2020高中物理 第十八章 原子结构 第一节 电子的发现学案 新人教版选修3-5

第一节电子的发现

〔情景切入〕

世界是物质的。物质是绚丽多彩的：火红的太阳，蔚蓝的大海。还有一些物质是肉眼无法感知到的。物质是有结构的，组成物质的原子可以再分吗？它有什么样的结构呢？道尔顿、汤姆孙、卢瑟福、玻尔等物理学家心目中的原子是什么样的呢？学了本章内容，你就能回答以上问题了。

〔知识导航〕

本章内容以人们认识微观世界的过程为线索，介绍了历史上著名的实验及根据实验得出的关于电子的发现、原子结构、原子光谱和激光的产生的基础知识。

本章内容可分为二个单元：第一单元(第1～2节)主要介绍了电子及原子结构的发现、发展过程。第二单元(第3～4节)主要讲了氢原子光谱的实验规律及玻尔理论。

本章的重点是原子的核式结构及氢原子的能级跃迁。本章的难点是人类研究微观世界的方法、原子的能级跃迁。

〔学法指导〕

1．学习本章时要注意沿着历史的足迹，了解和认识人类发现电子、原子结构探索的过程，体会科学家研究问题的方法精髓：大胆猜想，设计实验检验的科学思维方法，了解原子结构理论在现代科学技术中的应用。

2．要理解α粒子散射实验，对α粒子散射实验的实验装置、怎样观察实验现象都要十分清楚。可采用逆向思维，结合原子的核式结构模型来加深理解实验中绝大多数α粒子不发生偏转，少数α粒子发生较大角度偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°的原因。

3．卢瑟福的核式结构模型与玻尔原子模型是两个重要的原子模型，知识它们的相同点在于带正电的核处在圆心上，电子绕核做经典的圆周运动。

不同点是玻尔引入了量子化，认为电子的轨道半

径和能量值是不连续的。

4．结合能级图深刻理解氢原子能级跃迁问题，知

道原子跃迁的条件是光子能量符合两个轨道之间

的能量差。知道电离是一种特殊的跃迁。会结合

能级图计算氢原子跃迁时释放或吸收光子的频

率。

学习目标

※了解电子发现的过程及辉光放电现象

※知道电子的概念及电子的电荷的数值及质量

※体验科学思想、方法的重要性和科学家的崇高科学精神

知识导图

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。

2．实验现象

德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到玻璃壁上__淡淡的荧光__及管中物体在玻璃壁上的__影__。

3．阴极射线

荧光是由于玻璃受到__阴极__发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为__阴极射线__。

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。

(3)进一步研究新现象，不论是由于正离子的轰击，紫外光的照射，金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的__带电粒子__——电子。由此可见，电子是原子的__组成部分__，是比原子更__基本__的物质单元。

2．密立根“油滴实验” (1)精确测定__电子电荷量__。 (2)电荷是__量子化__的。 3．电子的有关常量 电子的电量：

e ＝__1.602×10－19__C

根据比荷，计算出电子的质量为

m ＝__9.1×10－31__kg

质子质量与电子质量的比值为m p m e

＝__1836__ 4．电子发现的重大意义

电子是人类发现的第一个比原子小的粒子。电子的发现，打破了原子__不可再分__的传统观念，使人们认识到原子不是组成物质的__最小__微粒，原子本身也有内部__结构__。从此，原子物理学飞速发展，人们对物质结构的认识进入了一个新时代。

预习反馈

『判一判』

(1)阴极射线本质是氢原子。(×) (2)阴极射线本质是电磁波。(×) (3)物体的带电荷量可以是任意值。(×) (4)物体带电荷量的最小值为1.6×10

－19

C 。(√)

(5)阴极射线在真空中沿直线传播。(√) 『选一选』

(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( AD )

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

解析：汤姆孙和他的学生测出阴极射线的电荷及比荷。

『想一想』

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。

探究一对阴极射线的理解

S

思考讨论

i kao tao lun 1

在如图所示的演示实验中，K和A之间加上近万伏的高电压后，玻璃管壁上观察到什么现象？该现象说明了什么问题？

提示：玻璃管壁上观察到淡淡的荧光及管中物体在玻璃管壁上的影，这说明阴极能够发出某种射线，并且撞击玻璃引起荧光。

G

归纳总结

ui na zong jie

1．现象：真空玻璃管两极加上高电压，玻璃管壁上发出荧光及管中物体在玻璃壁上的影。

2．命名：德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线。

3．猜想：

(1)阴极射线是一种电磁辐射。

(2)阴极射线是带电微粒。

4．验证：英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转，发现阴极射线带负电并测出了粒子的比荷，从而发现了电子。

5．实验：密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。

D

典例剖析

ian li pou xi

典例 1 (单选)如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将