18.1高中物理选修3-5导学案
人教版2018-2019学年高中物理选修3-5全册学案
2018-2019学年人教版高中物理选修3-5全册学案目录第16章学案1实验：探究碰撞中的不变量第16章学案2动量和动量定理第16章学案3动量守恒定律第16章学案4碰撞第16章学案5第16章习题课动量和能量观点的综合应用第16章习题课动量守恒定律的应用第16章习题课：动量和能量的综合应用第16章习题课：动量守恒定律的应用第16章章末第16章章末整合第16章章末检测章末检测卷一（第16章）第17章学案1能量量子化第17章学案2光的粒子性第17章学案3、4、5第17章章末第18章学案1、2第18章学案3氢原子光谱第18章学案4波尔的原子模型第18章章末章末检测卷二（17、18）第19章学案1原子核的组成第19章学案2放射性元素的衰变第19章学案3、4第19章学案5核力与结合能第19章学案6、7、8第19章章末章末检测卷三（19）综合检测卷A综合检测卷B1 实验：探究碰撞中的不变量[学习目标] 1.探究碰撞中的不变量之间的关系.2.掌握在同一条直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量方法.3.通过实验得到一维碰撞中的不变量表达式．一、实验原理1．两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动．这种碰撞叫做一维碰撞． 2．实验的基本思路：寻求不变量在一维碰撞的情况下，令两个物体的质量分别为m 1、m 2，碰撞前的速度分别为v 1、v 2，碰撞后的速度分别为v 1′、v 2′，如果速度的方向与我们设定的坐标轴的正方向一致，取正值，反之则取负值．探究以下关系式是否成立：(1)m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 1′＋m 2v 2′； (2)m 1v 21＋m 2v 22＝m 1v 1′2＋m 2v 2′2； (3)v 1m 1＋v 2m 2＝v 1′m 1＋v 2′m 2. 二、需要考虑的问题及实验方案 1．质量的测量：用天平测量． 2．速度的测量：方案1：利用气垫导轨结合光电门(1)所需测量量：滑块(挡光板)的宽度Δx ，滑块(挡光板)经过光电门的时间Δt . (2)速度的计算：v ＝Δx .(3)碰撞情景的实现图1如图1所示，利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量．(4)器材：气垫导轨、光电计时器、滑块(带挡光板、两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥．方案2：利用摆球结合机械能守恒定律图2(1)所需测量量：悬点至球心的距离l ，摆球被拉起或碰后的角度θ. (2)速度的计算：v ＝2gl (1－cos θ).(3)碰撞情景的实现：如图2所示，用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失． (4)器材：带细线的摆球(两套)、铁架台、量角器、坐标纸、胶布． 方案3：利用“光滑”水平面结合打点计时器．(1)所需测量量：纸带上两计数点间的距离Δx ，小车经过Δx 所用的时间Δt . (2)速度的计算：v ＝ΔxΔt.(3)碰撞情景的实现：如图3所示，A 运动，B 静止，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个小车连接成一体．图3(4)器材：长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、撞针、橡皮泥． 三、实验步骤不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下： 1．用天平测出相关质量． 2．安装实验装置．3．使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度，填入预先设计好的表格． 4．改变碰撞条件，重复实验．5．通过数据分析处理，找出碰撞中的不变量．6．整理器材，结束实验．四、数据处理将实验中测得的物理量填入下表，物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反时需要注意正负号.通过研究以上实验数据，找到碰撞前后的“不变量”．五、注意事项1．保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前后沿同一直线运动．2．若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时要注意利用水平仪确保导轨水平．3．若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内．4．记录数据时，应规定正方向，若速度的方向与规定的正方向相同，则速度取正值，若与规定的正方向相反，则取负值．5．碰撞有很多情形，我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变，才符合要求．一、利用气垫导轨结合光电门的测量例1某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验；气垫导轨装置如图4所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成．图4(1)下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通入压缩空气；③接通光电计时器；④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms；⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200 g；(2)数据处理与实验结论：①实验中气垫导轨的作用是：A．________________________________________________________________________；B．________________________________________________________________________.②碰撞前滑块1的速度v1为__________ m/s；碰撞后滑块1的速度v2为__________ m/s；滑块2的速度v3为__________ m/s；(结果保留两位有效数字)③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对实验数据的分析说明理由．(至少回答2个不变量)．a．________________________________________________________________________；b．________________________________________________________________________.解析(2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．B．保证两个滑块的碰撞是一维的．②滑块1碰撞之前的速度v1＝dΔt1＝5×10－310.01×10－3m/s≈0.50 m/s；滑块1碰撞之后的速度v2＝dΔt2＝5×10－349.99×10－3m/s≈0.10 m/s；滑块2碰撞之后的速度v3＝dΔt3＝5×10－38.35×10－3m/s≈0.60 m/s；③a.系统质量与速度的乘积之和不变．原因：系统碰撞之前m 1v 1＝0.15 kg·m /s ，系统碰撞之后m 1v 2＋m 2v 3＝0.15 kg·m/s. b ．系统碰撞前后总动能不变．原因：系统碰撞之前的总动能E k1＝12m 1v 21＝0.037 5 J 系统碰撞之后的总动能 E k2＝12m 1v 22＋12m 2v 23＝0.037 5 J所以系统碰撞前后总动能相等． c ．系统碰撞前后质量不变．答案 (2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差 B ．保证两个滑块的碰撞是一维的 ②0.50 0.10 0.60③a.系统质量与速度的乘积之和不变．b.系统碰撞前后总动能不变．c.系统碰撞前后质量不变． 总结提升1．完成本实验的关键是碰撞前、后速度的测量，做题时要明确实验的设计思想和速度测量的原理，同时注意单位和有效数字．2．本实验碰撞前、后速度的大小，采用极限法v ＝Δx Δt ＝dΔt，其中d 为遮光条的宽度．3．实验误差存在的主要原因是摩擦力的存在．利用气垫导轨进行实验，调节时注意利用水平仪，确保导轨水平．二、利用摆球结合机械能守恒定律的探究例2 某同学利用如图5所示的装置探究碰撞中的不变量．图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A 、B 两摆球均很小，质量之比为1∶2.当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触．向左上方拉动B 球使其摆线伸直并与竖直方向成45°角，然后将其由静止释放，结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角为30°.此实验能否成功地说明碰撞前后质量与速度的乘积是不变量？图5解析 设摆球A 、B 的质量分别为m A 、m B ，摆长为l ，B 球的初始高度为h 1，碰撞前B 球的速度为v B .在不考虑摆线质量的情况下，根据题意及机械能守恒定律得： h 1＝l (1－cos 45°) 12m B v 2B ＝m B gh 1碰撞前速度v B ＝2gl (1－cos 45°) 所以碰撞前质量与速度的乘积为 m B v B ＝m B 2gl (1－cos 45°) 同理可得碰撞后共同速度 v AB ＝2gl (1－cos 30°) 碰撞后质量与速度的乘积为(m A ＋m B )v AB ＝(m A ＋m B )2gl (1－cos 30°) 所以(m A ＋m B )v AB m B v B ＝m A ＋m B m B1－cos 30°1－cos 45°代入已知条件得(m A ＋m B )v ABm B v B ≈1所以m B v B ＝(m A ＋m B )v AB所以，此实验成功地说明了碰撞前后质量与速度的乘积是不变量． 答案 能 归纳总结碰撞前后摆球速度的大小可从摆线的摆角反映出来．根据机械能守恒定律计算碰撞前后摆球的速度． 三、利用光滑水平面结合打点计时器的探究例3 某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验：在小车A 的前端粘有橡皮泥，推动小车A 使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B 相碰，并粘合成一体继续做匀速直线运动，他设计的装置如图6所示．在小车A 后面连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为50 Hz ，长木板的一端下面垫着小木片用以平衡摩擦力．图6(1)若已得到打点纸带如图7所示，测得各计数点间距离并标在图上，A 为运动起始的第一点，则应选________段来计算小车A 碰撞前的速度，应选______段来计算A 和B 碰撞后的共同速度．图7(2)已测得小车A 的质量m 1＝0.40 kg ，小车B 的质量m 2＝0.20 kg ，由以上的测量结果可得：碰撞前两车质量与速度乘积之和为______ kg·m /s ；碰撞后两车质量与速度乘积之和为______ kg·m/s. (3)从实验数据的处理结果看，A 、B 碰撞过程中什么量不变？解析 (1)从分析纸带上打点的情况看，BC 段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大的速度，而AB段相同时间内间隔不一样，说明刚开始运动速度不稳定，因此BC 段较准确地描述了小车A 碰撞前的运动情况，故应选用BC 段计算A 碰撞前的速度；从CD 段打点情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE 段小车运动稳定，故应选DE 段计算小车A 和B 碰撞后的共同速度． (2)小车A 碰撞前速度v 1＝x BC T ＝10.50×10－20.1m /s ＝1.050 m/s ；小车A 碰撞前的质量与速度乘积为 m 1v 1＝0.40×1.050 kg·m /s ＝0.420 kg·m/s.碰撞后小车A 、B 有共同速度v ′＝x DE T ＝6.95×10－20.1m /s ＝0.695 m/s碰撞后两车的质量与速度乘积之和为m 1v ′＋m 2v ′＝(m 1＋m 2)v ′＝(0.40＋0.20)×0.695 kg·m /s ＝0.417 kg·m/s(3)在误差允许的范围内，可以认为碰撞前后两车质量与速度的乘积之和保持不变．答案 (1)BC DE (2)0.420 0.417 (3)在误差允许的范围内，碰撞前后两车质量与速度的乘积之和不变 总结提升由于碰撞前后小车做匀速运动，而碰撞中小车的速度发生变化，故应选取点迹均匀的两段进行测量，求取小车速度.1．(多选)在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中，哪些因素可导致实验误差( ) A ．导轨安放不水平 B ．小车上挡光板倾斜 C ．两小车质量不相等 D ．两小车碰后粘合在一起答案 AB解析 导轨不水平，小车速度将受重力影响．挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段小车通过的位移，导致速度计算出现误差．2．用如图8所示装置探究碰撞中的不变量，气垫导轨水平放置，挡光板宽度为9.0 mm ，两滑块被弹簧(图中未画出)弹开后，左侧滑块通过左侧光电计时器，记录时间为0.040 s ，右侧滑块通过右侧光电计时器，记录时间为0.060 s ，左侧滑块质量为100 g ，左侧滑块的m 1v 1＝________ g·m /s ，右侧滑块质量为150 g ，两滑块质量与速度的乘积的矢量和m 1v 1＋m 2v 2＝________ g·m/s.(取向右为速度的正方向)图8答案 22.5 0解析 左侧滑块的速度为：v 1＝d 1t 1＝9.0×10－30.040m /s ＝0.225 m/s则左侧滑块的m 1v 1＝100 g ×0.225 m /s ＝22.5 g·m/s 右侧滑块的速度为：v 2＝d 2t 2＝9.0×10－30.060 m /s ＝0.15 m/s则右侧滑块的m 2v 2＝150 g ×(－0.15 m /s)＝－22.5 g·m/s因m 1v 1与m 2v 2等大、反向，两滑块质量与速度的乘积的矢量和m 1v 1＋m 2v 2＝03.用如图9所示装置探究碰撞中的不变量，质量为m A 的钢球A 用细线悬挂于O 点，质量为m B 的钢球B 放在小支柱N 上，离地面高度为H ，O 点到A 球球心距离为L ，使悬线在A 球静止释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为α，A 球释放后摆到最低点时恰好与B 球正碰，碰撞后，A 球把轻质指示针OC 推移到与竖直方向夹角为β处，B 球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D ，保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B 球的落地点．图9(1)图中s 应是B 球初始位置到________的水平距离． (2)实验中需要测量的物理量有哪些？________________________________________________________________________ (3)实验中不变量遵循的关系式是怎样的？________________________________________________________________________ 答案 (1)落地点 (2)L 、α、β、H 、s 、m A 、m B (3)m A 2gL (1－cos α)＝m A 2gL (1－cos β)＋m B sg2H解析 由机械能守恒定律可知：m A gL (1－cos α)＝12m A v 2A ，则A 球向下摆到与B 球相碰前的速度为v A ＝2gL (1－cos α )，碰后A 球的速度v A ′＝2gL (1－cos β)，碰后B 球做平抛运动，B 球落地时水平方向的分速度v B ′＝s t＝s2H g＝s g2H.在碰撞中物体质量与速度的乘积之和不变，则m A v A ＝m A v A ′＋m B v B ′.故有m A 2gL (1－cos α)＝m A 2gL (1－cos β)＋m B sg 2H.1．(多选)在利用摆球探究碰撞中的不变量实验中，如图1所示，下列说法正确的是()图1A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长B．应由静止释放小球，以便较准确地计算小球碰前的速度C．两小球必须都是刚性球，且质量相同D．两小球碰后可以粘合在一起共同运动答案ABD解析两绳等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以A正确；本实验中对小球的特性无要求，C错误；两球正碰后，有各种运动情况，所以D正确．2．(多选)对于实验最终的结论m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，下列说法正确的是()A．仅限于一维碰撞B．任何情况下m1v21＋m2v22＝m1v1′2＋m2v2′2也一定成立C．式中的v1、v2、v1′、v2′都是速度的大小D．式中的不变量是m1和m2组成的系统的质量与速度乘积之和答案AD解析这个实验是在一维碰撞情况下设计的实验；系统的质量与速度的乘积之和在碰撞前后为不变量是实验的结论，其他探究的结论情况不成立，而速度是矢量，应考虑方向．故选项A、D正确．3．在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”实验时，左侧滑块质量m1＝170 g，右侧滑块质量m2＝110 g，挡光片宽度d为3.00 cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图2所示．开始时两滑块静止，烧断细线后，两滑块分别向左、右方向运动．挡光片通过光电门的时间分别为Δt1＝0.32 s，Δt2＝0.21 s．则两滑块的速度大小分别为v1′＝________m/s，v2′＝________m/s(保留三位有效数字)．烧断细线前m1v1＋m2v2＝________kg·m/s，烧断细线后m1v1′＋m2v2′＝________kg·m/s.可得到的结论是________________________________．(取向左为速度的正方向)图2答案0.0940.1430 2.5×10－4在实验误差允许的误差范围内，两滑块质量与各自速度的乘积之和为不变量解析 两滑块速度v 1′＝d Δt 1＝3.00×10－20.32m /s≈0.094 m/s ，v 2′＝－d Δt 2＝－3.00×10－20.21m /s≈－0.143 m/s ，烧断细线前m 1v 1＋m 2v 2＝0烧断细线后m 1v 1′＋m 2v 2′＝(0.170×0.094－0.110×0.143) kg·m /s ＝2.5×10－4 kg·m/s ，在实验误差允许的误差范围内，m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 1′＋m 2v 2′4．某同学用图3甲所示的装置通过半径相同的A 、B 两球的碰撞来探究碰撞中的守恒量．图中SQ 是斜槽，QR 为水平槽．实验时先使A 球从斜槽上某一固定位置G 由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹．再把B 球放在水平槽上靠近末端的地方，让A 球仍从位置G 由静止滚下，和B 球碰撞后，A 、B 两球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次．图中O 点是水平槽末端R 在记录纸上的垂直投影点．B 球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G 、R 、O 所在平面，米尺的零点与O 点对齐．(1)碰撞后B 球的水平射程ON 应取为________ cm.图3(2)该同学在实验过程中记录了如下数据，设A 球做平抛运动的时间为t ，请根据数据求出两球碰撞前的质量与速度的乘积之和是________，两球碰撞后的质量与速度的乘积之和是________，由此得出的结论是________________________________________.答案 (1)65.2 (2)958.0 g·cm t 956.0 g·cm t 在误差允许的范围内，碰撞前后质量与速度的乘积之和不变解析 (1)水平射程是将10个不同的落点用尽量小的圆圈起来，其圆心即为平均落点，从图乙上可读出约为65.2 cm.(2)A 、B 两球在碰撞前后都做平抛运动，高度相同，在空中运动的时间相同，而水平方向都做匀速直线运动，其水平射程等于速度与落地时间t 的乘积． 碰撞前A 球的速度为v A ＝OP t ＝47.9 cmt ，碰撞前质量与速度的乘积之和为m A v A ＝20.0 g×47.9 cm t ＝958.0 g·cmt .碰撞后A 球的速度为v A ′＝OM t ＝15.2 cmt ， 碰撞后B 球的速度为v B ′＝ON t ＝65.2 cm t. 碰撞后质量与速度的乘积之和为m A v A ′＋m B v B ′＝20.0 g×15.2 cm t ＋10.0 g×65.2 cm t ＝956.0 g·cmt.5．某同学利用打点计时器和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，气垫导轨装置如图4甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，如图乙所示，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．图4(1)下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； ②向气垫导轨通入压缩空气；③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向； ④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的弹射装置；⑤把滑块2(所用滑块1、2如图丙所示)放在气垫导轨的中间； ⑥先__________，然后__________，让滑块带动纸带一起运动； ⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出较理想的纸带如图丁所示；⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g ，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g ；试着完善实验步骤⑥的内容． (2)已知打点计时器每隔0.02 s 打一个点，通过计算可知，两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为________ kg·m /s ；两滑块相互作用后质量与速度的乘积之和为____________ kg·m/s.(保留三位有效数字) (3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是________________________________________________________________________. 答案 (1)接通打点计时器的电源 放开滑块1(2)0.620 0.618 (3)纸带与打点计时器的限位孔间有摩擦解析 (2)相互作用前滑块1的速度v 1＝0.20.1 m /s ＝2 m/s ，其质量与速度的乘积为0.310 kg ×2 m /s ＝0.620kg·m/s ，相互作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v ＝0.1680.14 m /s ＝1.2 m/s ，其质量与速度的乘积之和为(0.310 kg ＋0.205 kg)×1.2 m /s ＝0.618 kg·m/s.6．某同学把两个大小不同的物体用细线连接，中间夹一被压缩的弹簧，如图5所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察两物体的运动情况，进行必要的测量，探究物体间相互作用时的不变量．图5(1)该同学还必须有的器材是_________________________________________； (2)需要直接测量的数据是________________________________________；(3)根据课堂探究的不变量，本实验中表示碰撞前后不变量的表达式应为_____________________________________． 答案 (1)刻度尺、天平(2)两物体的质量m 1、m 2和两物体落地点分别到桌子两侧边缘的水平距离x 1、x 2 (3)m 1x 1＝m 2x 2解析 两物体弹开后各自做平抛运动，根据平抛运动知识可知两物体平抛运动的时间t 相等．所需验证的表达式为m 1v 1＝m 2v 2，等式两侧都乘以时间t ，有m 1v 1t ＝m 2v 2t ，即m 1x 1＝m 2x 2.7．有甲、乙两辆小车，质量分别为m 1＝302 g 、m 2＝202 g ，甲小车拖有纸带，通过打点计时器记录它的运动情况，乙小车静止在水平桌面上，甲小车以一定的速度向乙小车运动，跟乙小车发生碰撞后与乙小车粘合在一起共同运动．这个过程中打点计时器在纸带上记录的点迹如图6所示，在图上还标出了用刻度尺量出的各点的数据，已知打点计时器的打点频率为50 Hz.图6(1)从纸带上的数据可以得出：两车碰撞过程经历的时间大约为________ s ；(结果保留两位有效数字) (2)碰前甲车的质量与速度的乘积大小为______ kg·m /s ，碰后两车的质量与速度的乘积之和为______ kg·m/s ；(结果保留三位有效数字)(3)从上述实验中能得出什么结论？ 答案 (1)0.10 (2)0.202 0.203(3)在误差允许范围内，两车的质量与速度的乘积之和保持不变解析 本题通过分析纸带来确定甲车速度的变化．从纸带上0点开始每0.02 s 内甲车位移分别为13.2 mm 、13.5 mm 、13.5 mm 、12.6 mm 、11.7 mm 、10.8 mm 、9.9 mm 、9 mm 、8.1 mm 、8 mm 、8 mm.(1)从以上数据可知从第3点到第8点是碰撞过程，则t ＝5×0.02 s ＝0.10 s ，该段时间内甲车做减速运动． (2)碰前甲车速度v 1＝40.23×0.02×10－3 m /s ＝0.670 m/s ，碰前甲车质量与速度的乘积m 1v 1＝0.302 kg ×0.670m /s≈0.202 kg·m/s ；碰后两车的速度v 2′＝v 1′＝v ′＝118.3－94.23×0.02×10－3 m /s≈0.402 m/s ，碰后两车的质量与速度的乘积之和为(m 1＋m 2)v ′＝(0.302＋0.202)×0.402 kg·m /s≈0.203 kg·m/s. (3)在误差允许范围内，两车的质量与速度的乘积之和保持不变．2 动量和动量定理[学习目标] 1.理解动量和动量的变化及其矢量性，会计算一维情况下的动量变化量.2.理解冲量的概念，理解动量定理及其表达式.3.能够利用动量定理解释有关现象和解决实际问题．一、动量[导学探究] 一辆玩具小汽车向你驶来，碰了你一下，玩具小汽车可能被碰翻或者改变运动方向，假如一辆大汽车以同样的速度向你驶来，被碰翻的肯定不是大汽车…….这说明运动物体产生的效果不仅与速度有关，而且与质量有关．(1)什么是动量？动量的方向如何确定？做匀速圆周运动的物体动量是否变化？ (2)什么是动量的变化量？动量变化量的方向如何确定？答案 (1)运动物体的质量和速度的乘积是动量．动量的方向与速度的方向相同．物体做匀速圆周运动时，速度大小不变，方向时刻改变，故动量发生变化．(2)如果物体在一条直线上运动，首先规定正方向，将矢量运算转化为代数运算．动量变化量Δp ＝p ′－p ＝m (v ′－v )＝m ·Δv 为矢量式，其方向与Δv 的方向相同． [知识梳理] 动量和动量的变化量： (1)对动量p ＝m v 的理解①动量的矢量性：动量是矢(填“矢”或“标”)量，方向与速度的方向相同，运算遵循平行四边形定则． ②动量是状态量：进行运算时必须明确是哪个物体在哪一状态(时刻)的动量． (2)对动量变化Δp ＝p ′－p 的理解 ①矢量性：与速度变化的方向相同．②若p ′、p 不在一条直线上，要用平行四边形定则求矢量差．③若p ′、p 在一条直线上，先规定正方向，再用正、负表示p ′、p ，则可用Δp ＝p ′－p ＝m v ′－m v 进行代数运算．(3)动量p ＝m v 与动能E k ＝12m v 2的区别①动量是矢量，而动能是标量．②当速度发生变化时，物体的动量发生变化，而动能不一定(填“一定”或“不一定”)发生变化． [即学即用] 下列关于动量的说法正确的是( ) A ．质量大的物体的动量一定大B ．质量和速率都相同的物体的动量一定相同C ．一个物体的动量改变，它的动能一定改变D ．一个物体的动能变化，它的动量一定改变 答案 D解析 根据动量的定义，它是质量和速度的乘积，因此它由质量和速度共同决定，故A 错误；又因为动量是矢量，它的方向与速度的方向相同，而质量和速率都相同的物体，其动量大小一定相同，但方向不一定相同，故B 错误；一个物体的动量改变，可能只是速度方向改变，速度大小不变，如匀速圆周运动．故动能不一定改变，C 项错误；物体的动能变化，则它的速度大小就一定发生了变化，它的动量也一定发生了变化，故D 正确． 二、动量定理[导学探究] 如图1所示，一个质量为m 的物体在碰撞时受到另一个物体对它的力是恒力F ，在F 作用下，经过时间t ，速度从v 变为v ′，应用牛顿第二定律和运动学公式推导物体的动量改变量Δp 与恒力F 及作用时间t 的关系．图1答案 这个物体在碰撞过程中的加速度a ＝v ′－v t ①根据牛顿第二定律F ＝ma ② 由①②得F ＝m v ′－vt整理得：Ft ＝m (v ′－v )＝m v ′－m v 即Ft ＝m v ′－m v ＝Δp .[知识梳理] 对动量定理和冲量概念的理解 (1)冲量①冲量的定义式：I ＝Ft .②冲量是过程(填“过程”或“状态”)量，反映的是力在一段时间内的积累效应，求冲量时一定要明确是哪一个力在哪一段时间内的冲量．③冲量是矢(填“矢”或“标”)量，冲量的方向与力F 的方向相同． (2)动量定理①物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量． ②动量定理的数学表达式：Ft ＝m v ′－m v ，其中F 为物体受到的合外力． (3)对动量定理的理解①动量定理反映了合外力的冲量是动量变化的原因．②动量定理的表达式是矢量式，运用动量定理解题时，要注意规定正方向．③公式中的F 是物体所受的合外力，若合外力是变力，则F 应是合外力在作用时间内的平均值． [即学即用] (1)(多选)下列关于冲量概念和动量定理的说法正确的是( )A ．冲量是矢量，其方向与力的方向相同B ．力越大，力对物体的冲量越大C ．若物体在一段时间内，其动量发生了变化，则物体在这段时间内的合外力一定不为零D ．不管物体做什么运动，在相同的时间内重力的冲量相同 答案 ACD(2)运输易碎物品时包装箱内为什么放置碎纸、泡沫塑料等柔软填充物？答案 物体的动量变化量一定时，力的作用时间越短，力就越大，反之就越小．运输易碎物品包装箱内放置碎纸、泡沫塑料等柔软填充物是为了增大作用时间以减小物品受到的作用力．一、对动量及变化量的理解例1 羽毛球是速度较快的球类运动之一，运动员扣杀羽毛球的速度可达到100 m /s ，假设球飞来的速度为50 m/s ，运动员将球以100 m/s 的速度反向击回．设羽毛球的质量为10 g ，试求： (1)运动员击球过程中羽毛球的动量变化量； (2)运动员击球过程中羽毛球的动能变化量． 解析 (1)以羽毛球飞来的方向为正方向，则 p 1＝m v 1＝10×10－3×50 kg·m /s ＝0.5 kg·m/s.p 2＝m v 2＝－10×10－3×100 kg·m /s ＝－1 kg·m/s所以动量的变化量Δp ＝p 2－p 1＝－1 kg·m /s －0.5 kg·m/s ＝－1.5 kg·m/s. 即羽毛球的动量变化量大小为1.5 kg·m/s ，方向与羽毛球飞来的方向相反．(2)羽毛球的初动能：E k ＝12m v 21＝12.5 J ，羽毛球的末动能：E k′＝12m v 22＝50 J ．所以ΔE k ＝E k ′－E k ＝37.5 J. 答案 (1)1.5 kg·m/s ，方向与羽毛球飞来的方向相反 (2)37.5 J 总结提升 动量和动能的比较。
高二物理理科-人教版选修3-5导学案
高中物理课堂导学案二、合作探究：三、我的疑惑探究一、动量及其变化量1.动量：（1）当两个物体的动量相同时，其动能一定相同吗?（2）当两个物体的动能相同时，其动量一定相同吗?2.动量变化量：(1)动量的变化量也是矢量，动量变化量的方向与初状态的动量方向一定相同吗?(2)如何确定动量变化量的大小和方向?探究二、动量定理及其应用1.动量定理：某物体静止时，物体的重力对物体做功一定为零，而一段时间内重力的冲量如何?2.动量定理的应用：(1)结合“汽车碰撞试验”提出增加安全系数的几点建议。
(2)在进行跳高或撑杆跳高比赛时，为什么要放上厚厚的海绵垫子?四、课堂训练1、下列说法正确的是()A.速度大的物体，它的动量一定大B.动量大的物体，它的速度不一定大C.动量大的物体，其动量变化量也一定大D. 动量定理只适用于恒力作用的物体E.竖直上抛的物体(不计空气阻力)经过空中同一位置时动量一定相同2、运动员向静止的球踢了一脚，踢球时的力F=100N，球在地面上滚动了t=10s停下来，则运动员对球的冲量为()A.1 000 N·sB.500 N·sC.0 N·sD.无法确定3、将质量为0.10 kg的小球从离地面20 m高处竖直向上抛出，抛出时的初速度为15 m/s，g取10 m/s2，求:(1)当小球落地时，小球的动量；(2)小球从抛出至落地过程中动量的增量。
五、课后练习（作业）4、跳远时，跳在沙坑里比跳在水泥地上安全，这是由于()A.人跳在沙坑里的动量比跳在水泥地上小B.人跳在沙坑里的动量变化比跳在水泥地上小C.人跳在沙坑里受到的冲量比跳在水泥地上小D.人跳在沙坑里受到的冲力比跳在水泥地上小2、用0.5kg的铁锤把钉子钉进木头里，打击时铁锤的速度v=4.0m/s，如果打击后铁锤的速度变为0，打击的作用时间是0.01s，那么：(1)不计铁锤受的重力，铁锤钉钉子的平均作用力是多大?(2)考虑铁锤受的重力，铁锤钉钉子的平均作用力又是多大?(g取10m/s2)(3)比较(1)和(2)，讨论是否要计铁锤的重力。
人教版物理选修3-5导学案：《光的粒子性》导学案
课时17.2光的粒子性1.知道光电效应,通过实验了解光电效应实验规律。
2.了解爱因斯坦光子说,并能够用它来解释光电效应现象。
3.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义,并能利用它解决一些简单问题。
4.了解康普顿效应,了解光子的动量。
重点难点:爱因斯坦光电效应方程以及意义。
教学建议:本节知识是本章的重点内容,它由光电效应的实验规律、光电效应经典解释中的疑难、光电效应方程、康普顿效应和光子的动量五部分组成,内容多、难度大。
教学中建议首先要努力创造条件做好光电效应实验,引导学生探究并得出光电效应实验规律;其次引导学生讨论探究,用经典的电磁理论解释光电效应的规律,让学生领悟出“光的电磁理论只能部分地解释光电效应”;接着再介绍爱因斯坦借鉴普朗克的量子化理论提出了“光子说”,成功地解释光电效应,领会科学家的智慧;最后通过对康普顿效应的介绍再次证明光的粒子性。
导入新课:光的干涉、衍射现象说明光是电磁波,光的偏振现象还进一步说明光是横波。
19世纪60年代,麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。
然而,出人意料的是,正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。
对这一现象及其他相关问题的研究,使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。
本节课我们就来学习这方面知识。
1.光电效应在光(包括不可见光)的照射下物体发射出①电子的现象叫作光电效应,发射出来的②电子叫作光电子。
2.光电效应的实验规律(1)存在饱和电流:在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个③饱和值。
若光的颜色不变,入射光越强,饱和电流④越大,饱和电流与光强成正比。
即入射光越强,单位时间内发射的光电子数⑤越多。
(2)存在遏止电压和截止频率(或极限频率)遏止电压:使光电流减小到零的反向电压U c。
遏止电压的存在意味着光电子具有一定的⑥初速度,即1m e v c2=eU c。
2截止频率:当入射光的频率减小到某一数值νc时,不加反向电压也没有光电流,这表明已经没有光电子了,νc称为截止频率。
物理选修3-5原子物理部分同步导学案
17波粒二线性1能量量子化[目标定位] 1.知道热辐射、黑体和黑体辐射的概念，知道黑体辐射的实验规律.2.知道普朗克提出的能量子假说．一、黑体与黑体辐射1．热辐射(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体温度有关，所以叫热辐射．(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同．2．黑体(1)定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．想一想在火炉旁边有什么感觉？投入炉中的铁块颜色怎样变化？说明了什么问题？答案在火炉旁会感到热，这是由于火炉不断地向外辐射能量．投入炉中的铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色，这表明同一物体热辐射的强度与温度有关．二、黑体辐射的实验规律1．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．2．随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动．想一想你认为现实生活中存在理想的黑体吗？答案现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，绝对黑体不存在，是理想化的模型．三、能量子1．定义：普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值 叫做能量子．2．大小： ＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，数值h＝6.626×10－34__J·s(一般h取6.63×10－34 J·s)．一、对黑体辐射规律的理解1．一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．2．黑体是指只吸收而不反射外界射来的电磁波的物体，由于黑体只进行热辐射，所以黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．3．黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．如图17－1－1所示．图17－1－1例1图17－1－2在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度．如图17－1－2所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是() A．T1>T2B．T1<T2C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动答案AD解析一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关．实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．从图中可以看出，λ1<λ2，T 1>T 2，本题正确选项为A 、D.借题发挥 随着温度的升高，各种波长的辐射本领都在增加，当黑体温度升高时，辐射本领最大值向短波方向移动，这是黑体辐射的特点，熟悉黑体辐射特点是解决问题的关键．针对训练1 下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( )答案 A解析 随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A 正确，B 、C 、D 错误．二、能量子的理解和ε＝hν的应用1．物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态．2．在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化．3．能量子的能量ε＝hν，其中h 是普朗克常量，ν是电磁波的频率．例2 光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400 nm ～700 nm.求400 nm 、700 nm 电磁辐射的能量子的值各是多少？答案 4.97×10－19J 2.84×10－19 J解析 根据公式ν＝cλ和ε＝hν可知：400 nm 对应的能量子ε1＝h cλ1＝6.63×10－34×3.0×108400×10－9J ＝4.97×10－19J.700 nm 对应的能量子ε2＝h cλ2＝6.63×10－34×3.0×108700×10－9J ＝2.84×10－19J.借题发挥 (1)求解本题的关键是根据已知条件求每一个能量子的能量．(2)这类习题数量级比较大，注意运算当中提高运算准确率．例3对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是()A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C．吸收的能量可以是连续的D．辐射和吸收的能量是量子化的答案ABD解析带电微粒的辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的．故选项A、B、D正确，C选项错．对黑体辐射规律的理解1．下列叙述正确的是()A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波答案ACD解析根据热辐射定义知A对；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体温度有关，B错、C对；根据黑体定义知D对．2．下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是()A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动C．黑体热辐射的强度与波长无关D．黑体辐射无任何规律答案AB解析黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．故A、B对．能量子的理解及ε＝hν的应用3．二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是1.4×10－3～1.6×10－3m，相应的频率范围是________，相应的光子能量的范围是________，(已知普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空中的光速c＝3.0×108 m/s.结果取两位有效数字)答案 1.9×1011～2.1×1011 Hz 1.3×10－22～1.4×10－22 J解析由c＝λν得ν＝cλ.则求得频率范围为1.9×1011～2.1×1011 Hz.又由ε＝hν得能量范围为1.3×10－22～1.4×10－22 J.4．神光“Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长λ＝0.35 μm的紫外激光．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少？答案 4.23×1021(个)解析紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根据紫外激光发射的总能量为2 400 J，即可求得紫外激光所含光子数．紫外激光能量子的值为ε0＝hcλ＝6.63×10－34×3×1080.35×10－6J＝5.68×10－19 J．则该紫外激光所含光子数n＝Eε0＝2 4005.68×10－19＝4.23×1021(个)．(时间：60分钟)题组一黑体辐射的理解和应用1．关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体答案 C解析黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故选项A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故选项B错误、选项C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故选项D错误．2．对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是()A．温度B．材料C．表面状况D．以上都正确答案 A解析根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素，得其只与温度有关，A对．3．能正确解释黑体辐射实验规律的是()A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．以上两种理论体系任何一种都能解释D．牛顿提出的微粒说答案 B解析根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到满意的解释，B对．4.图17－1－3黑体辐射的实验规律如图17－1－3所示，由图可知()A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增大B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增大C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动答案ACD解析由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来．5．2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化．他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点．下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是( ) A ．一切物体都在辐射电磁波B ．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C ．黑体的热辐射实质上是电磁辐射D ．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 答案 ACD解析 根据热辐射的定义，A 正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B 错误；普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，故C 、D 正确．题组二 能量子的理解及ε＝hν的应用6．普朗克常量是自然界的一种基本常数，它的数值是( ) A ．6.02×10－23mol B ．6.625×10－3 mol ·sC ．6.626×10－34J ·s D ．1.38×10－16mol ·s答案 C解析 普朗克常量是一个定值，由实验测得它的精确数值为6.626×10－34J ·s ，在记忆时关键要注意它的单位和数量级．7．已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c ，普朗克常量为h ，则电磁波辐射的能量子ε的值为( )A ．h c λ B.h λC.ch λ D ．以上均不正确 答案 A8．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P ，c 表示光速，h 为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为( )A.λP hcB.hPλc C.cP λh D ．λPhc 答案 A解析 每个光量子的能量ε＝hν＝hc λ，每秒钟发射的总能量为P ，则n ＝P ε＝λP hc .题组三 综合应用 9．对应于3.4×10－19J 的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？(h ＝6.63×10－34J ·s)答案 5.13×1014 Hz 5.85×10－7 m解析 根据公式ε＝hν和ν＝cλ得ν＝εh ＝3.4×10－196.63×10－34 Hz ≈5.13×1014Hz ，λ＝cν＝hcε＝6.63×10－34×3×1083.4×10－19m ＝5.85×10－7 m. 10．人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm 的绿光时，只要每秒钟有6个光量子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常数为6.63×10－34J ·s ，光速为3×108 m/s.人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率为多少？ 答案 2.3×10－18W解析 先根据ε0＝hν＝h cλ算出每个光量子的能量，每秒需要接收到6个这样的光量子，故接收到这6个光量子的功率就是人眼能觉察到绿光的最小功率．又因每秒有6个绿光的光量子射入瞳孔，所以，觉察到绿光所需要接收到的最小功率P ＝E t ，式中E ＝6ε0，又ε0＝hν＝h c λ，代入数据得P ＝2.3×10－18 W.11．小灯泡的功率P ＝1 W ，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10－6 m ，求在距离d ＝1.0×104 m处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1 cm 2的球面上的光子数是多少？(h ＝6.63×10－34J ·s)答案 3.98×105个解析 每秒钟小灯泡发出的能量为E ＝Pt ＝1 J 1个光子的能量：ε＝hν＝hc λ＝6.63×10－34×3×10810－6J ＝1.989×10－19 J 小灯泡每秒钟辐射的光子数： n ＝E ε＝11.989×10－19＝5×1018(个) 距离小灯泡d 的球面面积为：S ＝4πd 2＝4π×(1.0×104)2 m 2＝1.256×109 m 2＝1.256×1013 cm 2 每秒钟射到1 cm 2的球面上的光子数为：N ＝n S ＝5×10181.256×1013＝3.98×105(个)．2 光的粒子性[目标定位] 1.知道光电效应现象，能说出光电效应的实验规律.2.能用爱因斯坦光电效应方程对光电效应作出解释，会用光电效应方程解决一些简单的问题.3.了解康普顿效应及其意义．一、光电效应1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．2．光电子：光电效应中发射出来的电子．3．光电效应的实验规律(1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．(2)存在着遏止电压和截止频率：入射光的频率低于截止频率时不能(填“能”或“不能”)发生光电效应．(3)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9 s.想一想紫外线灯照射锌板，为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度？答案紫外线灯照射锌板，发生光电效应现象，锌板上的电子飞出锌板，使锌板带正电，与锌板相连的验电器也会因而带正电，使得验电器指针张开一个角度．二、爱因斯坦的光电效应方程1．光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子为hν．2．爱因斯坦光电效应方程的表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.想一想怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程？答案爱因斯坦光电效应方程中的hν是入射光子的能量，逸出功W0是光子飞出金属表面消耗的能量，E k 是光子的最大初动能，因此爱因斯坦光电效应方程符合能量的转化与守恒定律．三、康普顿效应1．康普顿效应美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．2．康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，深刻揭示了光的粒子性的一面．3．光子的动量表达式：p＝h λ一、光电效应现象1．光电效应的实质：光现象――→转化为电现象． 2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．3．光电子：光电效应中发射出来的光电子，其本质还是电子． 例1图17－2－1一验电器与锌板相连(如图17－2－1所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角． (1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)． (2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转． 答案 (1)减小 (2)无解析 当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转．当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小．使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外光比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强弱无关． 二、光电效应的实验规律 1．光电效应的四个规律(1)任何一种金属都有一个截止频率νc ，入射光的频率必须大于νc ，才能产生光电效应，与入射光的强度及照射时间无关．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关．(3)当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关． (4)光电效应几乎是瞬时的，发生的时间一般不超过10－9 s.2．掌握三个概念的含义(1)入射光频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大初动能． (2)入射光的强度决定着单位时间内发射的光子数．(3)饱和光电流决定着单位时间内发射的光电子数．3．逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W0表示，不同金属的逸出功不同．4．光电效应与光的电磁理论的矛盾按光的电磁理论，应有：(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．(2)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应．(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9 s.例2图17－2－2利用光电管研究光电效应实验如图17－2－2所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()A．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过B．用红光照射，电流表一定无电流通过C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变答案 D解析因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A错误；因不知阴极K的截止频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项B错误；即使U AK＝0，电流表中也有电流，所以选项C错误；当滑动触头向B端滑动时，U AK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK，光电流也不会增大，所以选项D正确．针对训练1入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么() A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能将减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不发生光电效应答案 C解析 发生光电效应几乎是瞬时的，选项A 错误；入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少，频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B 错误；入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也就减少，故选项C 正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D 错误． 三、光电效应方程的理解与应用 1．光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为E ＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W 0，则电子离开金属表面时动能最大为E k ，根据能量守恒定律可知：E k ＝hν－W 0.2．光电效应方程包含了产生光电效应的条件若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即E k ＝hν－W 0>0，亦即hν>W 0，ν>W 0h ＝νc ，而νc＝W 0h恰好是光电效应的截止频率．图17－2－33．E km ν曲线如图17－2－3所示是光电子最大初动能E km 随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量． 例3图17－2－4如图17－2－4所示，当电键K 断开时，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极P ，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V 时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.60 V 时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( ) A ．1.9 eV B ．0.6 eVC．2.5 eV D．3.1 eV答案 A解析由题意知光电子的最大初动能为E k＝eU c＝0．60 eV，所以根据光电效应方程E k＝hν－W0可得W0＝hν－E k＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV针对训练2图17－2－5如图17－2－5所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象，由图象可知()A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E答案AB解析题中图象反映了光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率ν0时，光电子的最大初动能E k＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，而选项C、D 错误．光电效应现象1．(2013·上海高考)当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时()A．锌板带负电B．有正离子从锌板逸出C．有电子从锌板逸出D．锌板会吸附空气中的正离子答案 C解析当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误．光电效应规律2．用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应．现将该单色光的光强减弱，则下列说法中正确的是()①光电子的最大初动能不变②光电子的最大初动能减小③单位时间内产生的光电子数减少④可能不发生光电效应A．①③B．②③C．①②D．③④答案 A解析由光电效应规律知，光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功共同决定，与入射光的强度无关，故①对；单位时间内产生的光电子数与入射光的强度成正比，光强减弱，则单位时间内产生的光电子数减少，即③也正确．3．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是() A．延长光照时间B．增大光的强度C．换用波长较短的光照射D．换用频率较低的光照射答案 C解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的截止频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D均错误；又因ν＝cλ，所以选项C正确．光电效应方程的理解与应用4．(2014·广东卷)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大答案AD解析增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较小的光照射时，如果光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能E k＝hν－W0，故改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确．5.图17－2－6如图17－2－6所示是光电效应中光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象．从图中可知() A．E k与ν成正比B．入射光频率必须大于或等于极限频率νc时，才能产生光电效应C．对同一种金属而言，E k仅与ν有关D．E k与入射光强度成正比答案BC解析由E k＝hν－W0知B、C正确，A、D错误．(时间：60分钟)题组一光电效应的现象及规律1．硅光电池是利用光电效应原理制成的器件．下列表述正确的是()A．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应答案 A解析电池是把其他形式的能转化为电能的装臵．而硅光电池即是把光能转变成电能的一种装臵．2.图17－2－7(2014·文昌高二检测)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图17－2－7所示，这时()A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．若用黄光照射锌板，则可能不产生光电效应现象D．若用红光照射锌板，则锌板能发射光电子答案BC解析锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，故锌板带正电，指针上的部分电子被吸引到锌板上发生中和，使指针带正电，B对、A错；红光和黄光的频率都小于紫外线的频率，都可能不产生光电效应，C对、D错．3．(2014·东莞高二检测)用紫光照射某金属恰可发生光电效应，现改用较弱的太阳光照射该金属，则() A．可能不发生光电效应B．逸出光电子的时间明显变长C．逸出光电子的最大初动能不变D．单位时间逸出光电子的数目变小答案CD解析由于太阳光含有紫光，所以照射金属时发生光电效应且逸出光电子的最大初动能不变，又因为光强。
【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导学案全册
第十四章 动量守恒定律16.2动量和动量定理【教学目标】1．会结合已掌握的知识探索碰撞前后的不变量。
2．通过实验找到碰撞前后的不变量。
重点：用实验的方法探究碰撞中的不变量。
难点：用实验的方法探究碰撞中的不变量。
【自主预习】1.两个物体________沿同一直线运动，________仍沿这一直线运动，这种碰撞叫做一维碰撞。
2．在“探究碰撞中的不变量”的实验中，需要考虑的首要问题是________，即如何保证两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿这条直线运动。
此外，还要考虑怎样测量物体的________和怎样测量物体的________。
3．关于实验数据的处理，应用________的形式记录，填表时注意思考：如果小球碰撞后运动的速度与原来的方向________，应该怎样记录？4．对于每一种碰撞的情况(例如两个物体碰后分开或粘在一起的两种情况)，都要填写一个表格，然后根据表中的数据寻找碰撞前后的________。
5.实验的基本思路1）一维碰撞两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。
这种碰撞叫做一维碰撞。
2）怎样找出不变量？(1)质量：质量是不变的，但质量与运动状态无关，不是要寻找的量。
(2)m v ：物体质量与各自速度平方的乘积之和是否为不变量，即是否有m 1v 1＋m 2v 2＝m 2v ′1＋m 2v ′2?(3)m v 2：物体质量与各自速度平方的乘积之和是否为不变量，即是否有m 1v 21＋m 2v 22＝m 2v ′21＋m 2v ′22？(4)v m ：物体速度与其质量之比的和是否为不变量，即是否有v 1m 1＋v 2m 2＝v 1′m 1＋v 2′m 2？ 说明：碰撞是在物体之间进行的，碰撞前后物体的速度一般要发生变化，因此要找出碰撞中的不变量，应考虑到质量与速度的各种组合。
6.需要考虑的问题①怎样才能保证碰撞是一维的？可以利用凹槽或气垫导轨限定物体在同一直线上运动，也可以利用长木板限定物体在同一直线上运动，或使两物体重心连线与速度方向共线。
高2021届高2018级高二物理人教版选修3-5导学案课件第十六章课时16.6
请回答以下几个问题:
① 在调整气垫导轨时应注意
使气垫导轨水平Βιβλιοθήκη 。②应测量的数据还有 两滑块到挡板的距离L1和L2 。
③作用前 A、B 两滑块速度与质量乘积之和为 0 ,作用后 A、B 两滑块速度与
质量乘积之和为
(������+������ ������1
)������1
-���������������2���2
A.左方是 A 球,碰撞后 A、B 两球速度大小之比为 2∶5 B.左方是 A 球,碰撞后 A、B 两球速度大小之比为 1∶10 C.右方是 A 球,碰撞后 A、B 两球速度大小之比为 2∶5 D.右方是 A 球,碰撞后 A、B 两球速度大小之比为 1∶10
3.如图(俯视)所示,质量为 m、半径为 R 的质量分布均匀的圆环静止在粗糙的足够长的水平 桌面上,一质量为 2m 的光滑小球以 v0 的水平速度通过环上的小孔正对环心射入环内,与环发 生第一次碰撞后到第二次碰撞前小球恰好不会从小孔穿出。若小球与环内壁的碰撞为弹性 碰撞,求: (1)第一次刚碰撞完,小球和环各自的速度大小。 (2)圆环与桌面之间的动摩擦因数。 (3)圆环最终通过的总位移。
(1)速度大小为 3 m/s,方向向左 (2)1.3 J
2.如图所示,光滑水平面上有大小相同的 A、B 两球在同一直线上运动。两球质量关系 为 mB=2mA,规定向右为正方向,A、B 两球的动量均为 6 kg·m/s,运动中两球发生碰撞,碰
撞后 A 球的动量增量为-4 kg·m/s。则( A )。
。
拓展一:动量的变化与动量定理的应用
动量定理说明动量的变化不仅跟力的大小和方向有关,还跟力的作用时间有关,即动 量的变化量反映了力对时间的累积效果。动量定理不仅适用于恒力作用的情形,也适用 于变力作用的情形。在使用动量定理解决问题时首先要确定研究对象,并对研究对象进 行受力分析。如果受到多个力,要进行合成,求出合力的冲量。如果各个力作用的时间不 同,则要先分别求出每个力的冲量,再把冲量进行合成。列式的时候,一定要注意动量和 冲量的矢量性,要先选定正方向。
高中物理选修3-5导学案第十八章 1
1电子的发现[学科素养与目标要求]物理观念：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．科学思维：体会电子的发现过程中蕴含的科学方法．一、阴极射线1．实验装置：如图1所示，真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极；把它们分别连接在感应圈的负极和正极上．图12．实验现象：玻璃壁上出现淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影．3．阴极射线：荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴极射线．二、电子的发现1．汤姆孙的探究(1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转情况，证明它是带负电(选填“正电”或“负电”)的粒子流并求出了它的比荷．(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，说明这种粒子是构成各种物质的共有成分．(3)进一步研究新现象，不论是由于正离子的轰击、紫外光的照射、金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的带电粒子——电子．由此可见，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元．2．密立根“油滴实验”(1)精确测定电子电荷．(2)电荷是量子化的．3．电子的有关常量判断下列说法的正误．(1)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的．(×)(2)阴极射线在真空中沿直线传播．(√)(3)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射．(×)(4)组成阴极射线的粒子是电子．(√)(5)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值．(×)一、对阴极射线的认识1.在如图所示的演示实验中，K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极．K和A之间加上近万伏的高电压后，管端玻璃壁上能观察到什么现象？该现象说明了什么问题？答案能看到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影，这说明阴极能够发出某种射线，并且撞击玻璃引起荧光．2．如何判断阴极射线的带电性质？答案方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定带电的性质．方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据荧光屏上亮点位置的变化和磁场方向利用左手定则确定带电的性质．1．对阴极射线本质的认识——两种观点(1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射．(2)粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流．2．阴极射线带电性质的判断方法(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定带电的性质．(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质．3．实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电．例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．阴极射线就是X射线答案 C解析阴极射线是在真空中由负极发出的电子流，故A、B错误；阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名的，故C正确；阴极射线本质是电子流，故D错误．对阴极射线的理解1．阴极射线实际上就是电子流．2．辉光现象产生的条件：玻璃管中气体稀薄．3．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，粒子还可能来自管中气体．4．阴极射线不是X射线．针对训练(多选)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，如图2所示．则()图2A．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向上偏，可以通过改变AB中电流的方向来实现D．电子的径迹与AB中电流的方向无关答案BC解析在阴极射线管中射出的阴极射线是带负电的电子流，在导线AB形成的磁场中向下偏转，由左手定则可知磁场是垂直纸面向里的，根据安培定则可知导线AB中的电流是由B流向A的，A错，B对；通过改变AB中的电流方向可以改变磁场方向从而使阴极射线的受力方向向上，使电子束的径迹向上偏，C 对；由此可知电子束的径迹与AB 中的电流方向即通电直导线AB 形成的磁场方向有关，D 错． 二、带电粒子比荷的测定及电子的发现1．如何测定射线粒子的比荷？阅读课本，请提出一种可行的方案． 答案 (1)让粒子通过正交的电磁场(如图)，使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即Bq v ＝qE 得到粒子的运动速度v ＝EB .(2)在其他条件不变的情况下，撤去匀强电场(如图)，保留磁场，让粒子在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即q v B ＝m v 2r ，根据磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r . (3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：q m ＝EB 2r.2．电子电荷的精确测定是密立根通过“油滴实验”测定的，密立根实验的重要意义是什么？ 答案 发现电荷是量子化的，即任何电荷只能是e 的整数倍．1．利用磁偏转测量(1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，如图3所示，使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F 洛＝F 电(Bq v ＝qE )，得到粒子的运动速度v ＝E B.图3(2)撤去电场，如图4所示，保留磁场，让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bq v ＝m v 2r，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r .图4(3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：q m ＝EB 2r .最后经定量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子． 2.利用电偏转测量带电粒子在匀强电场中运动，如图5.偏转量y ＝12at 2＝12·qU md (L v )2，故q m ＝2yd v 2UL 2，所以在偏转电场中，U 、d 、L 已知时，只需测量v 和y 即可．图53．电子发现的意义(1)电子发现以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒．(2)现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分．(3)电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的．例2 如图6所示，初速度可忽略不计的电子经加速电场加速后从小孔O 进入磁感应强度为B 的有界匀强磁场，磁场宽度为l ，射出磁场时电子的偏转角为α.已知加速电场电势差为U ，求电子的比荷．图6答案 2U sin 2αB 2l 2解析 在加速电场中由动能定理得eU ＝12m v 2 在匀强磁场中由牛顿第二定律得e v B ＝m v 2R如图所示，由几何关系得R ＝l sin α解得：e m ＝2U sin 2αB 2l2带电粒子的比荷常见的三种测量方法1．利用磁偏转测比荷：由q v B ＝m v 2R 得q m ＝v BR ，只需知道磁感应强度B 、带电粒子的初速度v 和偏转半径R 即可．2．利用电偏转测比荷：偏转量y ＝12at 2＝12·qU md ⎝⎛⎭⎫L v 2，故q m ＝2yd v 2UL 2，所以在偏转电场U 、d 、L 已知时，只需测量v 和y 即可．3．利用加速电场测比荷：由动能定理qU ＝12m v 2得q m ＝v 22U，只需测出v 即可．1．(对阴极射线的认识)(多选)下面对阴极射线的认识正确的是()A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的B．只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生C．阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线D．阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极答案CD解析阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线，故A错误，C正确；只有当两极间有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，故B错误，D正确．2．(电子发现的意义)(多选)关于电子的发现，下列说法正确的是()A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成B．电子的发现，说明原子具有一定的结构C．在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒D．电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分答案BCD解析发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但它使人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A错误，B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到原子中应该还有其他带正电的部分，D正确．3．(对电子的认识)(多选)1897年英国物理学家汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是( )A ．任何物质中均有电子B ．不同物质中具有不同性质的电子C ．电子质量是质子质量的1 836倍D ．电子是一种粒子，是比原子更基本的物质单元答案 AD解析 汤姆孙用不同的材料做阴极，都能发现阴极射线且阴极射线均为同一物质——电子，这说明任何物质中均含有电子，A 对，B 错；根据对电子比荷的测定可知，电子电荷量和氢原子核的电荷量相同，电子的质量远小于质子质量，是质子质量的11 836，说明电子有质量和电荷量，是一种粒子，并且电子是比原子更基本的物质单元，C 错，D 对．4．(电子比荷的测定)密立根油滴实验原理如图7所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正、负极相接，板间距离为d ，板间电压为U ，形成竖直向下、场强为E 的匀强电场．用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴．通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为m ，重力加速度为g ，则下列说法正确的是( )图7A ．悬浮油滴带正电B ．悬浮油滴的电荷量为mg UC ．增大场强，悬浮油滴将向上运动D ．油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍答案 C解析 带电油滴在两板间静止时，电场力向上，应带负电，A 项错误；qE ＝mg ，即q U d＝mg ，所以q ＝mgd U，B 项错误；当E 变大时，qE 变大，合力向上，油滴将向上运动，C 项正确；任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍，D 项错误．5．(电子比荷的测定)如图8所示，电子以初速度v 0从O 点沿OO ′进入长为l 、板间距离为d 、电势差为U 的平行板电容器中，出电场时打在屏上P 点，经测量O ′、P 的距离为y 0，求电子的比荷．(电子电荷量为e )图8答案 2dy 0v 02Ul 2解析 由于电子进入电场中做类平抛运动，沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动，满足y 0＝12at 2＝12·e U d m ⎝⎛⎭⎫l v 02＝eUl 22md v 20，则e m ＝2dy 0v 02Ul 2.。
高2021届高2018级高二物理人教版选修3-5导学案课件第十九章课时19.2
B.①是 β 衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的 C.②是 β 衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的 D.从 238 92U 衰变成 206 82Pb 要经过 6 次①衰变,8 次②衰变
4.(多选)关于放射性元素的半衰期,下列说法中正确的是( BD )。 A.原子核全部衰变所需要的时间的一半 B.原子核有半数发生衰变所需要的时间 C.原子量减少一半所需要的时间 D.元素质量减半所需要的时间
解答:β 衰变的实质是原子核内的中子转化成质子和电子。
3.氡 222 衰变成钋 218 的半衰期为 3.8 天,说明如果有 6 个氡 222 原子核,经过 3.8 天一定只剩 3 个,另三个衰变成钋 218。这种说法对吗?
解答:不对。半衰期是对大量原子核整体衰变做出的“统计预测”,对少量的、 单个的原子核说它的半衰期毫无意义。
(3)决定因素:元素的半衰期反映的是原子核内部的性质,与原子所处的化学状态 和 外部条件 无关。
1.在 α 衰变和 β 衰变中,质量数和核电荷数有什么变化规律?
解答:α 衰变中,新生成的核比原来的核质量数减少 4,电荷数减少 2;β 衰变中, 新生成的核与原来的核质量数一样,电荷数增加 1。
2.原子核里没有电子,β 衰变中的电子来自哪里?
53
51Sb+24He
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B.131
I→131
53
54Xe+-01e
C.131
I→130
53
53I+10n
D.131
I→131
53
52Te+11H
4.(多选)有些建材中的放射性物质会释放出 α、β、γ 射线,根据有
高中物理选修3-5导学案18套-19案18套-002
第十八章原子核**放射性元素的衰变【教学目标】1．知道α和β衰变的规律及实质。
2．理解半衰期的概念。
重点：α和β衰变的规律难点：半衰期【自主预习】1.原子核放出________或________的变化称为原子核的衰变。
原子核衰变时________和________都守恒。
2．β衰变的实质在于核内的________转化成了一个________和一个________。
其转化方程是________，这种转化产生的________发射到核外，就是β粒子。
3．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的________。
放射性元素衰变的快慢是由________的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件________关系。
4．原子核的衰变原子核放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核，我们把这种变化叫做原子核的衰变。
(1)衰变规律原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
(2)两种衰变—α衰变和β衰变①原子核放出一个α粒子就说它发生了一次α衰变，新核的质量数比原来的减少4，而电荷数减少2，用通式表示为：AZX→A－4Z－2Y＋42He。
②原子核放出一个β粒子就说它发生了一次β衰变，新核的质量数不变，而电荷数增加了1，用通式表示为：AZX→AZ＋1Y＋ 0－1e。
5．半衰期放射性同位素衰变的快慢有一定的规律，我们通常用“半衰期”来表示放射性元素衰变的快慢。
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。
(1)半衰期的计算公式为：式中的N原和m原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余和m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期。
(2)半衰期是对大量原子核衰变进行统计的结果，对个别的或少量的原子核，没有半衰期可言。
(3)半衰期的长短与原子所处的物理状态(压强、强度等)和化学状态(单质或是各种化合物等)无关，是由原子核内部本身的因素决定的。
高2021届高2018级高二物理人教版选修3-5导学案课件第十七章课时17.5
1.(多选)下列关于不确定关系说法正确的是( BC )。
A.不确定关系只适用于电子和光子 B.不确定关系不仅适用于电子和光子,也适用于其他粒子 C.不确定关系也适用于其他宏观物体,不过这些不确定量微乎其微 D.对微观和央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的 95%以上。假设
问题:(1)根据牛顿运动定律,质点在什么条件下才会改变运动方向?当粒子穿过狭缝产 生衍射现象时,粒子的运动还遵守牛顿运动定律吗?
(2)图中描述了屏上光的强度的分布情况,屏上各点光的强弱反映了什么? (3)为什么说粒子穿过狭缝时位置的不确定性减小了,而动量的不确定性增加了?
主题2:不确定性关系
问题:(1)什么是不确定性关系? (2)谈谈你对不确定性关系的理解。 (3)不确定性关系反映了微观粒子与宏观质点的运动有什么不同?
2.(多选)在单缝衍射实验中,从微观粒子运动的不确定关系 ΔxΔp≥4ℎπ可知( BC )。
3.有人说:“在微观物理学中,由于我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量, 粒子出现的位置是无规律可循的。”请你对以上说法做出评论。
解答:这种说法是不正确的。虽然我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和 动量,但粒子的运动却有规律可循,那就是统计规律。比如干涉、衍射的亮斑位置就是 粒子出现概率大的位置。
主题3:不确定性关系的物理意义
问题:微观粒子的位置和动量的不确定性关系是不是告诉我们微观粒子的运 动是不可描述的?
主题4:物理模型的意义
情景:汤姆孙发现电子之后提出了原子的“枣糕模型”;卢瑟福根据 α 粒子散射实验的事 实,用原子的“核式结构模型”否定了“枣糕模型”;针对经典物理学无法解释原子的“核式结构 模型”的稳定性和原子光谱的分立性,玻尔又提出了自己的原子模型。事实证明,玻尔模型也 有局限性,无法解释更复杂的原子光谱现象。而爱因斯坦作为 20 世纪最伟大的物理学家之 一,他提出了“光量子模型”,最终却不得不承认:“整整 50 年有意识的思考,并没有使我更接近 ‘光量子是什么’这个问题的答案。”
高2021届高2018级高二物理人教版选修3-5导学案课件第十九章课时19.7
1.(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的核,放出的一个 α 粒子和反冲 核的轨道半径之比 R∶r=30∶1,如图所示,则(AC )。 A.α 粒子与反冲核的动量大小相等,方向相反 B.反冲核的原子序数为 62 C.原来放射性元素的原子序数为 62 D.反冲核与 α 粒子的速度之比为 1∶62
2.目前,在居室装修中经常用到花岗石、大理石等装饰材料,这些岩石都不 同程度地含有放射性元素。下列有关放射性知识的说法中正确的是( C )。 A.铀核(238 92U)衰变为铅核(206 82Pb)的过程中,要经过 8 次 α 衰变和 10 次 β
10
反冲运动,新产生的原子核 Y 获得相反方向的速度,因此也获得动能。
问题:(1)α 粒子与新核的能量来自什么? (2)如果新核 Y 的质量数是 200,那么你能估计出新核的反冲速率
大约是真空中光速 c 的多少倍吗? (3)如果近似取每个核子的质量 mp=1.67×10-27kg,假设新核 Y 的
动能全部以 γ 光子的形式释放出去,那么这个 γ 光子的频率约为多
在微观领域,粒子的运动依然遵守动量守恒定律,高中阶段在微 观领域应用动量守恒定律时我们不考虑粒子质量的变化,可用质量数 来代表粒子的质量,对计算结果没有影响。经典物理的其他规律在微 观领域则不再适用,粒子获得的动能来源于核反应过程中的质量亏损,
虽然质量亏损一般是很小的,但根据质能方程 ΔE=Δmc2 可知释放的
能量是巨大的。
1.在匀强磁场中有一个原来静止的碳 14 原子核,它衰变时放射
出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆,两圆的直径之比为 7∶1,
如图所示,那么碳 14 的衰变方程为( D )。
A.14 6C→10e+14 5B C.14 6C→12H+14 5B
[精品]新人教版选修3-5高中物理第13章 第2课时导学案
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第2课时光电效应波粒二象性导目标 1能认识光电效应现象，解光电效应的实验规律，会用光子说解释光电效应2掌握光电效应方程，会计算逸出功、极限频率、最大初动能等物量．一、黑体辐射与能量子[基础导引]判断下列说法的正误：(1)一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关 ( )(2)黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射( )(3)带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整倍( )(4)普朗克最先提出了能量子的概念( )[知识梳]1．黑体与黑体辐射(1)黑体：是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．(2)黑体辐射的实验规律①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图1所示．．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．图1 b．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．2．能量子(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能量子的大小：ε＝ν，其中ν是电磁波的频率，称为普朗克常量．＝6626×10－34J·(一般取＝663×10－34J·)．特别提醒在微观世界中能量是量子的，或者说微观粒子的能量是分立的．二、光电效应[基础导引]已知能使某金属产生光电效应的极限频率为νc，则( )A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为νc．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大D．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍[知识梳]1．光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出的电子叫做____________．2．光电效应规律(1)每种金属都有一个____________．(2)光子的最大初动能与入射光的________无关，只随入射光的________增大而增大．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是________的．(4)光电流的强度与入射光的________成正比．3．爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝________，其中是普朗克常量，其值为663×10－34J·(2)光电效应方程：____________其中ν为入射光的能量，E为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．4．遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的________频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的__________，叫做该金属的逸出功．三、光的波粒二象性、物质波[基础导引]判断下列说法的正误：(1)光电效应反映了光的粒子性( )(2)大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性()(3)光的干涉、衍射、偏振现象证明了光具有波动性( )(4)只有运动着的小物体才有一种波和它相对应，大的物体运动是[知识梳]1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有________性．(2)光电效应说明光具有________性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的____________性．2．物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率____的地方，暗条纹是光子到达概率____的地方，因此光波又叫概率波．(2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝________，p为运动物体的动量，为普朗克常量考点一对光电效应规律的解考点解读1．爱因斯坦光电效应方程：E＝ν－W0ν：光子的能量．W0：逸出功．E：光电子的最大初动能．2．对光电效应规律的解释其列式依据为能量守恒定律．3．由E—ν图象可以得到的物量(如图2所示)图2图3(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc (2)逸出功：图线与E 轴交点的纵坐标的值W 0＝E (3)普朗克常量：图线的斜率＝ 典例剖析例1 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )A ．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B ．逸出的光电子的最大初动能将减小．单位时间内从金属表面逸出的光电子目将减少 D ．有可能不发生光电效应跟踪训练 1 (2011·福建综·29(1))爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得了1921年诺贝尔物奖．某种金属逸出光电子的最大初动能E 与入射光频率ν的关系如图3所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是 ( )A ．逸出功与ν有关B ．E 与入射光强度成正比 ．当ν<ν0时，会逸出光电子 D ．图中直线的斜率与普朗克常量有关 考点二 波粒二象性考点解读1．粒子的波动性：实物粒子也具有波动性，满足如下关系：ν＝错误！未定义书签。
高2021届高2018级高二物理人教版选修3-5导学案课件第十六章课时16.2
3.关于动量,以下说法正确的是( D )。
A.做匀速圆周运动的质点,其动量不随时间发生变化 B.单摆的摆球在竖直面内摆动时,每次经过最低点时的动量均相同 C.巡航导弹保持速度大小不变巡航时动量始终不变 D.做平抛运动的质点在竖直方向上的动量与运动时间成正比
阅读课本 利用动量定理解释有关现象和解决实际问题
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在日常生活中,有不少应用动量定理的事例,跳远时要跳在沙坑里;跳高时在下 落处要放海绵垫子;从高处往下跳,落地后双腿往往要弯曲;轮船边缘及轮渡的码头 上都装有橡皮轮胎;等等。这样做的目的是什么呢?通过我们今天的学习,同学们便 可以知道其中的奥秘。
F/N
Δt/s
5
10
20
1.关于冲量、动量和动能,下列说法中正确的是( B )。
A.动能变化时,动量可能不变 B.冲量的方向一定和动量变化的方向相同 C.两个运动物体相比较,具有的动量较大的物体,其动能也必然较大 D.动量增量的大小一定和动量大小的增量相同
������
2.动量相等的甲、乙两车,刹车后均沿水平路面滑行,若两车质量之比为������ 甲 =12,路面对两车 乙
主题3:动量定理
情景:一个质量 m=5 kg 的物体静止在光滑的水平面上,现在分别用 5 N、10 N、20 N 的 水平拉力 F 使其速度 v 达到 20 m/s。
问题:(1)根据牛顿第二定律计算用不同的拉力使物体加速需要的时间 Δt,并填入下表。 (2)根据动量的变化量 Δp 与冲量 I 的定义,你能否从计算结果中找到什么规律?
人教版物理选修3-5全册导学案(共62页)精编版
人教版物理选修3-5导学案【课题】§16．1 实验：探究碰撞中的不变量导学案【学习目标】备课人：赵炳东（1）明确探究碰撞中的不变量的基本思路；（2）掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法；（3）掌握实验数据处理的方法。
【自主探究】1.光滑桌面上有1、2两个小球。
1球的质量为0.3Kg，以8m/s的速度跟质量为0.1kg的静止的2球碰撞，碰撞后2球的速度变为9m/s，1球的速度变为5m/s，方向与原来相同。
根据这些数据，以上两项猜想是否成立：（1）通过计算说明，碰撞后是否是1球把速度传给了2球？（2）通过计算说明，碰撞后是否是1球把动能传给了2球？（3）请根据实验数据猜想在这次碰撞中什么物理量不变，通过计算加以验证。
6．水平光滑桌面上有A、B两个小车，质量分别是0．6k g和0．2kg．A车的车尾拉着纸带，A车以某一速度与静止的B车发生一维碰撞，碰后两车连在一起共同向前运动．碰撞前后打点计时器打下的纸带如图所示．根据这些数据，请猜想：把两小车加在一起计算，有一个什么物理量在碰撞前后是相等的?【典型例题】A、B两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞(碰撞时间极短)。
用闪光照相，闪光4次摄得的闪光照片如下图所示。
已知闪光的时间间隔为Δt，而闪光本身持续时间极短，在这4次闪光的瞬间，A、B两滑块均在0-80cm刻度范围内，且第一次闪光时，滑块A 恰好通过x=55cm处，滑块B恰好通过x=70cm处，问：(1)碰撞发生在何处? (2)碰撞发生在第一次闪光后多长时间?(3)设两滑块的质量之比为m A：m B=2：3，试分析碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和是否相等?【问题思考】在探究碰撞中的不变量时，你认为在计算时怎样对待速度的方向？【针对训练】1．在“探究碰撞中的不变量”的实验中，为了顺利地完成实验，入射球质量为m1，被碰球质量为m2，二者关系应是( )A．m1>m2B．m1=m2C． m1<m2D．以上三个关系都可以2两球相向运动，发生正碰，碰撞后两球均静止，于是可以断定，在碰撞以前 ( ) A．两球的质量相等 B．两球的速度大小相同C．两球的质量与速度的乘积之和的大小相等 D．以上都不能断定，3．在“探究验证”的实验一中，若绳长L，球1、2分别由偏角α和β静止释放，则在最低点碰撞前的速度大小分别为________、_________。
人教版高中物理选修3-5教案(全册)
物理选修3-5教案第十六章 动量和动量守恒定律 16．1 动量守恒定律（一）1．动量及其变化（1）动量的定义：物体的质量与速度的乘积，称为(物体的)动量。
记为p=mv . 单位：kg ·m/s 读作“千克米每秒”。
①矢量性：动量的方向与速度方向一致。
动量的大小等于质量和速度的乘积，动量的方向与速度方向一致。
（2）动量的变化量：定义：若运动物体在某一过程的始、末动量分别为p 和p ′，则称：△p= p ′－p 为物体在该过程中的动量变化。
强调指出：动量变化△p 是矢量。
方向与速度变化量△v 相同。
一维情况下：Δp =m Δυ= m υ2- m Δυ1 矢量差 2．系统 内力和外力（1）系统：相互作用的物体组成系统。
（2）内力：系统内物体相互间的作用力 （3）外力：外物对系统内物体的作用力 3．动量守恒定律（1）内容：一个系统不受外力或者所受外力的和为零，这个系统的总动量保持不变。
这个结论叫做动量守恒定律。
公式：m 1υ1+ m 2υ2= m 1υ1′+ m 2υ2′（2）注意点：① 研究对象：几个相互作用的物体组成的系统（如：碰撞）。
② 矢量性：以上表达式是矢量表达式，列式前应先规定正方向； ③ 同一性（即所用速度都是相对同一参考系、同一时刻而言的）④ 条件：系统不受外力，或受合外力为0。
要正确区分内力和外力；当F 内＞＞F 外时，系统动量可视为守恒；16．2动量守恒定律（二） 1．分析动量守恒定律成立条件有： 答：①F 合=0（严格条件） ②F 内 远大于F 外（近似条件）③某方向上合力为0，在这个方向上成立。
22112211v m v m v m v m '+'=+ 这就是动量守恒定律的表达式。
2．应用动量守恒定律解决问题的基本思路和一般方法（1）分析题意，明确研究对象。
在分析相互作用的物体总动量是否守恒时，通常把这些被研究的物体总称为系统.对于比较复杂的物理过程，要采用程序法对全过程进行分段分析，要明确在哪些阶段中，哪些物体发生相互作用，从而确定所研究的系统是由哪些物体组成的。
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第十八章原子结构
18.1电子的发现
【教学目标】
1．知道阴极射线的概念，了解电子的发现过程。
2．知道电子是原子的组成部分。
3．知道电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。
重点：电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。
难点：阴极射线
【自主预习】
1.1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带________的粒子流并求出了这种粒子的________，后来汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的________，它的电荷量的大小与氢离子大致相同。
2．组成阴极射线的粒子被称为________。
电子是________的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
3．电子电荷的精确测定是在1910年前后由________通过著名的________做出的。
电子电荷的值一般取做e＝________ C。
4．密立根实验更重要的发现是：电荷是________的，即任何带电体的电荷只能是e的
________。
5．质子质量与电子质量的比值为m p/m e＝________。
6.阴极射线的产生
1). 阴极射线由阴极射线管产生
2)．阴极射线:在两极间加有高压时，阴极会发生一种射线，这种射线称为阴极射线。
3)．阴极射线的特点:阴极射线能够使荧光物质发光。
4)．对阴极射线的本质的认识：
19世纪后期的两种观点：(1)认为是电磁辐射，类似X射线；(2)是带电粒子。
7. 2.密立根的“油滴实验”
1910年密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷现代值为
e＝1.602 177 33(49)×10－19 C，有关计算中一般使用e＝1.6×10－19 C。
该实验还发现：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
由比荷及e的数值确定电子的质量为m e＝9.109 389 7×10－31 kg。
质子质量与电子质量的比值为m p/m e＝1 836。
【典型例题】
一、阴极射线的产生
【例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
二、电子的发现
【例2】汤姆孙用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图18－1－2所示。
真空管内的阴极K发出的电子(不计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A′中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P′间的区域。
当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O′点(O′点与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计)。
此时，在P和P′间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场。
调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点。
已知极板水平方向的长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的
距离为L2。
(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小；
(2)推导出电子的比荷的表达式。
【课后练习】
1．下面对阴极射线的认识正确的是()
A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光而产生的
B．只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C．阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波
D．阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
2．如果阴极射线像X射线一样，则下列说法正确的是()
A．阴极射线管内的高电压能够对其加速而增加能量
B．阴极射线通过偏转电场不会发生偏转
C．阴极射线通过偏转电场能够改变方向
D．阴极射线通过磁场时方向可能发生改变
3．如图10－1所示，在阴极射线管正下方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将()
图10－1
A．向纸内偏转 B．向纸外偏转
C．向下偏转D．向上偏转
4．关于电荷量下列说法错误的是()
A．物体的带电荷量可以是任意值
B．物体的带电荷量只能是某些值
C．物体的带电荷量的最小值为1.6×10－19 C
D．一个物体带1.6×10－9 C的正电荷，这是它失去了1.0×1010个电子的缘故
5.如图10－2所示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，下面的说法中正确的是()
A ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为2v
B ．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v
2
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v
2
D ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为
22
v 6．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（ ） 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
7．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 ．阴极射线的荷质比比氢原子的荷质比大
D ．阴极射线的荷质比比氢原子的荷质比小
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
9．一只阴极射线管，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
B B ．导线中的电流由B 流向A
C ．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
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，如果油滴受到的库伦力恰好与重力平衡，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/m 3
例题答案：
1.
【答案】C
【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。
2.
【答案】(1)U Bb (2)Ud
B 2
bL 1
(L 2
＋L 1
/2)
【解析】(1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O ，设电子的速度为v ，则e v B ＝eE ，
得v ＝E B ，即v ＝U Bb。
(2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v 进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为a ＝eU mb。
电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间t 1＝L 1
v 。
这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为d 1＝12at 21＝eL 21U
2m v 2b 。
离开电场时竖直向上的分速度v ⊥＝at 1＝eL 1U
m v b。
电子离开电场后做匀速直线运动，经t 2时间到达荧光屏t 2＝L 2
v 。
t 2时间内向上运动的距离为 d 2＝v ⊥t 2＝eUL 1L 2
m v 2b。
这样，电子向上的总偏转距离为d ＝d 1＋d 2＝eU m v 2b L 1⎝⎛⎭⎫L 2＋L 12，可解得e m ＝Ud B 2bL 1(L 2＋L 1/2)。
课后练习答案：
1. 解析：阴极射线是由阴极直接发出的，A 错误；只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，B 错误，D 正确；阴极射线可以穿透薄铝片，可能是电磁波，也可能是更小的粒子，C 错误。
答案：D
2. 解析：X 射线是电磁波，不带电，通过电场、磁场时不受力的作用，不会发生偏转、加速，B 正确。
答案：B
3. 解析：根据安培定则可知长直导线下方的磁场方向垂直纸面向外，电子从负极射出向右
运动，由左手定则可知阴极射线(本质是电子流)将向上偏转，故D 选项正确。
答案：D
4. 解析：物体所带的电荷量是量子化的，它只能是电子电荷量e ＝1.6×10－19
C 的整数倍，
故仅A 选项错误。
答案：A
5. 解析：由eU ＝1
2m v 2得v ＝
2eU
m
，电子速度与A 、K 间距无关。
当电压减半时，速度变为
22
v 。
答案：D 6．B 7．A 8．A B 9.B
109．分析;油滴重力 g r G ρπ3
3
4=
油滴受到的电场力 F=neE 库仑力恰好与重力平衡G=F
5343==eE
g r n ρπ。