1、第四章原子结构和波粒二象性第四章原子结构和波粒二象性 一、电子电荷量的测定科学探究思想能力的培养 电子是构成原子的粒子之一。电子的质量极小，显负电，电子的发现及其带电荷 量的测定经历了几十年的时间，最初人们发现阴极射线时，有人认为其本质是一 种电磁辐射，有人认为其本质是一种带电微粒，后经大量实验证实，其经过电磁 场会发生偏转，是带电微粒，并称其为电子，并由密立根通过油滴实验测得它的 电荷量。 例 1 电子电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验推测出的。密立根 油滴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 面的板带正电，下面的板带负电。油滴从喷雾器喷出后，经上
2、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，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， fkv， 则油滴所带的电荷量 q_。 某次实验 q 的测量值如表格所示(单位：10 19C)，分析数据可知_。 6.41 8.01 9.65 11.23 12
3、.83 解析 根据平衡条件可得 mgqU d，mgkv，解得 q kdv U ；油滴的带电荷量是 1.610 19 C 的整数倍，故电荷的最小电荷量为 1.61019 C。 答案 kdv U 电荷的最小电荷量为 1.610 19 C 素养提升练 1.(多选)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.首先测得了电子的比荷 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 解析 密立根通过油滴实验测定了电子电荷量并发现电荷是量子化的。测定了 e 值， 结合比荷， 进一步可以确定电子的质量。 电子的比荷是由汤姆孙首
4、先测出的， 故选项 A、C、D 正确。 答案 ACD 2.如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置。 当极板 P 和 P间不加偏转电压时， 电子束打在荧光屏的中心 O 点处，形成一个亮点；加上偏转电压 U 后，亮点偏离 到 O点，O点到 O 点的竖直距离为 d，水平距离可忽略不计；此时在 P 与 P之间 的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大 小为 B 时，亮点重新回到 O 点。已知极板水平方向长度为 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)推导出电子比荷的表达式。 解析 (1)电子在正交的匀强
5、电场和匀强磁场中做匀速直线运动， 有 BevEeU be，得 v U Bb。 即打到荧光屏 O 点的电子速度的大小为 U Bb。 (2)电子的运动路径简化为如图所示，由图可得 y11 2 eU mb L1 v 2 ， y2L2tan ， tan vy v0 eU mb L1 v2， 联立解得 dy1y21 2 eU mb L1 v 2 eU mb L1L2 v2 。 代入 v U Bb， 解得 e m 2Ud B2bL1（L12L2）。 答案 (1) U Bb (2) 2Ud B2bL1（L12L2） 二、玻尔原子结构模型科学思维能力的培养 例 2 原子从 A 能级跃迁到 B 能级时吸收波长为
6、 1的光子， 原子从 B 能级跃迁到 C 能级时发射波长为 2的光子.已知 12，那么原子从 A 能级跃迁到 C 能级时将 要( ) A.发出波长为 12的光子 B.发出波长为 12 12的光子 C.吸收波长为 12的光子 D.吸收波长为 12 12的光子 解析 原子从 A 能级跃迁到 B 能级时吸收波长为 1的光子，原子从 B 能级跃迁 到 C 能级时发射波长为 2的光子，由于 12，所以 A 能级比 C 能级高，B、C 能级之间能量差等于 A、C 能级与 A、B 能级之间能量差之和，即有hc 2 hc 1 hc 3， 故从 A 能级跃迁到 C 能级时将要发出波长为 3 12 12的光子，选项 B 正确。 答案 B 素养提升练 3.(多选)下面关于玻尔理论的解释中，正确的说法是( ) A.原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量 B.原子中，虽然核外电子不断做变速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外 辐射能量 C.原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子 D.原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的 解析 根据玻尔的原子理论，可知选项 A、B、D 正确；原子从高能级向低能级 跃迁时要辐射一定频率的光子，而从低能级向高能级跃迁时要吸收一定频率的光 子或受到实物粒子的撞击，选项 C 错误。 答案 ABD