3.1电子的发现及其重大-沪科教版选修3-5教案

电子的发现-人教版选修3-5教案一、教学背景电子作为一种基本粒子，在19世纪末和20世纪初被科学家发现。

接下来，人们发现了电子的许多应用，如电子显微镜、电视、计算机以及各种电子设备，电子科技无处不在，成为当代科技最重要的发展方向之一。

本节课旨在让学生了解电子的发现和应用以及电子技术对当今世界的影响。

二、教学目标1.了解电子的历史发现过程和重要贡献者。

2.了解电子的基本属性、特性和应用。

3.能够分析电子技术对当今社会发展的影响和贡献。

4.提高学生的思维能力和合作意识。

三、教学内容及方法教学内容1.电子的历史发现过程；2.电子的基本性质与特性；3.电子的应用；4.电子技术对当今社会发展的影响。

教学方法1.课堂讲解：教师通过PPT讲解电子的历史发现过程、基本性质与特性以及应用，带领学生进行思考和讨论。

2.小组讨论：教师分组，鼓励各小组自主讨论电子技术对当今社会发展的影响，培养学生思维能力和合作意识。

3.实验操作：教师引领学生进行简单的电子实验，让学生观察实验现象和探索原理，提高学生实验操作能力和动手能力。

四、教学重点与难点教学重点1.了解电子的历史发现过程和重要贡献者；2.掌握电子的基本性质和特性；3.了解电子的应用。

教学难点1.理解和掌握电子的基本性质和特性；2.分析电子技术对当今社会发展的影响。

五、教学过程课前准备1.教师准备PPT、实验器材等教学用具；2.学生预习相关教材内容，做好课前准备。

Step 1 电子的历史发现过程（10分钟）首先，讲解电子的历史发现过程，向学生介绍电子是如何被发现的，并介绍历史上的重要贡献者。

Step 2 电子的基本性质和特性（20分钟）通过PPT介绍电子的基本性质和特性，包括质量、电荷、速度等，让学生了解电子的基本构成和特性。

Step 3 电子的应用（20分钟）介绍电子的应用，如电子显微镜、电视、计算机等，让学生了解电子技术的广泛应用和重要性。

Step 4 电子技术对当今社会发展的影响（30分钟）教师分组，让学生自主讨论电子技术对当今社会发展的影响，并汇报讨论结果。

第二章原子结构一、电子的发现教学目标1、了解人类认识物质组成的一个重要历史过程——电子的发现2、知道如何确定阴极射线粒子流的电荷的性质，知道如何确定电子的电荷量和质量，知道电子质量和电荷量的大小重点难点重点：阴极射线的研究、电子发现过程蕴含的科学方法难点：汤姆孙发现电子的理论推导设计思想本节由阴极射线和电子的发现两部分内容。

重点是电子的发现过程蕴含的科学方法。

首先通过实验说明阴极射线的存在，然后介绍英国物理学家J.J汤姆孙的两个实验来确定射线的带电性质，最后通过比荷的测定确认电子是原子的组成部分，原子并不是组成物质的最小微粒。

设计时注重物理史实的介绍和研究，突出前人研究的思路和方法。

但由于条件的限制，几乎不可能在课堂上还原相关的实验。

但教师应当通过适当的方式帮助学生理解实验的原理和方法，训练学生科学的思维品质。

教学资源多媒体课件教学设计【课堂引入】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。

【课堂学习】学习活动一：阴极射线的研究问题一：射线从何而来的？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。

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。

问题二：射线是粒子还是电磁波？带电吗？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。

第1节 电子的发现与汤姆孙模型[目标定位] 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.了解汤姆孙发现电子的研究方法及蕴含的科学思想.3.领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义.4.了解汤姆孙的原子模型．一、物质结构的早期探究 1．古人对物质的认识(1)我国西周的“五行说”认为万物是由金、木、水、火、土五种基本“元素”组成的． (2)古希腊的亚里士多德认为万物的本质是土、水、火、空气四种“元素”，天体则由第五种“元素”——“以太”构成．(3)古希腊哲学家德谟克利特等人建立了早期的原子论，认为宇宙间存在着一种或多种微小的实体，叫做“原子”．2．大约在17世纪中叶，人们开始通过实验来了解物质的结构． (1)1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论． (2)19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单位．(3)1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成．二、电子的发现1．阴极射线：科学家研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为阴极射线． 2．汤姆孙对阴极射线本质的探究(1)实验中通过静电偏转力和磁场偏转力相抵消等方法，确定了阴极射线粒子的速度，并测量出了这些粒子的比荷：q m ＝ERB 2. (2)阴极射线是带电粒子流，带负电．(3)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，其质量是氢离子质量的11 800，汤姆孙将这种带电粒子称为电子． 想一想 汤姆孙怎样通过实验确定阴极射线是带负电的粒子？答案 他根据阴极射线在电场和磁场中偏转情况判断其是带负电的电子流． 三、汤姆孙原子模型汤姆孙认为，原子带正电的部分应充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的葡萄干面包模型．一、阴极射线的性质及特点1．阴极射线实质是电子束．2．阴极射线的产生：玻璃管内的气体足够稀薄时，射线由阴极发出，它可使玻璃管壁发出荧光．3．阴极射线带电性质的判断方法(1)阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电场力(或洛伦兹力)对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响．图1(2)带电性质的判断方法①粒子在电场中运动如图1所示．带电粒子受电场力作用运动方向发生改变(粒子质量忽略不计)．带电粒子在不受其他力的作用时，若沿电场线方向偏转，则粒子带正电；若逆着电场线方向偏转，则粒子带负电．图2②粒子在磁场中运动，如图2所示．粒子将受到洛伦兹力作用F＝qvB，洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，利用左手定则即可判断粒子的电性．不考虑其他力的作用，如果粒子按图示方向进入磁场，且做顺时针的圆周运动，则粒子带正电；若做逆时针的圆周运动，则粒子带负电．【例1】如图3所示，一玻璃管中有从左向右的阴极射线可能是电磁波或某种粒子流形成的射线，若在其下方放一通电直导线AB，射线发生如图所示的偏转，AB中的电流方向由B 到A，则该射线的本质为( )图3A．电磁波B．带正电的高速粒子流C．带负电的高速粒子流D．不带电的高速中性粒子流答案 C解析 射线在电流形成的磁场中发生偏转，即可确定该射线是由带电粒子构成的粒子流．根据安培定则可知，AB 上方的磁场是垂直纸面向里的．粒子向下偏转，洛伦兹力方向向下，由左手定则可知射线所形成的电流方向向左，与粒子的运动方向相反，故粒子带负电． 借题发挥 应用左手定则时，要注意负电荷运动的方向与它形成的电流方向相反，即应用左手定则时负电荷运动的方向应与四指所指的方向相反． 针对训练 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 答案 C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 射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的． 二、电子比荷的测定1．汤姆孙在研究阴极射线时的实验装置如图4所示：图42．带电粒子比荷的测定方法图5(1)让粒子通过正交的电磁场(如图5所示)，让其做直线运动，根据二力平衡，即F 洛＝F 电(Bqv ＝qE )得到粒子的运动速度v ＝EB. (2)在其他条件不变的情况下，图6撤去电场(如图6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Bqv ＝mv 2R，根据轨迹偏转情况，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，最后经定量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子．【例2】 如图7所示为测定阴极射线粒子比荷的装置，从阴极K 发出的阴极射线通过一对平行金属板D 1、D 2间的匀强电场，发生偏转．图7(1)在D 1、D 2间加电场后射线偏到P 2，则由电场方向知，该射线带什么电？(2)再在D 1、D 2间加一磁场(图中未画出)，电场与磁场垂直，让射线恰好不偏转．设电场强度为E ，磁感应强度为B ，则电子的速度多大？(3)撤去电场，只保留磁场，使射线在磁场中做圆周运动，若测出轨道半径为R ，则粒子的荷质比q m是多大？ 解析 (1)负电(2)粒子受两个力作用：电场力和洛伦兹力，两个力平衡，即有qE ＝qvB ，得：v ＝E B(3)根据洛伦兹力充当向心力：qvB ＝m v 2R ，得出：q m ＝vBR.又v ＝EB ，则q m ＝E B 2R .测出E 、B 、R 即可求荷质比qm. 答案 (1)负电 (2)EB(3)E B 2R借题发挥 测比荷的方法带电粒子的比荷，常见的测量方法有两种：(1)利用磁偏转测比荷，由qvB ＝m v 2R 得q m ＝vBR，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 ＝2ydv2UL 2.所以在偏转电场U 、d 、L已知时，只需测量v 和y 即可． 三、汤姆孙的原子模型图81．汤姆孙原子模型：汤姆孙认为原子是一个直径约为10－10m的球体，正电荷均匀分布在整个球体中，带负电的电子嵌在其中，就好像面包中嵌着一粒粒葡萄干一样．2．汤姆孙原子模型的示意图：(如图8所示)【例3】关于汤姆孙原子模型的说法正确的是( )A．汤姆孙原子模型的提出是以严格的实验为基础的B．汤姆孙认为原子是实心的C．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在原子的中心D．汤姆孙通过实验发现了质子答案 B解析汤姆孙原子模型是在一定的实验和理论基础上假想出来的，不是以严格的实验为基础的，A错误；汤姆孙认为，原子是球体，原子带正电的部分应充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，所以B正确，C错误；汤姆孙发现了电子，并没有发现质子，D错误.阴极射线1．如图9所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将( )图9A．向纸内偏转B．向纸外偏转C．向下偏转D．向上偏转答案 D解析由安培定则判断阴极射线所在处磁场垂直纸面向外，电子从负极端射出，由左手定则，可判定阴极射线(电子)向上偏转，故D对．2.如图10所示是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，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( )图10A ．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 答案 B解析 由于电子沿x 轴正方向运动，若所受洛伦兹力向下，使电子射线向下偏转，由左手定则可知磁场方向应沿y 轴正方向；若加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z 轴正方向，由此可知B 正确．汤姆孙原子模型3．(多选)下列说法正确的是( )A ．汤姆孙研究阴极射线，用测定粒子比荷的方法发现了电子B ．电子的发现证明了原子是可分的C ．汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质应充斥整个原子，而带负电的电子，则镶嵌在球体的某些固定位置D ．汤姆孙原子模型是正确的 答案 ABC解析 通过物理学史可得，选项A 正确；根据电子发现的重要意义可得，选项B 正确；选项C 描述的是汤姆孙原子模型，选项C 正确；汤姆孙原子模型本身是错的，选项D 错误．电子比荷的测定4.如图11所示，让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B 和两极之间的电压U ，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，并垂直打到极板上，两极板之间的距离为d ，求阴极射线中带电粒子的比荷．图11答案2UB 2d 2解析 设阴极射线粒子的电荷量为q ，质量为m ，则在电磁场中由平衡条件得：q Ud＝qvB ① 撤去电场后，由牛顿第二定律得qvB ＝mv 2R ②R ＝d 2③解①②③得：q m ＝2UB 2d 2.(时间：60分钟)题组一 对阴极射线的理解1．(多选)关于阴极射线，下列说法正确的是( ) A ．阴极射线带负电 B ．阴级射线带正电C ．阴级射线的比荷比氢原子的比荷大D ．阴极射线的比荷比氢原子的比荷小 答案 AC解析 由阴极射线在电场中的偏转方向可判断其带负电，A 对；汤姆孙用实验测定，阴极射线比荷是氢原子比荷的近两千倍，C 对．2．(多选)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的辉光放电现象 B ．阴极射线是由阴极发出的电子流 C ．阴极射线是组成物体的原子D ．阴极射线沿直线传播，但可被电场、磁场偏转 答案 BD解析 阴极射线是由阴极发出的电子流，B 正确，A 错误；电子是原子的组成部分，C 错误；电子可被电场、磁场偏转，D 正确． 3．阴极射线管中加高电压的作用是( ) A ．使管内的气体电离 B ．使阴极发出阴极射线 C ．使管内障碍物的电势升高D ．使管内产生强电场，电场力做功使电子加速 答案 D解析 在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射出的电子流，B 错；发射出的电子流通过高电压加速后，获得较高的能量，与玻璃管壁发生撞击而产生荧光，故A 、C 错，D 正确．4．汤姆孙通过测定组成阴极射线的粒子的比荷发现了________，从而说明原子内部有复杂的结构．密立根通过油滴实验测定了电子的________．答案电子电荷量题组二电子及电子比荷的测定5．关于电荷的电荷量，下列说法错误的是( )A．电子的电荷量是由密立根油滴实验测得的B．物体所带电荷量可以是任意值C．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19 CD．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍答案 B解析密立根的油滴实验测出了电子的电荷量为1.6×10－19C，并提出了电荷量子化的观点，因而A、C对，B错；任何物体的电荷量都是e的整数倍，故D对．因此选B.6．(多选)如图1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( )图1A．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，则阴极射线不偏转答案AC解析实验证明，阴极射线是电子流，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可知选项C正确，选项B错误．加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力，要发生偏转，因而选项D错误．当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A正确．7.密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性．如图2所示是密立根油滴实验的原理示意图，设小油滴的质量为m，调节两极板间的电势差U，当小油滴悬浮不动时，测出两极板间的距离为d.则可求出小油滴的电荷量q＝________.图2答案mgd U解析 由平衡条件得mg ＝q U d，解得q ＝mgd U. 8．为了测定带电粒子的比荷q m，让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E ，在通过长为L 的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d ，如果在两板间加垂直于电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直于粒子的入射方向，磁感应强度为B ，则粒子恰好不偏离原来的方向，求q m为多少？ 答案2Ed B 2L 2解析 设带电粒子以速度v 0垂直电场方向进入匀强电场，则d ＝12at 2＝qE 2m ⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 02①此带电粒子垂直入射到正交的电磁场区域时不发生偏转， 由平衡条件qE ＝qv 0B ， 得v 0＝EB②由①②两式得qEL 22md ＝E 2B2解得q m ＝2EdB 2L 2.。