电子的发现

电子的发现导入新课科学靠两条腿走路，一条是理论，一条是实验。有时一条腿走在前面，有是另一条腿走在前面。但是只有使用两条腿才能前进。——密立根很早以来，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。教学目标了解阴极射线及电子发现的过程知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导1、知识与技能2、过程与方法观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。3、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。教学重难点重点阴极射线的研究难点汤姆孙发现电子的理论推导本节导航一、阴极射线二、电子的发现一、阴极射线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正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。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？1、阴极射线实验：在真空玻璃管中金属板制成的阴极，金属环制成的阳极；把他们分别连接在感应圈的负极和正极上，管中十字状物体是一个金属片。接通电源后，感应圈产生的近万状的高电压加在两个电极之间，观察两端玻璃壁上亮度的变化。阴极射线管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。根据带电粒子电、磁场中的运动规律，那些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？二、电子的发现汤姆生发现电子之前人们认为原子是组成物体的最小微粒,是不可再分的。汤姆生对阴极射线等现象的研究中发现了电子,从而敲开了原子的大门。汤姆逊在实验室1、探索阴极射线1858年德国的科学家普里克（J.Plucker，1801——1868）发现了阴极射线。阴极射线究竟是什么？汤姆生如何测定阴极射线的电荷？CC1C2YAS磁场使用气体放电管做的实验：由阴极c发出的带点粒子通过小孔A、B形成一束细细的射线。它穿过两边平行的金属板之间的空间达到右边带有标尺的荧光屏上通过射线产生的荧光屏的位置，可以研究射线的径迹。（1）当在平行极板上加一电场，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：BEv0qEBqv0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，其速度偏转角为：20tanmvqELBEv0又因为：)2(tanLDy且：LBLDEymq2)2(根据已知量，可求出阴极射线的比荷。xL萤幕DSSO电场EAyemy1y2v0v实验示意图2、汤姆生如何测定出粒子的荷质比？让带电粒子垂直射入匀强磁场，如果仅受磁场力作用，将做匀速圆周运动，洛仑兹力提供向心力：evBrvm23、汤姆生如何测定出粒子速度v和半径r？（1）让粒子垂直射入正交的电磁场做匀速直线运动：BEv（2）让粒子垂直射入匀强电场仅受电场力作用达到最大偏转hdr2计算出的荷质比大约比当时知道的质量最小的氢离子的荷质比达2000倍。这有两种可能：或者这种带电粒子的电荷量很大；或者它的质量很小。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。密立根油滴实验密立根油滴实验的原理图密立根测量出电子的电量Ce19106022.1根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量kgm31101094.9课堂小结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。当在平行极板上加一电场，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。BEv测定出粒子速度v和半径r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：20tanmvqELhdr2电子的电量Ce19106022.1电子的质量kgm31101094.9高考链接1、（1994·上海一·1）提出原子核式结构模型的科学家是（）A.汤姆生B.玻尔C.卢瑟福D.查德威克A2、（2001·上海·2）卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（）A.原子的中心有一个核，叫做原子核B.原子的正电荷均匀分布在整个原子中C.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D.带负电的电子在核外绕着核旋转AD3、（2001·全国春季·2）下列现象中，与原子核内部变化有关的是（）A.α粒子散射B.光电效应C.天然放射现象D.原子发光现象A课堂练习1、在卢瑟福的a粒子散射实验中，有极少数a粒子发生大角度偏转，其原因是（）A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中A2、把一个具有球面的平凸透镜平放在平行透明玻璃板上。现用单色光垂直于平面照射,在装置的上方向下观察,可以看到干涉条纹,那么关于两束干涉光及干涉条纹的说法正确的是：（）A．两束干涉光是a,b面反射形成的；B．干涉条纹是中央疏边缘密的同心圆；C．两束干涉光是b,c面反射形成的；D．干涉条纹中是中央密边缘疏的同心圆。BC3．在一次观察光的衍射实验中，观察到如图所示的清晰的亮暗相间的图样，那么障碍物是下列给出的（）A．很小的不透明圆板B．很大的中间有大圆孔的不透明挡板C．很大的不透明圆板D．很大的中间有小圆孔的不透明挡板D4、甲、乙两种单色光从同一介质射入空气。发生全反射时甲光束的临界角较小，则：以下说法中正确的是（）A．甲光的光子能量比乙光的光子能量大；B．甲光的光子能量比乙光的光子能量小；C．若甲光照射某金属能产生光电效应，则改用乙光照射时也一定能产生光电效应；D．若乙光照射某金属能产生光电效应，则改用甲光照射时也一定能产生光电效应；AD教材习题解答1、答：汤姆逊根据阴极射线在电场和磁场中的偏转现象，确定了其本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷；进一步的实验发现，不同物质做成的阴极发出的射线的粒子都有相同的比荷，说明这种带电粒子是构成物质的共同成分；用这种粒子的比荷与氢离子比荷比较，并用实验测出了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量相同，质量又比氢原子的质量小得多。根据这些，汤姆逊发现了电子。2、解：由Qu=1/2mv2可得v=3.75×107m/s3、解：油滴的质量m=4/3R3πρ油滴受到的重力G=4/3πR3ρg库伦力F=Eq，由平衡条件，可知4/3R3πρg=Eq电子个数与电量的关系为q=Ne因此，电子的个数为N=4πR3ρg/3Ee=54、解：以M点为坐标原点，水平向右方向为x轴，竖直向下方向为y轴。（1）同时加电场、磁场时Qe=bvq，因此，vx=E/B=U/Bd（2）只加电场时，到达极板有边缘时，电子在竖直方向飞行的距离为22221)(212121xxyymdvqUlvlmFtay电子飞出极板到达p点时，在竖直方向上经过的距离为电子在竖直方向上的速度为xyymdvqUltav212