資源簡介

(共32張PPT)
第一節 電子的發現與湯姆孫原子模型
教學課件
Teaching Courseware
20XX.XX.XX
第四章 原子結構
高中物理魯科版（2019）選擇性必修第三冊
PART.1
PART.2
PART.3
PART.4
素養目標
新課講解
新課導入
經典例題
目錄
CONTENTS
PART.2
PART.4
課堂練習
課堂小結
(1)了解陰極射線的組成，體會電子發現過程中所蘊含的科學方法。
(2)了解α粒子散射實驗的實驗裝置、實驗原理和實驗現象。
素養目標
新課導入
請同學們思考：瀑布中的水能否自發地由低處流向高處？瀑布中水的流動是可逆的嗎？
不能，該過程不可逆。
新課講解
New lesson explanation
新課講解
一、物質結構的早期探究
(3)古希臘哲學家德謨克利特等人建立了早期的原子論，認為宇宙間存在一種或多種微小的實體，叫作“原子”。
1．古人對物質的認識
(1)我國西周的“五行說”認為萬物是由金、木、水、火、土五種基本“元素”組成的。
(2)古希臘的認為萬物的本質是土、水、火、土、空氣四種“元素”，天體則由第五種“元素”——“以太”構成。
新課講解
2.大約在17世紀中葉，人們開始通過實驗來了解物質的結構
(1)1661年，玻意爾以化學實驗為基礎建立了科學的元素論。
(2)19世紀初，道爾頓提出了原子論，認為原子是元素的最小單元。
(3)1811年，意大利化學家阿伏伽德羅提出了分子假說，指出分子可以由多個相同的原子組成。
道爾頓
玻意爾
阿伏伽德羅
新課講解
二、陰極射線的研究
早在1858 年，德國物理學家普呂克爾就發現了氣體導電時的輝光放電現象。
1876 年，德國物理學家戈德斯坦認為管壁上的熒光是由于玻璃受到的陰極發出的某種射線的撞擊而引起的，并把這種未知射線稱之為陰極射線。
1890年開始，英國科學家湯姆孫對陰極射線進行研究。
1.陰極射線
新課講解
陰極射線的本質是什么？電子的發現經歷了怎樣的曲折過程？
代表人物，湯姆孫。認為這種射線的本質是一種高速粒子流。
粒子說
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。
電磁波說
新課講解
陰極射線的產生機理
通常情況下，氣體是不導電的。但在強電場中，氣體能夠被電離而導電。在研究氣體放電時，一般都用玻璃管中的稀薄氣體。當玻璃管中的氣體足夠稀薄時，陰極發出的某種射線射在玻璃管壁上而發出熒光，人們把這種射線稱為陰極射線。
思考與討論：根據帶電粒子在電場、磁場中的運動規律，哪些方法可以判斷運動的帶電粒子所帶電荷的正負號？
答案提示：帶電粒子垂直于電場或磁場方向進入電場（磁場），根據它們在場區內運動的偏轉情況進行判定。
新課講解
三、電子的發現
英國科學家湯姆孫（J. Thomson，1856—1940）從 1890 年開始對陰極射線進行研究。 1897 年，他設計了一個巧妙的實驗，如圖所示
電場力等于洛倫茲力，Eq=Bqv
磁場偏轉，發現帶負電，再測出比荷
新課講解
電場力等于洛倫茲力，得：
Eq=Bqv
磁場偏轉，發現帶負電，再測出半徑R，得：
實驗中測得的帶電粒子的比荷大約是 1011 C/kg，比氫離子的比荷大得多。
新課講解
湯姆孫把不同的氣體充入管內，用不同的金屬分別制成陰極，實驗測出的比荷大體相同，說明這種帶電粒子是組成各種物質的共同成分。
不同物質都能發射這種帶電粒子，它是各種物質中共有的成分，電荷量大小與氫離子相同，而質量比氫離子小得多，湯姆孫把這種帶電粒子稱為電子。陰極射線粒子的本質是電子束
電子電荷量的精確測定是由密立根通過油滴實驗完成的
注意：湯姆孫的實驗只測出了電子的比荷，并未測出其帶電量！！
e = 1.6×10-19C
新課講解
電子發現的意義
電子的發現具有偉大的意義，因為這一事件使人們認識到自然界中還有比原子更小的實物。電子的發現打開了通向原子物理學的大門 ,人們開始研究原子的結構。
湯姆孫被科學界譽為“一位最先打開通向基本粒子物理學大門的偉人”。
新課講解
四、湯姆孫的原子模型
湯姆孫認為，原子帶正電的部分應充斥整個原子，很小很輕的電子鑲嵌在球體的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那樣，這就是原子的“棗糕模型”。
電子的發現說明原子具有一定的結構，也就是說原子是由電子和其他物質組成的。
新課講解
利用湯姆孫的原子模型如何解釋原子呈電中性？
答案：湯姆孫的原子模型認為，正電荷均勻分布在整個球體中，帶負電的電子就嵌在其中，電子帶的負電被原子內帶的正電抵消。
湯姆孫設想的原子模型是建立在什么基礎上的？
提示：湯姆孫設想的原子模型是建立在他對電子的電性、電荷量、質量的大量研究，并結合經典力學的理論、電荷之間的作用規律之上的。
經典例題
Classic Example
經典例題
1.【多選】英國物理學家湯姆孫通過對陰極射線的實驗研究發現(　)
A.陰極射線在電場中偏向正極板一側
B.陰極射線在磁場中受力情況跟正電荷受力情況相同
C.不同材料所產生的陰極射線的比荷不同
D.湯姆孫并未精確得出陰極射線粒子的電荷量
解析:選AD。陰極射線實質上就是高速電子流，所以在電場中偏向正極板一側,A對；由于電子帶負電，所以其在磁場中受力情況與正電荷不同，B錯；不同材料所產生的陰極射線都是電子流，所以它們的比荷是相同的，C錯；最早精確測出電子電荷量的是美國物理學家密立根，D對。
經典例題
2.(多選)如圖所示是湯姆孫的氣體放電管的示意圖，下列說法中正確的是(　　)
A.若在D1、D2兩極板之間不加電場和磁場，則陰極射線應打到最右端的中心P1點
B.若在D1、D2兩極板之間僅加上豎直向下的電場，則陰極射線應向下偏轉
C.若在D1、D2兩極板之間僅加上豎直向下的電場，則陰極射線應向上偏轉
D.若在D1、D2兩極板之間僅加上垂直紙面向里的磁場，則陰極射線不偏轉
經典例題
解析：選AC。陰極射線是電子流，當D1、D2兩極板之間不加電場和磁場時，因電子所受的重力可以忽略不計，陰極射線不發生偏轉，將打到最右端的中心P1點，選項A正確；陰極射線在電場中偏轉時應偏向D1、D2帶正電的極板一側，選項C正確，B錯誤；加上與電子運動方向垂直的磁場時，電子在磁場中受洛倫茲力作用，要發生偏轉，選項D錯誤。
課堂練習
Classroom Practice
課堂練習
課堂練習
1.答案：D
解析：湯姆孫通過對陰極射線的研究發現了電子，從而揭示了原子是可以再分的，A錯誤；原子的核式結構是盧瑟福通過α粒子的散射實驗才提出的，B錯誤；電子的電荷量與質量的比值稱為電子的比荷，C錯誤；電子電荷量的精確測定最早是由密立根通過著名的“油滴實驗”實現的，D正確。
課堂練習
課堂練習
2.答案：A
解析：根據右手定則判定通電導線下方部分的磁場方向垂直紙面向外；根據左手定則判斷電子在磁場中受力方向向上，故陰極射線將向上偏轉。故選A。
課堂練習
課堂練習
3.答案：C
解析：由于陰極射線的本質是電子流，陰極射線方向向右，說明電子的運動方向向右，相當于存在向左的電流，根據左手定則可知，若要使射線向上偏轉，則電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上，所以磁場方向應為垂直于紙面向外，故選項C正確.
課堂練習
課堂練習
4.答案：B
解析：若加一沿z軸正方向的磁場，根據左手定則可知，電子所受洛倫茲力方向沿y軸正方向，則亮線向y軸正方向偏移，故A錯誤；若加一沿y軸負方向的磁場，根據左手定則可知，電子所受洛倫茲力方向沿z軸正方向，則亮線向z軸正方向偏移，故B正確；若加一沿z軸正方向的電場，電子受沿z軸負方向的電場力作用，則亮線向z軸負方向偏移，故C錯誤；若加一沿y軸負方向的電場，電子受沿y軸正方向的電場力作用，則亮線向y軸正方向偏移，故D錯誤.
課堂小結
Class Summary
課堂小結
電子的發現與湯姆孫原子模型
物質結構的早期研究
電子的發現
湯姆孫原子結構模型
湯姆孫的實驗研究
電子的發現意義
感謝觀看
THANK YOU

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