高中物理 第2章 原子结构 2.1 电子的发现与汤姆孙模型教案 鲁科版选修3-5.doc

第1节电子的发现与汤姆孙模型课标要求知识与技能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3.了解汤姆孙原子模型过程与方法了解早期的原子结构模型，体会模型化的方法和意义情感态度与价值观通过电子的发现过程，让学生体验科学家对原子科学的执着追求和无私奉献精神.课标解读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及人类探索原子结构的重大意义3知道汤姆孙的原子模型，认识19世纪末三大发现的物理意义教学地位本节教科书由阴极射线、电子的发现和汤姆孙模型三部分内容组成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，然后指出“19世纪后期”，物理学家对阴极射线的本质的认识有两种观点”，最后仍然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，是近代物理三大发现(x射线、放射性、电子)之一电子的发现是一个很好的培养学生分析问题和解决问题能力的内容认识电子发现的重大意义，体会电子的发现过程中蕴含的科学方法，是教学中的重点.新课导入建议实验引入给阴极射线管加上高压，并将磁铁靠近阴极射线管，你会观察到什么现象？为什么会出现这种现象？阴极射线到底是什么？本节课我们重复着科学家的足迹进行探究教学流程设计步骤7：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】课标解读重点难点1.了解物质结构早期探究的基本历程2.知道阴极射线的产生及其本质，理解汤姆孙对阴极射线研究的方法及电子发现的意义3.了解汤姆孙原子模型.1.理解阴极射线的研究过程(重点)2.汤姆孙发现电子的理论推导(难点)3.电子电荷量的测定(难点)物质结构的早期探究1.基本知识(1)古人对物质的认识我国西周的“五行说”认为万物是由金、木、水、火、土5种基本“元素”组成的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，认为宇宙间存在一种或多种微小的实体，叫做“原子”(2)通过实验了解物质的结构1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论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(3)结论在物质的结构中存在着分子、原子这样的层次，宏观物质的化学性质决定于分子，而分子则由原子组成原子是构成物质的不可再分割的最小颗粒，它既不能创生，也不能消灭2思考判断(1)玻意耳认为万物的本质是土、水、火、空气四种元素的元素论()(2)阿伏伽德罗提出分子可以由多个原子组成()(3)19世纪初期形成的原子论观点认为原子是构成物质的最小颗粒是不可分的()3探究交流试简述道尔顿提出原子论的依据【提示】18世纪一系列重要的实验结果，如化学反应遵从质量守恒定律，元素形成化合物时遵从定比定律、倍比定律等，启示人们推想物质是由一些不可毁灭的微粒构成的，而且各种不同的元素微粒按照一定的比例形成化合物，在此基础上，19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单元.电子的发现及汤姆孙模型1.基本知识(1)汤姆孙的探究方法让阴极射线分别通过电场或磁场，根据偏转现象，证明它是带负电的粒子流，通过静电偏转力与磁场偏转力相抵消等方法，确定了阴极射线粒子的速度，并测量出了其比荷换用不同金属的阴极，所得粒子的比荷值大体相同粒子带负电，阴极射线的电荷与氢离子的电荷大小基本相同，比荷是氢离子的近两千倍，说明阴极射线粒子的质量远小于氢离子质量组成阴极射线的粒子称为电子(2)结论阴极射线是高速电子流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，比最轻的氢原子的质量还要小的多，汤姆孙将这种带电粒子称为电子(3)电子发现的意义以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子的质量比最轻的氢原子质量小得多，这说明电子是原子的组成部分电子带负电，而原子是电中性的，可见原子内还有带正电的物质，这些带正电的物质和带负电的电子如何构成原子呢？电子的发现大大激发了人们研究原子内部结构的热情，拉开了人们研究原子结构的序幕(4)19世纪末物理学的三大发现1895年伦琴发现了x射线；x射线发现后不久，贝克勒尔发现了放射性；1897年汤姆孙发现了电子(5)汤姆孙的原子模型原子带正电的部分充斥整个原子，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2思考判断(1)电子的发现，说明原子具有一定的结构()(2)电子是第一种被人类发现的微观粒子()(3)电子的发现，是19世纪末的三大著名发现之一()3探究交流为什么汤姆孙要通过电场和磁场研究阴极射线？【提示】当时对阴极射线本质的认识存在两种认识：一是认为是带电粒子，二是认为是以太波而汤姆孙认为阴极射线是带电粒子，而带电粒子可受电场力和磁场力.“阴极射线”性质的研究【问题导思】1如何确定阴极射线的带电性质？2如何确定阴极射线的比荷？3阴极射线的本质是什么？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比荷的测定方法图211(1)让粒子通过正交的电磁场，如图211所示，让其做直线运动，根据二力平衡条件，即f洛f电(bqvqe)得到粒子的运动速度v.图212(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，如图212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，根据磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r.(3)由以上方法确定粒子比荷的表达式：.3电子的发现(1)汤姆孙测得阴极射线粒子的比荷约为1011 c/kg，电荷量与氢离子基本相同，质量为氢离子的.(2)最后经定量计算，汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子1阴极射线的来源：若放电管的真空度高，阴极射线的粒子主要来自阴极；若放电管的真空度不高，粒子还可能来自管中气体2阴极射线不是x射线(2012文昌检测)1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一在汤姆孙测电子比荷的实验中，采用了如图213所示的阴极射线管，从电子枪c出来的电子经过a、b间的电场加速后，水平射入长度为l的d、g平行板间，接着在荧光屏中心f出现荧光斑若在d、g间加上方向向下，场强为e的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在d、g电场区加上一垂直纸面的、磁感应强度为b的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为，试解决下列问题图213(1)说明图中磁场沿什么方向；(2)根据l、e、b和，求出电子的比荷【审题指导】阴极射线带负电，根据运动的速度方向及在磁场中的偏转方向利用左手定则判断磁场方向，并利用几何关系计算比荷【解析】(1)由于所加磁场使电子受到向下的洛伦兹力，因此磁场的方向垂直纸面向里(2)如图，当电子在dg间做匀速直线运动时，有eeevb当电子在dg间的磁场中偏转时，有evb同时又有lr sin 由式得.【答案】见解析1比荷的测定问题只是带电粒子在磁场和电场中运动的一类典型例子，这种方法可以推广到带电粒子在复合场中的运动，求其他相关的问题2解决带电粒子在电磁场中运动的问题时要注意以下几点：(1)带电粒子的带电性质(2)正确描绘运动轨迹(3)能确定半径、圆心(4)会利用几何知识把有关线段与半径联系起来(2013琼海检测)如图214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()汤姆孙的气体放电管的示意图图214a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【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错误加上磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，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的说法正确【答案】ac易错案例警示对汤姆孙原子 模型的意义认识不清导致错误下列说法正确的是 ()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【正确解答】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【答案】abc【易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下：易错选项错误原因漏选c尽管汤姆孙原子模型是错误的，但选项c中对汤姆孙原子模型的陈述是正确的，导致漏选错选d不了解正确的原子结构，导致错选【备课资源】(教师用书独具)电子电荷量的测定密立根油滴实验1密立根油滴实验的原理电子所带的电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验测出的密立根实验的原理如图教211所示图教211(1)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v1.(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v2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 密立根测定了数千个带电油滴的电荷量，发现这些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，并求得了元电荷即电子或质子所带的电荷量e.1历史上第一个发现电子的科学家是()a贝可勒尔b道尔顿c伦琴 d汤姆孙【解析】贝可勒尔发现了天然放射现象，道尔顿提出了原子论，伦琴发现了x射线，汤姆孙发现了电子【答案】d图2152如图215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()a向纸内偏转b向纸外偏转c向下偏转d向上偏转【解析】本题综合考查电流产生的磁场、左手定则和阴极射线的产生及性质由题目条件不难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，根据左手定则可判定阴极射线(电子)向上偏转【答案】d3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1.61019 cd物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍【解析】密立根油滴实验测出了电子的电荷量为1.61019 c，并提出了电荷量量子化的观点，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.【答案】b4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阴极射线中的负电粒子的