1、3.1敲开原子的大门【学习目标】1知识与技能（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。2过程与方法（1）通过对阴极射线的探索，知道利用已有的电磁学知识判断未知粒子的电荷及荷质比的方法。（2）通过讨论与交流，培养灵活的迁移知识解决实际问题的能力。3情感态度与价值观 通过对电子发现历史的学习，体会到科学是在不断的失败与成功中前进的，并培养对未知世界浓厚的兴趣。【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
2、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
3、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C1C2后沿直线打在荧光屏A上。CC1C2lYAS+-+磁场（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： 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： xL萤幕DSSO电场EAy+-emy1y2+v0v又因为： 且 则： 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
4、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 e1.602177331019C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
5、，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 m9.10938971031kg【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，所以 射线粒子在匀强电场中偏转的位移为 由（3.1.1）式得 由上三式得：所以【当堂反馈】1、一直以来人们都认为_是构成物质的最
6、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
7、由卢瑟福用粒子散射实验给予了验证6、关于粒子散射实验，下列说法正确的是( )A绝大多数粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转 B粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少C粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能也增大 D对粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小7、在粒子散射实验中，当粒子最接近金原子核时，粒子符合下列的( )A动能最小 B电势能最小C粒子与金原子核组成的系统能量最小 D所受金原子核的斥力最大8、卢瑟福由粒子散射实验得出的结论包括( )A原子中心有一个很小的核 B原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内C原子中的正电荷均匀分布 D带负电的电子在核外空间绕原
8、子核旋转adcb粒子金原子核9、如图所示为粒子散射实验中的一些曲线，这些曲线中可能是粒子运动轨迹的是 ( )AaBbCcDd10、在粒子散射实验中，并没有考虑电子对粒子偏转角度的影响，这是因为 ( )A电子体积很小，以致粒子碰不到它 B电子质量远比比粒子小，所以它对粒子运动到影响极其微小 C粒子使各个电子碰撞的效果相互抵消 D电子在核外均匀分布，所以粒子受电子作用的合外力为零11、卢瑟福的a 粒子散射实验的结果 ( )A证明了质子的存在 B证明了原子核是由质子和中子组成的C说明原子核的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上D说明原子中存在电子12、在a 粒子散射实验中，使少数a 粒子
9、发生大角度偏转的作用力是( )A原子核对a 粒子的万有引力 B原子核对a 粒子的库仑力C原子核对a 粒子的磁场力 D原子核对a 粒子的核力13、下列关于原子核结构的说法正确的是 ( )A电子的发现说明了原子核内部还有复杂的结构Ba 粒子散射实验揭示了原子具有核式结构Ca 粒子散射实验中绝大多数a 粒子发生了大角度偏转Da 粒子散射实验中有的a 粒子生了大角度偏转的原因是a 粒子与原子核发生碰撞所致14、氢原子核外电子的电荷量为e，它绕核运动的最小轨道半径为r，求电子绕核做匀速圆周运动的动能和电子所以轨道处的场强大小。【参考答案】1、原子，汤姆生，负，电子 2、负，电子 3、粒子散射实验，原子核式结构 4、正，原子核，负，电子 5、AC 6、AD 7、AD 8、ABD 9、BD 10、B 11、C 12、B 13、B 14、，【反思】收获疑问