高中物理第十八章原子结构第1节电子的发现教学案新人教选修3-5

高中物理第十八章原子结构第一节电子的发现预习导航学
案新人教版选修3_5
预习导航
现代人已能“看到”原子的模样，而在没有
任何实验设施的过去，人们是怎样感知物质
的结构的呢？J.J.汤姆孙又是怎样发现电子
(1)实验装置：真空玻璃管、阴极、阳极和感应圈。

(2)实验现象：感应圈产生的高电压加在两极之间，玻璃管壁上发出荧光。

(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，这种射线命名为阴极射线。

2．电子的发现
思考阴极射线的发现说明了什么？
提示：说明原子是可以再分的。

第十八章原子结构1 电子的发现·教学设计·【学习目标】1．知道阴极射线的组成，电子是原子的组成局部。

2．领悟电子发现过程中所包括的科学方法。

3．知道电荷是量子化的，意会电子的发现对揭穿原子结构的意义。

【重点难点】1．领悟电子发现过程中包括的科学方法。

2．电子电荷量确实定以及比荷确实定。

【课前预习】1．阴极射线〔 1〕在 ___________条件下，把气体分子中原来结合在一起的________电荷分开的过程叫气体的电离；（2〕阴极射线是x射线还是带电粒子流呢？假设是带电粒子流，显然可以由在电场或磁场中的 ______来确定。

2．电子的发现（1〕物理学家 __________在对阴极射线的研究中断定，阴极射线是带_______电的粒子流，并求出了它的比荷，确定了组成阴极射线的粒子是________，它是原子的组成局部；（2〕电子的电荷量是经过 ___________ 实验测定的，数值为e=______________，一个电子所带电荷量的数值也叫根本电荷，其他带电体的带电量是根本电荷的_________倍。

【预习检测】1．以以下图，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，假设在管的正下方放一通电直导线AB 时，发现射线径迹下偏，那么〔〕A．导线中的电流由A流向 BB．导线中的电流由B流向 AC．假设要使电子束的径迹往上偏，可以经过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的径迹与AB中的电流方向没关××××××××2．以以下图，让一束均匀的阴极射线垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感觉强度 B 和电场强度E，带电粒子将不发生偏转，尔后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，其半径为R，求阴极射线中带电粒子的比荷。

3．密立根油滴实验第一测出了元电荷的数值，其实验装置以以下图，油滴从喷雾器喷出，以某一速度进入水平旋转的平板之间。

课题电子的发现【课型】情景教学实验探究【课标要求】了解人类探究原子结构的历史以及有关经典实验【教材分析】将本节作为原子结构的第一个内容，是因为电子的发现拉开了人类认识原子内部结构的序幕，人们对微观世界的探索获得了第一个突破性进展。

在此后的三、四十年的时间内，人们对微观世界的探索捷报频传，迅速发现了微观世界的运动规律，谱写了物理科学的崭新篇章。

把“电子的发现”单列一节来处理，目的不仅是为教材后续关于原子结构的内容做准备和铺垫，还在于电子的发现本身在科学史以及科学方法论中的重要性。

本节知识内容主要分为阴极射线和电子的发现两个部分，而将重点放在情感目标的渗透上——电子发现过程蕴含的科学方法，以及科学家热爱科学、勇于创新的科学精神。

【学情分析】学生在初中阶段就已了解原子的基本结构，知道核外电子带负电，高中阶段在电磁场部分也经常接触电子模型，因此对于电子学生在知识上并不陌生，但对电子的发现过程，特别是电子发现过程中体现的研究方法以及对微观科学发展的意义了解较少，因此本课的重点不在知识和技能上，而是通过回顾电子发展的历史，以物理学史及物理研究方法为线索展开。

学生在学习磁场时已接触过阴极射线，但对其产生原理不太清楚，因此在本节内容的学习展开过程中有必要对阴极射线做更为详细的探究。

【教学目标】1、知识与技能知道阴极射线的产生原理，回顾带电粒子在电场、磁场中运动的相关知识2、过程与方法通过回顾电子发现的过程，了解微观粒子的研究方法，体会物理学从提出问题到实验论证的研究方法3、情感、态度、价值观认识电子的发现对物理学发展及社会发展的意义，了解科学家在面对已有经验和现实困扰的情况下，排除各种干扰因素，以敏锐的洞察力和思维创造性地展开科学探索的科学精神，从而产生对前人的崇敬之情，激发献身科学的探索激情。

【重、难点分析】重点：体会物理学的研究过程，体验勇于创新的科学精神，了解微观粒子的研究方法。

难点：从相关史实中提炼科学研究的各种要素【教学用具】带偏转电极的阴极射线管一只马蹄形磁铁一块高压电源两台学生低压电源一个激光源一个导线若干PPT课件一套【教学设计】为达成以上教学教育目标，作如下课堂设计1.课堂剧的设计——关于阴极射线是什么的争论为使学生充分了解电子的发现过程，设计了一个由关于阴极射线是什么的两个流派的争论的课堂剧，三组学生分别扮演赫兹、克鲁克斯、汤姆孙，以第一人称陈述他们各自对阴极射线的研究。

1 电子的发现1．知道阴极射线的产生及本质。

2．了解汤姆孙发现电子的研究方法及发现电子的意义。

现代人已能“看到”原子的模样，而在没有任何实验设施的过去，人们是怎样感知物质的结构的呢？汤姆孙又是怎样发现电子的呢？提示：人们靠思辨推测物质的构成，汤姆孙是在研究气体放电产生阴极射线的实验中发现电子的。

一、阴极射线1．通常情况下，气体是不导电的，但在强电场条件下，气体能够______而导电。

2．研究气体放电时，一般都用稀薄气体，导电时可以看到______放电现象。

3．在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极，当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，它碰到荧光物质使其能发光，这种射线为______射线。

二、电子的发现思考：阴极射线的发现说明了什么？答案：一、1.电离 2．辉光 3．阴极二、电场 比荷 负电 1.6× 10－19 C 氢离子 9.1×10－31kg 组成部分 基本 思考提示：说明原子是可以再分的。

1．阴极射线的产生将金属加热，让其温度变得很高，电子热运动加剧，电子热运动能量足够大时同样可以在金属表面逸出，这时我们再以这块金属作为阴极(负极)，在相距一定距离的地方设一个正极，逸出金属表面的电子可以在电场力作用下向阳极运动，形成电子束，形成的电子束即阴极射线。

2．用电场、磁场研究“阴极射线”的性质 (1)电性的确定：方法一：让阴极射线进入已知电场，由所受电场力方向确定带电的性质。

方法二：让阴极射线进入磁场，由所受洛伦兹力的方向，根据左手定则确定带电的性质。

(2)比荷的测定方法：①让粒子通过正交的电磁场，如图所示，让其做直线运动，根据二力平衡条件，即F 洛＝F 电(Bqv ＝qE )得到粒子的运动速度v ＝E B。

②在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图所示)，保留磁场，让粒子只在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即Bqv ＝mv 2R ，根据磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径R 。

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。

★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本； 亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
★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。
电子的电荷量 e＝1.60217733×10－19C
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。
密立根通过实 验还发现，电荷具有量子化的特 征。即任何电荷只能是e的整数倍。
电子的质量 m＝9.1093897×10－31kg
（三）课堂小结
科学家在对阴极射线的研究中发现了电子，使人们对微观世界的认识进入了一个新的时代，电子的发现是19世纪末物理学史上的三大发现之一。在物理学的发展中具有比较重要的作用。了解科学家是如何发现电子的，应用了哪些研究方法，对 我们学好物理有重要的帮助作用。
电子的发现
（一）知识与技 能
1．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
（二）过程与方法
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。

判断正误
1．电子是英国物理学家库仑发现的．(×) 2．电子的电量是不确定的．(×) 3．电子的发现说明电子是原子核的组成部分．(×)
小试身手
2．(多选)关于电子的下列说法中，正确的是( ) A．发现电子是从研究阴极射线开始的 B．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分 C．电子发现的意义是：使人们认识到原子不是组成 物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构 D．电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向 与电场线的切线方向相同
2．汤姆孙的进一步研究． 汤姆孙的新发现：不论是阴极射线、β 射线、光电效 应中的光电流还是热离子发射效应中的离子流，它们都 包含电子． 结论：它是从原子中发射出来的，它的质量只比最 轻原子的质量的两千分之一稍多一点，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．
3．对电子的认识． 电子电量 e＝1.6×10－19 C，是由密立根通过著名的 “油滴实验”测出来的．密立根发现，电荷是量子化的， 任何电荷只能是 e 的整数倍． 电子质量 m＝9.1×10－31 kg，质子的质量与电子的质 量的比值：mmpe＝1 836．
(1)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， 在荧屏的正中心处观察到一个亮点； B．在 M1、M2 两极板间加合适的电场，加极性如图 所示的电压，并逐步调节增大，使光屏上的亮点逐渐向 荧屏下方偏移．直到荧屏上恰好看不见亮点为止，记下 此时外加电压 U，请问本步骤的目的是什么？
解析：(1)步骤 B 电子在 M1、M2 两极板间做类平抛 运动，当增大两极板间电压时，电子在两极板间的偏转 位移增大．
当在荧光屏上看不到亮点时，电子刚好打在下极板 M2 靠近荧屏的边缘，设两极板间距离为 d，则

4.跨学科整合思维：学生能够将物理知识与化学、生物学等相关领域知识相结合，形成对物质世界全面而深入的认识。他们能够理解原子结构与元素周期律的关系，解释电子排布对元素性质的影响。
5.创新精神与实践能力：学生通过学习电子的发现过程，培养了创新精神与实践能力。他们能够理解科学家是如何通过实验观察推测出理论模型的，并能够运用所学知识解决实际问题。
核心素养目标
本节课的核心素养目标旨在深化学生对物理学科本质的理解，培养其科学思维与科学探究能力。通过学习电子的发现及相关原子结构理论，学生将达成以下目标：1.掌握科学探究方法，如观察、实验、推理等，培养实证意识与创新精神；2.提高运用物理知识解释自然现象的能力，特别是在微观领域的应用；3.增强模型建构与模型分析的能力，理解卢瑟福原子模型的科学意义；4.培养跨学科整合思维，将物理知识与化学、生物学等相关领域知识相结合，形成对物质世界全面而深入的认识。这些素养目标与新教材的要求紧密相连，强调知识与实践、思考与创新的有机结合。
监控预习进度：通过在线平台跟踪学生的预习情况，确保每位学生都能对即将学习的内容有初步了解。
-学生活动：
自主阅读预习资料：学生按照要求阅读预习资料，理解电子的发现和原子结构的基础知识。
思考预习问题：学生针对预习问题进行独立思考，记录自己的理解和新产生的疑问。
提交预习成果：学生将预习笔记、思维导图或疑问通过平台提交，以便老师了解预习效果。
其次，我还注意到在课堂讨论环节，有些学生不太积极参与。他们可能感到害羞或者不确定自己的观点是否正确。为了解决这个问题，我计划在未来的教学中采取一些措施，如鼓励学生分享自己的观点，提供更多的反馈和支持，以及创造一个更加开放和包容的讨论环境。
此外，我还发现一些学生在完成课后作业时存在困难。他们可能没有完全掌握课堂上的知识点或者缺乏练习。为了帮助学生巩固学习，我计划在未来的教学中增加一些练习和复习的机会，提供更多的指导和支持，以及鼓励学生之间的合作和互助。

电子的发现新课标要求（一）知识与技能1．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（二）过程与方法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。

（三）情感、态度与价值观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）引入新课教师口述：原子的英文单词Atom，本意为小得不可再分割的微粒。

很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是不可再分割的。

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．阴极射线教师讲述：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。

设问：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，有大量的科学家做了大量的科学研究，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。

设问：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。

电子的发现-人教版选修3-5教案一、教学目标1.了解原子结构的基本构成和性质，了解电子的基本概念和性质；2.掌握电子的发现过程及相关实验；3.能够根据电子的性质，解释电子在化学和物理学中的重要性。

二、教学重点1.电子的发现过程；2.电子的基本性质。

三、教学难点1.理解电子在不同情况下的行为和性质；2.理解电子在物理和化学中的应用。

四、教学过程4.1 导入（10分钟）1.展示电子的图像，问学生是否认识这个符号；2.让学生尝试描述这个符号代表的物质。

4.2 阅读课文（25分钟）1.让学生阅读《人教版高中化学选修三》第五单元《物质的结构与性质》中“5.1 钱学森与电子”和“5.2 晶格结构中电子的运动和分布”两节；2.要求学生掌握钱学森发现电子以及晶格结构中电子的性质和运动。

4.3 实验演示（20分钟）1.展示《钱学森与电子》视频；2.演示电子运动轨道及电子运动轨道的模拟实验；3.通过实验让学生理解电子的实际存在和运动轨迹。

4.4 课堂讨论（20分钟）1.是否存在质子之外的其他粒子；2.电子在物质中的运动行为；3.电子在化学反应中的角色。

4.5 练习和总结（15分钟）1.让学生结合课文和实验内容，自主思考以下问题并作答：1.什么是电子？它有哪些性质？2.钱学森是如何发现电子的？3.电子在哪些情况下会发生运动？4.电子在物质中的作用是什么？2.学生自主总结电子的基本概念和性质，以及电子在物理和化学中的应用。

五、作业布置1.阅读相关文献，掌握电子的历史发展过程；2.实践操作，观察电子在物质中的运动行为；3.了解电子在半导体中的应用。

六、教学反思本节课通过展示视频和进行实验演示，帮助学生更好地理解电子的实际存在和运动轨迹。

在课堂讨论环节中，学生们踊跃发言、互相交流，增加了课堂互动和活力。

但在练习和总结环节中，有的学生思考不够深入，作答较为简略，需要进一步提高学生的思维深度和自主总结能力。

本节课的教学重点和难点比较清晰，课程流程逻辑性和条理性较强，但还需根据学生实际情况，适当调整课堂时间分配和细节设置，提高教学效果。

(浙江版)2018年高中物理 第十八章 原子结构 第1节 电子的发现学案(新人教版)选修3-51.飞向阳极，如图所示。

若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为( )A ．平行于纸面向左B ．平行于纸面向上C ．垂直于纸面向外D ．垂直于纸面向里解析：选C 由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则，为使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故C 正确。

1．汤姆孙的探究方法及结论(1)根据阴极射线在电场和磁场中偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。

(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍。

(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子大致相同，而质量比氢离子小得多，后来组成阴极射线的粒子被称为电子。

2．汤姆孙的进一步研究汤姆孙又进一步研究了许多新现象，证明了电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。

3．电子的电荷量及电荷量子化(1)电子电荷量：1910年前后由密立根通过著名的油滴实验得出，电子电荷的现代值为e ＝1.602×10－19_C 。

(2)电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e 的整数倍。

(3)电子的质量：m e ＝9.109 389 7×10－31kg ，质子质量与电子质量的比值为m pm e＝1_836。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”) 1．阴极射线就是X 射线。

(×)2．汤姆孙用电磁场知识测定了阴极射线的比荷，认定阴极射线为电子。

(√)[释疑难·对点练]带电粒子比荷的测定方法(1)让粒子通过正交的电磁场(如图所示)，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 ＝E B。

(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图所示)，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 。

高三物理选修3-5第十八章原子结构第一节电子的发现导学案【教学目标】1．知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。

2．体会电子的发现过程中蕴含的科学方法。

3．知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍。

4．领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。

【教学重点】电子的发现过程中蕴含的科学方法【教学难点】体会电子的发现过程中蕴含的科学方法【自主学习】一、阴极射线1．演示实验：如图所示，真空玻璃管中K是金属板制成的______，A是金属环制成的______；把它们分别连接在感应线圈的负极和正极上。

管中狮子状物体是一个金属片。

接通电源时，感应圈产生的近万伏的高电压加在两个电极之间，观察管端玻璃壁上亮度的变化。

2．实验现象：德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到了玻璃壁上淡淡的______及管中物体在玻璃壁上的影。

3．实验分析：荧光的实质是由于玻璃受到______发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为__________．二、电子的发现1．汤姆孙对阴极射线的探究（1）汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流。

如图所示是他当时使用的气体放电管的示意图。

又阴极K发出的带电粒子通过小孔A、B形成一束细细的射线。

它穿过两片平行的金属板D1、D2之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上。

通过射线产生的荧光位置，可以研究射线的径迹。

（2）1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是的粒子流并求出了这种粒子的比荷。

（3）汤姆孙发现，用不同材料的阴极做实验，所得__________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。

由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。

它认为，这可能表示阴极射线粒子电荷量的大小与氢离子一样，而质量比氢离子小得多。

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电荷量差别不大，证明了汤姆孙的猜测是正确的。

1 电子的发现学习目标知识脉络1.知道阴极射线的概念，了解电子的发现过程．(重点)2．知道电子是原子的组成部分．(重点)3．知道电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系．(重点、难点)阴极射线[先填空]1．实验装置真空玻璃管、阴极、阳极和感应圈．2．实验现象感应圈产生的高电压加在两极之间，玻璃管壁上发出B(A.阴极射线B．荧光)．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，这种射线命名为阴极射线．[再判断]1．阴极射线是由真空玻璃管中的感应圈发出的．(×)2．阴极射线撞击玻璃管壁会发出荧光．(√)3．阴极射线在真空中沿直线传播．(√)[后思考]产生阴极射线的玻璃管为什么是真空的？【提示】在高度真空的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴极，对于真空度不高的放电管，粒子还有可能来自管中的气体，为了使射线主要来自阴极，一定要把玻璃管抽成真空．[合作探讨]如图18­1­1所示，在阴极和阳极之间加上高电压，阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，射向阳极．图18­1­1探讨1：怎样判定阴极射线是不是电磁辐射？【提示】电磁辐射是电磁波的辐射，若使阴极射线通过电场或磁场，看传播方向是否受其影响则可判定是不是电磁辐射．探讨2：根据带电粒子在电、磁场中的运动规律，哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负？【提示】带电粒子垂直进入匀强电场时，正负电荷的偏转方向不同，偏转方向与场强方向相同(相反)的粒子带正(负)电，不带电者不偏转．带电粒子垂直进入匀强磁场时，做匀速圆周运动，所受的洛伦兹力提供向心力，根据左手定则可知其电性．[核心点击]1．对阴极射线本质的认识——两种观点(1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射．(2)粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流．2．阴极射线带电性质的判断方法(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质．(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质．3．实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电．1．如图18­1­2所示，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会向________偏转．图18­1­2【解析】阴极射线方向水平向右，说明其等效电流的方向水平向左，与导线中的电流方向相反，由左手定则，两者相互排斥，阴极射线向上偏转．【答案】上2．如图18­1­3是电子射线管示意图．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，可采用加磁场或电场的方法．图18­1­3若加一磁场，磁场方向沿________方向，若加一电场，电场方向沿________方向．【解析】若加磁场，由左手定则可判定其方向应沿y轴正方向；若加电场，根据受力情况可知其方向应沿z轴正方向．【答案】 y 轴正 z 轴正注意阴极射线电子从电源的负极射出，用左手定则判断其受力方向时四指的指向和射线的运动方向相反.电 子 的 发 现[先填空]1．汤姆孙的探究方法及结论(1)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．(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍．(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子大致相同，而质量比氢离子小得多，后来组成阴极射线的粒子被称为电子．2．汤姆孙的进一步研究汤姆孙又进一步研究了许多新现象，证明了电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元． 3．电子的电荷量及电荷量子化(1)电子电荷量：1910年前后由密立根通过著名的油滴实验得出，电子电荷的现代值为e ＝1.602×10－19_C.(2)电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e 的整数倍． (3)电子的质量：m e ＝9.109 389 7×10－31kg ，质子质量与电子质量的比m pm e＝1_836.[再判断]1．阴极射线实际上是高速运动的电子流．(√) 2．电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的．(×) 3．带电体的电荷量可以是任意值．(×) [后思考]汤姆孙怎样通过实验确定阴极射线是带负电的粒子？【提示】 汤姆孙通过气体放电管研究阴极射线的径迹，未加电场时，射线不偏转，施加电场后，射线向偏转电场的正极板方向偏转，由此确定阴极射线是带负电的粒子．[合作探讨]如图18­1­4所示，为测定电子比荷的实验装置，其中M 1、M 2为两正对平行金属板．图18­1­4探讨1：电子在两平行金属板间的运动轨迹是什么形状？ 【提示】 抛物线．探讨2：电子飞出金属板间后到荧光屏P 的过程中的运动轨迹是什么形状？ 【提示】 一条直线．探讨3：要使电子在M 1、M 2之间沿水平方向做直线运动，所加的磁场应为什么方向？ 【提示】 垂直于纸面向外． [核心点击]1．电子比荷(或电荷量)的测定方法根据电场、磁场对电子的偏转测量比荷(或电荷量)，可按以下方法：(1)让电子通过正交的电磁场，如图18­1­5(甲)所示，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F 洛＝F 电(Bqv ＝qE)得到电子的运动速度v ＝EB.甲(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，如图(乙)所示，保留磁场让电子在磁场中运动，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 ，则由qvB ＝m v 2r 得q m ＝v Br ＝EB 2r.乙 图18­1­52．密立根油滴实验 (1)装置密立根实验的装置如图18­1­6所示．图18­1­6①两块水平放置的平行金属板A 、B 与电源相接，使上板带正电，下板带负电．油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中．②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．(2)方法①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E.但是由于油滴太小，其质量很难直接测出．密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量．没加电场时，由于空气的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空气给油滴的摩擦力而使油滴匀速下落，可测得速度v 1.②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v 2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡．根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量．(3)结论带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e.3．关于电荷的电荷量下列说法正确的是( ) A ．电子的电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1.6×10－19CD ．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍E ．电子就是元电荷【解析】 密立根的油滴实验测出了电子的电量为1.6×10－19C ，并提出了电荷量子化的观点，因而A 对，B 错，C 对；任何物体的电荷量都是e 的整数倍，故D 对．E 错．【答案】 ACD4．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18­1­7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18­1­7【解析】 由平衡条件得mg ＝q U d ，解得q ＝mgdU .【答案】mgdU5．如图18­1­8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L 1，极板间距为b ，极板右端到荧光屏的距离为L 2.图18­1­8(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)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有Bev＝Ee＝Ub e，得v＝UBb即打到荧光屏O点的电子速度的大小为UBb.(2)由d＝12Uebm⎝⎛⎭⎪⎫L1v2＋UebmL1v·L2v可得e m ＝2dbv2UL1L1＋2L2＝2dUB2bL1L1＋2L2.【答案】(1)UBb(2)2dUB2bL1L1＋2L2巧妙运用电磁场测定电子比荷(1)当电子在复合场中做匀速直线运动时，qE＝qvB，可以测出电子速度的大小．(2)电子在荧光屏上的落点到屏中心的距离等于电子在电场中的偏转位移与电子出电场到屏之间的倾斜直线运动偏转位移的和．学业分层测评(九)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．已知X射线的“光子”不带电，假设阴极射线像X射线一样，则下列说法正确的是( )A．阴极射线管内的高电压不能够对其加速而增加能量B．阴极射线通过偏转电场不会发生偏转C．阴极射线通过磁场方向一定不会发生改变D．阴极射线通过偏转电场能够改变方向E．阴极射线通过磁场方向可能发生改变【解析】因为X射线的“光子”不带电，故电场、磁场对X射线不产生作用力，故选项A、B、C对．【答案】ABC2．汤姆孙通过对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，关于电子的说法正确的是( )A ．任何物质中均有电子B ．不同的物质中具有不同的电子C ．不同物质中的电子是相同的D ．电子质量是质子质量的1 836倍E ．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元【解析】 汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，发现均为同一种相同的粒子——即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子的质量；由此可知A 、C 、E 正确，B 、D 错误．【答案】 ACE3．下列说法中正确的是( ) A ．汤姆孙精确地测出了电子电荷量 e ＝1.602 177 33(49)×10－19CB ．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的C ．汤姆孙油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e 的整数倍D ．通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e 的值，就可以确定电子的质量E ．阴极射线的本质是电子【解析】 电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的，A 、C 错误，B 正确．测出比荷的值em 和电子电荷量e 的值，可以确定电子的质量，故D 正确．阴极射线即电子流，E 正确．【答案】 BDE4．关于电子的发现，下列叙述中正确的是( ) A ．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 B ．电子的发现，说明原子具有一定的结构 C ．电子是第一种被人类发现的微观粒子 D ．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象 E ．电子的发现说明原子核具有一定的结构【解析】 发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B 正确E 错误；电子是人类发现的第一种微观粒子，C 正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程D 正确．【答案】 BCD5．阴极射线管中的高电压的作用是________．【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，通过高电压对电子加速获得能量，使之与玻璃发生撞击而产生荧光．【答案】 使电子加速6．向荧光屏上看去，电子向我们飞来，在偏转线圈中通以如图18­1­9所示的电流，电子的偏转方向为________．图18­1­9【解析】 根据安培定则，环形磁铁右侧为N 极、左侧为S 极，在环内产生水平向左的匀强磁场，利用左手定则可知，电子向上偏转．【答案】 向上7．如图18­1­10所示，让一束均匀的阴极射线以速率v 垂直进入正交的电、磁场中，选择合适的磁感应强度B 和电场强度E ，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，测得其半径为R ，求阴极射线中带电粒子的比荷．图18­1­10【解析】 因为带电粒子在复合场中时不偏转，所以qE ＝qvB ，即v ＝EB ，撤去电场后，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，则qvB ＝m v 2R .由此可得q m ＝EB 2R.【答案】EB 2R[能力提升]8．如图18­1­11所示，从正离子源发射的正离子经加速电压U 加速后进入相互垂直的匀强电场E 和匀强磁场B 中，发现离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过电场，则下列说法正确的是( )图18­1­11 A ．增大电场强度E B ．增大磁感应强度BC ．减小加速电压U ，增大电场强度ED ．适当地加大加速电压UE ．适当地减小电场强度E【解析】 正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，受到的电场力F ＝qE ，方向向上，受到的洛伦兹力F 洛＝qvB ，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，须qE ＝qvB ，则可使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U 或增大磁感应强度B ，减小电场力的途径是减小电场强度E.选项B 、D 、E 正确．【答案】 BDE9．如图18­1­12所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图．显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光．安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转．下列说法中正确的是( ) 【导学号：66390028】图18­1­12A ．如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O 点B ．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A 点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里C ．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B 点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里D ．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B 点向A 点移动，则偏转磁场强度应该先由小到大，再由大到小E ．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由A 点向B 点移动，则偏转磁场强度应该先由大到小，再由小到大【解析】 偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O 点，A 正确．由阴极射线的电性及左手定则可知B 错误，C 正确；由R ＝mvqB 可知，B 越小，R 越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，故D 错误E 正确．【答案】 ACE10．电子所带电量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的．他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电量都等于某个最小电量的整数倍．这个最小电量就是电子所带的电量．密立根实验的原理如图18­1­3所示，A 、B 是两块平行放置的水平金属板，A 板带正电，B 板带负电．从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A 、B 两板之间的电场中．小油滴由于摩擦而带负电，调节A 、B 两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡．已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105N/C ，油滴半径是1.64×10－4cm ，油的密度是0.851 g/cm 3，求油滴所带的电量．这个电量是电子电量的多少倍？(g 取9.8 m/s 2) 【导学号：66390029】图18­1­3【解析】 小油滴质量为，m ＝ρV＝ρ·43πr 3由题意得mg ＝Eq联立解得q ＝ρ·4πr 3g3E＝0.851×103×4×3.14× 1.64×10－63×9.83×1.92×105C＝8.02×10－19 C小油滴所带电量q 是电子电量e 的倍数为n ＝q e ＝8.02×10－191.6×10－19＝5倍．【答案】 8.02×10－19511．在研究性学习中，某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如图18­1­14所示．abcd 是个长方形盒子，在ad 边和cd 边上各开有小孔f 和e ，e 是cd 边上的中点，荧光屏M 贴着cd 放置，能显示从e 孔射出的粒子落点位置．盒子内有一方向垂直于abcd 平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B.粒子源不断地发射相同的带电粒子，粒子的初速度可以忽略．粒子经过电压为U 的电场加速后，从f 孔垂直于ad 边射入盒内．粒子经磁场偏转后恰好从e 孔射出．若已知fd ＝cd ＝L ，不计粒子的重力和粒子之间的相互作用．请你根据上述条件求出带电粒子的比荷qm.图18­1­14得v ＝2qUm.【解析】 带电粒子进入电场，经电场加速．根据动能定理得qU ＝12mv 2，粒子进入磁场后做匀速圆周运动，轨迹如图所示．设圆周半径为R ，在三角形Ode 中，有(L －R)2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫L 22＝R 2，整理得：R ＝58L ，洛伦兹力充当向心力：qvB ＝m v 2R ，联立上述方程，解得q m ＝128U 25B 2L2.【答案】128U 25B 2L2高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。