山东省日照市香河实验学校高三物理选修3-5人教版导学案： 18-2
【人教版物理】选修3-5学案18-1
【课 题】§18．1 电子的发现导学案【学习目标】（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）知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e 的整数倍。
（3）领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。
【自主学习】一、阴极射线1、电离：（1）条件：在_______中，气体能够被电离而导电。
（2）实质：气体分子中的正、负电荷被_______，气体中出现了_______电荷。
2、气体放电：（1）通常大气中分子的_____很大，电离后的自由电荷运动时会与空气分子碰撞，正负电荷重新______，所以难以形成稳定的气体_____电流。
（2）阴极射线：稀薄气体导电可以看到______放电现象。
将玻璃管内的气体压强降到约0.1Pa 以下，也就是管内成为通常所说的_______，这时虽看不到辉光，但在阳极上钻一个小孔后，在孔外的玻璃管壁上可看到______，其实质是由于玻璃受到_______发出的某种射线的撞击而引起，这种射线叫做_______二、电子的发现1、汤姆孙的探究方法：（1）让阴极射线分别通过电场或磁场，根据_______现象，证明它是_______的粒子流并求现了其比荷。
（2）换用不同材料的阴极和不同的_______做实验，所得粒子的_______相同。
（3）粒子带负电，比荷是氢离子比荷的近两千倍，说明阴极射线粒子的质量远小于氢离子的质量。
（4）组成阴极射线的粒子称为_______。
2、结论：（1）研究的新现象：光电效应、_______、β射线。
它们都包含电子。
（2）结论：强电场电离、正离子轰击、紫外光照射、金属受灼热、入射性物质的自发辐射，都能发射_______的带电粒子—电子。
电子是原子的_______，是比原子更_______的物质单元。
3、电子电荷的量子化：（1）电子电荷可根据密立根油滴实验测定，数值为：e=______________（2）带电体所带电荷量具有_______的特点，即任何带电体所带电荷只能是电子电荷的______。
高中物理选修3-5全部学案
§1动量冲量（一）教学目标1．理解冲量和动量的概念，知道它们的单位和定义。
2．理解冲量和动量的矢量性，理解动量变化的概念。
知道运用矢量运算法则计算动量变化，会正确计算一维的动量变化.（二）教学重点：动量和冲量的概念（三）教学难点：动量变化量的计算（四）知识梳理：思考与讨论：（1）取几颗弹丸，分发给学生传看.将一颗弹丸装入玩具手枪，一手持枪，一手持纸靶，沿平行于黑板的方向击发：弹丸穿透纸靶接着，佯装再次装弹(不让学生知道实际是空膛)，声明：数到"三"时，开枪然后举枪指向某一区域的同学，缓缓地数出"一、二、三"，不等枪响，手枪所指区域的同学即已作出或抵挡或躲避的防御反应（2）空气中的气体分子具有很大的速度(可达105m/s)，它们无时不在撞击着我们最珍贵也是最薄弱的部位——眼睛，为什么我们却毫不在乎?一、动量（1）物理意义（2）定义（3）定义公式（4）单位(两个相等的单位)（5）性质(6)理解;动量是状态量，对应速度为瞬时速度。
动量是矢量，动量的改变的理解与计算遵循平行四边形定则。
动量大小与动能大小之间的关系：（7）动量的改变的定义及公式、方向性例1．质量为0.2kg的垒球以30m/s的速度飞向击球手经击球手奋力打击后，以50m/s的速度反弹，设打击前后，垒球沿同一直线运动，试分析：(1)打击后，垒球的动量大小是变大了还是变小了，变大或变小了多少?(2)在打击过程中，垒球的动量变化是多大?方向如何?(3)思考：在(1)、(2)两问中，结果为什么会不同?例2．下列关于动量的说法中，正确的是：（）A．物体做匀速圆周运动的动量总是在改变，而它的动能不变；B．物体做匀速圆周运动半周时间的动量改变为零，其动能改变也为零；C．物体做匀速圆周运动1/4周时间动量改变的大小为原来的2倍；D．物体的运动状态改变，其动量一定改变思考与讨论：（1）如果一个物体处于静止状态，其动量为零.那么，我们怎样使它获得动量呢? （2）使静止物体获得动量的方法：施加作用力，并持续作用一段时间.（3）使物体获得一定大小的动量，既可以用较大的力短时间作用，也可以用较小的力长时间作用。
山东省日照市香河实验学校物理必修1人教版导学案：3.5《力的分解》精品学案
第5节力的分解为什么高大的桥要造很长的引桥，为什么刀刃的夹角越小越锋利呢？取一根细线，将细线的一端系在右手中指上，另一端系上一个重物．用一支铅笔的尾部顶在细线上的某一点，使细线的上段保持水平、下段竖直向下，铅笔的尖端置于右手掌心如右图所示．你能感觉到重物竖直向下拉细线的力产生了哪两个作用效果吗？请根据你的感觉在图中标出这两个分力的方向．要点一、力的分解1．基本定义求一个已知力的分力叫力的分解．2．分解依据力的分解是力的合成的逆运算，同样遵循平行四边形定则．3．分解原则(1)把一个已知力作为平行四边形的对角线，则与已知力共点的平行四边形的两条邻边就表示已知力的两个分力．由于同一条对角线可以作出无数个不同的平行四边形，因此，如果没有限制，从理论上分析，一个力可以分解为无数对大小、方向不同的分力．进行力的分解，主要是按力的实际作用效果进行分解．如在斜面上静止的物体，其重力产生的效果：一是使物体有沿斜面下滑的趋势，二是使物体压紧斜面．但不能就此认为斜面上的物体的重力都这样分解，如光滑小球被竖直挡板挡在斜面上静止，此时其重力产生的效果一是使球压紧竖直挡板，二是使球压紧斜面．4．分解思路力的分解，关键是根据力的实际作用效果确定分力的方向，然后画出力的平行四边形，这样就可以利用数学关系确定所求的分力，具体思路为：要点二、力按作用效果分解的几个典型实例1．力的正交分解法在许多情况下，根据力的实际作用效果，我们可以把一个力分解为两个相互垂直的分力．把力沿着两个选定的互相垂直的方向分解，叫力的正交分解法．2．正交分解法的原理一条直线上的两个或两个以上的力，其合力可由代数运算求得．当物体受到多个力作用，并且这几个力只共面不共线时，其合力用平行四边形定则求解很不方便．为此，我们建立一个直角坐标系，先将各力正交分解在两条互相垂直的坐标轴上，分别求出两个不同方向上的合力F x和F y，然后由F＝F2x＋F2y求合力．3．正交分解法的步骤(1)以力的作用点为原点建立直角坐标系，标出x轴和y轴．如果这时物体处于平衡状态，则两轴方向可根据解题方便自己选择．图3－5－2(2)将与坐标轴不重合的力分解为x轴方向和y轴方向的两个分力，并在图上标明F x和F y.(3)在图上标出力与x轴或力与y轴的夹角，然后列出力F x、F y的表达式．如图3－5－2所示，F与x轴夹角为θ，则F x＝F cosθ，F y＝F sinθ，与两轴重合的力就不要再分解了．(4)列出x轴方向上各分力的合力和y轴方向上各分力的合力的两个方程，然后求解.一、对力作用效果的理解图3－5－7例1 如图3－5－7所示，光滑斜面上物体重力mg分解为F1、F2两个力，下列说法中正确的是( )A．F1是斜面作用在物体上使物体下滑的力，F2是物体对斜面的压力B．物体受到mg、F N、F1、F2四个力的作用C．物体只受到重力mg和斜面的支持力F N的作用D．力F N、F1、F2三力的作用效果与mg、F N两个力的作用效果相同解析F1、F2两个力是重力mg的两个分力，其作用效果与重力mg等效，性质与重力的性质相同，所以F2不是物体对斜面的压力，物体只受重力mg和斜面支持力F N的作用．力的合成与分解的原理就是分力的作用效果与合力作用效果相同，考虑了合力作用效果后，就不能再考虑分力的作用效果，否则是重复考虑了力的作用效果，导致错误的结论，故C、D正确．答案CD(1)物体对斜面的压力和重力G垂直斜面的分力F2不是一个力．(2)在分析物体受力时，合力与分力不能重复考虑.二、力分解有定解的条件例2 在已知的一个力的分解中，下列情况具有唯一解的是( )A．已知两个分力的方向，并且不在同一直线上B．已知一个分力的大小和方向C．已知一个分力的大小和另一个分力的方向D．已知两个分力的大小解析已知两分力的方向，并且两分力方向不在同一直线上，已知力只能分解成一组分力，故A正确；若已知一个分力的大小和方向，只有一组解，故B正确；已知一个分力的方向和另一个分力的大小，可能有一解，可能有两解，也可能无解，故C错误；已知两分力大小，可能有一解，可能有两解，也可能无解，故D错误．答案AB三、正交分解法的应用图3－5－8例3 如图3－5－8所示，质量为m的物体在恒力F作用下沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间动摩擦因数为μ，则物体受到的摩擦力的大小为( )A．F sinθB．F cosθC．μ(F sinθ＋mg) D．μ(mg－F sinθ)解析先对物体进行受力分析，如下图所示，然后对力F进行正交分解，F产生两个效果：使物体水平向前F1=Fcos θ，同时使物体压紧水平面F2=Fsin θ.由力的平衡可得F1=Ff，F2+G=FN，又滑动摩擦力Ff=μFN，即可得Ff=Fcos θ=μ(Fsin θ+G)．答案BC解决此类问题首先要对物体进行正确地受力分析，然后正确地建立坐标系，一般的原则是让尽量多的力落在坐标轴上.图3－5－91．如图3－5－9所示，一个物体受到三个共点力F1、F2、F3的作用，若将它们平移并首尾相接，三个力矢量组成了一个封闭三角形，则物体所受这三个力的合力大小为( )A．2F1B．F2 C．2F3D．0答案D解析由矢量三角形定则可以看出，首尾相接的任意两个力合力必与第三个力大小相等、方向相反，所以这三个力的合力为零．2．将一个竖直向下的8 N的力分解为两个力，其中一个分力方向水平，大小为6 N，那么另一个分力大小为( )A．10 N B．8 N C．6 N D．2 N答案A图3－5－103．将质量为m的长方形木块放在水平桌面上，用与水平方向成α角的斜向右上方的力F拉木块，如图3－5－10所示，则( )A．力F的水平分力为F cosα，等于木块受的摩擦力B．力F的竖直分力为F sinα，它使物体m对桌面的压力比mg小C．力F的竖直分力为F sinα，它不影响物体对桌面的压力D．力F与木块重力mg的合力方向可以竖直向上答案B4．关于力的分解，下列说法正确的是( )A．力的分解的本质就是用同时作用于物体的几个力产生的作用效果代替一个力的作用效果B．某个分力的大小可能大于合力大小C．力的分解是力的合成的逆运算，同样遵循平行四边形定则D．分解一个力往往根据它产生的效果来分解答案ABCD5．在光滑斜面上自由下滑的物体受到的力有( )A．重力和斜面的支持力B．重力、下滑力C．重力、下滑力和斜面的支持力D．重力、下滑力、正压力和斜面的支持力答案A6．将一个力F分解为两个分力F1和F2，则下列说法中正确的是( )A．F是物体实际受到的力B．F1和F2两个分力在效果上可以取代FC．物体受到F1、F2和F三个力的作用D．F是F1和F2的合力答案ABD7．已知竖直平面内有一个大小为10 N的力作用于O点，该力与x轴正方向之间的夹角为30°，与y轴正方向之间的夹角为60°，现将它分解到x轴和y轴方向上，则( ) A．F x＝5 N，F y＝5 N B．F x＝5 3 N，F y＝5 NC．F x＝5 N，F y＝5 3 N D．F x＝10 N，F y＝10 N答案 B解析画出坐标系及受力情况，如右图所示，已知两分力方向，作出平行四边形，由三角形关系得Fx=Fcos 30°=5 N，Fy=Fsin 30°=5 N.8．一个物体受三个力的作用，已知一个力是80 N，指向东偏北30°的方向；一个力为40 N，指向西北方向；一个力为20 N，指向南方，求三个力的合力大小．答案63.3 N解析物体受力示意图如图所示．取向东方向为x轴正方向，向北方向为y轴正方向，建立直角坐标系，如图所示．将F1、F2进行正交分解．由图可知F1x=F1cos 30°，F1y=F1sin 30°.F2x=-F2cos 45°，F2y=F2sin 45°.F3x=0，F3y=-F3.x方向的合力为Fx=F1x+F2x+F3x=F1cos 30°-F2cos 45°=(80×-40×) N=41 N.y方向的合力为Fy=F1y+F2y+F3y=F1sin 30°+F1sin 45°-F3=(80×+40×-20) N=48.28 N.最后三个力的合力大小为F== N=63.3 N.9．图3－5－11为剪式千斤顶，是用来顶起汽车的装置．当摇动把手时，螺纹轴就能迫使千斤顶的两臂靠拢，同时抬起重物．汽车对千斤顶的压力为1.0×105N，当千斤顶两臂之间的夹角为120°时，其两臂受的压力各是多大？图3－5－11答案 1.0×105N解析将压力分解，两个分力互成120°角时，分力大小和合力大小相等，故两臂受的压力各为1.0×105N.10．如图3－5－12所示，质量为m，横截面为直角三角形的物块ABC，∠ABC＝α，AB边靠在竖直墙面上，F是垂直于斜面BC的推力．若物块静止不动，则摩擦力的大小为多少？图3－5－12答案mg＋F sinα解析如下图所示，物块ABC在四个力的作用下平衡，所以在竖直方向上有F f＝mg＋F sinα.题型1力的效果分解方法图3－5－1例1 如图3－5－1所示，重为G的光滑球在倾斜角为30°的斜面上，分别被与斜面夹角为60°、90°、150°的挡板挡住于1、2、3的位置时，斜面与挡板所受的压力分别为多大？答案 见解析解析 如下图(a )所示 ，根据球受重力的作用效果是同时挤压斜面和挡板，故确定了重力的两个分力方向分别垂直斜面和挡板，所以分解G 得到其两个分力的大小为：G 1＝G cos 30°＝233G G 2＝G tan 30°＝33G 则分别与G 1、G 2大小方向相同的斜面与挡板所受压力大小分别为：F N 1＝233G F N 2＝33G. 如下图(b )所示，与上同理得：F N 1′＝G 1′＝G cos 30°＝32G F N 2′＝G 2′＝G sin 30°＝G 2. 如下图(c )所示，此时斜面不受压力，挡板所受压力F N 2″大小方向与G 相同，即大小F N 2″＝G.把一个力按效果分解可按下列步骤进行：(1)明确研究对象，选择要分析的力．(2)分析该力作用在物体上所产生的效果，确定两分力的方向．(3)依据平行四边形定则，以该力为对角线，由两分力的方向构建平行四边形，利用三角形知识求解分力的大小.题型2应用正交分解法求合力图3－5－2例2 如图3－5－2所示，重力为500 N 的人通过跨过定滑轮的轻绳牵引重200 N 的物体，当绳与水平面成60°角时，物体静止．不计滑轮与绳的摩擦．求地面对人的支持力和摩擦力．答案 100(5－3) N 100 N解析 人和重物静止，所受合力皆为零，对物体分析得到，绳的拉力F 等于物重200 N ；人受四个力作用，将绳的拉力分解，即可求解．如右图所示，以人为研究对象，将绳的拉力分解得水平拉力Fx=Fcos 60°=200× N=100 N竖直分力Fy=Fsin 60°=200× N=100 N在x 轴上，Ff 与Fx 二力平衡，所以静摩擦力Ff=Fx=100 N ，在y 轴上，三力平衡得，地面对人支持力FN=G-Fy=(500-100) N=100(5-) N.1．当一个物体受多个力作用求合力时，用平行四边形定则比较麻烦，此时往往应用正交分解法，先把力分解，然后求合力．2．应用正交分解法解题的步骤：(1)以力的作用点为坐标原点，建立正交直角坐标系，一般要让尽量多的力落在坐标轴上，使所有的力与坐标轴的夹角尽量为特殊角.(2)把不在坐标轴上的力沿两个坐标轴分解．如图3－5－3所示．图3－5－3(3)同一坐标轴上的矢量进行合成．⎩⎪⎨⎪⎧ F x ＝F 1x ＋F 2x ＝F 1cos α－F 2cos βF y ＝F 1y ＋F 2y ＝F 1sin α＋F 2sin β由此式可见，力的个数越多，此方法显得越方便．(4)然后把x 轴方向的F x 与y 轴方向的F y 进行合成，这时这两个分力的方向夹角为特殊角90°.所以F 合＝F 2x ＋F 2y ，合力的方向与x 轴正方向的夹角为θ＝arcsin ⎝ ⎛⎭⎪⎫F y F 合. 题型3图解法的应用图3－5－3例3 如图3－5－3所示，一倾角为θ的固定斜面上，有一块可绕其下端转动的挡板P，今在挡板与斜面间夹有一重为G的光滑球．试求挡板P由图示的竖直位置缓慢地转到水平位置的过程中，球对挡板压力的最小值是多大？答案G sinθ解析球的重力产生两个作用效果：一是使球对挡板产生压力，二是使球对斜面产生压力．如下图(a)所示，球对挡板的压力就等于重力沿垂直于挡板方向上的分力F1，在挡板P缓慢转动的过程中，重力G的大小和方向保持不变，分力F2的方向不变，总与斜面垂直，分力F1的大小和方向都发生变化，所以构成的平行四边形的形状对应变化，但无论如何变化，所构成的平行四边形总夹在两条平行线OB和AC之间，如下图(b)所示 .由图可知，表示F1的线段中最短的是OD(OD⊥AC)，则分力F1的最小值F1min＝G sinθ，这个值也就等于球对挡板压力的最小值．拓展探究图3－5－4将力F分解成F1、F2两个分力，如果已知F1的大小和F2与F之间的夹角α，α为锐角，如图3－5－4所示，则( )A．当F1>F sinα时，一定有两解B．当F>F1>F sinα时，有两解C．当F1＝F sinα时，有惟一解D．当F1<F sinα时，无解答案BCD解析本题采用图示法和三角形知识进行分析，以F的末端为圆心，用分力F1的大小为半径作圆．(1)若F1<F sinα，圆与F2不相交，则无解，如图(a)所示．(2)若F1＝F sinα，圆与F2相切，即只有一解，如图(b)所示．(3)若F>F1>F sinα，圆与F2有两个交点，可得两个三角形，应有两个解，如图(c)所示．(4)若F1>F，圆与F2只有一个交点，可得一个三角形，只有一个解，如图(d)所示．1．图解法的基本思路是：受力分析后将合力和分力归结到一个矢量三角形，通过三角形的变化来分析力的变化情况．2．利用图解法解题时要注意弄清楚三角形的变量和不变量.3．利用图解法可直观地分析力的动态变化问题，也可以利用矢量三角形求解力．利用作图法分析最小力是最简单、最直观、最有效的方法之一，它有以下几种情况：①当已知合力F的大小和方向及一个分力F1的方向时，另一个分力F2最小的条件是两个分力互相垂直，如图甲所示，最小的F2＝F sinα.②当已知合力F的方向及一个分力F1的大小和方向时，另一个分力F2最小的条件是F2与合力F垂直，如图乙所示，最小的F2=F1sin α.③当已知合力F的大小及一个分力F1的大小时，另一个分力F2最小的条件是分力F1与合力F同方向，最小的F2=|F-F1|.1.关于物体受力分解问题，下述哪些是正确的阐述( )A．斜面上的物体所受的重力，可以分解为使物体下滑的力和挤压斜面的力B．水平地面上的物体受到的斜向上的拉力，可以分解为水平向前拉物体的力和竖直向上提物体的力C．水平地面上的物体受到的斜向下的拉力，可以分解为水平向前拉物体的力和竖直向下压地面的力D．据力的分解等知识可知，沿与水平方向成同一角度推拉水平地面上的物体，使其匀速运动，斜向上拉物体比斜向下推物体一般要省力．答案 ABD解析 力的分解一般按力的作用效果进行分解，故A 、B 正确；C 项中，拉力竖直向下的分力应作用在物体上，而不是作用在地面上；D 项中，斜向上拉比斜向下推物体受到的摩擦力小．故答案为A 、B 、D .2．如图3－5－5所示，水平地面上斜放着一块木板AB ，在AB 上面放一个木块，设木块对木板的压力为F N ，木块所受重力沿木板向下的分力为F 1，若使木板的B 端逐渐放低时，将会产生下述哪种结果( )图3－5－5A ．F N 增大，F 1增大B ．F N 增大，F 1减小C ．F N 减小，F 1增大D ．F N 减小，F 1减小答案 B解析 设木块重力为G ，则F N ＝mg cos θ，F 1＝mg sin θ，B 端放低，θ减小，故F N 增大，F 1减小．3．已知力F 的一个分力F 1跟F 成30°角，大小未知，另一个分力F 2的大小为33F ，方向未知，则F 1的大小可能是( ) A .3F 3 B .3F 2 C .23F 3D .3F 答案 AC解析 根据题意，作出矢量三角形，如下图所示，因为33F>F 2，从图上可以看出，F 1的大小有两个可能值．由直角三角形OAD ，知OA= = F.由直角三角形ABD ，知AB= = F.由图的对称性可知AC=AB=F.则分力F1=F-F=F ，F1′=F+F= F.4．将一个5 N 的力分解为两个分力，分力的大小可以是( )A．都是5 NB．分别是1 000 N和996 NC．其中一个分力可以是5×104ND．其中一个分力可以是0.1 N，而另一个分力为4 N答案ABC图3－5－65．质量为m的木块，在与水平方向夹角为θ的推力F作用下，沿水平地面做匀速运动，如图3－5－6所示，已知木块与地面间的动摩擦因数为μ，那么木块受到的滑动摩擦力应为( ) A．μmg B．μ(mg＋F sinθ)C．μ(mg－F sinθ) D．F cosθ答案BD解析根据力F的作用效果可分解为水平向左的分力F1＝F cosθ和向下的分力F2＝F sinθ，由于木块沿水平地面做匀速运动，则木块受到的滑动摩擦力等于F1，又可根据滑动摩擦力的计算公式可得F f＝μ(mg＋F sinθ)，所以B、D正确．图3－5－76．如图3－5－7所示，质量为m的物体沿倾角为θ的斜面匀速下滑，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，关于物体在下滑过程中所受滑动摩擦力的大小F f，下列说法中正确的是( )①F f＝mg sinθ②F f＝mg cosθ③F f＝μmg sinθ④F f＝μmg cosθA．①② B．②③C．①③ D．①④答案D图3－5－87．长直木板的上表面的一端放置一个铁块，木板放置在水平面上，将放置铁块的一端由水平位置缓慢地向上抬起，木板另一端相对水平面的位置保持不变，如图3－5－8所示．铁块受到的摩擦力F 与木板倾角α变化的图线可能正确的是(设最大静摩擦力的大小等于滑动摩擦力大小)( )答案 C解析 沿平行木板、垂直木板方向分别为坐标轴的方向，建立直角坐标系．在铁块滑动以前，摩擦力表现为静摩擦力，我们认为滑动摩擦力和最大静摩擦力大小相等．本题应分三种情况进行分析：(1)当0≤α<arctan μ时(μ为铁块与木板间的动摩擦因数)，铁块相对木板处于静止状态，铁块受静摩擦力作用，其大小与重力沿木板(斜面)方向的分力大小相等，即F ＝mg sin α，α＝0时，F ＝0；F 随α增大按正弦规律增大．(2)当α＝arctan μ时处于临界状态，此时摩擦力达到最大静摩擦力，由题设条件可知其等于滑动摩擦力大小．(3)当arctan μ<α≤90°时，铁块相对木板向下滑动，铁块受到滑动摩擦力的作用，根据摩擦定律可知F ＝μF N ＝μmg cos α，F 随α增大按余弦规律减小．综合上述分析，可知C 图可能正确地表示了F 随α变化的图线．图3－5－98．汽缸内的可燃气体点燃后膨胀，对活塞的推力F ＝1100 N ，连杆AB 与竖直方向间夹角为α＝30°，如图3－5－9所示，这时活塞对连杆AB 的推力和对汽缸壁的压力各有多大？答案 2 20033 N 1 10033 N解析 燃气对活塞的推力F 产生两个效果：①推动连杆；②使活塞侧向挤压汽缸壁故可将F分解为F1、F2，如图所示F1＝Fcosα＝2 20033 N，F2＝F tanα＝1 10033N.图3－5－109．如图3－5－10所示，物体重30 N，用OC绳悬挂在O点，OC绳能承受的最大拉力为20 3 N，再用一绳系在OC绳的A点，BA绳能承受的最大拉力为30 N，现用水平力拉BA，可以把OA绳拉到与竖直方向成多大角度？答案30°解析当OA绳与竖直方向的夹角θ逐渐增大时，OA绳和BA绳中的拉力都逐渐增大，其中某一根绳的拉力达到它本身能承受的最大拉力时，就不能再增大角度了，假设OA绳中的拉力先达到这一要求．所以有cosθ＝GF OA ＝30203＝32，θ＝30°.此时F AB＝G tanθ＝10 3 N<30 N，故所求的最大角度为30°.10．直升机沿水平方向匀速飞往水源处取水灭火，悬挂着m＝500 kg空箱的悬索与竖直方向的夹角θ＝45°.如图3－5－11所示，直升机取水后飞往火场，加速飞行，完成自己的使命．如果空气阻力大小不变，且忽略悬索的质量，求飞机在飞行中受到的空气阻力．(取重力加速度g ＝10 m/s2)图3－5－11答案 5 000 N解析直升机沿水平方向匀速飞行，处于平衡状态，应该满足平衡条件，合外力为零．以空箱为研究对象，飞行中其受到本身的重力mg、悬索的拉力F、空气的阻力F阻作用．以空箱为原点，以水平和竖直方向为坐标轴的方向建立平面直角坐标系，受力分析如右图所示，根据力的正交分解规律有：竖直方向Fcos θ=mg水平方向Fsin θ=F阻所以F阻=mgtan θ代入数据解得F阻=5 000 N.图3－5－1211．如图3－5－12所示，已知物体在三个共点力的作用下沿x轴运动，其中F1＝80 N，F2＝120 N，它们与x轴夹角都是30°，F3是确保物体沿x轴运动的最小分力．试问：(1)最小分力为多大？沿什么方向？(2)三个分力的合力多大？答案20 N，沿y轴正方向(2)100 3 N解析本题考查力的正交分解法．物体由静止开始沿x轴运动，则F1、F2和F3三个力的合力沿x轴方向．由于力的边角关系较复杂，连续利用平行四边形定则来合成较繁琐，但F1、F2与x轴夹角关系明确，可使用正交分解法．如图所示建立直角坐标系，其中三个力的交点O为原点，以原x轴为x轴，y轴垂直于x轴方向，把F1、F2沿x、y轴分解．则F1x＝F1cos30°＝40 3 N F1y＝F1sin30°＝40 NF2x＝F2cos30°＝60 3 N F2y＝F2sin30°＝60 N(1)要使物体沿x轴方向运动，则y轴方向上合力为零，根据题意，当F3沿y轴正向，且F3＝F2y－F1y＝20 N时，分力F3最小．(2)三个分力的合力F＝F1x＋F2x＝100 3 N.。
人教版高中物理选修3-5学案：第十八章章末(4)
人教版高中物理选修3-5学案：第十八章章末(4)1．实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进；少数α粒子有较大的偏转；极少数α粒子的偏转角度超过90°，有的甚至被弹回，偏转角达到180°.2．核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，电子绕核运转．3．原子核的组成与尺度(1)原子核的组成：由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核中的质子数．(2)原子核的大小：实验确定的原子核半径的数量级为10－15 m，而原子的半径的数量级是10－10 m．因而原子内部十分“空旷”．例1 (多选)关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是( )A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，使α粒子受力平衡的结果B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子内大部分空间是空的C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大解析在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A错，B对；极少数α粒子发生大角度偏转，说明会受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，α粒子偏转而原子核未动，说明原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子的质量，α粒子打在电子上，不会有明显偏转，故C对，D错．答案BC二、对玻尔原子模型及原子能级跃迁的理解1．玻尔原子模型(1)原子只能处于一系列能量不连续的状态中，具有确定能量的稳定状态叫做定态，能量最低的状态叫基态，其他的状态叫做激发态．(2)频率条件当电子从能量较高的定态轨道(Em)跃迁到能量较低的定态轨道(En)时会放出能量为hν的光子，则：hν＝Em－En.反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子能量同样由频率条件决定．(3)原子的不同能量状态对应电子的不同运行轨道．2．氢原子能级跃迁(1)氢原子的能级原子各能级的关系为：En＝(n为量子数，n＝1,2，3，…)对于氢原子而言，基态能级：E1＝－13.6 eV.(2)氢原子的能级图氢原子的能级图如图1所示．图1例2 如图2为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子( )图2A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长B．从n＝5能级跃迁到n＝1能级比从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射出电磁波的速度大C．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量解析氢原子从高能级跃迁到低能级辐射一定频率的光子．Em－En＝hν，能级差值越大辐射光子的频率越大，波长越短，E4－E3＜E3－E2，所以A项正确；辐射出的电磁波速度一样大，B项错误；处在不同能级时，核外电子出现的概率不一样，能级越低，概率越大，C项错误；氢原子由高能级向低能级跃迁时氢原子一定放出能量，而不是氢原子核，故D错误．答案A三、原子的能级跃迁与电离1．能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁，可表示如下：高能级\s\up7(辐射光子hν＝Em－En),\s\do5(吸收光子hν＝Em－En))低能级En. 2．当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．3．原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差(E＝Em－En)，均可使原子发生能级跃迁．例 3 (多选)如图3所示是氢原子能级示意图的一部分，则下列说法正确的是( )图3A．用波长为600 nm的X射线照射，可以使稳定的氢原子电离B．用能量是10.2 eV的光子可以激发处于基态的氢原子C．用能量是2.5 eV的光子入射，可以使基态的氢原子激发D．用能量是11.0 eV的外来电子，可以使处于基态的氢原子激发解析“稳定的氢原子”指处于基态的氢原子，要使其电离，光子的能量必须大于或等于13.6 eV，而波长为600 nm的X射线的能量为E＝h＝6.63×10－34× eV≈2.07 eV<13.6 eV，A错误．因ΔE＝E2－E1＝(－3.4 eV)－(－13.6 eV)＝10.2 eV，故10.2 eV的光子可以使氢原子从基态跃迁到n＝2的激发态，B正确；2.5 eV的光子能量不等于任何其他能级与基态的能级差，因此不能使氢原子发生跃迁，C错误；外来电子可以将10.2 eV的能量传递给氢原子，使它激发，外来电子还剩余11.0 eV－10.2 eV＝0.8 eV的能量，D正确．答案BD 针对训练一个氢原子处于基态，用光子能量为15 eV的电磁波去照射该原子，问能否使氢原子电离？若能使之电离，则电子被电离后所具有的动能是多大？答案能 1.4 eV 解析氢原子从基态n＝1被完全电离至少需要吸收13.6 eV的能量．所以15 eV 的光子能使之电离，由能量守恒可知，完全电离后还剩余动能Ek＝15 eV－13.6eV＝1.4 eV. 1．在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，下列说法正确的是( )A．动能最小B．电势能最小C．α粒子和金原子核组成的系统的能量最小D．加速度最小答案A 解析在α粒子散射实验中，当α粒子接近金原子核时，金原子核对α粒子的作用力是斥力，对α粒子做负功，电势能增加，动能减小，当α粒子离金原子核最近时，它们之间的库仑力最大，α粒子的动能最小．由于受到的金原子核外电子的作用相对较小，与金原子核对α粒子的库仑力相比，可以忽略，因此只有库仑力做功，所以机械能和电势能整体上是守恒的，故系统的能量可以认为不变．综上所述，正确选项应为A. 2．如图4所示是玻尔理论中氢原子的能级图，现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为( )图4A．13.6 eV B．12.09 eV C．10.2 eV D．3.4 eV答案B 解析受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，说明激发的氢原子处于第3能级，则照射氢原子的单色光的光子能量为E＝E3－E1＝12.09 eV，故B正确．3．氢原子能级的示意图如图5所示，大量氢原子从n＝4的能级向 n＝2 的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则( )图5A．可见光光子能量范围在1.62 eV到2.11 eV之间B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线C．a光的频率大于b光的频率D．氢原子在n＝2的能级可吸收任意频率的光而发生电离答案C解析由能级跃迁公式ΔE＝Em－En得：ΔE1＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eVΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV 故A错；据ΔE＝＝hν知，C对；ΔE3＝E4－E3＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，所以氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时能量差对应的光子处于红外线波段，B错；氢原子在n＝2的能级时能量为－3.4 eV，所以只有吸收光子能量大于等于3.4 eV时才能电离，D错．4．如图6所示为氢原子能级的示意图．现有大量处于n＝4激发态的氢原子，向低能级跃迁时将辐射出若干不同频率的光．关于这些光，下列说法正确的是( )图6A．最容易发生衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属箔能发生光电效应答案D 解析从n＝4的激发态跃迁到基态的能级差最大，即辐射出的光子能量最大，频率最大，对应波长最小，是最不容易发生衍射现象的，A错误；从n＝4的激发态跃迁到n＝3的激发态的能级差最小，辐射出的光子的频率最小，B错误；可辐射出的光子频率的种类数为C＝6种，C错误；从n＝2的激发态跃迁到基态时，辐射出光子的能量ΔE＝E2－E1＞6.34 eV，因而可以使逸出功为6.34 eV的金属箔发生光电效应，D正确．。
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【课 题】§18．2 原子的核式结构模型导学案
【学习目标】
（1）了解α粒子散射实验原理和实验现象，知道卢瑟福的原子核式结构的主要内容。
（2）知道原子和原子核的大小数量级，原子核的电荷数，领会原子核式结构提出的思维过程。
【自主学习】
一、α粒子散射实验
1、实验方法：用从放射源发射的α粒子束轰击_______，利用荧光接收，探测通过金箔后的α
粒子_______情况。
2、实验目的：α粒子通过金箔时，由于金原子中的带电粒子对α粒子有_______作用，一些α
粒子的_______改变，也就是发生了α粒子散射，统计散射到各个方向的α粒子_______，即可
推知原子中_______的分布情况
3、实验结果：实验发现，α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有_______α粒
子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至_______900，也就是说它们几乎被
______________。
二、原子核的电荷与尺度
1、原子内的电荷关系：各种元素的原子核的电荷数与含有的_______相等，非常接近于它们的
_______。
2、原子核的组成：原子核是由______和______组成的，原子核的电荷数就是核中的______数。
3、原子核的大小：实验确定的原子核半径R的数量级为______m，而整个原子半径的数量级是
10-10m，可见原子内部是十分“空旷”的。
【典型例题】
例1 在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（ ）
A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B.正电荷在原子中是均匀分布的
C.原子中存在着带负电的电子 D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中
例2 卢瑟 ）
A．原子的中心有个核，叫原子核 B
C
D
【问题思考】
1、比较两种原子结构模型。它们各在什么背景下提出的。
2、你认为卢瑟福为什么选用α粒子和金箔作为散射实验的“炮弹”和“靶子”？
【针对训练】
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
2.卢瑟福α粒子散射实验的结果（ ）
A.证明了质子的存在 B.证明了原子核是由质子和中子组成的
C.说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上
D.说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动
3. α粒子散射实验中，使α粒子散射的原因是（ ）
A.α粒子与原子核外电子碰撞 B.α粒子与原子核发生接触碰撞
C.α粒子发生明显衍射 D.α粒子与原子核的库仑斥力作用
4.关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（ ）
A．只有极少数α粒子发生了大角度散射
B．α粒子散射实验的结果说明了带正电的物质只占整个原子的很小空间
C．α粒子在靠近金原子核的过程中电势能减小
D．α粒子散射实验的结果否定了汤姆生给出的原子“枣糕模型”
5.下列关于原子核结构的说法正确的是（ ）
A．电子的发现说明了原子核内部还有复杂的结构
B． 粒子散射实验揭示了原子具有核式结构
C． 粒子散射实验中绝大多数 粒子发生了大角度偏转
D． 粒子散射实验中有的 粒子生了大角度偏转的原因是 粒子与原子核发生碰撞所致
6.在α粒子散射实验中，并没有考虑电子对粒子偏转角度的影响，这是因为（ ）
A．电子体积很小，以致α粒子碰不到它
B．电子质量远比比α粒子小，所以它对α粒子运动到影响极其微小
C．α粒子使各个电子碰撞的效果相互抵消
D．电子在核外均匀分布，所以α粒子受电子作用的合外力为零
7.如图所示，为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分
别放在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，
下述说法中正确的是（ ）
A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多。
B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A
位置时稍少些。
C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少。
D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光。
8.在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子的（ ）
A．动能最小 B．电势能最小
C．α粒子与金原子核组成的系统能量最小
D．所受金原子核的斥力最大
9.如图所示，在α粒子散射实验中，α粒子穿过某一金属原子核附近的示意
图，A、B、C分别位于两个等势面上，则以下说法中正确的是（ ）
A．α粒子在A处的速度比B处的速度小
B．α粒子在B处的动能最大，电势能最小
C．α粒子在A、C两处的速度大小相等
D．α粒子在B处的速度比在C处的速度要小
【典型例题】
1、A 2、ACD
【针对训练】
1.B 2.C 3.D4. A B D 5.B 6.B 7.AC 8.AD 9.CD
金箔
A
B
C
D
放射
源
荧光
屏
─
显微镜