18.1 电子的发现 教案
文档属性
| 名称 | 18.1 电子的发现 教案 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 109.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-11-17 10:56:55 | ||
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文档简介
人教版 高中物理选修3-5
第18章第1节 电子的发现
【知识与技能】
1．了解阴极射线及电子发现的过程
2．知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导
【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。
【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。
【教学重难点】
★教学重点 阴极射线的研究
★教学难点 汤姆孙发现电子的理论推导
【教学过程】
★重难点一、对阴极射线的理解★
1．阴极射线的含义
阴极射线是阴极放射出来的射线。经验证它实际上就是电子流。当金属阴极受热温度变得很高时，电子热运动加剧，电子热运动能量足够大时可以从金属表面逸出，形成电子流。
2．产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极，当在两极间加一定电压，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线．
3．阴极射线的特点：碰到荧光物质能使其发光．在稀薄气体的辉光放电实验中，若不断地抽出管中的气体，当管中的气压降到0.1 Pa的时候，管内已接近真空，不能使气体电离发光，这时对着阴极的玻璃管壁却发出荧光，如果在管中放一个十字形金属片，荧光中会出现十字形阴影，如下图所示．
4．阴极射线带电性质的判断方法
阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电磁力对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响，其带电性质的判断方法如下：
(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质。
(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。
如图所示为汤姆孙的气体放电管。
(1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？
(2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？
【答案】(1)带负电 (2)垂直纸面向外
【解析】(1)阴极射线在电场中向下偏转，说明射线带负电。
(2)要使带负电的阴极射线向上偏转，根据左手定则可知，需加垂直纸面向外的磁场。
【典型例题】对阴极射线管的认识，下列说法错误的是( )
A．阴极射线管是用来观察电子束运动轨迹的装置
B．借助阴极射线管我们可以看到每个电子的运动轨迹
C．阴极射线管内部抽成真空
D．阴极射线管工作时，它的阴极和阳极之间存在强电场
【审题指导】
(1)阴极射线管是用来观察电子束运动轨迹的装置，但不能看到每个电子的运动轨迹．
(2)阴极射线管内部抽成真空．阴极射线管工作时，它的阴极和阳极之间存在强电场，使电子加速．
【答案】B
【解析】阴极射线管可以从阴极发射出电子，用荧光屏可以显示出电子束的轨迹．故A正确；电子发射出来时速度极大，无法看到每个电子的运动轨迹，只能观察到电子束的轨迹．故B错误；电子质量很小，阴极射线管如有空气，电子因与空气分子碰撞能量损失很大，轨迹很短，所以阴极射线管内部抽成真空．故C正确；阴极射线管工作时，它的阴极和阳极之间加上高电压，存在强电场，使电子加速．故D正确．
★重难点二、电子电荷量及比荷的测定★
1．电子的电荷量
1910年美国物理学家密立根通过著名的“油滴实验”简练精确地测定了电子的电量。电子电荷的现代值为e＝1.602×10－19C。
2．电子电荷量的测定
(1)密立根实验的原理
a．如图所示，两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接，使A板带正电，B板带负电。从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中。
b．小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可以使小油滴静止在两板之间，此时电场力和重力平衡即mg＝Eq，则电荷的电量q＝。
他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电量都是某个最小电量的整数部，这个最小的电量就是电子的电量。
(2)密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何电荷的电荷量只能是元电荷e的整数倍，并求得了元电荷即电子或质子所带的电荷量e。
特别提醒：
密立根的“油滴实验”中易忽视带电油滴的重力，从而使问题无从下手，像油滴、尘埃、小颗粒、小球等宏观物体除特别说明外都要考虑重力。
3带电粒子比荷的测定
（1）电荷量的量子化
带电体所带电荷量具有量子化，即任何带电体所带电荷量只能是电子电荷量的整数倍，即q＝ne(n为自然数)。
（2）比荷(或电荷量)的测定
根据电场、磁场对电子(带电粒子)的偏转测量比荷(或电荷量)，分以下两步：
①让粒子通过正交的电磁场(如图)，让其做直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)得到粒子的运动速度v＝。
②在其他条件不变的情况下，撤去电场(如下图)，保留磁场让粒子在磁场中运动，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，得＝＝
【典型例题】如图所示，让一束均匀的阴极射线垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B和电场强度E，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，测得其半径为R，则阴极射线中带电粒子的比荷为________．
【审题指导】
(1)电子进入电场与磁场的复合场后，会受到向上电场力qE和向下的洛伦兹力Bqv.若电场力等于于洛伦兹力，则粒子做匀速直线运动．
(2)若撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可求荷质比．
【答案】
【解析】因为带电粒子不偏转，所以受到的电场力与洛伦兹力平衡， 即qE＝qBv，所以v＝.粒子进入磁场后做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力qvB＝m，所以，其半径为R＝，所以＝.
第18章第1节 电子的发现
【知识与技能】
1．了解阴极射线及电子发现的过程
2．知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导
【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。
【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。
【教学重难点】
★教学重点 阴极射线的研究
★教学难点 汤姆孙发现电子的理论推导
【教学过程】
★重难点一、对阴极射线的理解★
1．阴极射线的含义
阴极射线是阴极放射出来的射线。经验证它实际上就是电子流。当金属阴极受热温度变得很高时，电子热运动加剧，电子热运动能量足够大时可以从金属表面逸出，形成电子流。
2．产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极，当在两极间加一定电压，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线．
3．阴极射线的特点：碰到荧光物质能使其发光．在稀薄气体的辉光放电实验中，若不断地抽出管中的气体，当管中的气压降到0.1 Pa的时候，管内已接近真空，不能使气体电离发光，这时对着阴极的玻璃管壁却发出荧光，如果在管中放一个十字形金属片，荧光中会出现十字形阴影，如下图所示．
4．阴极射线带电性质的判断方法
阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电磁力对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响，其带电性质的判断方法如下：
(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质。
(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。
如图所示为汤姆孙的气体放电管。
(1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？
(2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？
【答案】(1)带负电 (2)垂直纸面向外
【解析】(1)阴极射线在电场中向下偏转，说明射线带负电。
(2)要使带负电的阴极射线向上偏转，根据左手定则可知，需加垂直纸面向外的磁场。
【典型例题】对阴极射线管的认识，下列说法错误的是( )
A．阴极射线管是用来观察电子束运动轨迹的装置
B．借助阴极射线管我们可以看到每个电子的运动轨迹
C．阴极射线管内部抽成真空
D．阴极射线管工作时，它的阴极和阳极之间存在强电场
【审题指导】
(1)阴极射线管是用来观察电子束运动轨迹的装置，但不能看到每个电子的运动轨迹．
(2)阴极射线管内部抽成真空．阴极射线管工作时，它的阴极和阳极之间存在强电场，使电子加速．
【答案】B
【解析】阴极射线管可以从阴极发射出电子，用荧光屏可以显示出电子束的轨迹．故A正确；电子发射出来时速度极大，无法看到每个电子的运动轨迹，只能观察到电子束的轨迹．故B错误；电子质量很小，阴极射线管如有空气，电子因与空气分子碰撞能量损失很大，轨迹很短，所以阴极射线管内部抽成真空．故C正确；阴极射线管工作时，它的阴极和阳极之间加上高电压，存在强电场，使电子加速．故D正确．
★重难点二、电子电荷量及比荷的测定★
1．电子的电荷量
1910年美国物理学家密立根通过著名的“油滴实验”简练精确地测定了电子的电量。电子电荷的现代值为e＝1.602×10－19C。
2．电子电荷量的测定
(1)密立根实验的原理
a．如图所示，两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接，使A板带正电，B板带负电。从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中。
b．小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可以使小油滴静止在两板之间，此时电场力和重力平衡即mg＝Eq，则电荷的电量q＝。
他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电量都是某个最小电量的整数部，这个最小的电量就是电子的电量。
(2)密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何电荷的电荷量只能是元电荷e的整数倍，并求得了元电荷即电子或质子所带的电荷量e。
特别提醒：
密立根的“油滴实验”中易忽视带电油滴的重力，从而使问题无从下手，像油滴、尘埃、小颗粒、小球等宏观物体除特别说明外都要考虑重力。
3带电粒子比荷的测定
（1）电荷量的量子化
带电体所带电荷量具有量子化，即任何带电体所带电荷量只能是电子电荷量的整数倍，即q＝ne(n为自然数)。
（2）比荷(或电荷量)的测定
根据电场、磁场对电子(带电粒子)的偏转测量比荷(或电荷量)，分以下两步：
①让粒子通过正交的电磁场(如图)，让其做直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)得到粒子的运动速度v＝。
②在其他条件不变的情况下，撤去电场(如下图)，保留磁场让粒子在磁场中运动，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，得＝＝
【典型例题】如图所示，让一束均匀的阴极射线垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B和电场强度E，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，测得其半径为R，则阴极射线中带电粒子的比荷为________．
【审题指导】
(1)电子进入电场与磁场的复合场后，会受到向上电场力qE和向下的洛伦兹力Bqv.若电场力等于于洛伦兹力，则粒子做匀速直线运动．
(2)若撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可求荷质比．
【答案】
【解析】因为带电粒子不偏转，所以受到的电场力与洛伦兹力平衡， 即qE＝qBv，所以v＝.粒子进入磁场后做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力qvB＝m，所以，其半径为R＝，所以＝.