1、人教版选修3-5 第十八章 原子结构 1.电子的发现一、教学目标知识目标1.知道阴极射线是电子组成，电子是原子结构的组成部分，是比原子更小的物质单元。2.知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导。能力目标1.巩固带电粒子在磁场，电场中的运动规律。2.通过思考，培养学生对问题的分析和解决能力。情感目标 1.通过演示实验，培养学生观察实验现象的能力。2.体会科学家研究对原子的认识经历了十分漫长的过程，培养学生辩证科学事实的能力。二、教学重点、难点1.认识电子发现的重大意义，体会电子发现过程中的科学方法。2.电子比荷的理论推导。很早以来，人们一直认为原子是构成物质的最小微粒，是不可再分的。这种
2、认识一直统治了人类思想近两千年。直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线进行深入研究时，才发现原来原子也是有内部结构的.那么，你知道原子的基本结构是什么吗？你知道电子是怎样发现的吗？实验现象：实验现象：玻璃管内出现了荧光早在1858年，德国物理学家普吕克尔就在类似的实验中观察到了玻璃管壁上的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。1876年，德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到的阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种未知射线称之为阴极射线。一：阴极射线一：阴极射线 代表人物，赫兹。认为这种射线的本质是一代表人物，赫兹。认为这种射线的本质是一种种电磁波电磁波的传播过程。的传播过程。电磁波
3、说电磁波说 代表人物，汤姆孙。认为这种射线的本代表人物，汤姆孙。认为这种射线的本质是一种质是一种高速粒子流高速粒子流。粒子说粒子说思考与讨论；思考与讨论；你支持哪种观点？你支持哪种观点？你该如何去验证你的观点？你该如何去验证你的观点？你能根据带电粒子的偏转情况判断出粒子带的是什么你能根据带电粒子的偏转情况判断出粒子带的是什么电荷吗？电荷吗？根据根据粒子在电场中受力粒子在电场中受力判断判断 用汤姆孙气体放电管测量电子的比荷用汤姆孙气体放电管测量电子的比荷.exe.exe：二二 电子的发现电子的发现（1 1）K K、A A部分产生阴极射线部分产生阴极射线（2 2）A A、B B只让水平运动的阴极射
4、线通过只让水平运动的阴极射线通过（3 3）D1D1、D2D2之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和带之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和带电性质电性质（4 4）荧光屏显示阴极射线到达的位置，对阴极射线的偏转）荧光屏显示阴极射线到达的位置，对阴极射线的偏转做定量的测定做定量的测定 汤姆孙实验装置示意图汤姆孙实验装置示意图 汤姆孙发现，当金属板汤姆孙发现，当金属板D1D1、D2D2之间未加电场时射线不偏转，之间未加电场时射线不偏转，射在屏上的射在屏上的P1P1点，按图示方向加电场点，按图示方向加电场E E之后，射线发生偏转之后，射线发生偏转并射到屏上的并射到屏上的P2P2点，由此，他得出阴极射线
5、的本质是带点，由此，他得出阴极射线的本质是带负负电电的的粒子流粒子流。汤姆孙实验装置示意图汤姆孙实验装置示意图例题1：如图是电子射线管的示意图，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（z轴负方向）偏转，下列措施中可行的是（）A加一沿z轴正方向的磁场B加一沿y轴正方向的磁场C加一沿z轴负方向的电场D加一沿y轴正方向的电场【解析】若加磁场，由左手定则知，应加沿y轴正方向的磁场作用(注意电子的运动方向与电流方向刚好相反)；若加电场，则电场必在xOz平面内才行，且电子带负电，则电场方向向上才能使电子受到向下的作用力.答案 B方法归纳：应用左手定则根据洛
6、伦兹力的方向分析磁场方向问题问题1 1：如何测定带电粒子进入平行板时的速度？如何测定带电粒子进入平行板时的速度？汤姆孙实验装置示意图汤姆孙实验装置示意图 阴极射线受库仑力和洛伦兹力共同作用，通过适当地调整阴极射线受库仑力和洛伦兹力共同作用，通过适当地调整电场、磁场的强度，当电场、磁场的强度，当 时时，可使其做可使其做匀速直线运匀速直线运动动；同时可求出其速度；同时可求出其速度v=qE=qvBqE=qvBE/BE/B汤姆孙实验汤姆孙实验 问题问题2 2：如何求阴极射线微粒的比荷？：如何求阴极射线微粒的比荷？汤姆孙实验装置示意图汤姆孙实验装置示意图 方法一：方法一：只加磁场只加磁场，利用磁场使带电
7、的阴极射线发生偏，利用磁场使带电的阴极射线发生偏转。转。能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计算阴极射线的比荷？算阴极射线的比荷？qm屏屏幕幕 LD v0P1P2yqm屏屏幕幕 LDv0P1P2ORysinLR RvmBqv200BEV 0LBEmq2sin 方法二：方法二：只加电场只加电场：带电粒子由带电粒子由P P1 1 点偏离到点偏离到 P P2 2.假设：假设：P P2 2 到到 P P1 1 竖直距离为竖直距离为 y y，屏幕到金属板，屏幕到金属板 D D1 1、D D2 2 右端右端的距离为的距离为 D D，你能算出阴极
8、射线的比荷吗？，你能算出阴极射线的比荷吗？qm屏屏幕幕 LD v0yP1P2qm屏屏幕幕 LD v0化简得：化简得：2()2qEyLmDB L P1P2yxyvvtanatvy0vvxmaqE tvL0BEv 02tanLDy根据几何关系：根据类平抛运动：1.用用“电偏转电偏转”测定阴极射线比荷的表达式测定阴极射线比荷的表达式2.用用“磁偏转磁偏转”测定阴极射线比荷的表达式测定阴极射线比荷的表达式 比荷求法比荷求法LBEmq2sinLBlDEymq2)2(汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的方法做实验，汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得所得比荷的数值是相等比荷的数值是相等的。
9、这说明，这种粒子是构成各种的。这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢物质的共有成分。由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近离子比荷的近20002000倍。若这种粒子的电荷量与氢离子的电倍。若这种粒子的电荷量与氢离子的电荷量相同，则其质量约为氢离子质量的近荷量相同，则其质量约为氢离子质量的近1/20001/2000。汤姆孙。汤姆孙后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了他当初的猜测是正确的。后来，电荷量差别不大，证明了他当初的猜测是正确的。后来，物理学家把新发现的这种组
10、成阴极射线的粒子称之为物理学家把新发现的这种组成阴极射线的粒子称之为电子电子。电子的发现电子的发现 电子的发现具有伟大的意义，因为这一事件使电子的发现具有伟大的意义，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发现打开了通向原子物理学的大门 ,人们开始研究人们开始研究原子的结构。原子的结构。汤姆孙被科学界誉为汤姆孙被科学界誉为“一位最先打开通向基本一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人粒子物理学大门的伟人”。电子发现的历史影响电子发现的历史影响 第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家第一次较为精确
11、测量出电子电荷量的是美国物理学家密密立根立根利用利用油滴实验油滴实验测量出的。测量出的。密立根油滴实验密立根油滴实验1.一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线放一通电直导线 AB 时，发现射线径迹向下偏，则时，发现射线径迹向下偏，则 ()A.导线中的电流由导线中的电流由 A 流向流向 B B.导线中的电流由导线中的电流由 B 流向流向 A C.若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变 AB 中的电流中的电流 方向来实现方向来实现 D.电子束的径迹与电子束的径迹与 AB 中的电流方向无关中的电流方向无关ABBC
