第一节电子的发现及其重大意义

(沪科版)高中物理选修(3-5)第三章原子世界探秘教材分析一、《普通高中课程标准》原子结构部分课程标准（二）原子结构1．内容标准（1）了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。

例1 用录像片或计算机模拟，演示α粒子散射实验。

（2）通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。

例2 了解光谱分析在科学技术中的应用。

2．活动建议观看有关原子结构的科普影片。

二、课标解读内容标准 (1)了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验.。

具体要求：了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。

例如，了解汤姆逊发现电子的实验和原子的“枣糕结构”模型；了解卢瑟福的α粒子散射实验和原子的“核式结构模型”；通过了解人类探索原子结构的历程，体会科学方法在科学发展中所起的作用。

.内容标准(2) 通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构。

具体要求：初步了解玻尔原子结构假说的基本内容。

例如，知道原子核外电子绕核运动的轨道半径只能取某些分立的数值；电子绕核做变速运动但不辐射能量,因而相应的状态是稳定的；原子处于能量最低的基态时最稳定，当处于较高能量状态的原子其核外电子向较低能量状态跃迁时，将以光子的形式放出能量；知道能级的概念;了解氢原子的能级，例如,了解氢原子的能级公式；能计算氢原子在两个能级,间跃迁时发射光子的频率，知道计算公式。

了解光谱的基本知识,知道氢原子光谱的实验规律，认识经典理论对氢原子光谱解释的困难，初步了解玻尔理论对氢原子光谱的解释。

三、整章教材分析1.本章知识的逻辑结构图关于阴极射线的争论 阴极射线是粒子流？ 射线是波长极短的电磁波？ 研究阴极射线的带电性质；用荷质比法测定电子的质量探究实验一 探究实验二 电子的发现及其重大意义英国化学家道尔顿的观点 物体是原子组成的，原子就像实心球，是不能再分割的科学家们对阴极射线的积极研究促使十九世纪末的三大发现 1895年伦琴发现了射线1896贝克勒尔发现了放射性 1897年汤姆生发现了电子 原子模型的提出1904年汤姆生提出枣糕模型 1911年卢瑟福根据α粒子的散射实验提出原子的核式模型吸收光谱明线光谱发射光谱连续光谱2.本章教材内容分析本章教材以人类探索原子结构的历程为线索，从电子的发现开始，展示科学家探索原子结构的过程及有关的经典实验，让学生体会人类在探究微观世界过程中的研究方法及其在现代科学发展中的作用和价值，认识在量子力学视野下的原子结构图景；最后通过对氢原子光谱的分析，让学生了解原子的能级结构，以及光谱分析在科学技术中的应用。

第一节电子的发现及其重大意义♦三维目标：了解阴极射线及电子发现的过程2．知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导3.培养学生对问题的分析和解决能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子。

4.理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的♦教学重点阴极射线的研究♦教学难点汤姆孙发现电子的理论推导♦教学方法实验演示和启发式综合教学法♦教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备♦课时安排 1 课时♦教学过程（一）引入新课教师：很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。

这种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深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。

电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。

（二）进行新课1．阴极射线讲述：气体分子在高压电场下可以发生电离，使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。

设疑：是什么原因让空气分子变成带电粒子的？带电粒子从何而来的？科学家在研究气体导电时发现了辉光放电现象。

史料：1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。

德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的。

所以他把这种未知射线称之为阴极射线。

对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。

（1）电磁波说：代表人物，赫兹。

认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。

（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。

认为这种射线的本质是一种高速粒子流。

思考：你能否设计一个实验来进行阴极射线的研究，能通过实验现象来说明这种射线是一种电磁波还是一种高速粒子流。

如果出现什么样的现象就可以认为这是一种电磁波，如果出现其他什么样的现象就可以认为这是一种高速粒子流，并能否测定这是一种什么粒子。

《电子的发现及其重大意义》知识清单一、电子的发现在 19 世纪末，物理学领域正处于一个重大变革的时期。

当时，科学家们对于物质的本质和电的性质进行了深入的研究。

英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆孙（J J Thomson）在对阴极射线的研究中，发现了一种新的粒子——电子。

汤姆孙通过一系列精心设计的实验来探究阴极射线的性质。

他首先在一个抽成真空的玻璃管中，安装了一个阴极和一个阳极，并在管的一端开了一个小口，让阴极射线能够射出。

然后，他在射线的路径上放置了电场和磁场，并观察射线在这些场中的偏转情况。

通过测量射线在电场和磁场中的偏转程度，汤姆孙计算出了这种粒子的荷质比（电荷与质量的比值）。

他发现，这种粒子的荷质比非常大，远远超过了当时已知的任何粒子。

经过进一步的研究和推理，汤姆孙得出结论：阴极射线是由一种带负电的、质量非常小的粒子组成的，他将这种粒子命名为“电子”。

二、电子发现的实验方法1、阴极射线管实验这是汤姆孙发现电子的关键实验装置。

阴极射线管是一个封闭的真空管，内部抽成真空，两端装有电极。

阴极通电后会发射出射线，这些射线就是后来被证实为电子流的阴极射线。

2、电场偏转实验在阴极射线管的一侧设置平行板电容器，产生电场。

当阴极射线通过电场时，会发生偏转。

通过测量偏转的程度，可以计算出粒子所带电荷与质量的比值。

3、磁场偏转实验在阴极射线管的周围放置磁场，阴极射线在磁场中也会发生偏转。

结合电场偏转的结果，可以更准确地确定粒子的荷质比。

三、电子的基本性质1、电荷电子带有负电荷，其电荷量约为 1602×10⁻¹⁹库仑，这是一个基本电荷单位。

2、质量电子的质量非常小，约为 9109×10⁻³¹千克。

3、自旋电子具有自旋的特性，类似于一个小磁体。

四、电子发现的重大意义1、对原子结构的认识电子的发现打破了原子不可再分的传统观念，为人们揭示原子的内部结构奠定了基础。

《电子的发现及其重大意义》教学设计一、教学目标1、知识与技能目标学生能够了解电子发现的历史背景和过程。

理解电子的基本性质和特点。

掌握电子发现对物理学和现代科学技术发展的重大意义。

2、过程与方法目标通过对历史资料的研究和分析，培养学生的科学探究能力和逻辑思维能力。

引导学生运用对比、归纳等方法，总结电子发现的影响。

3、情感态度与价值观目标激发学生对科学探索的兴趣和热情。

培养学生勇于创新、敢于质疑的科学精神。

二、教学重难点1、教学重点电子发现的实验过程和关键人物。

电子的基本性质及其在物理学中的地位。

电子发现对现代科技的重要影响。

2、教学难点理解电子发现所带来的科学观念的变革。

分析电子发现与其他相关科学发现之间的联系。

三、教学方法1、讲授法讲解电子发现的历史背景、实验过程和重大意义，使学生对相关知识有初步的了解。

2、讨论法组织学生讨论电子发现对现代生活的影响，激发学生的思维，培养合作学习的能力。

3、案例分析法通过具体的科技应用案例，深入分析电子发现的作用，帮助学生更好地理解抽象的科学概念。

四、教学过程1、导入新课通过展示一些现代电子设备，如手机、电脑等，引发学生对电子的好奇，从而引出课题：电子的发现及其重大意义。

2、知识讲解介绍电子发现的历史背景在 19 世纪，科学家们对电和磁的现象进行了广泛的研究。

当时，人们认为电流是通过一种连续的流体传递的。

然而，随着实验技术的不断进步，一些新的现象无法用传统的理论来解释。

讲述电子发现的关键实验重点讲解英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆逊（JJ Thomson）的阴极射线实验。

他在一个真空玻璃管中，通过施加电场和磁场，发现阴极射线能够被偏转，从而证明阴极射线是由带负电的粒子组成，这些粒子就是电子。

阐述电子的基本性质电子具有质量小、带负电、电荷量为基本电荷等性质。

同时，介绍电子的自旋和波粒二象性等较为抽象的概念。

分析电子发现的重大意义电子的发现打破了传统的原子不可再分的观念，开启了原子物理学的新时代。