高中物理 18_1 电子的发现学案 新人教版选修3-5

课时18.1电子的发现1.知道阴极射线是由电子组成的，知道电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。2.知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及其理论推导，体会发现电子的过程中蕴含的科学方法。3.知道电荷是量子化的，知道元电荷的数值。4.领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。1.阴极射线(1)演示实验：图中K是金属制成的阴极，接感应圈的负极，A是金属环制成的阳极，接感应圈的正极。接通电源后，感应圈会产生近万伏的高电压加在两个电极间，可观察玻璃管壁上亮度的变化。(2)实验现象：德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到玻璃管壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃管壁上的阴影。(3)阴极射线：荧光是由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。(4)阴极射线的特点：阴极射线能使荧光物质发光。2.汤姆孙的探究方法(1)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，阴极射线的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。(2)汤姆孙用不同材料的阴极做实验，所得的比荷都是相同的，后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。(3)汤姆孙还进一步研究了光电效应、热离子发射效应和射线等，发现都有相同的粒子电子。3.电荷的量子化(1)电子电荷的精确测定是在19091913年间由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。电子电荷的值一般取为e=1.610-19 C。(2)密立根实验更重要的发现：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。主题1：阴极射线的发现 情景：阴极射线是德国物理学家普吕克尔在1858年利用低压气体放电管研究气体放电时发现的。现代社会对阴极射线的应用非常广泛。问题：阅读教材中“阴极射线”部分的内容，回答下列问题。(1)肉眼是不能直接看到阴极射线的，当时的物理学家是如何发现阴极射线的?(2)19世纪，物理学家对阴极射线的本质的认识有什么样的观点?主题2：探究阴极射线的本质 情景：为了研究阴极射线的性质，汤姆孙设计了如图所示的气体放电管，从阴极K发出的阴极射线，经过与阳极相连的小孔A、A形成一束细细的射线，穿过两片平行的金属板P、P之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上，产生荧光斑点。通过荧光斑点的位置，可以研究射线的性质。当金属板P、P之间不加电场时，荧光斑点正对着轴线位置，射线不偏转。问题：(1)当金属板P、P分别接上正、负电极时，如果荧光斑点仍然打在轴线位置，说明什么?如果荧光斑点往上偏，说明什么?如果荧光斑点往下偏，说明什么? (2)若发现阴极射线带负电，为了使偏移的荧光斑点回到轴线位置，则需要在P、P之间加上什么方向的磁场? 主题3：汤姆孙发现电子问题：阅读教材中的相关内容，说说汤姆孙做了哪些实验说明“电子”是原子的组成部分?主题4：密立根的“油滴实验”问题：密立根的“油滴实验”得出了什么重要结论?1.(考查阴极射线的产生)下面对阴极射线的认识正确的是()A.阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光而产生的B.只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生C.阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波D.阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极2.(考查对阴极射线的应用)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，发现射线径迹向下偏，则()A.导线中的电流由A流向BB.导线中的电流由B流向AC.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3.(考查密立根实验)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.提出了电荷量子化观点C.为电子的电荷量和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.(考查发现电子的意义)你认为电子的发现在人类对微观世界的认识过程中有哪些重大意义?拓展一：电子的相关计算1.一个半径为1.6410-4 cm的带负电油滴，在电场强度等于1.92105 V/m的竖直向下的匀强电场中，如果油滴受到的库仑力恰好与重力平衡，则这个油滴带有几个电子的电荷量?已知油滴的密度为0.851103 kg/m3。拓展二：测定电子的比荷2.汤姆孙用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示。从真空管内的阴极K发出的电子(不计初速度、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P间的区域。当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O点(O点与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计)。此时，在P和P间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点。已知极板水平方向的长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2。(1)求打在荧光屏O点的电子的速度大小。(2)推导出电子的比荷的表达式。参考答案知识体系梳理阴极发光带负电的粒子流比荷相同电子光电效应射线“油滴实验”1.610-19量子化e重点难点探究主题1：(1)物理学家由于看到了玻璃壁上的荧光而认识到阴极射线的存在。(2)19世纪，对阴极射线的本质的认识有两种观点：一种观点认为阴极射线是一种电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电微粒。主题2：(1)当金属板P、P分别接上正、负电极时，若荧光斑点仍然打在轴线位置，则说明阴极射线不是带电粒子；若荧光斑点往上偏，则说明阴极射线是带负电的粒子；若荧光斑点往下偏，则说明阴极射线是带正电的粒子。(2)如果发现阴极射线带负电，为了使偏移的荧光斑点回到轴线位置，由左手定则可知，需要在P、P之间加上垂直纸面向里的磁场。主题3：汤姆孙首先研究了阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，得出它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷；汤姆孙还用不同材料的阴极做实验，发现所有的阴极射线的粒子的比荷都相同；汤姆孙还直接测到了阴极射线粒子的电荷量的大小，该电荷量大小与氢离子大致相同，由此提出电子的概念；汤姆孙又研究了光电效应、热离子发射效应和射线等，他发现，不论阴极射线、射线、光电流还是热离子流，都包含同样的比原子质量小得多的电子，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。主题4：第一，密立根的“油滴实验”精确测定了电子的电荷e；第二，密立根发现任何带电体的电荷都只能是电子电荷e的整数倍，即电荷是量子化的。基础智能检测1.D2.BC3.ABCD4.第一，电子的发现揭示了原子并不是最基本的物质单元，说明原子还有自身的结构，这激发人们进一步去探索；第二，说明电荷是量子化的。全新视角拓展1.5【解析】油滴重力G=r3g油滴受到的电场力F=neE库仑力恰好与重力平衡，即G=F解得：n=5。2.(1)(2)【解析】(1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O，设电子的速度为v，则evB=eE得v=，即v=。(2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为a=电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间t1=这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为d1=a=离开电场时竖直向上的分速度v=at1=电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏t2=t2时间内向上运动的距离为d2=vt2=这样，电子向上的总偏转距离为d=d1+d2=L1(L2+)，可解得=。