2021人教版选修《电子的发现》word教案
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人教版选修3《电子的发现》说课稿一、教材概述人教版选修3《电子的发现》是高中物理课程的选修教材,主要介绍了电子的发现及其相关的物理原理和应用。
本教材通过四个章节的内容,从电子的发现历史、电子的性质和运动规律、电子的应用以及电子技术的发展等方面,系统介绍了电子学的基本概念和原理,使学生对电子学有一个初步的了解。
二、教材分析1. 教材结构与特点《电子的发现》分为四个章节,每个章节都围绕特定主题展开讲解,逻辑严谨,内容紧凑。
章节主要内容第一章电子的发现介绍了电子的发现历史,如电子的实质、电子运动轨迹和电子的性质等第二章电子的性质和运动规律详细讲解了电子的质量、电荷、电流和电磁场等相关概念与运动规律第三章无线电的发展与应用探讨了无线电技术的基本原理和应用,包括射电天文学和通信技术等第四章电子技术的发展介绍了电子技术的发展历程、电子器件和电子电路的基本原理本教材以丰富的实例和图表辅助教学,使学生能够更好地理解和掌握知识。
2. 学情分析学生在高中物理学习过程中,已经学习了基本的物理知识,对电子学的兴趣有一定的基础。
通过调研我们发现,学生对科技类的内容具有较高的兴趣,对电子技术也有一定的了解。
同时,学生对实践性较强的课程内容更感兴趣,因此在教学中要注重培养学生的实践操作能力和探究精神。
3. 教学目标本课程的教学目标主要包括以下几个方面: - 知识与技能目标:通过学习,学生能够回顾电子的发现历史,了解电子的性质和运动规律,认识电子技术的应用及其发展; - 过程与方法目标:培养学生的实验操作能力和动手实践能力,注重学生的观察与实验分析能力; - 情感、态度与价值观目标:培养学生对科学技术的兴趣和探究精神,增强学生的科学思维和创新能力。
三、教学重点和难点1. 教学重点•让学生了解电子的发现历史、电子的性质和运动规律;•帮助学生认识电子技术的应用场景和发展方向。
2. 教学难点•帮助学生理解电子的性质和运动规律;•引导学生思考电子技术在现代社会中的应用和意义。
2021年4月Vol.39No.07中学物理•专论一聚焦新教材•人教版《杨理》选择性必修第三册“第更章原子结构和波粒二象性”编写说明魏昕(人民教育出版社课程教材研究所北京100081)摘要:对选择性必修第三册第四章“原子结构和波粒二象性”的编写意图进行梳理、说明.明确本章结构的设计特点,展现教材编写的逻辑线索,对教材中如何落实学科的核心素养目标进行了解读•在具体说明中,围绕本章的具体内容进行细致说明并给出教学建议.关键词:原子结构;波粒二象性;物理核心素养;编写说明中图分类号:G633.7文献标识码:B在量子力学建立之前,玻尔曾在前人关于原子结构研究工作的基础上,根据普朗克、爱因斯坦等提出的量子概念建立了前期量子论,可以部分地说明原子的若干性质•虽然玻尔的理论能够解决的问题有限,文章编号:1008-4134(2021)07-0016-03并且被后来的量子力学所取代,但是应该看到在物理学的发展史中,每一重大进展都是建立于在此之前的认识之上,必须明确问题所在,进行新的观察和理论研究,不是凭空一蹴而就的•教材以上述科学发展的作者简介:魏昕(1986-),男,青海人,博士,副编审,研究方向:物理课程与教材.人突然下蹲或起立时,体重计的示数是变化的,由于过程很快,很难看清具体是怎么变化的,但可以看到体重计的示数是变化的,不是总等于人的体重的•这种学生亲身体验跟前概念里的超重和失重不一样,对超重和失重现象的理解和内化有很大帮助•3.3合理设计合作任务,让学生便于观察、思考(1)课前改装好弹簧测力计•把橡皮筋套进测力计的刻度盘的两端,在橡皮筋上夹上两片红色的硬纸片(或是方形泡沫),指针在两纸片之间.当指针上移时上面的纸片会上移,指针下降时会推动下面的纸片下移•这样做便于观察弹簧测力计的指针变化情况,也可以纪录指针上升或下降的最大示数.(2)由于生活中的失重和超重现象的过程一般很快,而本节课选取课前拍摄的不同运动情况下的电梯中台秤(弹簧秤)的示数的视频,把失重和超重的过程“延长”,学生可以“慢”下来观察5种不同过程的视重,把示数和运动过程结合在一起分析•这就要求拍摄的电梯上升或下降的楼层应不少于4层.3.4异质分组、明确分工有利于开展合作学习根据异质分组原则分配任务和合作,按编号分配学习任务,公平、明确,共同参与.而同号同学互相核对结果、解释和交流,互相帮助,确保每个同学都弄懂.专家组合作学习后回到原来的基组,每位同学讲解,平等的、充分的交流和展示,以最大地发挥学生学习的主动性和能动性,由于学生大部分的时间都在亲历分析推理、解析交流的过程,有利于促进学生对超重和失重现象的理解和内化,培养学生分析推理的科学思维和解释交流的科学探究能力.参考文献:[1]袁勇,林桂红,付民,吴巧燕.目标协同结构法合作学习教学效果的实验研究一以楞次定律”一节课为例[J]•课程教学研究,2019(07)=28-35.[2]张玉彬.合作学习的理论与实践[M].北京:光明日报出版社,2017.[3]麦建华,袁勇.物理合作学习中核心素养的培养策略一基于卡干结构法的应用〔J].课程教学研究,2018(02):74 -80+1.[4]牟尚婕,潘鸯鸯,盛群力.聚焦卡干合作结构法:使合作学习成为课堂常态[J].课程教学研究,2015(03):4-10.[5]约翰逊,史密斯著.刘春红,孙海法译.合作性学习的原理与技巧[M].北京:机械工业出版社,2004.[6](美)斯宾塞•卡干,(美)米格尔•卡干,(美)劳里•卡干著.马斯婕,盛群力译.59种卡干合作学习结构[M].广州:广东教育出版社,2019.[7]马兰.合作学习[M],北京:高等教育岀版社,2005.(收稿日期:2021-02-05)・16・中学物理Vol.39No.072021年4月历史脉络为线索,通过对黑体辐射理论、光电效应、原子模型的发展、粒子波动性,以及波粒二象性等重要内容的介绍,展示了量子理论的建立过程,在讲授相关知识的同时,希望能够帮助学生体会物理观念转变的过程,了解当中蕴含的思想和方法.1全章概述《普通高中物理课程标准(2017年版)》(以下简称“新课标”)要求:(1)了解人类探索原子及其结构的历史•知道原子的核式结构模型•通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构.(2)通过实验,了解光电效应现象.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义•能根据实验结论说明光的波粒二象性.(3)知道实物粒子具有波动性,了解微观世界的量子化特征.体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响.《物理(必修第三册)》中在对黑体、能量子等概念初步描述的基础上,本章第一节主要介绍黑体辐射的实验规律,通过实验规律与经典电磁辐射理论的矛盾,引出普朗克的能量量子化假说.第二节介绍光电效应实验规律,以及爱因斯坦提出光子概念解释光电效应的实验结果•此外,本节又介绍了康普顿效应,表明光子不仅具有能量,而且具有动量,光子的动量与光的波长和普朗克常量有关•光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性.从此,人们意识光具有波粒二象性•第三、四节主要涉及原子结构模型的发展.第三节介绍电子的发现过程,以及卢瑟福提岀的原子核式结构模型•第四节介绍了氢原子光谱的规律,以及玻尔在核式结构模型的基础上提出的新的原子理论•第五节主要介绍了粒子的波动性,波的频率、波长与粒子的能量和动量的关系,以及粒子波动性的实验验证.本章在核心素养方面有以下考虑:(1)物理观念•通过原子结构和波粒二象性的学习,促进对于微观世界物质、能量特点的认识,进一步深化学生的物质观、能量观•此外,学生通过物理学史能够领略到经典物理观向量子物理观发展的过程,体会到量子理论不仅以其概念、原理揭示了自然界中物质运动的诸多规律,而且这一重大发现,同时改变了人们的自然观、科学观,思考这一过程中促使观念转变的重要因素以及所蕴含的思想方法,为学生今后物理观念乃至科学观的发展奠定基础.(2)科学思维.本章介绍了黑体、能量子、电子、原子、波粒二象性等一系列物理模型,通过对这些模型的学习,体会建立过程中的思维特征,促进学生建模能力的提升•此外,这些模型具有紧密的联系,体现了物理学逐步发展的特点,在学习知识的同时,学生也能够体会到创新的内涵,要引导学生正确地理解创新当中的继承与发展的关系.(3)科学探究.学生既可以通过实际动手学习科学探究,也可以通过了解前人的探究活动学习科学探究.本章所涉及的内容,对于学生自己动手探究而言难度较大,教材通过对原子结构发展的介绍,体现了当时物理学家的探究过程,学生在学习的过程中,能够认识到探究微观世界的方法与途径,拓展他们对科学探究本身以及如何学习科学探究的理解.(4)科学态度与责任.本章中再现了多位著名科学家的研究工作,他们严谨、不放过细节,同时又大胆、敢于提问与想象,这些优秀品质能够感染学生,加深学生对科学的热爱,有助于提升自身品格.教材在本章最后介绍了量子力学的应用,展现了量子力学与现代生活的密切联系,希望提升学生的学习兴趣.课时安排建议第1节普朗克黑体辐射理论1课时第2节光电效应1课时第3节原子的核式结构模型1课时第4节氢原子光谱和玻尔的原子模型1课时第5节粒子的波动性和量子力学的建立1课时2具体说明2.1突出量子理论对人类物理观念的改变在普朗克提出能量子假说之前,人们已经知道场与物质能够发生相互作用,并且相互交换能量,但认为这种能量交换是连续的.1900年,在黑体辐射现象面前,普朗克作出了与经典观念相冲突的假设,即辐射的能量是一份一份地向外发出的,而且实验证实他是正确的.1905年,爱因斯坦为了解释光电效应,发展出了光子的概念.随后,德布罗意从类比和对称性的角度岀发,认为在对实物粒子的研究上,可能过多地强调了粒子性,而忽视了粒子存在的波动性•这种思考导致了一种新的物理观念——物质具有波粒二象性被树立起来•至此,原有的观念——物质或者只能是粒子、或者只能是波的观念被破除了.新的观念深刻地改变了人们对科学的认识•教师要引导学生进行总结与思考:对于宏观对象,我们可•17•2021年4月Vol.39No.07中学物理以根据直接经验,建立粒子模型和波动模型进行研究,并得出它们的运动规律•对于微观粒子,虽然缺少感官的直接认识,但是我们也要建立一些模型来研究它们的运动规律,微观粒子的波粒二象性就是这样的模型•即使这一模型与学生的直接经验十分不符,但只要基于它所建立的概念及理论与实验结果一致,就说明该模型能够在一定范围内正确地代表我们要研究的对象.2.2拓展学生对科学探究的认识在高中阶段,学生需要拓展对科学探究的认识,知道既可以通过实际动手来学习科学探究,也可以通过了解科学家的真实探究历程来了解科学探究.初中阶段,学生已经学过原子的结构,但并不了解这些知识的获得过程•本章教材介绍了人类是如何一步一步地深入认识原子结构的,学生通过这段历史可以了解科学探究的过程,了解人类研究微观对象的方法和途径,有利于培养学生的探索兴趣,发展他们的科学思维能力.教材将人类对原子结构的探究历程大致分为三个阶段•第一阶段:发现电子•线索如下:(1)根据实验现象提出问题——阴极射线究竟是电磁辐射还是带电微粒?(2)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负电的粒子流,并求出了这种粒子的比荷•(3)汤姆孙进一步发现,用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都是相同的,这说明不同物质都能发射这种带电粒子,它是构成各种物质的共有成分.(4)汤姆孙通过比较阴极射线粒子的比荷与氢离子的比荷,认为阴极射线粒子电荷量的大小与一个氢离子的电荷量相同,后来他用实验证明了自己的猜想,阴极射线粒子即为电子•(5)密立根实验精确测定了电子电荷量,并发现电荷是量子化的,任何带电体的电荷只能是电子电荷量的整数倍.(6)汤姆孙进一步对光电效应、热离子发射、B射线等新现象进行研究,发现它们当中都包含电子.第二阶段:认识原子的结构•线索如下:(1)汤姆孙发现电子后,提出了原子的“西瓜模型”;(2)a粒子散射实验否定了“西瓜模型”的正确性;(3)根据a粒子散射实验的结果,卢瑟福提岀了自己的原子结构模型一一核式结构模型;(4)卢瑟福以核式结构模型为依据,利用经典力学计算了各个方向散射的a粒子的比例,结果与实验事实相一致,证明了原子核式结构模型的正确性.第三阶段:在对电子运动的研究中,经典电磁理论遇到了矛盾,玻尔提出了新的观念.线索如下:(1)经典电磁理论无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征;(2)玻尔提出新的假设,即轨道和能量具有分立性,并进行了数学推理;(3)理论计算与氢光谱实验等结果一致,证实原子玻尔模型的有效性;(4)玻尔模型不能解释比氢原子稍复杂的原子的光谱,仍具有局限性.通过以上三个阶段的学习,学生可以体会到:理论和实验相互促进人类对微观世界的理解•科学家在对实验、事实分析的基础上,提出能够对其进行描述和解释的模型或假说,这些模型或假说又要在后续的实验中接受检验,正确的被接受,与实验不符的则被否定,或是在新的实验基础上再次提出新的假说•学生应当认识到,真实的科学探究就是这样不断交错展开的,科学就是这样不断向前发展的.2.3引导学生体会创新思维科学的发展史就是一部创新史•教材希望学生通过对本部分内容的学习,能够体会创新的思维方式,正确认识创新当中继承与发展的关系.例如,在对原子结构的认识过程中,汤姆孙发现电子后提出了“西瓜模型”,但这一模型与a粒子散射实验的结果不相符,因此被卢瑟福提出的核式结构模型所替代.但随着认识的不断深入,核式结构模型又无法解释原子的稳定性和原子的分立光谱,于是,玻尔保留了其合理的部分一有原子核存在,而滨弃了其他不合理的部分,发展岀了半经典、半量子的玻尔原子理论.同样,玻尔原子理论也具有局限性,虽然它第一次将量子观念引入原子领域,成功地解释了氢原子光谱的实验规律,但面对稍微的或更复杂一点的原子,玻尔原子理论也无法解释它的光谱现象•在随后的量子理论中,玻尔提出的定态和跃迁的概念被保留,而经典粒子的观念——将电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动便被抛弃了.从以上人类对微观世界的探索历程可以看出,新、旧理论之间存在着密切的联系,物理教学应该在帮助学生熟知已有知识体系的同时,培育学生正确看待这种继承和发展的关系,以及对新事物敏感的思维品质,鼓励他们敢于解脱传统观念,勇于提出新见解.(收稿日期:2021-01-20)•18•。
4.3原子的核式结构模型〖教材分析〗首先通过实验说明阴极射线的存在,最后通过实验研究发现了电子。
电子的发现说明原子不是组成物质的最小微粒,对揭示原子结构有重大意义。
在此基础上汤姆孙提出了西瓜模型,a粒子散射实验结构否定了西瓜模型,提出了原子的核式结够模型。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道原子核式结够模型,体会物理模型建立的艰辛。
科学思维∶通过a粒子散射实验,知识通过宏观分析研究微观世界的方法。
科学探究:通过观察电子的发现过程实验和a粒子散射实验过程培养学生观察能力,感悟以实验为基础的科学探究方法。
科学态度与责任∶体会研究微观世界的一种科学方法,以及在科学方法论中的重要意义。
学习老科学家们的艰苦奋斗的精神,激发学生学习热情。
〖教学重难点〗教学重点:电子发现的过程、a粒子散射实验和原子核式结构。
教学难点:a粒子散射实验。
〖教学准备〗多媒体课件等。
〖教学过程〗一、新课引入科学家在研究稀薄气体放电时发现,当玻璃管内的气体足够稀薄时,阴极就发出一种射线。
它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光,这种射线的本质是什么呢?这种射线称为阴极射线。
历史上对阴极射线本质的认识有两种观点:德国科学赫兹认为原子就是最小的粒子,阴极射线是电磁波;英国科学汤姆孙他认为阴极射线是由运动的带电粒子组成的。
二、新课教学(一)电子的发现1.汤姆孙实验装置①K 产生阴极射线②A 、B 形成一束细细射线③D 1、D 2之间加电场或磁场检测射线的带电性质④荧光屏显示阴极射线到达的位置,可以研究射线的径迹。
问题:阴极射线的本质,通过什么原理来测定呢? 因为带电粒子会在电场或磁场中偏转。
所以让阴极射线沿垂直场的方向通过电场或磁场,观察它是否偏转。
如果阴极射线发生了偏转,那么阴极射线就是在电场力或洛伦兹力的作用下偏转的,说明阴极射线的本质是带电粒子流。
如果阴极射线没有发生偏转,表示阴极射线不带电,说明阴极射线的本质是电磁波。
2.汤姆孙发现电子汤姆孙发现,如果不加电场和磁场阴极射线就会直接打到p 1。
第1节电子的发现1.英国物理学家汤姆孙发现了电子。
2.组成阴极射线的粒子——电子。
3.密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷量。
4.密立根实验发现:电荷是量子化的,即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
一、阴极射线1.实验装置:如图18-1-1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;把它们分别连在感应圈的负极和正极上。
图18-1-12.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B(A.带正电B.带负电)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。
证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1.自主思考——判一判(1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。
(×)(2)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。
(×)(3)阴极射线在真空中沿直线传播。
(√)(4)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。
(×)(5)组成阴极射线的粒子是电子。
(√)(6)电子是原子的组成部分,电子电荷量可以取任意数值。
(×)2.合作探究——议一议气体放电管中的气体为什么会导电?提示:气体分子内部有电荷,正电荷和负电荷的数量相等,对外呈电中性,当分子处于电场中时,正电荷和负电荷受电场力的方向相反,电场很强时正、负电荷被“撕”开,于是出现了等量的正、负电荷,在电场力作用下做定向运动,气体就导电了。
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。
第四章原子结构和波粒二象性3 原子的核式结构模型基础过关练题组一电子的发现1.下列说法错误的是( )A.电子电荷量的精确值是由密立根通过“油滴实验”测得的B.若物体带电,则其所带电荷量可以是任意值C.若物体带电,则其所带电荷量的最小值为1.6×10-19 CD.物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍2.(2020宁夏石嘴山三中高二下期中)英国物理学家J.J.汤姆孙通过阴极射线的实验研究发现( )A.阴极射线在电场中偏向正极板一侧B.阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C.不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D.J.J.汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量3.(多选)如图所示是J.J.汤姆孙的阴极射线管的示意图,下列说法中正确的是( )A.若在D1、D2两极板之间不加电场和磁场,则阴极射线应打到最右端的中心P1点B.若在D1、D2两极板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、D2两极板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、D2两极板之间加上垂直纸面向里的磁场,则阴极射线不偏转4.(多选)1897年英国物理学家J.J.汤姆孙发现了电子并因此被称为“电子之父”。
下列关于电子的说法正确的是( )A.J.J.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子流的结论,并求出了这种粒子的比荷B.J.J.汤姆孙通过光电效应的研究发现了电子C.电子质量是质子质量的1 836倍D.J.J.汤姆孙通过对不同材料做成的阴极发出的射线的研究,并研究光电效应等现象,说明电子是原子的组成部分,是比原子更小的基本的物质单元题组二比荷的测定是一个重要的物理量。
某中学物理兴趣小组设计了一个实验, 5.带电粒子的比荷qm探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响,以求得电子的比荷,实验装置如图所示,其中两正对极板M1、M2之间的距离为d,极板长度为L。
他们的主要实验步骤如下:A.首先在两极板M1、M2之间不加任何电场、磁场,开启阴极射线管电源,发射的电子束从两极板中央通过,在荧光屏的正中心处观察到一个亮点。
2021人教版选修《电子的发现》word教案
教学目标
(1)了解阴极射线及电子发觉的过程;
(2)明白汤姆孙研究阴极射线发觉电子的实验及理论推导。
引入新课
人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程,这一过程也是辩证进展的过程。
依照事实建立学说,进展学说,或是决定学说的取舍,发觉新的事实,再建立新的学说。
人类确实是如此通过光的行为,通过分析和研究,逐步认识原子的。
专门早以来,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,发觉了电子,使人类对微观世界有了新的认识。
电子的发觉是19世纪末、20世纪初物理学三大发觉之一。
一、物质结构的早期探究
大千世界(宇宙)是由什么构成的?
我国西周时期的五行说:金、木、水、火、土
古希腊的亚里士多德认为:万物的本质是土、水、火、空气4种“元素”,天体则由第五种元素———以太构成。
古希腊学者德谟克利特等人认为宇宙间存在一种或多种微小的实体,那个实体叫做“原子”,原子密不可分,这些原子在虚空中运动,并可按照不同的方式重新结合或分散。
我国战国时期的思想家墨子认为物体是由不可分割的最小单元——“端”构成
1661年,玻意耳以化学实验为基础建立科学的元素论,认为只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是元素,各种元素存在着不同的原子。
19世纪初,道尔顿提出原子论。
1811年,阿伏伽德罗提出了分子假说,指出分子能够由多个相同的原子组成。
宏观物质的化学性质决定于分子,分子则由原子构成,原子是构成物质的不可分再分的最小颗粒。
原子确实不可再分了吗?
二、阴极射线
气体分子在高压电场下能够发生电离,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。
是什么缘故让空气分子变成带电粒子的?带电粒子从何而来的?
1、阴极射线
早在1858年,德国物理学家普吕克尔利用低压气体放电管研究气体导电时发觉一种奇特的辉光放电现象。
演示实验:用一个阴极射线管两端加高压,管中有一个金属十字状物体,能够观看到管端玻璃壁上亮度的变化。
阴极射线管:真空,阴极为金属板,两极接高压。
德国物理学家戈德斯坦对辉光放电现象研究后认为这是从阴极发出的某种射线引起的。
因此他把这种未知射线称之为阴极射线。
2、阴极射线的本质,有大量的科学家作出大量的科学研究,要紧形成了两
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。
探究一:你能否设计一个实验来研究阴极射线到底是一种电磁波依旧一种高速粒子流。
(用电磁场能使运动着的带电粒子发生偏转来指导学生判定阴极射线的本质是一种带电微粒。
)
探究二:既然差不多明白阴极射线是一种带电微粒,那么它带什么电?如何判定?(用加电、磁场的方法判定出阴极射线带负电)。
3、阴极射线应用
电子示波器中的示波管、电视的显像管、电子显微镜等差不多上利用阴极射线在电磁场作用下偏转、聚焦以及能使被照耀的某些物质,如硫化锌发荧光的性质工作的.高速的阴极射线打在某些金属靶极上能产生X 射线,可用于研究物质的晶体结构。
阴极射线还可直截了当用于切割、熔化、焊接等。
三、电子的发觉
我们差不多明白了阴极射线是一种带负电的微粒,那么它到底是一种什么粒子呢?要了解一种带电微粒,找到它的电荷量与质量的比值即比荷q/m 是比较重要的途径之一,英国物理学家汤姆孙在1890年也想到了那个地点,他在闻名的卡文迪许实验室用下面的装置求出了这种带电微粒的比荷。
实际上有多种方法能够测量它的比荷。
我们把汤姆孙的这种方法叫“电偏法”
1、汤姆孙的研究
英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发觉了电子。
实验装置如图所示,从高压电场的阴极发出的阴极射线,穿过C 1C 2后沿直线打在荧光屏A '上。
为了研究阴极射线粒子的比荷,汤姆孙在真空管两侧加了两块金属板,金属板间加一电压。
(1
示的电场,发觉阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏,则可判定,阴极射线带有负电荷。
(2)为使阴极射线不发生偏转,则请摸索可在平行极板区域采取什么措施。
在平行极板区域加一磁场,且磁场方向必须垂直纸面向外。
当满足条件:
qE B qv =0 时,则阴极射线不发生偏转。
则:B
E v =0 (3)依照带电的阴极射线在电场中的运动情形可知,其速度偏转角为:20
tan mv qEL =θ '
又因为:)2(tan L D y
+=θ 且B E v =0 则:L B L D Ey m q 2)2
(+= 依照已知量,可求出阴极射线的比荷。
汤姆孙求出的比荷约为1011库仑/千克,而当时已知的最小的氢离子的比荷为108库仑/千克 ,这种阴极射线粒子的比荷比最小的氢离子的比荷还大约2000倍,只有两种可能,一是此种阴极射线的电荷量专门大,或者它的质量专门小。
到底是如何样的呢?汤姆孙并没有舍弃,后来他直截了当测到了这种阴极射线的电荷量,发觉它与氢离子的电荷量差不多,由此能够证明这种阴极射线粒子的质量比当时认为最小的氢离子的质量小上千倍。
后来,汤姆孙发觉,用不同材料的阴极和不同的气体做实验,所得阴极射线比荷的数值是相等的。
这说明不同物质都能发射这种带电粒子,它是构成各种物质的共有成分。
因此,汤姆生把新发觉的这种粒子称之为电子。
1897年,汤姆孙向世界宣布发觉了电子。
2、电子的电荷量和质量
第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。
美国物理学家密立根利用油滴实验较为精确的测量出电子的电荷量为
e =1.60217733×10-19C
密立根通过实验还发觉,电荷具有量子化的特点。
即任何电荷只能是e 的整数倍。
再由前面实验得到的比荷能够确定 电子的质量
m =9.1093897×10-31kg
四、电子发觉的意义:
电子的发觉,不仅找到了一种比原子更小的微粒,说明原子也是有结构的,是能够再分的,电子是原子的组成部分。
由于原子中含有带负电的电子,从物质的电中性动身,推断出原子中还有带正电的部分,这就进一步地提出了探究原子结构和建立原子模型的问题,由此掀开了原子物理研究的序幕,为20世纪原子物理学科的建立和进展起到极为关键的作用。
因此,他被科学界誉为“一位最先打开通向差不多粒子物理学大门的伟人”。
电子的发觉与X 射线和放射线的发觉被称为19世纪末20世纪初物理学的三大发觉。
五、科学素养培养
阴极射线是德国物理学家J.普吕克尔在1858年利用低压气体放电管研究气体放电时发觉的 .从低压气体放电管阴极发出的电子在电场加速下形成的电子流。
阴极能够是冷的也能够是热的,电子通过外加电场的场致发射、残存气体中正离子的轰击或热电子发射过程从阴极射出。
大伙儿注意到,从1858年普吕克尔首次观看到阴极射线到1897年汤姆孙确认电子的存在,其间经历了近40年,这期间对阴极射线的研究从未间断,甚至
有人也测出了组成阴极射线微粒的比荷,然而谁都不敢承认还有比原子更小的粒子,因而错过了发觉电子的良机。
1897年J.J.汤姆孙依照放电管中的阴极射线在电磁场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电,并测出其荷质比,这在一定意义上是历史上第一次发觉电子,12年后R.A.密立根用油滴实验测出了电子的电荷。
汤姆生对电子的研究过程和方法
⒈定性研究:
J.J.汤姆生还改进了赫兹的静电场偏转实验,他进一步提高了真空度,同时减小极间电压,以防止气体电离,终于获得了稳固的静电偏转。
得出阴极射线带负电。
⒉定量研究:
运算出阴极射线的荷质比e/m。
⒊普遍性证明
科学研究的重要特点之一是通过各种途径去探究自然规律。
那个进程是曲折复杂的,不可能完全遵循某一条预定的途径达到预期的目的。
这确实是一个偶然性发觉和必定性规律之间的辩证关系。
因此,谁善于捕捉意外情况,谁能透过大量纷繁复杂的偶然性客观现象揭示其必定性规律,谁就能有所发觉发明,登上科学的高峰。
X射线尽管是伦琴无意的发觉,却改变了人类世界,如此庞大的成就的取得终究归功于伦琴的聪慧和努力,正如一句名言所说:机遇青睐有预备的头脑。
这确实是一个专门好的印证。