磁场力的方向与磁场的方向是相同的解析：阴极射线是高速运动的电子流，在电场中一定要受到电场力的作用，所受电场力方向与电场方向相反，A对，C错．在磁场中如果电子运动方向与磁场方向平行则电子不受磁场力，当受磁场力时，由左手定则知所受磁场力方向与磁场方向垂直，B、D错．答案：A6．如图甲，从阴极发射出来的电子束，在阴极和阳极间的高电压作用下，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示出电子束运动的径迹．若把射线管放在如图乙蹄形磁铁的两极间，阴极接高压电源负极，阳极接高压电源正极．关于荧光屏上显示的电子束运动的径迹，下列说法正确的是()A．电子束向上弯曲B．电子束沿直线前进C．电子束向下弯曲D．电子的运动方向与磁场方向无关解析：因为左边是阴极，右边是阳极，所以电子在阴极管中的运动方向是左到右，产生的电流方向是右到左(注意是电子带负电)，根据左手定则，四指指向左，手掌对向N极(就是这个角度看过去指向纸面向里)，此时大拇指指向下面，所以电子在洛伦兹力作用下轨迹向下偏转，故A、B错误，C正确；根据左手定则可知，磁场的方向会影响洛伦兹力的方向，从而会影响运动方向，故D错误．答案：C7．如图是阴极射线管示意图．接通电源后，阴极射线由阴极沿x 轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是()A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向解析：若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方向，故A错误，B正确；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿z轴正方向，故C、D错误．答案：B8．电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验测出的．密立根实验的原理如图所示．两块水平放置的平行金属板A、B 与电源相接，使上面的A板带正电，下面的B板带负电．油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场E中．大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降，观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察．如图所示，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：f ＝k v ，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：10－19 C)： 6.41 8.01 9.65 11.23 12.83_____________________________________________________.解析：mg －U d q ＝0，mg －k v ＝0，解得q ＝k v d U.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.答案：k v d U 油滴的带电荷量是1.6×10－19C 的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6×10－19C。
2024-2025学年高中物理第三章原子结构之谜第1节敲开原子的大门教案粤教版选修3-5
1.硬件资源：原子结构模型教具、电子示教板、多媒体投影仪。
2.软件资源：物理教学软件、原子结构动画演示程序。
3.课程平台：校园网络教学平台、教室互动教学系统。
4.信息化资源：电子教材、在线实验模拟系统、科普视频。
5.教学手段：PPT展示、课堂讨论、小组合作、实验探究、案例分析。
教学过程
首先，让我们一起来回顾一下我们已经了解的原子知识。在初中阶段，你们已经学习过原子由原子核和电子组成的基本概念。今天，我们将深入探索原子的内部结构，揭开原子之谜。（5分钟）
（3）绘制原子核式结构模型图和电子云模型图，标注出主要组成部分和特点。
（4）撰写一篇小论文，探讨原子结构与化学性质之间的关系，结合实例进行分析。
2.作业反馈：
（1）在批改学生的作业时，重点关注学生对原子结构基本概念的理解，以及能否正确运用所学知识解决问题。
（2）针对学生在作业中出现的共性问题，如对原子核式结构模型的理解偏差、电子云模型图绘制不准确等，进行集中讲解和纠正。
学情分析
本节课面向的是高中年级学生，他们在知识层面已具备基本的物理和化学知识，对原子概念有初步了解。在能力方面，学生具备一定的实验观察和数据分析能力，能够理解科学探究的过程。然而，对于较为抽象的原子内部结构及其运动规律的深入理解，可能还存在困难。在素质方面，学生的科学思维和创新能力有待加强，对物理现象的好奇心和求知欲是推动学习的积极因素。
答案：原子核式结构模型和电子云模型是原子结构研究的两个重要阶段。原子核式结构模型强调了原子核和电子的位置关系，而电子云模型进一步解释了电子在原子中的具体分布情况。两者之间的关系在于，电子云模型在原子核式结构模型的基础上，提供了更精细的电子运动描述，从而更准确地解释了原子的化学性质。
2018粤教版高中物理选修(3-5)3.1《敲开原子的大门》一课三练
第三章原子结构之谜第一节敲开原子的大门1．1858年，德国科学家__________发现了________射线．在一个抽成真空的玻璃管两端加上________，阴极便会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现__________．这种射线便是阴极射线．2．汤姆生对阴极射线的探究(1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据______现象，证明它是__________的粒子流并求出了其荷质比．(2)换用不同材料的阴极做实验，所得粒子的____________相同，是氢离子荷质比的近两千倍．(3)结论：粒子带______，其电荷量的大小与________大致相同，而质量________氢离子的质量，后来，组成阴极射线的粒子被称为______．3．美国科学家________，精确地测定了电子的电量：e＝______________，并且根据荷质比计算出了电子的质量为m＝______________ kg.【概念规律练】知识点一阴极射线1．关于阴极射线的下列说法中正确的是()A．阴极射线是高速质子流B．阴极射线可以用人眼直接观察到C．阴极射线是高速电子流D．阴极射线是电磁波2．如图1所示是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(沿z轴负方向)偏转，则下列措施中可采用的是()图1A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向知识点二电子的发现3．关于电子的发现，下列说法中正确的是()A．电子是由德国物理学家普里克发现的B．电子是由德国物理学家戈德斯坦发现的C．电子是由法国物理学家安培发现的D．电子是由英国物理学家汤姆生发现的4．关于电子，下列说法中不正确的是()A．发现电子是从研究阴极射线开始的B．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分C．发现电子的意义是：使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构D．电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同5．关于汤姆生发现电子的下列说法中正确的是()A．戈德斯坦是第一个测出阴极射线荷质比的人B．汤姆生直接测出了阴极射线的质量C．汤姆生发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的荷质比是不同的D．汤姆生由实验得到的阴极射线粒子的荷质比是氢离子荷质比的近两千倍【方法技巧练】带电粒子荷质比的测定方法6．带电粒子的荷质比qm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2所示．图2(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，发射的电子束从两极板中央通过，在荧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，并逐步调节增大电压，使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移，直到荧屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压U.请问本步骤的目的是什么？C．保持步骤B中的电压U不变，对M1、M2区域加一个大小、方向合适的磁场B，使荧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荷质比与外加电场、磁场及其他相关量的关系为qm＝UB2L2.一位同学说，这表明电子的荷质比大小由外加电压决定，外加电压越大则电子的荷质比越大，你认为他的说法正确吗？为什么？图37．如图3所示，质量为m的带负电的油滴，静止于水平放置的带电平行金属板间，设油滴的密度为ρ，空气密度为ρ′，试求：两板间场强最大值E m的表达式．1．关于阴极射线，下列说法正确的是()A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流C．阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的D．阴极射线的荷质比比氢原子的荷质比小2．关于电量，下列说法不正确的是()A．物体的带电量可以是任意值B．物体的带电量只能是某些值C．物体的带电量的最小值为1.6×10－19 CD．一个物体带1.6×10－9 C的正电荷，这是它失去了1010个电子的缘故3．(双选)1897年英国物理学家汤姆生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()A．汤姆生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．汤姆生通过对光电效应的研究，发现了电子C．电子的质量无法测定D．汤姆生通过对不同材料的阴极发出的射线做研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元4．关于电量，下列说法错误的是()A．电子的电量是由密立根油滴实验测得的B．物体所带电量可以是任意值C．物体所带电量最小值为1.6×10－19 CD．物体所带的电量都是元电荷的整数倍图45．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4所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为()A．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6．(双选)下列说法中，正确的是()A．汤姆生精确地测出了电子电荷量e＝1.602 177 33(49)×10－19 CB．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的C．汤姆生油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e的整数倍D．通过实验测得电子的荷质比及电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量图57．如图5所示，在平行板两极间接上电压为400 V 的恒压电源，在平行板的中间有A 、B 两个小孔，一个电子以300 eV 的动能从A 孔射入，则电子从两板间出来时其动能为( )A ．0B ．300 eVC ．700 eVD ．400 eV8．如图6所示为示波管中电子枪的原理示意图．图6示波管内抽成真空，A 为发射电子的阴极，K 为接在高电势点的加速电极，A 、K 间电压为U.电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K 的小孔中射出的速度大小为v.下列说法正确的是( )A ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度为2vB ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度为v2 C ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度为v2 D ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度为2v图79．电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的．他测定了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍．这个最小电荷量就是电子所带的电荷量．密立根实验的原理如图7所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电．从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中．小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡．已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/C，油滴半径是1.64×10－4 cm，油的密度是0.851 g/cm3，求油滴所带的电荷量．这个电荷量是电子电荷量的多少倍？(g取9.8 m/s2)第三章原子结构之谜第一节敲开原子的大门课前预习练1．普里克阴极高电压绿色荧光2．(1)偏转带负电(2)荷质比数值(3)负电氢离子远小于电子3．密立根 1.6×10－19 C9.1×10－31课堂探究练1．C2．B [由于电子沿x 轴正方向运动，若加一磁场使电子射线向下偏转，则所受洛伦兹力应向下，由左手定则可知所加磁场的方向应沿y 轴正方向；若加一电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z 轴正方向，由此可知B 正确．]3．D 4.D 5.D6．(1)B.使电子刚好落在极板靠近荧屏端的边缘，利用已知量表达q/m. C ．磁场方向垂直纸面向外(2)说法不正确，电子的荷质比是电子的固有参数．解析 (1)设M 1、M 2两极板间距为h ，电子在电场中做类平抛运动，屏上恰好看不到亮点时，电子刚好落在靠近荧屏端的边缘，沿电场方向位移为h 2，则有h 2＝12·qU mh ·(L v 0)2；加上磁场B 时，电子束不偏转，洛伦兹力与电场力平衡，Bqv 0＝q U h ，两式联立有q m ＝UB 2L 2.因M 2带正电，电子受到向下的电场力，所以洛伦兹力方向向上，根据左手定则可判断出磁场方向垂直纸面向外．(2)荷质比是带电粒子的电量与其质量的比值，而电量、质量都是粒子本身的固有属性，故荷质比也是粒子的固有属性，与外界条件无关．方法总结 解决带电粒子在电磁场中偏转的问题时，要切记以下几点： (1)所加电场、磁场为匀强电场、匀强磁场．(2)带电粒子只在电场中偏转时做类平抛运动，可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系式．(3)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图确定圆心位置，利用几何知识求出其半径．(4)带电粒子若通过相互垂直的电、磁场时，一般使其不发生偏转，由此可求出带电粒子的速度．7．Em ＝mgρ－ρ′ρe解析 设油滴的体积为V ，则V ＝mρ， 油滴受到空气对它的浮力为F ，则 F ＝ρ′Vg ＝ρ′mρg.取油滴为研究对象，设其带电荷量为q ，在电场中受重力、浮力和电场力而平衡，受力如图所示，有：F ＋Eq ＝mg ，即ρ′mgρ＋Eq ＝mg所以E ＝mg (ρ－ρ′)ρq又因为任何带电体所带电荷量为电子所带电荷量的整数倍，所以有：q ＝ne ，即E ＝mg (ρ－ρ′)ρne当n ＝1时，E 最大，即Em ＝mg (ρ－ρ′)ρe课后巩固练1．C [阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故A 、B 错；最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线，故C 对；阴极射线本质是电子流，故其荷质比比氢原子荷质比大的多，故D 错．]2．A [电子的电荷量是最小值1.6×10－19 C ，物体的带电荷量只能是它的整数倍，所以A 不正确，B 、C 正确；一个物体带正电，是因为失去电子的缘故，所以D 正确．]3．AD4．B [密立根的油滴实验测出了电子的电量为1.6×10－19 C ，并提出了电荷量子化的观点，因而A 、C 对，B 错；任何物体的电量都是e 的整数倍，故D 对．因此选B.]5．C [由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右传播，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，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．]6．BD 7.B8．D [由eU ＝12mv 2得v ＝2eUm ，由公式可知，电子经加速电场加速后的速度与加速电极之间的距离无关，对于确定的加速粒子——电子，其速度只与加速电压有关，由此不难判定D 正确．]9．5倍解析 小油滴质量：m ＝ρV ＝ρ·43πr 3① 由题意知mg －Eq ＝0② 由①②两式可得： q ＝ρ·4πr 3g 3E＝0.851×103×4π×(1.64×10－6)3×9.83×1.92×105C≈8.02×10－19 C小油滴所带电荷量q 是电子电荷量e 的倍数为 n ＝8.02×10－191.6×10－19倍＝5倍。
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19世纪是电磁学大发展的时期, 到
七、八十年代电气工业开始有了发展, 其
中电气照明也吸引了许多科学家的注意，
问题涉及低压气体放电现象，于是，人们
竞相研究与低压气体放电现象有关的问题。
阴极射线的发现
德国物理学家普里克尔
在1858年利用低压气体
放电管研究气体放电时
发现的。它是从低压气 体放电管阴极发出一种 射线---阴极射线
第三章 原子结构
第一节 敲开原子的大门 ____第三节氢原子光谱
历史回顾
公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为:
万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。 19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学
说，他认为原子是微小的不可分
割的实心球体,物质由原子组成, 原子不能被创造,也不能被毁灭,在 化学变化中原子不可分割,他们的 性质在化学反应中保持不变。
e+
玻尔理论的基本假设
现象：氢原子光谱是分立(线状)的，原子是稳定 的. 设想：原子内部的能量也是不连续的。
1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上，
结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出 假设： 定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状 态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕 核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态
结论：带电微粒为原子的组成部分，称为电子。
电子的发现
汤姆生对不同的放电气体研究，发现这些 气体都能放出相同荷质比的粒子，说明这 种粒子存在于各种物体中，是构成物体的 共同成分。 密立根通过油滴实验第一次较为精确地测 出给粒子的电量 e=1.6022*10-19C 由此可以精确求出该粒子质量 m=9.1094*10-31kg
1.氢原子的玻尔理论（3个假设）：
1）定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态之中，在 这些状态中的原子是稳定的，电子虽然在旋转，但它不会向外辐 射能量
定态之一：近核运动 此时原子能量为Em
定态之二：远核运动 此时原子能量为En
2）跃迁假设：原子从一种能量是Em的定态跃迁到的能量是En另 一种定态时，它要吸收或放出一定频率的光子，光子能量由两 定态的能量差决定，即 hν=IEm-EnI
2
E1 13.6eV(氢)
原子能量En是由哪些能量组成？
氢原子能级图
n=
n=4 n=3
n=2
0
-0.85eV -1.51eV -3.4eV
n=1
-13.6eV
玻尔的原子模型
频率条件
电子吸收光子时会从能量
较低的轨道跃迁到能量较 高的轨道 电子从能量较高的轨道跃 迁到能量较低的轨道，放 出光子
想一想，何时会吸收光子？何时会放出光子？
电子从一个轨道变到另一个轨道，不是以螺旋线的形式变化 的，而是突变----以跳跃的方式变化的，因此玻尔把这现象 叫“跃迁”
3）量子化假设：电子的运行轨道不是连续的，而是分立的，电 子的可能轨道可用公式表示： rn=n2r1 式中r1=0.53*10-10m 叫电子第一轨道。
卢瑟福从1909年起做了著名的α粒子散射 实验，实验的目的是想证实汤姆孙原子模 型的正确性 。 α粒子是什么粒子？氦核（两个单位正电、 质量是氢原子质量的4倍）
如果汤姆孙的枣糕模型是正确的，你预计 实验的结果会是什么样子？
卢瑟福α粒子散射实验
实验结果： 绝大多数 α 粒子穿过金箔后，基本上 仍沿原来的方向前进。 少数α 粒子(约占八千分之一)发生了 大角度偏转，甚至超过了90o,也就说几 乎被“撞了回来”。 实验结果说明了什么？
任何带电体的电荷只能是e的整数倍
课堂练习：
1、发现了电子的科学家是： A．安培 B．奥斯特 C．法拉第 D、汤姆生 2、以下说法正确的是： A、电子电量比氢离子电量小 B、电子电量比氢离子电量大 C、电子质量比氢离子质量小 D、电子质量比氢离子质量大
D
C
3、关于阴极射线的本质，说法对的是 （ ） A、阴极射线的本质是氢原子 B、阴极射线的本质是电磁波 C、阴极射线的本质是电子 D、阴极射线的本质是X射线
卢瑟福原子模型
原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量， 电子在正电体的外面运动。正电的体积很小，被称为原 子核。这个模型被称为核式结构模型。 – 电子对α 粒子的作用忽略不计 – 因为原子核很小，大部分α 粒子穿 过原子时离原子核很远，受到较小的 库仑斥力，运动几乎不改变方向 – 极少数α 粒子穿过原子时离原子核 很近，因此受到很强的库仑斥力，发 生大角度散射
hv E末 E初
吸收光子(单击) 放出光子(单击)
1、玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有 A、原子处于称为定态的能量状态时，虽然电 子做加速运动，但并不向外辐射能量 B、原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨 道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是 不连续的 C、电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射 （或吸收）一定频率的光子 D、电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕 核做圆周运动的频率
答案：ABC
2、氢原子的核外电子，在由离核较远的可能轨道 跃迁到离核较近的可能轨道的过程中 A、辐射光子，获得能量 B、吸收光子，获得能量 C、吸收光子，放出能量 D、辐射光子，放出能量
答案：D
3 、在玻尔的原子模型中，比较氢原子所处的 量子数n=1及n=2的两个状态，若用E表示氢原 子的能量，r表示氢原子核外电子的轨道半径， 则 A、E2>E1、r2>r1； C、E2<E1，r2>r1； B、E2>E1，r2<r1； D、E2<E1，r2<r1 。
猜想: ①一种电磁波 ②带负电的物质微粒
阴极射线的探究
自1890年起，J.J.汤姆生对阴极射线进行了 一系列的 实验研究。他发 现了阴极射线是 带负电的粒子，并 确认这种粒子就 是电子。
测阴极射线粒子的电性
当阴极A产生的射线进 入大真空管D时, 可以看 到管壁上有荧光出现.
当大真空管中加入磁 场时, 射线就会偏转, 被接收器接收到, 经检 验为负电荷。
1、在用α粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察 到的α粒子的运动情况是 A、全部α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前 进 B、绝大多数α粒子穿过金属箔后仍按原来的方 向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被 弹回 C、少数α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前 进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回 D、全部α粒子都发生很大偏转
C
4. 如图，在阴极射管正下方平行放置一根 通有足够强直流电流的长直导线，且导线中 电流方向水平向右，则阴极射线将会 A.向上偏转 B.向下偏转 C.向纸内偏转 D.向纸外偏转
. . .
. . .
. . .B
A
课堂小结：
1、1858年，德国物理学家普吕克尔研究气体放 电时发现阴极射线。
2、1897年，汤姆生发现电子。 3、密立根油滴实验测出
经典电磁理论认为：电子绕核作匀速圆周运 动, 绕核运动的电子将不断向外辐射电磁波。由 于原子不断地向外辐射能量，能量 逐渐减小，电子绕核旋转的频 v e F 率也逐渐改变，原子的发射光 r + e 谱应是连续谱。由于原子总能 量减小，电子将最终逐渐接近 e 原子核，而使原子变得不稳定。
E 显微镜
美国科学家密立根又精确地测定了电子的 电量： e=1.6022×10－19 C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质 量为： m=9.1094×10－31 kg 由于发现电子的杰出贡献，汤姆生在1906 年获得诺贝尔物理学奖。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。
速度选择器
E －－－－－－－－－ .qVB . . . . . . . .
. . . . . . . . . V . . . . . . . . . B qE ＋＋＋＋＋＋＋＋＋
qvB=Eq
E v B
判断比荷：q/m b、带电粒子
在电场中偏转模型
U
d
V O y Y
d 1 Uq t 2 2 dm
e=1.6022177（49）×10－19 C me=9.1093897×10－31 kg
4、任何带电体的电荷只能是e的整数倍
1858年，德国物学家普吕克尔发现阴极射线。
近40年的争论
1897年，汤姆孙发现电子。
在19世纪末年，物理学有三项重大的实验发现，这就 是X射线、放射性和电子。电子的发现具有更 伟大的意义，因为这一事件使人们认识到自然界还有 比原子更小的实物。电子的发现打开了通向原 子物理学的大门 ,人们开始研究原子的结构 .
答案：B
氢原子光谱
根据普朗克量子理论，光的能量E=hγ 而科学家们通过实验发现，某种原子的气 体通电后可以产生固定不变的一系列光 例如：氢原子能发出四条可见光
卢瑟福模型的局限
卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。
原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾
核外电子绕核运动 辐射电磁波
电子轨道半径连续变小
电子轨道只能是特殊值的情况叫做轨道量子化
r1
玻尔的原子模型
电子轨道量子化
电子绕核做圆周运动仍然
定态
服从经典力学规律。但轨 道不是任意的。
激发态
rn n r1
2
激发态
基态
r1 0.053nm(氢)
• 原子能量量子化
– 电子在不同的轨道，原子 具有的能量不同。
能级
En E1 / n
L vt
2
E
q d v m UL
2
2
2
qE
L
D
q U m BL
2
E v B
2
1897年，汤姆孙测得阴极射线： 比荷：约为氢离子比荷2000倍 比最小原子 小得多的带 电量：与氢离子电量相同 负电的粒子 质量：约为氢原子1/2000