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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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)，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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)一個實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行陰極射線的研究，能通過實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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?yàn)椋? 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(jì)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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)粗略測出了這種粒子的電荷量確實(shí)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(shí)驗(yàn)測量出的。密立根通過實(shí)驗(yàn)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(shí)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