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2019-2020年高中物理 2.1 電子教案 教科版選修3-5 三維教學(xué)目標(biāo) 1、知識與技能 （1）了解陰極射線及電子發(fā)現(xiàn)的過程； （2）知道湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子的實驗及理論推導(dǎo)。 2、過程與方法：培養(yǎng)學(xué)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。 3、情感、態(tài)度與價值觀：理解人類對原子的認(rèn)識和研究經(jīng)歷了一個十分漫長的過程，這一過程也是辯證發(fā)展的過程，根據(jù)事實建立學(xué)說，發(fā)展學(xué)說，或是決定學(xué)說的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實，再建立新的學(xué)說。人類就是這樣通過光的行為，經(jīng)過分析和研究，逐漸認(rèn)識原子的。 教學(xué)重點(diǎn)：陰極射線的研究。 教學(xué)難點(diǎn)：湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的理論推導(dǎo)。 教學(xué)方法：實驗演示和啟發(fā)式綜合教學(xué)法。 教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。 （一）引入新課 很早以來，人們一直認(rèn)為構(gòu)成物質(zhì)的最小粒子是原子，原子是一種不可再分割的粒子。這種認(rèn)識一直統(tǒng)治了人類思想近兩千年。直到19世紀(jì)末，科學(xué)家對實驗中的陰極射線深入研究時，發(fā)現(xiàn)了電子，使人類對微觀世界有了新的認(rèn)識。電子的發(fā)現(xiàn)是19世紀(jì)末、20世紀(jì)初物理學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一。 （二）進(jìn)行新課 1、陰極射線 氣體分子在高壓電場下可以發(fā)生電離，使本來不帶電的空氣分子變成具有等量正、負(fù)電荷的帶電粒子，使不導(dǎo)電的空氣變成導(dǎo)體。 問題：是什么原因讓空氣分子變成帶電粒子的？帶電粒子從何而來的？ 史料：科學(xué)家在研究氣體導(dǎo)電時發(fā)現(xiàn)了輝光放電現(xiàn)象。1858年德國物理學(xué)家普呂克爾較早發(fā)現(xiàn)了氣體導(dǎo)電時的輝光放電現(xiàn)象。德國物理學(xué)家戈德斯坦研究輝光放電現(xiàn)象時認(rèn)為這是從陰極發(fā)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。對于陰極射線的本質(zhì)，有大量的科學(xué)家作出大量的科學(xué)研究，主要形成了兩種觀點(diǎn)。 （1）電磁波說：代表人物，赫茲。認(rèn)為這種射線的本質(zhì)是一種電磁波的傳播過程。 （2）粒子說：代表人物，湯姆孫。認(rèn)為這種射線的本質(zhì)是一種高速粒子流。 思考：你能否設(shè)計一個實驗來進(jìn)行陰極射線的研究，能通過實驗現(xiàn)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(xiàn)什么樣的現(xiàn)象就可以認(rèn)為這是一種電磁波，如果出現(xiàn)其他什么樣的現(xiàn)象就可以認(rèn)為這是一種高速粒子流，并能否測定這是一種什么粒子。 2、湯姆孫的研究 C C1 C2 l Y A S + - + 磁場 英國物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子。實驗裝置如圖所示，從高壓電場的陰極發(fā)出的陰極射線，穿過C1C2后沿直線打在熒光屏A＇上。 （1）當(dāng)在平行極板上加一如圖所示的電場，發(fā)現(xiàn)陰極射線打在熒光屏上的位置向下偏，則可判定，陰極射線帶有負(fù)電荷。 （2）為使陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則請思考可在平行極板區(qū)域采取什么措施。 在平行極板區(qū)域加一磁場，且磁場方向必須垂直紙面向外。當(dāng)滿足條件： 時，則陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。則： （3）根據(jù)帶電的陰極射線在電場中的運(yùn)動情況可知，其速度偏轉(zhuǎn)角為： x L 螢?zāi)? D S S O 電場E A y + - e m y1 y2 + v0 v 又因為： 且 則： 根據(jù)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(fā)生偏轉(zhuǎn)，能否根據(jù)磁場的特點(diǎn)和帶電粒子在磁場中的運(yùn)動規(guī)律來計算陰極射線的比荷？ 湯姆孫發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極和不同的方法做實驗，所得比荷的數(shù)值是相等的。這說明，這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。并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機(jī)同，則其質(zhì)量約為氫離子質(zhì)量的近兩千分之一。湯姆孫后續(xù)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(fā)現(xiàn)的這種粒子稱之為電子。 電子的電荷量 e＝1.6021773310－19C 第一次較為精確測量出電子電荷量的是美國物理學(xué)家密立根利用油滴實驗測量出的。密立根通過實驗還發(fā)現(xiàn)，電荷具有量子化的特征。即任何電荷只能是e的整數(shù)倍。電子的質(zhì)量 m＝9.109389710－31kg 課堂例題 例題1：一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方，放一通電直導(dǎo)線AB時，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏，則：（ ） A B A．導(dǎo)線中的電流由A流向BB．導(dǎo)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(xiàn) D．電子束的徑跡與AB中的電流方向無關(guān) 例題2：有一電子（電荷量為e）經(jīng)電壓為U0的電場加速后，進(jìn)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 A B U0 v0 + + + + － － － － （2）電子穿出電場時的動能