高中物理人教版 (新课标)选修31 电子的发现教案设计

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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
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。
教学过程
一、自主学习
1．阴极射线
阅读课本P47“阴极射线”部分并思考下列问题：
思考1：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？
思考2：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。
二、电子的发现
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现了电子。
实验装置如图所示，
C
C1
C2

Y
A
S



磁场
从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过C1C2后沿直线打在荧光屏A＇上。
（1）当在平行极板上加一如图所示的电场，发现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 电荷。
（2）为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域采取什么措施。
（3）思考：利用电场或磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据电场或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？
x
L
萤幕
D
S
S
O
电场E
A
y


e
m
y1
y2

v0
v
2.电子
（1）电子的电荷量 e＝
（2）第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家________利用____实验测量出的。
（3）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。
（4）电子的质量 m＝
阅读书本材料：P49科学足迹
三．典型例题
A
B
例题1、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AB时，发现射线径迹向下偏，则：（ ）
A．导线中的电流由A流向B
B．导线中的电流由B流向A
C．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现
D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关
A
B
U0
v0
+
+
+
+
－
－
－
－
例题2、有一电子（电荷量为e）经电压为U0的电场加速后，进入两块间距为d，电压为U的平行金属板间，若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：
（1）金属板AB的长度
（2）电子穿出电场时的动能
四．过关训练
1．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（ ）
A．阴极射线的本质是氢原子 B．阴极射线的本质是电磁波
C．阴极射线的本质是电子 D．阴极射线的本质是X射线
2．关于阴极射线的性质，下列说法正确的是（ ）
A．阴极射线带负电 B．阴极射线带正电
C．阴极射线的荷质比比氢原子的荷质比大 D．阴极射线的荷质比比氢原子的荷质比小
3．关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确的是（ ）
A．测得了电子的电荷量 B．提出了电荷分布的量子化观点
C．为电子质量的最终获得做出了突出贡献
D．为人类进一步研究原子的结构提供了一定的理论依据
4．在阴极射线管（左为负）正上方平行房一根通有强
电流的长直导线，则阴极射线将（ ）
A．向纸内偏转 B．向纸外偏转 C．向下偏转 D．向上偏转
5．一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线AB时，发现射线径迹向下偏，则：（ ）
A．导线中的电流由A流向B B．导线中的电流由B流向A
C．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现
D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关
6．1897年，汤姆孙在研究阴极射线时，测出了阴极射线的_______，并确定了其带 ____电，组成阴极射线的粒子称为_________。
7．不论是强电场的电离、正离子的轰击、紫外线的照射、金属受灼热还是放射性物质的自发辐射，都能发射出同样的带电粒子是________。
8．氢原子的核外电子质量为m,电量为e,在离核最近的轨道上运动,轨道半径为r1,求：
(1)电子运动的动能.
(2)电子绕核转动的频率.
(3)电子绕核转动相当于环形电流的电流大小.
9．一个半径为1.64ⅹ10-4cm的带负电的油滴，在电场强度等于1.92ⅹ105V/m的竖直向下的匀强电场中，如果油滴受到的库伦力恰好与重力平衡，则这个油滴带有几个电子的电荷量？已知油滴的密度为0.851ⅹ103kg/m3
10．有一电子（电荷量为e）经电压为U0的电场加速后，进入两块间距为d，电压为U的平行金属板间，若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，
求：（1）金属板AB的长度（2）电子穿出电场时的动能
汤姆生的生平简介
汤姆生1856年12月18日出生在英国的曼彻斯特市郊，他的父亲是一个图书销售和出版商.由于职业的关系，他父亲结识了曼彻斯特大学的一些教授，这使汤姆生从小就受到科学家的影响，并养成了勤奋好学的习惯.经过努力，汤姆生14岁时就进入曼彻斯特的欧文斯学院学习.不幸的是，在他16岁的时候，他的父亲去逝了，这给他家的经济生活带来了很大的困难，但他对学习仍不放松.在欧文斯学院教师雷诺兹的指导下，加上他自己的刻苦钻研，学业有了很快提高.
汤姆生最初的志向是成为一名工程师，但这个愿望随着他父亲的去逝，变得不再可能.因为那时候，想成为一名工程师，必须先与某一个工程公司建立一种关系，并要付出一笔丰厚的中介资金.由于汤姆生家里没有足够的钱供给他，所以他不得不放弃当工程师的愿望.然而，汤姆生在欧文斯学院3年的学习期间，数学成绩极为出色，在雷诺兹老师的教导下，养成了“宁可独立思考也不查阅文献”的研究新问题的习惯.后来，他又转到剑桥大学的三一学院学习，24岁时获得了学士学位。由于他学业成绩优异，特别是数学成绩名列第二名，从而成为第二个获得斯密斯奖学金的人。在他拿到数学学位之后，进入由瑞利教授领导的卡文迪许实验室工作.从此便开始了他一生勤奋努力的科研生涯，并在后来的科学研究中取得了很大的成就.他的第一篇重要论文是关于麦克斯韦电磁理论在带电球体的运动中的应用.文中指出，带电球可以具有电荷产生的表现附加质量，其大小与静电能量成正比，这是朝向爱因斯坦著名的质能等价定律迈出的第一步.此后，他的研究成果不断问世.在1883年至1936年间，他发表了大量的科学论文、著作，其中包括 1884年发表的《论涡旋的运动》（涡旋的理论文章不仅使他得到奖金，而且导致他开始进行气体放电的实验研究工作）、1892年发表的《电学与磁学的新近研究》、1897年发表的《气体的放电》、1927年发表的《化学中的电子》、1936年发表的《重集合与反射》等.而1897年的《气体的放电》是他最重要的著作之一，他在实验中，通过大量对阴极射线的实验研究，测定了电子的荷质比，从实验上发现了电子的存在。后来他又发现了电子的许多性质，指出电子像气体中的导电体，又像原子中的组分.他同阿斯顿合作，找到了有力的证据，证明元素气体氖至少有两种不同重量的原子。1912年，他通过对某些元素的相隧射线的研究，指出了同位素的存在.由于他在气体放电理论和实验研究方面所做出的巨大贡献，获得了1906年度的诺贝尔物理学奖，并作了题为《负电的载流子》的获奖演说.他被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。此外，由于汤姆生的非凡能力和科学贡献，他一生中担任过许多重要职务并获得许多荣誉.早在1884年他就接替瑞利担任了卡文迪许实验室教授（即实验室主任）；1905年至1918年，他在“大不列颠皇家研究院”担任自然哲学教授， 1908年被封为勋爵， 1909年被选为大不列颠协会会长，1912年获得梅里特勋章，1916年至1920年被选为皇家学会会长，1918年以后，成为剑桥大学三一学院院长并辞去卡文迪许实验室教授职务，担任荣誉教授，继续在卡文迪许实验室工作，并指导青年研究生，直至1940年8月30日逝世.