粤教版选修(3-5)3.1《敲开原子的大门》word学案

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3.1敲开原子的大门学案

【学习目标】

(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，了解他的实质。 (3) 体会研究阴极射线的方法。 【学习重点】

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。 【知识要点】

1、 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

史料：科学家在研究气体导电时发现了辉光放电现象。

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。

(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。

2、 汤姆孙的研究

英国物理学家汤姆孙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

C 1C 2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。

(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：

qv 0B = qE

时，则阴极射线不发生偏转。则：

v 0 = E

(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:

tan 「

qEL

又因为：tan

71

=

(D

£

S 萤幕 y.

则：mm —

磁场

.A

D

S 电场E

S

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？

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。 电子的电荷量 e = 1.60217733 X 10「

19

C

第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理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

一 31

=9.1093897 X 10 kg

【问题探究】

问题：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？ 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。 【典型例题】

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q/m 的表达式的推导。

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 evB =eE ，所以 v =

E

B

【当堂反馈】

1、 一直以来人们都认为 _____________________ 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。

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。

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

a 粒子散射实验给予了验证

6、 关于a 粒子散射实验，下列说法正确的是

（）

射线粒子在匀强电场中偏转的位移为

2^2 2 2

eEd 2 2mv 2

由"3.1.1）

式得「③

由上三式得：r

e Eh B d