第十八章第1节电子的发现
电子的发现与汤姆孙模型(中学课件201910)
1661年，玻意耳以化学实验为基础建立科学的元素论， 认为只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是 元素，各种元素存在着不同的原子。
19世纪初，道尔顿提出原子论。
1811年，阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由 多个相同的原子组成。
宏观物质的化学性质决定于分子，分 子则由原子构成， 原子是构成物质的不可分再分的最小颗粒
汤姆孙的气体放电管的示意图
带电粒子的电荷量与其质量之比——比荷q/m， 是一个重要的物理量。根据带电粒子在电场和磁场中 受力的情况，可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。
原子真的不可再分了吗？
2、电子的发现 早在1858年，德国物理学家普吕克尔利用低压气
体放电管研究气体放电时发现一种奇特的现象。
8
1876年德国物理学家戈德斯坦研究后命名为阴极 射线
阴极射线是什么呢？
阴极射线的本质
有人认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射 有人认为阴极射线是以太波 有人认为阴极射线是带电微粒
这美丽的灯光背后蕴含着怎样的物理规律呢？
物理选修3-5 第二章 原子结构
第一节 电子的发现与汤姆孙模型
1、物质结构的早期探究
大千世界（宇宙）是由什么构成的？
我国西周时期的五行说：源自文库、木、水、火、土
古希腊的亚里士多德认为：万物的本质是 土、水、火、空气4种“元素”， 天体则由第五种元素———以太构成
教法分析18.1 电子的发现
第十八章原子结构
第1节电子的发现
P52阴极射线小标题中主要说的是气体放电，可以略去。但要让学生明白以下思路（不要求学生复述）：
连在电源负极上的某些金属在强电场（高电压）、高温、紫外线的作用会发出一种射线，这种射线叫做阴极射线
↓
关于阴极射线的两种观点：电磁波～粒子流？
↓
J. J. 汤姆孙测量阴极射线的比荷
（复习带电粒子在电磁场中的运动）
↓
阴极射线由带电粒子组成
但粒子或者质量非常小，或者电荷量非常大
↓
汤姆孙又直接测量了阴极射线粒子的电荷量
↓
阴极射线粒子的电荷与质子相当（负电）质量比质子小得多
↓
发现电子
P53思考与讨论
q，是一个重要的物理带电粒子的电荷量与其质量之比——比荷
m
量。根据带电粒子在电场和磁场中受力的情况，可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。建议你依照下面的提示自己算一算。
1. 当金属板D、F之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上P1点。施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？
21
块金属板之间的区域再施加一个大小合适、方向垂直于纸面的磁场。这个磁场B应该向纸外还是向纸内？写出此时每个阴极射线微粒受到的洛仑兹力和电场力。两个力之间应该有什么关系？据此算出阴极射线的速度v的表达式。由于金属板D、F间的距离是已知的，两板间的电压是可测量的，所以两板间的电场强度E也是已知量。磁感应强度B可以由电流的大小算出，同样按已知量处理。
3. 如果去掉D、F间的电场E，只保留磁场B，磁场方向与射线运动方向垂直。阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧。此时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向心力是洛仑兹力。
第十八章--第1节--电子的发现
[解析] 阴极射线是高速电子流，由左手定则判断可知， 磁场垂直纸面向里，由安培定则可知，导线 AB 中的电流由 B 流向 A，且改变 AB 中的电流方向时可以使电子束的轨迹往上 偏。故选项 B、C 正确。
[答案] BC
[探规寻律] (1)阴极射线不能误认为是 X 射线。 (2)当阴极射线穿过电场或磁场区域时，其重力远小于电场力 或洛伦兹力，因此一般不考虑其重力。
[跟踪演练] 关于阴极射线，下列说法正确的是
()
A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象
B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流
C．阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的
D．阴极射线就是 X 射线 解析：阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故 A、B
错；阴极射线最早由德国物理学家戈德斯坦在 1876 年提出并命
图 18-1-4 (3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：mq ＝BE2r，最后经 定量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于电荷的电荷量下列说法错误的是
()
A．电子的电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 1.6×10－19C
图 18-1-2 B．平行于纸面向上 D．垂直于纸面向里
解析：由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右，说 明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定 则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，可知磁场方向 应为垂直于纸面向外，故 C 正确。 答案：C
第1节、电子的发现
v0
E
B
3、由于金属板D、F间的距离（d）是已知的，两板 间的电压U是可测量的，所以两板间的电场强度E也 是已知量E= 。磁感应强度B可以由电流的大 小算出，同样按已知量处理。
E=U/d
4、如果去掉D1、D2间的电场E，只保留磁场B，磁场 斱向与射线运动斱向垂直。阴极射线在有磁场的区域 将会形成一个半径为r的囿弧(r可以通过P3的位置算 出) 。此时，组成阴极射线的粒子做囿周运动的向心 力就是______力。
重走科学探索路……
粒子是做不到的 但波可以!
二、电子的发现
英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现 了电子。 D 实验装置如图所示，
1
p3
p1
k
A
B
P2
D2
汤姆孙的气体放电管的示意图 （1）K、A部分产生阴极射线 （2）A、B只让水平运动的阴极射线通过 （3）D1、D2乊间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和 带电性质 （4）荧光屏显示阴极射线到达的位置，对阴极射线的偏转 做定量的测定
阴极射线 Cathode ray
赫兹 H.Rudolf Hertz 1857 ～ 1894 德国 J.J 汤姆孙 J.J Thomson 1857 ～ 1940 英国
认为阴极射线是一种“电磁波 ” 我看到的是： 1、它在电场中不偏转，因此不带电 2、它能穿透薄铝片
高二人教版物理选修3-5同步测试：第18章 第1节 电子的发现(含解析)
第十八章第一节
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是 ( )
A．阴极射线的本质是紫外线
B．阴极射线的本质是红外线
C．阴极射线的本质是X射线
D．阴极射线的本质是电子流
答案：D解析：阴极射线的本质是带电的粒子流，即电子流。故D项正确。
2．关于阴极射线，下列说法正确的是 ( )
A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象
B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流
C．阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的
D．阴极射线就是X射线答案：C
解析：阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故A、B错；最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线，故C对；阴极射线本质是电子流，故D错。
3．关于电荷的电荷量，下列说法错误的是 ( )
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1.6×10－19C
D．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍
答案：B
解析：密立根油滴实验测出了电子的电荷量为 1.6×10－19C，并提出了电荷量子化的观点，因而A、C对，B错；任何物体的电荷量都是e的整数倍，故D对，因此选B。4．1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子并被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是( )
A．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷
B．汤姆孙通过光电效应的研究，发现了电子
C．电子的质量是质子质量的1836倍
D．汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更小的基本的物质单元
第一节电子的发现
思考1：电磁辐射和带电微粒最大的区别是什么？
电磁波不带电，且速度比带电粒子大的多
思考2：根据带电粒子在电磁场中的运动规律，你 知道哪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
1、认识实验装置的作用，分析阴极射线的运动情况。
汤姆孙的气体放电管的示意图
D1
p3 p1
k
A
B
1910年美国物理学家密立根利用油滴实验第一次较为 精确测量出电子电荷量 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。
e 1 . 6022 10
19
C
根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量
m 9 . 1094 10
质子质量与电子质量的比值 mp/me=1836
可采取什么措施？
P3 D1
K A B
P1 D2 P2
y
在平行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 qv 0 B 转，则： v E 0
B
qE
时，则阴极射线不发生偏
(3)加磁场、未加电场时， 阴极射线只受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动。
qvB m
v
2
q m
v Br
E B r
P2
实验装置 （1）K、A部分产生阴极射线 （2）A、B只让水平运动的阴极射线通过 （3）D1、D2之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和 带电性质 （4）荧光屏显示阴极射线到达的位置，对阴极射线的偏 转做定量的测定
高中物理选修3-5课程纲要
实施对策：
教学方式：充分利用便捷的班班通系统，采用生生互动、师生互动的授课方式启发学生学习。
学习方式：利用导学案，采用学生自学和小组讨论的方式进行合作探究式学习。
课外延伸：开展对应的研究性课题。
有
效
性
评
价
1、评价指标
（1）．过程评价：课堂表现、作业、研究性学习等；
（2）．结果性评价：综合测试；
高中物理选修3-5《课程纲要》
课程名称
高中物理选修3-5
设计者
日期
2012年4月
适用年级
高二下学期
总课时
33课时
课程类型
选修
学校
学生、教材及
其他资源背景分析
学生已经完成高中物理必修模块的学习，理解了物理的一般研究方法，经历过艰苦的学习过程，并在相关学科学习的基础上，形成结构较为完整的科学素养。同时在高中第一学年及高二上学期物理学科学习中对力学也有了更深入地学习，可以进行更为深入的学习分析。
第十七章《波粒二象性》，本章以普朗克量子论为基础，从黑体辐射的实验规律开始建立“量子化”概念，再逐渐深入认识光的量子性，并通过光电效应来认识光的粒子性，进而介绍由对应推广到粒子的波动性及其物质波的概念，最后介绍概率波和不确定关系。
第十八章《原子结构》，本章先讲述电子的发现，再介绍各种原子结构模型，重点讲述原子的核式结构模型和玻尔的原子结构理论，引导学生进一步认识微观世界“量子化”的概念，在整个过程中贯穿原子结构发现的历史和科学研究的方法。
第一课物理成才之路选修35 181
极射线的产生和性质．由题目条件不难判断阴极射线所在
处磁场垂直纸面向外，电子从负极端射出，由左手定则可
判定阴极射线(电子)向上偏转.
人 教
版
物
理
第十八章 原子结构
电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家
密立根通过油滴实验测得的．他测定了数千个带电油滴的 人 教
版
电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数
在荧屏的正中心处观察到一个亮点；
人
教
版
B．在M1、M2两极板间加合适的电场：加极性如图所
物 理
示的电压，并逐步调节增大，使荧屏上的亮点逐渐向荧屏
下方偏移，直到荧屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外
加电压为U.请问本步骤的目的是什么？
第十八章 原子结构
C．保持步骤B中的电压U不变，对M1、M2区域加一 个大小、方向合适的匀强磁场B，使荧屏正中心处重现亮 点，试问外加磁场的方向如何？
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.
人 教
版
(2)电子电荷量的测定
物 理
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．
18.1 电子的发现
v m evB r
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：
E v B
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
d r h
2
• 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。
第十八章 原子结构
第一节 电子的发现
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电子的发现 19世纪是电磁学大发展的时期, 到七、八十年 代电气工业开始有了发展, 发电机、变压器和 高压输电线路逐步在生产中得到应用，然而， 漏电和放电损耗非常严重，成了亟待解决的问 题。同时，电气照明也吸引了许多科学家的关 注。这些问题都涉及低压气体放电现象，于是 人们竞相研究与低压气体发电现象有关的问题 。阴极射线是低压气体放电过程中出现的一种 奇特现象，对其本性的研究导致了英国学派的 微粒说和德国学派的以太论。
• 汤姆生（逊）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.
电子的发现.swf
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： 2
2019年高中物理第十八章原子结构第1节第2节原子的核式结构模型电子的发现课件新人教版选修3_5
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(如图所示)．
(1)求打在荧光屏 O 点的电子速度的大小． (2)推导出电子的比荷的表达式．
[思路点拨] 此题中电子在电场中做类平抛运动，在电磁场中做 匀速直线运动，受到的电场力和洛伦兹力平衡，仔细分析其物 理过程，不难求出结果．
如果 α 粒子以速度 v 与电子发生弹性正碰(假定电子原来 是静止的)， 求碰撞后， α 粒子的速度变化了多少？并由此说明： 为什么原子中的电子不能使 α 粒子发生明显的偏转？
[思路点拨] 分析求解本题，需要运用弹性碰撞知识．α 粒子与 电子发生弹性正碰时，遵循机械能守恒和动量守恒定律，通过 列出两个守恒方程进行定量计算，从而作出判断．
－2 把 M＝7 300m 代入④式得 Δv1＝ v＝－0.000 3v 7 301 可见 α 粒子的速度变化只有万分之三，说明原子中的电子不能 使 α 粒子发生明显的偏转．
[答案]
见解析
解决 α 粒子散射实验问题的技巧 (1)熟记实验装置及原理． (2)理解建立核式结构模型的要点． ①核外电子不会使 α 粒子的速度发生明显改变． ②汤姆孙的原子模型不能解释 α 粒子的大角度散射． ③少数 α 粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些 α 粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得 多的物体的作用．
第十八章第一节电子的发现
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基础知识梳理
核心要点突破
第 十 八 章 原 子 结 构
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第 十 八 章 原 子 结 构
二、探究阴极射线性质所需的电磁学知识 1．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． 2．带电性质的判断方法 (1)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)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． 3．比荷的测定方法
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类型二
第 十 八 章 原 子 结 构
测量带电粒子的比荷
例2 在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了
卓越课堂：18.1电子的发现课件
q/m=?
对实验结果的 推广与检验
电磁波？
实验验证 ①不同材料的阴极 ②研究光电效应等
阴极射线？
提出假设
带电微粒？
对现象的 观察与分析
第十八章
原子结构
第一节 电子的发现
问题引入
1、你知道原子的基本结构 是什么吗？ 原子核和核外电子 2、你知道电子是怎样发现 的吗？
原子是构成物质的最小微粒
道尔顿 英国化学家 1766-1844
世间万物是由原子构成的… 原子是一种最后的不可分割的物质微粒…
德谟克利特 古希腊哲学家 约前460～前370
阴极射线是什么？
电磁波说： 认为这种射线的本质是一种电磁 波（不带电）；代表人物，赫兹。
粒子说： 认为这种射线的本质是一种高 速运动的带电微粒；代表人物，汤 姆孙。
汤姆孙
思考与讨论
你支持上述哪种观 点？（电磁波？带电微 粒？）你该如何去验证 你的观点？
二、电子的发现
+
D1 E
A B
P3 P1 P2
二、电子的发现
实验结果：比荷约为氢离子比荷的2000倍 q氢离子 q 即： » 2000 m m氢离子
拓展研究对象：①用不同材料的阴极做实验
②研究光电效应、热离子发射效应、β射线等新现象 这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成 各种物质的共有成分。
第十八章 第1节
第1节电子的发现
1．知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分。
2．知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍。
3．理解电子的发现对揭示原子结构的重大意义。
4．体会电子的发现过程中蕴含的科学方法。
一、阴极射线
在充有稀薄气体的玻璃管两端安装电极，当两极间加上一定电压时，阴极便
发出一种看不见的射线，这种射线叫做□01阴极射线。
二、电子的发现
1．汤姆孙的探究方法及结论
汤姆孙根据阴极射线在□01电场和□02磁场中的偏转判定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。
汤姆孙用不同材料的阴极做实验，□03相同的，是氢离子比荷的近两千倍。
汤姆孙直接测量了阴极射线粒子的电荷量，得到这种粒子的电荷量大小与□04
氢离子大致相同。后来把组成阴极射线的粒子称为□05电子。
2．汤姆孙的进一步研究
汤姆孙进一步研究发现，不论是阴极射线、β射线、光电效应中的光电流还
是热离子发射效应中的离子流，它们都包含□06电子。
结论：电子是从原子中发射出来的，它的质量只比最轻原子的质量的两千分
之一稍多一点，由此可见，电子是□07原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
3．对电子的认识
电子电荷量e＝□081.602×10－_C，是由密立根通过著名的“□09油滴实验”精确测定出来的。
密立根发现，电荷是□10量子化的，任何电荷只能是e的整数倍。
质子的质量与电子的质量的比值：□111836∶1。
判一判
(1)阴极射线管发出荧光的原因是由于阴极射线撞击管壁而引起的。()
(2)想知道阴极射线是电磁波还是带电粒子，可以使阴极射线垂直进入电场和磁场，通过荧光屏上的亮点位置来判断。()
2020-2021学年高二物理人教版选修3-5课后作业：第十八章 第1节 电子的发现 Word版含
姓名，年级：
时间：
A组：合格性水平训练
1．（电子、阴极射线)（多选)下列说法中正确的是（）
A．电子的发现说明原子是可以再分的
B．在强电场中气体能够被电离而导电
C．阴极射线的实质是电磁波
D．阴极射线在真空中通过磁场时速度方向一定发生偏转
答案AB
解析电子的发现说明原子可再分，A正确.在强电场中气体能够被电离而导电,B正确。阴极射线的本质是电子流，C错误。当射线速度方向与磁场方向平行时不发生偏转，D错误。
2．（电荷量)（多选)关于电荷量，下列说法正确的是（)
A．物体的电荷量可以是任意值
B．物体的电荷量只能是某些值
C．物体的电荷量的最小值为1。6×10－19 C
D．一个物体带1.6×10－9C的正电荷，这是它失去了1010个电子的缘故
答案BCD
解析电子的电荷量是1.6×10－19 C，物体的电荷量只能是它的整数倍，故A错误，B、C正确;一个物体带正电,是因为失去电子的缘故，计算可得D正确.
3．(电子的发现）（多选)1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子并被称为“电子之父"，下列关于电子的说法正确的是( ）A．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷
B．汤姆孙通过光电效应的研究,发现了电子
C．电子的质量是质子质量的1836倍
D．汤姆孙用不同材料的阴极做实验，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分,是比原子更小的基本的物质单元
答案AD
解析汤姆孙采用阴极射线管装置，通过提高放电管的真空度而取得了成功，汤姆孙不仅使阴极射线在磁场中发生了偏转，而且还使它在电场中发生了偏转，由此进一步证实了阴极射线是带负电的粒子流的结论，他运用实验测出阴极射线粒子的电荷与质量的比值，也就是比荷。由此发现了电子,A正确，B错误。质子质量是电子的1836倍，C错误。发现电子后,汤姆孙又研究了光电效应、热离子发射效应和β射线等，得出电子是原子的组成部分，D正确。
18-1电子的发现 (选修3-5)
知识自主梳理
第十八章
第一节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-5
知识点1
阴极射线
1.演示实验：如图所示，真空玻璃管中K是金属板制成 的 阴极，接感应线圈的负极，A是金属环制成的 阳极，接感 应线圈的正极，接通电源后，感应线圈产生的近万伏 的高电 压加在两个电极之间。可观察管端玻璃壁上亮度的变化。
第十八章
第一节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-5
重点难点突破
第十八章
第一节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-5
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。
知识点2
电子的发现
1.汤姆孙的探究方法 (1)让阴极射线分别通过电场或磁场，根据偏转现象， 证明它是 带负电的粒子流并求出了其比荷。 (2)换用不同的阴极做实验，所得 比荷 的数值都相同， 是氢离子比荷的近 两千 倍。证明这种粒子是构成各种物质 的共同成分。
第十八章
第一节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-5
考点题型设计
第十八章
第一节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-5
题型1
阴极射线的性质