2019-2020学年高中物理下学期第12周 电子教学设计.doc

2019-2020学年高中物理下学期第12周 电子教学设计课题第一节 电子课时考点、知识点 电子学习目标1.知道阴极射线的概念，了解汤姆孙对阴极射线的研究方法及电子发现的意义2.知道比荷的概念，知道电子是原子的组成部分3.知道电子的电荷量的测量方法密立根油滴实验，知道电子的电荷量重、难点重点 难点 知道比荷的概念和电子电荷量的测量方法学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录环节一、 带负电的微粒1阴极射线由阴极发出撞击到玻璃壁上产生荧光的射线，称为阴极射线2汤姆孙实验结论实验表明：阴极射线在磁场和电场中产生偏转，说明阴极射线是带负电的粒子流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()产生阴极射线的玻璃管为什么是真空的？1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磁场，根据射线的偏转情况确定其带电的性质(2)方法二：在阴极射线所经区域加一电场，根据射线的偏转情况确定其带电的性质2结论根据阴极射线在磁场中和电场中的偏转情况，判断出阴极射线是带负电的粒子流环节二、 微粒比荷的测定1比荷(荷质比)带电粒子的电荷量与质量之比称为比荷，又称荷质比电子的比荷是氢离子的1 000多倍，电子的电荷量与氢离子的电荷量相同，而质量不到氢原子的1/1 000.2发现电子的意义证明了电子是原子的组成部分，电子的发现使人们认识到原子是可分的，原子不是物质不可分割的最小单元3电子的电荷量(1)电子电荷量：1913年由密立根通过著名的得出，电子电荷的现代值为e1.6021019_C.(2)电荷量是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍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()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：甲(1)让电子通过正交的电磁场，如图214甲所示，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛F电(BqvqE)得到电子的运动速度v.乙图214(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，如图214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，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvBm得.环节三 、密立根油滴实验(1)装置密立根实验的装置如图215所示图215两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.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.环节四 学生训练1如图211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211【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212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. 【导学号：11010016】图212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3关于电荷的电荷量下列说法正确的是()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荷量为1.61019 C，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216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216【解析】由平衡条件得mgq，解得q.【答案】5如图217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L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2. 【导学号：11010017】图217(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BevEee，得v即打到荧光屏O点的电子速度的大小为.(2)由d可得.【答案】(1)(2)作业：点金第一节 学生观察，思考，记忆思考展示记忆回忆师生互动，总结归纳阅读理解学生训练展示演示提出问题，提示。提出问题：带电性质的判断比荷的定义？电子比荷测定？教师组织学生，完成练习，并展示练习结果，总结评价总结课题第二节 原子的核式结构模型课时考点、知识点原子的核式结构学习目标1.了解粒子散射实验器材、实验原理和实验现象2.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容3.了解卢瑟福的实验和科学方法，培养抽象思维能力4.知道经典理论无法解释原子的稳定性和电磁波频谱的分立特征.重、难点教学重点：1.粒子散射实验器材、实验原理和实验现象 2.卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容教学难点：知道卢瑟福的原子核式结构模型及其依据学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录环节一 粒 子 散 射 实 验1汤姆孙原子模型1904年，J.J.汤姆孙提出了影响较大的“枣糕模型”，假想正电荷构成一个密度均匀的球体，电子“浸浮”其中，并分布在一些特定的同心圆环或球壳上2粒子散射实验(1)实验装置：粒子源、金箔、可移动探测器(2)实验现象绝大多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进少数粒子发生了大角度的偏转极少数粒子的偏转角大于90，甚至有极个别粒子被反弹回来(3)实验意义：卢瑟福通过粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型1卢瑟福为了证实汤姆孙原子模型的正确性进行了粒子散射实验()2粒子散射实验中大多数粒子发生了大角度偏转或反弹()3卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型()1粒子发生大角度散射的原因是什么？2汤姆孙的原子结构模型为什么被卢瑟福否定掉？1装置放射源、金箔、可移动探测器等，如图221所示图2212. 实验过程：粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对粒子有库仑力的作用，一些粒子会改变原来的运动方向带有放大镜的荧光屏可以沿图中虚线转动，以统计向不同方向散射的粒子的数目3实验的注意事项(1)整个实验过程在真空中进行(2)金箔需要做得很薄，粒子才能穿过(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄另外一点就是金的原子序数大，粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显环节二 原子的核式结构模型：1核式结构模型卢瑟福提出的新的原子结构模型，在原子中间有一个体积很小、带正电荷的核，而电子在核外绕核运动，这种结构称为原子的“核式结构模型” 对粒子散射实验的解释。（2）中性原子的原子核的电荷与尺度原子内的电荷关系：各种元素的原子核的电荷数与原子内含有的电子数相等，非常接近它们的原子序数原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就等于原子核中的质子数原子核的大小：原子核半径R的数量级为1015m，而整个原子半径的数量级是1010m.因而原子内部十分“空旷”核式结构枣糕模型分布情况原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里，电子绕核高速旋转原子是充满了正电荷的球体，电子均匀嵌在原子球体内受力情况少数靠近原子核的粒子受到的库仑力大，而大多数离核较远的粒子受到的库仑力较小粒子在原子内部时，受到的库仑斥力相互抵消，几乎为零偏转情况绝大多数粒子运动方向不变，少数粒子发生大角度偏转，极少数粒子偏转角度超过90，有的甚至被弹回不会发生大角度偏转，更不会被弹回分析情况符合粒子散射现象不符合粒子散射现象环节三 原子的核式结构模型与经典理论的矛盾用经典电磁理论在解释原子结构的稳定性和电磁波谱的分立特征时遇到了困难：根据经典理论，原子可以辐射各种频率的光，即电磁波的频谱应该总是连续的实际看到的电磁波的频谱是分立的线状谱环节四 学生训练1如图所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是(ACE)A放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些C放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多D放在C、D位置时，屏上观察不到闪光E放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少2由粒子的散射实验可以得出的正确结论有(ABD) A原子中绝大部分是空的B原子中全部正电荷都集中在原子核上C原子内有中子D原子的质量几乎全部都集中在原子核上E原子中存在着带负电的电子3在卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹，其中一定不符合实验事实的是(ABD)4关于原子核式结构理论说法正确的是(BCE)A是通过发现电子现象得出来的B是通过粒子散射现象得出来的C原子的中心有个核，叫作原子核D原子的正电荷均匀分布在整个原子中E原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外旋转5如图所示，根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个粒子的运动轨迹在粒子从a运动到b，再运动到c的过程中，下列说法中正确的是(ACE)A动能先减小，后增大B电势能先减小，后增大 C电场力先做负功，后做正功，总功等于零D加速度先变小，后变大E粒子在a点和c点的速度大小相等6以下论断中正确的是(ABE) A按经典电磁理论，核外电子受原子核库仑引力，不能静止只能绕核运转，电子绕核加速运转，不断地向外辐射电磁波B按经典理论，绕核运转的电子不断向外辐射能量，电子将逐渐接近原子核，最后落入原子核内C按照卢瑟福的核式结构理论，原子核外电子绕核旋转，原子是不稳定的，说明该理论不正确D经典电磁理论可以很好地应用于宏观物体，也能用于解释原子世界的现象E面对经典电磁理论遇到的困难，丹麦物理学家玻尔发展了原子的核式结构模型7在粒子散射实验中，根据粒子与原子核发生对心碰撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小现有一个粒子以2.0107 m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79.求粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Epk，r为距点电荷的距离粒子质量为6.641027 kg)【解析】当粒子靠近原子核运动时，粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，则mv2k.d m2.71014 m.分析粒子散射实验中的力电问题常用的规律(1)库仑定律：Fk，用来分析粒子和原子核间的相互作用力(2)牛顿第二定律：该实验中粒子只受库仑力，可根据库仑力的变化分析加速度的变化(3)功能关系：根据库仑力做功，可分析动能的变化，也能分析电势能的变化(4)原子核带正电，其周围的电场相当于正点电荷的电场，注意应用其电场线和等势面的特点小结：作业：点金配套练习学生阅读、了解学生阅读理解、记忆思考展示思考学生阅读、了解分析、思考学生讨论、交流对比，想象学生阅读，理解学生训练归纳提出问题强调注意项引导学生一起对粒子散射实验解释。提示帮助理解教师组织学生，完成练习，并展示练习结果，总结评价