高中物理 第18章 12电子的发现课后巩固练习 新人教版选修35

第十八章原子结构1 电子的发现·教学设计·【学习目标】1．知道阴极射线的组成，电子是原子的组成局部。

2．领悟电子发现过程中所包括的科学方法。

3．知道电荷是量子化的，意会电子的发现对揭穿原子结构的意义。

【重点难点】1．领悟电子发现过程中包括的科学方法。

2．电子电荷量确实定以及比荷确实定。

【课前预习】1．阴极射线〔 1〕在 ___________条件下，把气体分子中原来结合在一起的________电荷分开的过程叫气体的电离；（2〕阴极射线是x射线还是带电粒子流呢？假设是带电粒子流，显然可以由在电场或磁场中的 ______来确定。

2．电子的发现（1〕物理学家 __________在对阴极射线的研究中断定，阴极射线是带_______电的粒子流，并求出了它的比荷，确定了组成阴极射线的粒子是________，它是原子的组成局部；（2〕电子的电荷量是经过 ___________ 实验测定的，数值为e=______________，一个电子所带电荷量的数值也叫根本电荷，其他带电体的带电量是根本电荷的_________倍。

【预习检测】1．以以下图，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，假设在管的正下方放一通电直导线AB 时，发现射线径迹下偏，那么〔〕A．导线中的电流由A流向 BB．导线中的电流由B流向 AC．假设要使电子束的径迹往上偏，可以经过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的径迹与AB中的电流方向没关××××××××2．以以下图，让一束均匀的阴极射线垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感觉强度 B 和电场强度E，带电粒子将不发生偏转，尔后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，其半径为R，求阴极射线中带电粒子的比荷。

3．密立根油滴实验第一测出了元电荷的数值，其实验装置以以下图，油滴从喷雾器喷出，以某一速度进入水平旋转的平板之间。

一、电子的发现1．关于阴极射线的下列说法，正确的是()A．是由很小的不带电的粒子构成的B．是由原子构成的C．是由电子构成的D．以上说法都不对2．一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线AB时，发现射线径迹向下偏，则()A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关3．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4．关于物体带电问题，下列说法正确的是()A．带电体所带电荷量可以是任意值B．带电体所带电荷量都是电子所带的电荷量的整数倍C．电子的电荷量是1.6×10－19CD．电子的电荷量是1 C5．如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是()A．若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点B．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转C．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转D．若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转6．关于阴极射线的性质，下列说法正确的是（）A．阴极射线带负电B．阴极射线带正电C．阴极射线的比荷比质子的比荷大D．阴极射线的比荷比质子的比荷小7．如图所示，电子在电势差为U1的电场加速后，垂直射入电势差为U2的偏转电场．在满足电子能射出偏转电场的条件下，下列四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是() A．U1变大、U2变大 B．U1变小、U2变大C．U1变大、U2变小 D．U1变小、U2变小8．关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确的是（）A．测得了电子的电荷量B．提出了电荷分布的量子化观点C．为电子质量的最终获得做出了突出贡献D．为人类进一步研究原子的结构提供了一定的理论依据9．氢原子的核外电子质量为m,电量为e,在离核最近的轨道上运动，轨道半径为r1，求：(1)电子运动的动能.(2)电子绕核转动的频率.(3)电子绕核转动相当于环形电流的电流大小.10．一个半径为1.64ⅹ10-4cm的带负电的油滴，在电场强度等于1.92ⅹ105V/m的竖直向下的匀强电场中，如果油滴受到的库仑力恰好与重力平衡，则这个油滴带有几个电子的电荷量？已知油滴的密度为0.851ⅹ103kg/m3。

第1节电子的发现课后训练1．关于阴极射线的性质，判断正确的是( )A．阴极射线带负电B．阴极射线带正电C．阴极射线的比荷比氢离子的比荷大D．阴极射线的比荷比氢离子的比荷小2．英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( )A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量3．关于空气导电性能，下列说法正确的是( )A．空气导电，是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．空气密度变得越稀薄，越容易发出辉光4．如图所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹下偏，则( )A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．如要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变AB中电流方向来实现D．电子的径迹与AB间电流的方向无关5．下列说法正确的是( )A．电子是原子核的组成部分B．电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的C．电子电荷量的数值约为1.602×10－19 CD．电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷6．关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是( )A．密立根利用电场力和重力平衡的方法，测得了带电体的最小带电荷量B．密立根利用电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量C．密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量D．密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子质量的千分之一7．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8．质谱仪是一种测定带电粒子的比荷和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示。

18.1 电子的发现[基础达标练]1．(多选)下列说法中正确的是()A．电子的发现说明原子是可以再分的B．在强电场中气体能够被电离而导电C．阴极射线的实质是电磁波D．阴极射线在真空中通过磁场时速度方向一定发生偏转答案AB解析电子的发现说明原子可再分，A正确。

在强电场中气体能够被电离而导电，B正确。

阴极射线的本质是电子流，C错误。

当射线速度方向与磁场方向平行时不发生偏转，D错误。

2．(多选)关于电荷量，下列说法正确的是()A．物体的电荷量可以是任意值B．物体的电荷量只能是某些值C．物体的电荷量的最小值为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个电子的缘故答案BCD解析电子的电荷量是1.6×10－19 C，物体的电荷量只能是它的整数倍，所以选项A错误，B、C正确；一个物体带正电，是因为失去电子的缘故，计算可得选项D正确。

3．(多选)1897年英国物理学家汤姆孙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．汤姆孙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．汤姆孙通过光电效应的研究，发现了电子C．电子的质量是质子质量的1836倍D．汤姆孙用不同材料的阴极做实验，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更小的基本的物质单元答案AD解析汤姆孙采用阴极射线管装置，通过提高放电管的真空度而取得了成功，汤姆孙不仅使阴极射线在磁场中发生了偏转，而且还使它在电场中发生了偏转，由此进一步证实了阴极射线是带负电的粒子流的结论，他运用实验测出阴极射线粒子的电荷与质量的比值，也就是比荷。

由此发现了电子，A正确，B错误。

质子质量是电子的1836倍，C错误。

发现电子后，汤姆孙又研究了光电效应、热离子发射效应和β射线等，得出电子是原子的组成部分，D正确。

4．(多选)关于空气导电性能，下列说法正确的是()A．空气导电，是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．空气变得越稀薄，越容易发出辉光答案BD解析空气是混合气体，通常情况下，空气是绝缘体，但在射线、受热或强电场作用下，空气被电离才具有导电功能。

第十八章原子结构1 电子的发现2 原子的核式结构模型一、单项选择题1．(2011年信宜高三检测)在卢瑟福的α粒子散射实验中，有极少数α粒子发生大角度偏转，其原因是( A )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解析：由于电子与α粒子质量的悬殊，所以可判断：使α粒子偏转的不可能是带负电的电子；又由于只有极少数α粒子发生大角度偏转，所以又可判断：原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的范围内．故选A.图18－1－72．如图18－1－7所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法中正确的是( C )A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹解析：α粒子散射现象，绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度偏转．α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用．3．卢瑟福α粒子散射实验的结果( C )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．证明了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里D说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动解析：只有极少数α粒子发生了大角度散射，说明原子的主要质量与所有正电荷占整个原子的很小空间．4．(佛冈2012届高三质检)如图18－1－8所示是示波管工作原理的示意图，汤姆孙测定电子比荷原理与此相似，电子经电压U 1加速后以速度υ0垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量为h ，两平行板间的距离为d ，电势差为U 2，板长为L .为了提高示波管的灵敏度(即每单位电压引起的偏转量hU 2)，可采取的方法是( C )图18－1－8 A ．增大两板间电势差U 2B ．减小板长LC ．减小两板间距离dD ．增大加速电压U 1解析：h ＝12·qU 2md t 2，t ＝L v ，qU 1＝12mv 2，所以得：h U 2＝L 24U 1d. 二、双项选择题5．下列叙述中符合物理史实的有( BD )A. 爱因斯坦提出光的电磁说B. 卢瑟福提出原子核式结构模型C. 麦克斯韦提出光子说D. 汤姆孙发现了电子解析：爱因斯坦提出光子说，麦克斯韦提出光的电磁说．6．卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图18－1－9所示，粒子从A 运动到B ，则下列说法中正确的是( AC )图18－1－9A ．原子核带正电B ．粒子的动能一直变大C ．粒子的速度先变小后变大D ．粒子在电场中的电势能先变小后变大解析：从径迹中看出，α粒子受到的是斥力，所以原子核带正电，库仑力先做负功，后做正功，所以粒子电势能先增大，后减小．动能先减小，后增大，速度先减小，后增大．7．下列说法正确的是( AD )A ．卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型B ．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性C ．阴极射线像X 射线一样是一种电磁辐射D ．爱因斯坦在对光电效应的研究中，提出了光子说解析：宏观物体的物质波波长非常小，极不易观察到它的波动性，阴极射线包含的粒子是电子．8．氢原子中的电子绕原子核旋转和人造地球卫星绕地球旋转相比较(不计算空气阻力)，下列说法正确的是( AB )A ．轨道半径越大，线速度都越小B ．轨道半径越大，周期都越大C ．电子从内层轨道向外层轨道跃迁时，总能量(动能和电势能)不变，人造卫星从远地点向近地点运动时，总能量(动能和重力势能)也不变D ．电子的向心力是原子核对它的库仑力与万有引力合力提供，卫星的向心力是由地球对它的万有引力提供解析：电子的向心力是由原子核对它的库仑力提供的，卫星的向心力是由地球对它的万有引力提供的，分别列出表达式可判断．9．在方向如图18－1－10所示的匀强电场(场强为E )和匀强磁场(磁感应强度为B )共存的场区，一电子沿垂直电场线和磁感线方向以速度v 0射入场区，则( BC )图18－1－10A ．若v 0 ＞E /B ，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v ＞v 0B ．若v 0 ＞E /B ，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v ＜v 0C ．若v 0 ＜E /B ，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v ＞v 0D ．若v 0 ＜E /B ，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v ＜v 0解析： 电子飞入正交的匀强电场和匀强磁场中，同时受到电场力eE 和洛伦兹力ev 0B 作用，且电场力和洛伦兹力方向相反．若eE ＝ev 0B ，即v 0＝E /B ，则电子匀速直线运动穿过场区；若eE >ev 0B ，即v 0<E /B ，则电子将向上偏，沿轨迹Ⅰ运动，电场力做正功，射出场区时，速度v ＞v 0，C 正确；若eE <ev 0B ，即v 0>E /B ，则电子将向下偏，沿轨迹Ⅱ运动，电场力做负功，射出场区时，速度v <v 0，B 正确．三、非选择题10．在场强为1.92×105 N/C 的匀强电场中，一半径为1.64×10－4 cm ，密度为0.851 g/cm3的油滴恰能悬浮，求油滴的电量是电子的多少倍？解：小油滴质量m ＝ρV ＝ρ·43πr 3， 小油滴悬浮在电场中，由力的平衡条件：mg ＝qE ，得q ＝ρ4πr 3g 3E＝0.851×103×4π－63×9.83×1.92×105 C ≈8.02×10－19 C设小油滴所带电量q 是电子电量e 的n 倍，则n ＝8.02×10－191.6×10－19≈5. 11．汤姆孙1897年用阴极射线管测量了电子的比荷(电子电荷量与质量之比)，其实验原理如图18－1－11所示．电子流平行于极板射入，极板P 、P′间同时存在匀强电场E 和垂直纸面向里的匀强磁场B 时，电子流不会发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B 时，电子流穿出平行板电容器时的偏向角θ＝115rad.已知极板长L ＝3.0×10－2 m ，电场强度大小为E ＝1.5×104 V/m ，磁感应强度大小为B ＝5.0×10－4 T ，求电子比荷．图18－1－11解：无偏转时，洛伦兹力和电场力平衡，则eE ＝evB只存在磁场时，有evB ＝m v 2r ，由几何关系r ＝L sin θ偏转角很小时，r ≈L θ联立上述公式并代入数据得电子的比荷e m ＝E θB 2L≈1.3×1011 C/kg.12．α粒子散射实验中α粒子经过某一原子核附近时的两种轨迹如图18－1－12所示，虚线为原子核的等势面，α粒子以相同的速率经过电场中的A 点后，沿不同的径迹1和2运动，由轨迹不能断定的是( B )图18－1－12A ．原子核带正电B ．整个原子空间都弥漫着带正电的物质C ．粒子在径迹1中的动能先减少后增大D ．经过B 、C 两点两粒子的速率相等解析：两个径迹都显示α粒子受到的是斥力，所以原子核带正电．粒子在径迹1、2中原子核对它们先做负功，后做正功，动能先减小，后增加．同一等势面，势能相同，动能变化量也相同．13．(双选)英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现了α粒子的散射现象．以下各图中，O 表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹的图是( BD )解析：原子核对α粒子库仑斥力提供它的向心力，距离越近该力越大，弯曲得越厉害．14．氢原子的核外电子质量为m ，电量为－e ，在离核最近的轨道上运动，轨道半径为r 1，试回答下列问题：(1)电子运动的动能E k 是多少？(2)电子绕核运动的频率是多少？(3)电子绕核在如图18－1－13所示xy 平面上，沿A →B →C →D 方向转动，电子转动相当于环形电流，则此电流的方向如何？电流强度多大？图18－1－13解：(1)氢原子核对电子的库仑力提供了它的向心力k e 2r 21＝m v 2r 1电子的动能E k ＝12mv 2＝ke 22r 1(2)电子绕核运动的频率f ＝v 2πr 1＝e 2πk mr 31(3)此环形电流的方向为顺时针，电流强度： I ＝e T ＝ef ＝e 22πkmr 31.。

课后集训基础达标1.下列说法正确的是( )A.汤姆孙发现了电子并测出电子的电荷量B.稀薄气体导电可以看到辉光现象C.阴极射线是一种电磁波D.以上说法都不对解析：汤姆孙发现了电子，但电子的电荷量是由密立根油滴实验测出的，A错.稀薄气体被电离可以导电，产生辉光现象，B正确.阴极射线是带负电的粒子流，即电子，C错.答案：B2.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：阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的.答案：C3.关于阴极射线的性质，判断正确的是( )A.阴极射线带负电B.阴极射线带正电C.阴极射线的比荷比氢原子比荷大D.阴极射线的比荷比氢原子比荷小解析：通过让阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢原子的比荷大得多，故仅A、C正确.答案：AC4.汤姆孙是怎样发现电子的？解析：汤姆孙通过测定阴极射线的电性实验，测得阴极射线中含有带负电的粒子，然后通过测定阴极射线中负粒子的比荷的大小(通过带电粒子在电磁场中的运动实验)从而推理得到阴极射线中的粒子是电子.答案：见解析综合运用5.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_________.若在如图18-1-2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“向上”“向下”“向里”或“向外”)偏转.图18-1-2解析：阴极射线是电子流，根据左手定则，阴极射线将向下偏转.答案：电子向下拓展探究6.电视机显像管实际上是一只阴极射线管，如图18-1-3所示是一阴极射线管的主要构造示意图.A、B是偏转磁场，可使电子在水平方向偏转，C、D是偏转电场，可使电子在竖直方向偏转，当A、B和C、D不接电压时，电子枪发出的电子经加速后以v=1.6×106m/s的速度沿水平直线MN垂直打到竖直的荧光屏P的中心O上.以O为原点、以竖直方向为y轴、水平方向为x轴建立坐标系，当A、B和C、D间分别接上恒定电压后，电子在磁场中沿-x方向偏转了0.02 m，打在屏上的(-0.14，-0.15)点，已知磁场沿MN方向的宽度为0.06 m，电场沿MN方向的宽度为0.08 m，电场右边缘到屏的距离为0.08 m，电子从磁场射出后立即进入电场，且从电场的右边界射出.(电子的质量m=9.1×10-31 kg，电荷量e=1.6×10-9 C)试求磁场和电场的方向，并说明电子在磁场区、电场区、无场区的运动过程.图18-1-3简答：根据左手定则可得，磁场方向竖直向上.电子受力逆着电场线，电场方向也竖直向上.电子在磁场区做匀速圆周运动，在电场区做匀变速曲线运动，在无场区做匀速直线运动.。

1 电子的发现课后训练基础巩固1．来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将( )A．竖直向下沿直线射向地面B．相对于预定地点向东偏转C．相对于预定地点向西偏转D．相对于预定地点向北偏转2．1897年英国物理学家汤姆孙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．汤姆孙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．汤姆孙通过光电效应的研究，发现了电子C．电子的质量是质子质量的1 836倍D．汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线进行研究，并研究光电效应等现象，说明了电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元3．下列是某实验小组测得的一组电荷量，哪些是符合事实的( )A．＋3×10－16 C B．＋4×10－16 CC．－3.2×10－16 C D．－4.8×10－16 C4．关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是( )A．密立根利用磁场力和重力平衡的方法，测得了带电体的最小带电荷量B．密立根利用电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量C．密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量D．密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子的千分之一5．电子枪发射出的电子打在荧光屏上时，会在那里产生一个亮斑，如果在荧光屏上得到如图所示的亮斑P，那么示波管中的( )A．极板X应带正电B．极板X′应带正电C．极板Y应带正电D．极板Y′应带正电6．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，当调节A、B两板间的电压为U时，可使油滴匀速下降。

第一节电子的发现〔情景切入〕世界是物质的。

物质是绚丽多彩的：火红的太阳，蔚蓝的大海。

还有一些物质是肉眼无法感知到的。

物质是有结构的，组成物质的原子可以再分吗？它有什么样的结构呢？道尔顿、汤姆孙、卢瑟福、玻尔等物理学家心目中的原子是什么样的呢？学了本章内容，你就能回答以上问题了。

〔知识导航〕本章内容以人们认识微观世界的过程为线索，介绍了历史上著名的实验及根据实验得出的关于电子的发现、原子结构、原子光谱和激光的产生的基础知识。

本章内容可分为二个单元：第一单元(第1～2节)主要介绍了电子及原子结构的发现、发展过程。

第二单元(第3～4节)主要讲了氢原子光谱的实验规律及玻尔理论。

本章的重点是原子的核式结构及氢原子的能级跃迁。

本章的难点是人类研究微观世界的方法、原子的能级跃迁。

〔学法指导〕1．学习本章时要注意沿着历史的足迹，了解和认识人类发现电子、原子结构探索的过程，体会科学家研究问题的方法精髓：大胆猜想，设计实验检验的科学思维方法，了解原子结构理论在现代科学技术中的应用。

2．要理解α粒子散射实验，对α粒子散射实验的实验装置、怎样观察实验现象都要十分清楚。

可采用逆向思维，结合原子的核式结构模型来加深理解实验中绝大多数α粒子不发生偏转，少数α粒子发生较大角度偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°的原因。

3．卢瑟福的核式结构模型与玻尔原子模型是两个重要的原子模型，知识它们的相同点在于带正电的核处在圆心上，电子绕核做经典的圆周运动。

不同点是玻尔引入了量子化，认为电子的轨道半径和能量值是不连续的。

4．结合能级图深刻理解氢原子能级跃迁问题，知道原子跃迁的条件是光子能量符合两个轨道之间的能量差。

知道电离是一种特殊的跃迁。

会结合能级图计算氢原子跃迁时释放或吸收光子的频率。

学习目标知识导图知识点1 阴极射线1．演示实验如图所示，真空玻璃管中K是金属板制成的__阴极__，接感应线圈的负极，A是金属环制成的__阳极__，接感应线圈的正极，接通电源后，感应线圈产生的__近万伏__的高电压加在两个电极之间。

【创新方案】2014高中物理第十八章第1节电子的发现课下作业综合提升新人教版选修3-51．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：阴极射线是原子受激发射出的电子流，关于阴极射线是电磁波、X射线的说法都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的。

答案：C2．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．空气密度变得越稀薄，越容易发出辉光解析：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，才具有导电功能，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，而电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导电性能更好，而气体导电时发出辉光。

综上所述，正确答案B、D。

答案：BD3．关于电量，下列说法正确的是( )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个电子的缘故解析：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。

答案：BCD4．如图1所示，一只阴极射线管左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线的轨迹往下偏，则( )A．导线中的电流由A流向B图1B．导线中的电流由B流向AC．若要使电子束的轨迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的轨迹与AB中电流方向无关解析：因为AB中通有电流，所以会在射线管中产生磁场，电子是因为受到洛伦兹力的作用而发生偏转，由左手定则可知，射线管中的磁场方向垂直于纸面向里，所以又根据安培定则可知，AB中的电流方向应是由B流向A，当AB中的电流方向变为由A流向B，则AB上方的磁场方向变为垂直于纸面向外，电子所受洛伦兹力变为向上，电子束的径迹会变为向上偏转。

更上一层楼基础·巩固1.如图18-1-6为示波管中电子枪的原理示意图.示波管内被抽成真空，A 为发射热电子的阴极，K 为接在高电势点的加速阳极，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.下面说法正确的是( )图18-1-6A.如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为2vB.如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为21v C.如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为21v 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22v 解析：电子在两个电极间加速电场中进行加速，由动能定理eU=21mv 2-0得v=meU 2，当AK 间距离变化时，不影响电子的速度，电压减半，则电子离开K 时的速度为22v ，D 项正确.答案：D2.加在阴极射线管内两个电极之间的电压为4×103V ，如果电子离开阴极表面时的速度为零，试求电子到达阳极时的速度.解析：电子在两个电极间加速电场中进行加速，由动能定理eU=21mv 2-0 得v=meU 2=3.75×107 m/s. 3.如图18-1-7所示，有一电子(电量为e)经电压U 0的电场加速后，进入两块间距为d ，电压为U 的平行金属板间.若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：图18-1-7(1)金属板的长度；(2)电子穿出电场时的动能.解析：电子进入平行金属板后做类平抛运动，将运动分解为初速度方向的匀速直线运动和电场方向的匀加速直线运动.利用运动学公式和牛顿运动定律以及动能定理可计算解得.(1)电子进入平行金属板时的速度v 0=m q U 02 在其间运动加速度a=dmUq 运动时间t=Ugm d a d = 金属板长l 为l=vt=d UgU 02 (2)由动能定理可得ΔE k =U 0q+2U q=q(U 0+2U ) 4.J.J.汤姆孙1897年用阴极射线管测量了电子的比荷(电子电荷量与质量之比)，其实验原理如图18-1-8所示.电子流平行于极板射入，极板P 、P′间同时存在匀强电场K 和垂直纸面向里的匀强磁场 B 时，电子流不发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B 时，电子流穿出平行板电容器时的偏向角θ=151 rad.已知极板长L=3.0×10-2m ，电场强度大小为 E=1.5 ×104 V/m ，磁感应强度大小为 B=5.0 ×10-4 T.求电子比荷.图18-1-8解析：无偏转时，洛伦兹力和电场力平衡.无偏转时，有eE=evB只存在磁场时，有evB=m rv 2(或r=eB mv )，由几何关系r=θsin L 偏转角很小时，r≈θL 联立，并代入数据得m e =LB E 2θ=1.3×1011 C/kg. 5.图18-1-9中MN 表示真空室中垂直于纸面的平板，它的一侧有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B.一带电粒子从平板上狭缝O 处以垂直于平板的初速v 射入磁场区域，最后到达平板上的P 点.已知B 、v 以及P 到O 的距离l ，不计重力，求此粒子的电荷e 与质量m 之比.图18-1-9解析：粒子初速v 垂直于磁场，粒子在磁场中受洛伦兹力而做匀速圆周运动，利用洛伦兹力公式和牛顿第二定律进行计算.粒子初速v 垂直于磁场，粒子在磁场中受洛伦兹力而做匀速圆周运动，设其半径为R ，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律，有qBv=Rm v 2因粒子经O 点时的速度垂直于OP ，故OP 是直径，l=2R 由此得m q =Blv 2. 综合·应用6.(2005江苏)如图18-1-10所示，M 、N 为两块带等量异种电荷的平行金属板，S 1、S 2为板上正对的小孔，N 板右侧有两个宽度均为d 的匀强磁场区域，磁感应强度大小均为B ，方向分别垂直于纸面向外和向里，磁场区域右侧有一个荧光屏，取屏上与S 1、S 2共线的O 点为原点，向上为正方向建立x 轴.M 板左侧电子枪发射出的热电子经小孔S 1进入两板间，电子的质量为m ，电荷量为e ，初速度可以忽略.(1)当两板间电势差为U 0时，求从小孔S 2射出的电子的速度v 0；(2)求两金属板间电势差U 在什么范围内，电子不能穿过磁场区域而打到荧光屏上；(3)若电子能够穿过磁场区域而打到荧光屏上，试定性地画出电子运动的轨迹；(4)求电子打到荧光屏上的位置坐标x 和金属板间电势差U 的函数关系.图18-1-10解析：电子进入匀强磁场区域，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，利用几何关系找出临界条件，结合洛伦兹力提供向心力进行计算.(1)根据动能定理，得eU 0=21mv 02由此可解得v 0=meU 02. (2)欲使电子不能穿过磁场区域而打到荧光屏上，应有r=eB m v 0＜d 而eU=21mv 02由此即可解得2U ＜meB d 222. (3)电子穿过磁场区域而打到荧光屏上时运动的轨迹如图所示.(4)若电子在磁场区域做圆周运动的轨道半径为r ，穿过磁场区域打到荧光屏上的位置坐标为x ，则由(3)中的轨迹图可得x=2r-222d r - r=eB mv 和eU=21mv 2 所以，电子打到荧光屏上的位置坐标x 和金属板间电势差U 的函数关系为 x=eB 2(emU 2-2222B e d emU -)(U≥meB d 222). 7.(2005北京理综)两块金属a 、b 平行放置，板间存在与匀强电场正交的匀强磁场，假设电场、磁场只存在于两板间的空间区域.一束电子以一定的初速度v 0从两极板中间，沿垂直于电场、磁场的方向射入场中，无偏转地通过场区，如图18-1-11所示.已知板长l=10 cm ，两板间距d=3.0 cm ，两板间电势差U=150V ，v 0=2.0×107 m/s.求：图18-1-1(1)求磁感应强度B 的大小；(2)若撤去磁场，求电子穿过电场时偏离入射方向的距离，以及电子通过场区后动能增加多少？(电子所带电荷量的大小与其质量之比me =1.76×1011 C/kg ，电子电荷量的大小e=1.60×10-19C)解析：电子进入正交的电磁场不发生偏转，电场力与洛伦兹力平衡；撤去磁场，只受电场力作用，做类平抛运动，利用牛顿运动定律和运动分解的知识进行计算即可.(1)电子进入正交的电磁场不发生偏转，则满足Bev 0=ed U B=dv U 0=2.5×10-4T. (2)设电子通过场区偏转的距离为y 1. y 1=21at 2=21·md eU ·202v l =1.1×10-2 m ΔE k =eEy 1=e dU y 1=8.8×10-18 J=55eV . 8.(2006天津理综)在以坐标原点O 为圆心、半径为 r 的圆形区域内，存在磁感应强度大小为B 、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，如图18-1-12所示.一个不计重力的带电粒子从磁场边界与 x 轴的交点 A 处以速度 v 沿-x 方向射入磁场，恰好从磁场边界与 y 轴的交点C 处沿+y 方向飞出.图18-1-12(1)请判断该粒子带何种电荷，并求出其比荷q/m ；(2)若磁场的方向和所在空间范围不变，而磁感应强度的大小变为 B ，该粒子仍从 A 处以相同的速度射入磁场，但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了 60°角，求磁感应强度 B 多大？此次粒子在磁场中运动所用时间 t 是多少？解析：洛伦兹力提供向心力，关键是做出离子运动轨迹，找出半径和圆心角.(1)由粒子的飞行轨迹，利用左手定则可知，该粒子带负电荷.粒子由 A 点射入，由 C 点飞出，其速度方向改变了 90°，则粒子轨迹半径r=R,又qvB=R m v 2则粒子的比荷m q =Brv . (2)粒子从D 点飞出磁场速度方向改变了 60°角，故AD 弧所对圆心角 60°，粒子做圆周运动的半径R′=rcot30°=3r又R′='qB m v 所以B′=33B 粒子在磁场中飞行时间t=61T=61×'2qB m π=v r 33π. 9.一个半径为1.6×10-4cm 的带负电的油滴，在电场强度等于1.92 V/m 的竖直向下的匀强电场中，如果油滴受到的库仑力恰好与重力平衡，问：这个油滴带有几个电子的电荷？已知油的密度为0.851×103kg/m 3.解析：油滴所受库仑力与重力平衡，利用平衡知识解答.油滴的体积V=34πr 3=34×3.14×(1.6×10-4×10-2)3m 3=1.715×10-17 m 3 油滴的质量m=ρV=1.715×10-17×0.851×103 kg=1.46×10-14 kg设油滴中有x 个电子因油滴所受库仑力与重力平衡所以有mg=Eq=Exe即x=e E m g ≈19--14101.61.9210101.46⨯⨯⨯⨯=4.75×105(个) 所以这个油滴带有约4.75×105个电子.10.汤姆孙如何由实验判定电子是原子的组成部分？解析：汤姆孙通过测定阴极射线的电性实验，测得阴极射线中含有带负电的粒子，然后通过测定阴极射线中负粒子的比荷的大小(通过带电粒子在电磁场中的运动实验)从而推理得到阴极射线中的粒子是电子.后来，汤姆孙和他的学生直接测量了氢离子和阴极射线的电荷，证明了阴极射线的电荷与氢离子的电荷大小基本相同，计算出阴极射线的质量是氢离子质量的1/1 800，这些事实不仅证实了阴极射线确实是带电粒子流，而且表明不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分，比最轻的氢原子的质量还小得多，汤姆孙将这种带电粒子称为电子，电子的发现说明原子具有一定的结构，也就是说原子是由电子和其他物质组成的.。