第一節電子的發現

2022-12-10 08:21:04 字數 2431 閱讀 7404

教學目標:

(一)知識與技能

1、了解陰極射線及電子發現的過程。

2、知道湯姆孫研究陰極射線發現電子的實驗及理論推導。

(二)過程與方法

培養學生對問題的分析和解決能力,初步了解原子不是最小不可分割的粒子。

(三)情感、態度與價值觀

理解人類對原子的認識和研究經歷了乙個十分漫長的過程,這一過程也是辯證發展的過程。根據事實建立學說,發展學說,或是決定學說的取捨,發現新的事實,再建立新的學說.人類就是這樣通過光的行為,經過分析和研究,逐漸認識原子的。

教學重點:

陰極射線的研究。

教學難點:

湯姆孫發現電子的理論推導。

教學方法:

實驗演示和啟發式綜合教學法。

教學用具:

投影片,多**輔助教學裝置

教學過程:

(一)引入新課

教師:很早以來,人們一直認為構成物質的最小粒子是原子,原子是一種不可再分割的粒子,這種認識一直統治了人類思想近兩千年。直到19世紀末,科學家對實驗中的陰極射線深入研究時,發現了電子,使人類對微觀世界有了新的認識。

電子的發現是19世紀末、20世紀初物理學三大發現之一。

(二)新課教學

1、陰極射線

講述:氣體分子在高壓電場下可以發生電離,使本來不帶電的空氣分子變成具有等量正、負電荷的帶電粒子,使不導電的空氣變成導體。

設疑:是什麼原因讓空氣分子變成帶電粒子的?帶電粒子是從何而來的?

科學家在研究氣體導電時發現了輝光放電現象。

史料:2023年德國物理學家普呂克爾較早發現了氣體導電時的輝光放電現象。德國物理學家戈德斯坦研究輝光放電現象時認為這是從陰極發出的某種射線引起的。

所以他把這種未知射線稱之為陰極射線。

對於陰極射線的本質,有大量的科學家作出大量的科學研究,主要形成了兩種觀點。

(1)電磁波說:代表人物,赫茲。認為這種射線的本質是一種電磁波的傳播過程。

(2)粒子說:代表人物,湯姆孫。認為這種射線的本質是一種高速粒子流。

思考:你能否設計乙個實驗來進行陰極射線的研究,能通過實驗現象來說明這種射線是一種電磁波還是一種高速粒子流。

如果出現什麼樣的現象就可以認為這是一種電磁波,如果出現其他什麼樣的現象就可以認為這是一種高速粒子流,並能否測定這是一種什麼粒子。

2、湯姆孫的研究

英國物理學家湯姆孫在研究陰極射線時發現了電子。

實驗裝置如圖所示,

從高壓電場的陰極發出的陰極射線,穿過c1c2後沿直線打在螢光屏a'上。

(1)當在平行極板上加一如圖所示的電場,發現陰極射線打在螢光屏上的位置向下偏,則可判定,陰極射線帶有負電荷。

(2)為使陰極射線不發生偏轉,則請思考可在平行極板區域採取什麼措施。

在平行極板區域加一磁場,且磁場方向必須垂直紙面向外。當滿足條件

時,則陰極射線不發生偏轉。

則:(3)根據帶電的陰極射線在電場中的運動情況可知,其速度偏轉角為:

又因為:

且則:根據已知量,可求出陰極射線的比荷。

思考:利用磁場使帶電的陰極射線發生偏轉,能否根據磁場的特點和帶電粒子在磁場中的運動規律來計算陰極射線的比荷?

湯姆孫發現,用不同材料的陰極和不同的方法做實驗,所得比荷的數值是相等的。這說明,這種粒子是構成各種物質的共有成分。並由實驗測得的陰極射線粒子的比荷是氫離子比荷的近兩千倍。

若這種粒子的電荷量與氫離子的電荷量相同,則其質量約為氫離子質量的近兩千分之一。湯姆孫後續的實驗粗略測出了這種粒子的電荷量確實與氫離子的電荷量差別不大,證明了湯姆孫的猜測是正確的。湯姆生把新發現的這種粒子稱之為電子。

電子的電荷量 e=1.60217733×10-19c

第一次較為精確測量出電子電荷量的是美國物理學家密立根利用油滴實驗測量出的。

密立根通過實驗還發現,電荷具有量子化的特徵。即任何電荷只能是e的整數倍。

電子的質量 m=9.1093897×10-31kg

閱讀書本材料:p55科學足跡

【課堂例題】

例題1、乙隻陰極射線管,左側不斷有電子射出,若在管的正下方,放一通電直導線ab時,發現射線徑跡向下偏,則:( )

a.導線中的電流由a流向b

b.導線中的電流由b流向a

c.若要使電子束的徑跡往上偏,可以通過改變ab中的電流方向來實現

d.電子束的徑跡與ab中的電流方向無關

例題2、有一電子(電荷量為e)經電壓為u0的電場加速後,進入兩塊間距為d,電壓為u的平行金屬板間,若電子從兩板正中間垂直電場方向射入,且正好能穿過電場,求:

(1)金屬板ab的長度

(2)電子穿出電場時的動能

(三)課堂小結

科學家在對陰極射線的研究中發現了電子,使人們對微觀世界的認識進入了乙個新的時代,電子的發現是19世紀末物理學史上的三大發現之一,在物理學的發展中具有比較重要的作用。了解科學家是如何發現電子的,應用了哪些研究方法,對我們學好物理有重要的幫助作用。

(四)布置作業

完成「問題與練習」中的題目.

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