3-1 敲开原子的大门 教学设计
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敲开原子的大门
1新设计
2教学目标
1．知识与技能
（1）了结汤姆生发现电子的历史过程。
（2）知道什么是阴极射线，了解它的实质。
（3）体会研究阴极射线的方法。
2．过程与方法
（1）通过对阴极射线的探索，知道利用已有的电磁学知识判断未知粒子的电荷及荷质比的方法。
（2）通过讨论与交流，培养灵活的迁移知识解决实际问题的能力。
3．情感态度与价值观
通过对电子发现历史的学习，体会到科学是在不断的失败与成功中前进的，并培养对未知世界浓厚的兴趣。
3新设计
4学情分析
5重点难点
电子发现的方法和过程。通过实验说明阴极射线的存在，对阴极射线的一系列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。21教育网
6教学过程
6.1
第一学时
6.1.1新设计
6.1.2教学活动
活动1【导入】历史视频
史料：科学家在研究气体导电时发现了辉光放
( http: / / www.21cnjy.com )电现象。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。21·cn·jy·com
（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，汤姆生。认为这种射线的本质是一种高速粒子流。
引入
1、阴极射线
活动2【讲授】体会汤姆生发现电子
汤姆生的研究
英国物理学家汤姆生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。www.21-cn-jy.com
（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：
时，则阴极射线不发生偏转。则：
（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
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？2·1·c·n·j·y
汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的方法做
( http: / / www.21cnjy.com )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
( http: / / www.21cnjy.com )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【来源：21·世纪·教育·网】
活动3【活动】实验探究
活动4【练习】典型例题及练习
例：汤姆孙用测定粒子比荷的方法发现了电子。联系已学过的知识，完成课本“思考与讨论"中比荷
的表达式的推导。21·世纪
教育网
解：设阴极射线的电荷量为q,质量为m，若射线沿水平方向前进，则受力平衡
即
，所以
…………
①
射线粒子在匀强电场中偏转的位移为
②
由（3.1.1）式得
③
由上三式得：
所以
【当堂反馈】
1、一直以来人们都认为__
( http: / / www.21cnjy.com )___________是构成物质的最小粒子，直到1897年物理学家____________发现了带_________电的____________，从此打破了原子不可再分的神话。21世纪教育网版权所有
2、阴极射线带_________电，它实际上就是____________________。
3、卢瑟福通过__________________实验提出了著名的______________模型。
4、原子是由带_______电的___________和带_______电和___________组成的。www-2-1-cnjy-com
5、在物理学发展史上，有一些定律或规律的发现，首先是通过推理论证建立理论，然后再由实验加以验证，下列叙述内容符合上述情况的是(
)
A．牛顿发现了万有引力，经过一段时间后卡文迪许用实验方法测出引力常量的数值，从而验证了万有引力定律
B．爱因斯坦提出了量子理论，后来普朗克用光电效应实验提出了光子说
C．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波的存在，后来由赫兹用实验证实了电磁波的存在
D．汤姆生提出原子的核式结构学说，后来由卢瑟福用α粒子散射实验给予了验证
6、关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(
)
A．绝大多数α粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转
B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少
C．α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能也增大
D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小
7、在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子符合下列的(
)
A．动能最小
B．电势能最小
C．α粒子与金原子核组成的系统能量最小
D．所受金原子核的斥力最大
8、卢瑟福由α粒子散射实验得出的结论包括(
)
A．原子中心有一个很小的核
B．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内
C．原子中的正电荷均匀分布
D．带负电的电子在核外空间绕原子核旋转
a
d
c
b
α粒子
金原子核
9、如图所示为α粒子散射实验中的一些曲线，这些曲线中可能是粒子运动轨迹的是
(
)
A．a
B．b
C．c
D．d
10、在α粒子散射实验中，并没有考虑电子对粒子偏转角度的影响，这是因为
(
)
A．电子体积很小，以致α粒子碰不到它
B．电子质量远比比α粒子小，所以它对α粒子运动到影响极其微小
C．α粒子使各个电子碰撞的效果相互抵消
D．电子在核外均匀分布，所以α粒子受电子作用的合外力为零
11、卢瑟福的a
粒子散射实验的结果
(
)
A．证明了质子的存在
B．证明了原子核是由质子和中子组成的
C．说明原子核的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上
D．说明原子中存在电子
12、在a
粒子散射实验中，使少数a
粒子发生大角度偏转的作用力是(
)
A．原子核对a
粒子的万有引力
B．原子核对a
粒子的库仑力
C．原子核对a
粒子的磁场力
D．原子核对a
粒子的核力
13、下列关于原子核结构的说法正确的是
(
)
A．电子的发现说明了原子核内部还有复杂的结构
B．a
粒子散射实验揭示了原子具有核式结构
C．a
粒子散射实验中绝大多数a
粒子发生了大角度偏转
D．a
粒子散射实验中有的a
粒子生了大角度偏转的原因是a
粒子与原子核发生碰撞所致
14、氢原子核外电子的电荷量为e，它绕核运动的最小轨道半径为r，求电子绕核做匀速圆周运动的动能和电子所以轨道处的场强大小。
【参考答案】
1、原子，汤姆生，负，电子
2、负，电
( http: / / www.21cnjy.com )子
3、α粒子散射实验，原子核式结构
4、正，原子核，负，电子
5、AC
6、AD
7、AD
8、ABD
9、BD
10、B
11、C
12、B
13、B
21cnjy.com
活动5【作业】作业
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敲开原子的大门
1新设计
2教学目标
1．知识与技能
（1）了结汤姆生发现电子的历史过程。
（2）知道什么是阴极射线，了解它的实质。
（3）体会研究阴极射线的方法。
2．过程与方法
（1）通过对阴极射线的探索，知道利用已有的电磁学知识判断未知粒子的电荷及荷质比的方法。
（2）通过讨论与交流，培养灵活的迁移知识解决实际问题的能力。
3．情感态度与价值观
通过对电子发现历史的学习，体会到科学是在不断的失败与成功中前进的，并培养对未知世界浓厚的兴趣。
3新设计
4学情分析
5重点难点
电子发现的方法和过程。通过实验说明阴极射线的存在，对阴极射线的一系列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。21教育网
6教学过程
6.1
第一学时
6.1.1新设计
6.1.2教学活动
活动1【导入】历史视频
史料：科学家在研究气体导电时发现了辉光放
( http: / / www.21cnjy.com )电现象。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。21·cn·jy·com
（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，汤姆生。认为这种射线的本质是一种高速粒子流。
引入
1、阴极射线
活动2【讲授】体会汤姆生发现电子
汤姆生的研究
英国物理学家汤姆生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。www.21-cn-jy.com
（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：
时，则阴极射线不发生偏转。则：
（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
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？2·1·c·n·j·y
汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的方法做
( http: / / www.21cnjy.com )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
( http: / / www.21cnjy.com )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【来源：21·世纪·教育·网】
活动3【活动】实验探究
活动4【练习】典型例题及练习
例：汤姆孙用测定粒子比荷的方法发现了电子。联系已学过的知识，完成课本“思考与讨论"中比荷
的表达式的推导。21·世纪
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解：设阴极射线的电荷量为q,质量为m，若射线沿水平方向前进，则受力平衡
即
，所以
…………
①
射线粒子在匀强电场中偏转的位移为
②
由（3.1.1）式得
③
由上三式得：
所以
【当堂反馈】
1、一直以来人们都认为__
( http: / / www.21cnjy.com )___________是构成物质的最小粒子，直到1897年物理学家____________发现了带_________电的____________，从此打破了原子不可再分的神话。21世纪教育网版权所有
2、阴极射线带_________电，它实际上就是____________________。
3、卢瑟福通过__________________实验提出了著名的______________模型。
4、原子是由带_______电的___________和带_______电和___________组成的。www-2-1-cnjy-com
5、在物理学发展史上，有一些定律或规律的发现，首先是通过推理论证建立理论，然后再由实验加以验证，下列叙述内容符合上述情况的是(
)
A．牛顿发现了万有引力，经过一段时间后卡文迪许用实验方法测出引力常量的数值，从而验证了万有引力定律
B．爱因斯坦提出了量子理论，后来普朗克用光电效应实验提出了光子说
C．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波的存在，后来由赫兹用实验证实了电磁波的存在
D．汤姆生提出原子的核式结构学说，后来由卢瑟福用α粒子散射实验给予了验证
6、关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(
)
A．绝大多数α粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转
B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少
C．α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能也增大
D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小
7、在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子符合下列的(
)
A．动能最小
B．电势能最小
C．α粒子与金原子核组成的系统能量最小
D．所受金原子核的斥力最大
8、卢瑟福由α粒子散射实验得出的结论包括(
)
A．原子中心有一个很小的核
B．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内
C．原子中的正电荷均匀分布
D．带负电的电子在核外空间绕原子核旋转
a
d
c
b
α粒子
金原子核
9、如图所示为α粒子散射实验中的一些曲线，这些曲线中可能是粒子运动轨迹的是
(
)
A．a
B．b
C．c
D．d
10、在α粒子散射实验中，并没有考虑电子对粒子偏转角度的影响，这是因为
(
)
A．电子体积很小，以致α粒子碰不到它
B．电子质量远比比α粒子小，所以它对α粒子运动到影响极其微小
C．α粒子使各个电子碰撞的效果相互抵消
D．电子在核外均匀分布，所以α粒子受电子作用的合外力为零
11、卢瑟福的a
粒子散射实验的结果
(
)
A．证明了质子的存在
B．证明了原子核是由质子和中子组成的
C．说明原子核的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上
D．说明原子中存在电子
12、在a
粒子散射实验中，使少数a
粒子发生大角度偏转的作用力是(
)
A．原子核对a
粒子的万有引力
B．原子核对a
粒子的库仑力
C．原子核对a
粒子的磁场力
D．原子核对a
粒子的核力
13、下列关于原子核结构的说法正确的是
(
)
A．电子的发现说明了原子核内部还有复杂的结构
B．a
粒子散射实验揭示了原子具有核式结构
C．a
粒子散射实验中绝大多数a
粒子发生了大角度偏转
D．a
粒子散射实验中有的a
粒子生了大角度偏转的原因是a
粒子与原子核发生碰撞所致
14、氢原子核外电子的电荷量为e，它绕核运动的最小轨道半径为r，求电子绕核做匀速圆周运动的动能和电子所以轨道处的场强大小。
【参考答案】
1、原子，汤姆生，负，电子
2、负，电
( http: / / www.21cnjy.com )子
3、α粒子散射实验，原子核式结构
4、正，原子核，负，电子
5、AC
6、AD
7、AD
8、ABD
9、BD
10、B
11、C
12、B
13、B
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活动5【作业】作业
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