第1课 电子的发现（备课堂）-【上好课】2020-2021学年高二物理同步备课系列（人教版选修3-5）

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第1课 电子的发现
备课堂
教学目标：
（一）知识与技能
1.知道电子是怎样发现的及其对人类探索原子结构的重大意义.
2.了解汤姆孙发现电子的研究方法，知道电子的电荷量和质量.
3.能运用所学知识解决电子在电场和磁场中的运动问题.
（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。
重点：
1.电子的发现过程及其意义.
2.电荷的量子化.
难点：
汤姆孙发现电子的理论推导及电荷的量子化.
教学方法：
实验演示和启发式综合教学法，教师启发、引导，学生自学、讨论、交流，多媒体展
示。
教学用具：
投影片，多媒体辅助教学设备
讲法速递
（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。
板书：第 1节 电子的发现
（二）进行新课：
1．阴极射线
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
CC1 C2
Y
A
S
磁场
正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。
设疑：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。
思考：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。
如果出现什么样的现象就可以认为这是一种电磁波，如果出现其他什么样的现象就可
以认为这是一种高速粒子流，并能否测定这是一种什么粒子。
2．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，
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，阴极射线带有负电荷。
（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。
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：
qv0B=qE
时，则阴极射线不发生偏转。
则：
v0=E
B
（3）根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角为：
tan θ=qEL
mv0
2
又因为：
tan θ=y
(D+L
2)
且
v0=E
B
则：
q
m=Ey
(D+L
2)B2L
根据已知量，可求出阴极射线的比荷。
思考：利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据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？
汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的。这
说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。并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。若这种粒子的电荷量与氢离子的电荷量机同，则其质量约为氢离子质
量的近两千分之一。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。汤姆生把新发现的这种粒子称之为电子。
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
阅读书本材料：P49 科学足迹
例1．为了测定带电粒子的比荷，让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间，
已知匀强电场的电场强度为 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方向，求.
解析：仅加电场时 d＝·；
加复合场时 Bqv0＝qE.
由以上两式得＝.
答案：
例2.1897 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 .在实验中汤姆
孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过 A、B间的电场加速后，水
x
L萤幕
DS
S
O
电场 E
A
y
e
my1
y2
v0
v
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