第4章 第1节 电子的发现与汤姆孙原子模型（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦“电子的发现与汤姆孙原子模型”，从物质结构早期探究（玻意耳元素论、道尔顿原子论等）切入，通过阴极射线实验串联电子发现过程，构建从宏观物质结构到微观粒子的认知支架。 其亮点在于以“任务驱动+质疑辨析+典例精析”推进教学，通过汤姆孙电磁场平衡实验分析培养科学思维（模型建构、科学推理），结合密立根油滴实验题提升科学探究能力。学生能深化对原子结构的理解，教师可直接使用分层习题与重难解析，提高教学效率。

第4章　原子结构 选择性必修第三册 电子的发现与汤姆孙原子模型 (赋能课——精细培优科学思维) 第 1 节 课标要求 学习目标 了解人类探索原子及其结构的历史。 1.了解人们对物质结构的早期探究。 2.知道阴极射线是由电子组成的，知道电子是原子的组成部分。 3.了解汤姆孙发现电子的研究方法及蕴含的科学思想，领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。 课前预知教材 课堂精析重难 01 02 CONTENTS 目录 课时跟踪检测 03 课前预知教材 一、物质结构的早期探究　电子的发现 1.1661年，_______以化学实验为基础建立了科学的元素论。 2.19世纪初，______提出了原子论，认为原子是元素的最小单位。 3.1811年，意大利化学家____________提出了分子假说，指出分子可由多个相同的原子组成。 4.阴极射线的发现：科学家在研究__________放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，______会发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为_________。 玻意耳 道尔顿 阿伏伽德罗 稀薄气体 阴极 阴极射线 5.汤姆孙的研究：1897年，英国科学家汤姆孙设计了一个巧妙的实验，通过使阴极射线粒子受到的_______和__________平衡等方法，确定了阴极射线粒子的本质是带_____的粒子流，并确定了其______，测量出了阴极射线粒子的比荷，证明阴极射线粒子的电荷量的大小与氢离子大致相同，而比荷却是________的近两千倍。汤姆孙将这种带电粒子称为电子。 静电力 洛伦兹力 负电 速度 氢离子 [质疑辨析] 如图，人们通过研究阴极射线而发现了电子。判断下列说法的正误。 (1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。( ) (2)组成阴极射线的粒子是电子。( ) (3)电子是原子的组成部分，其电荷量可以是任意值。( ) × × √ 二、汤姆孙原子模型 　汤姆孙原子模型：原子________的部分充斥整个原子，很小很轻的______镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的“葡萄干面包”模型。 带正电 电子 课堂精析重难 如图所示为汤姆孙的气体放电管。 任务驱动 强化点(一)　对阴极射线的认识 (1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷? 提示：阴极射线向下偏转，与电场方向相反，说明阴极射线带负电。 (2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转? 提示：由左手定则可知，在金属板D1、D2之间单独加垂直纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转。 1.阴极射线的产生机理 (1)通常情况下，气体是不导电的，但在强电场中，气体能够被电离而导电。 (2)在研究气体放电时，一般都用玻璃管中的稀薄气体。 (3)当玻璃管中的气体足够稀薄时，阴极发出的某种射线能使玻璃管壁发出荧光。 要点释解明 2.对阴极射线的认识 (1)现象：真空玻璃管两极加上高电压，可看到玻璃管壁上发出荧光及管中物体在玻璃管壁上的影。 (2)猜想 ①阴极射线是一种电磁辐射。 ②阴极射线是带电微粒。 (3)验证：英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转，发现阴极射线带负电并测出了其粒子的比荷，进而发现电子。 (4)实验：密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。 [典例]　(双选)如图所示是汤姆孙的阴极射线管的示意图，下列说法正确的是 (　　) A.若在D1、D2两极板之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点 B.若在D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转 C.若在D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转 D.若在D1、D2两极板之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转 √ √ [解析]　实验证明，阴极射线是高速电子流，它在电场中应偏向带正电的极板一侧，C正确，B错误；加上磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要发生偏转，D错误；当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，A正确。 1.关于阴极射线，下列说法正确的是 (　　) A.阴极射线是高速运动的质子流 B.阴极射线是可用人眼直接观察到的 C.阴极射线是电磁波 D.阴极射线是高速运动的电子流 题点全练清 √ 解析：阴极射线是高速运动的电子流，A、C错误，D正确；阴极射线无法用人眼直接观察到，B错误。 2.当阴极射线通过匀强电场E或匀强磁场B时(箭头表示运动方向)，下图中射线形状不正确的是 (　　) √ 解析：阴极射线是带负电的粒子流，在电场中受到的电场力与电场方向相反，当粒子的初速度与电场垂直时，粒子在电场中做类平抛运动，A正确，B错误；阴极射线是带负电的粒子流，在磁场中受到的洛伦兹力只能改变运动的方向，不能改变运动速度的大小，所以粒子在磁场中做圆周运动，由左手定则可以确定洛伦兹力的方向，C、D正确。 1.让电子通过相互垂直的电场和磁场(如图甲)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛=F电(evB=eE)，得到电子的运动速度v=。 要点释解明 强化点(二)　电子比荷的测定 甲　　 　　　　乙 2.撤去电场(如图乙)，保留磁场，让电子只在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即evB=m，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r。 3.由以上两式确定电子的比荷表达式：=。 [典例]　汤姆孙用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示。真空管内的阴极K发出的电子(不计初速度、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过小孔C沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P'间的区域内。当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O'点(O'点与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计)。此时，在P和P'间的区域内，再加上一个方向垂 直于纸面向里的匀强磁场。调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点。已知极板水平方向的长度为l1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为l2。 (1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小。 [答案]　　 [解析]　当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O点，设电子的速度为v，则evB=eE，得v=，又由E=，得v=。 (2)推导出电子的比荷的表达式。 [答案]　　 [解析]　当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入电场后，在竖直方向做匀加速运动，加速度a=，电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间t1=， 电子在电场中运动，竖直向上偏转的距离d1=a=， 离开电场时竖直向上的分速度vy=at1=， 电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏，则t2=， t2时间内向上运动的距离d2=vyt2=， 电子向上的总偏转距离d=d1+d2=， 解得=。 (3)上述实验中，未记录阴极K与阳极A之间的加速电压U0，根据上述实验数据能否推导出U0的表达式?说明理由。 [答案]　见解析 [解析]　能。由动能定理可得eU0=mv2-0，已知v和的表达式，可推导出U0的表达式。 [思维建模] 运用电磁场测定电子比荷的思路 (1)当电子在复合场中做匀速直线运动时，qE=qvB，可以测出电子速度的大小。 (2)电子在荧光屏上的落点到屏中心的距离等于电子在电场中的偏转位移与电子出电场到屏之间的倾斜直线运动偏转位移的和。 1.汤姆孙对阴极射线本质的研究，采用的科学方法是 (　　) A.用阴极射线轰击金箔，观察其散射情况 B.用“油滴实验”精确测定电子所带电荷量 C.用阴极射线轰击荧光物质，对荧光物质发出的光进行光谱分析 D.让阴极射线通过电场和磁场，观察阴极射线的偏转情况判断其电性和计算其比荷 题点全练清 √ 解析：汤姆孙对阴极射线本质的研究采用的科学方法是让阴极射线通过电场和磁场，观察阴极射线的偏转情况判断其电性，结合类平抛运动与圆周运动的公式计算其比荷，选项D正确。 2.如图所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的电场，出电场时打在屏上P点，经测量O'点和P点的间距为h，求电子的比荷。 答案： 解析：由于电子进入电场中做类平抛运动，沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动，有 h=at2==，则=。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.关于电子的发现，下列说法错误的是 (　　) A.电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 B.电子的发现，说明原子具有一定的结构 C.在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒 D.电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分 √ 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 解析：发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但人们意识到电子应该是原子的组成部分，A错误，B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 2.(双选)关于阴极射线的性质，下列说法正确的是 (　　) A.阴极射线带负电 B.阴极射线带正电 C.阴极射线的比荷比氢离子的比荷大 D.阴极射线的比荷比氢离子的比荷小 解析：通过对阴极射线在电场、磁场中偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢离子的比荷大得多，故选项A、C正确。 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 3.(双选)下列关于电子的说法正确的是 (　　) A.发现电子是从研究阴极射线开始的 B.汤姆孙发现物质中发出的电子比荷是不同的 C.电子发现的意义是让人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构 D.电子是带正电的，可以在电场和磁场中偏转 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：发现电子是从研究阴极射线开始的，A正确；汤姆孙发现物质中发出的电子比荷是相同的，B错误；电子的发现让人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构，C正确；电子是带负电的，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 4.(双选)汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，关于电子的说法正确的是 (　　) A.任何物质的原子中均有电子 B.不同的物质中具有不同种类的电子 C.电子质量是质子质量的1 836倍 D.电子是一种粒子，是构成物质的基本单元 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，发现它们均为同一种粒子即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量。由此可知A、D正确，B、C错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 5.(双选)如图是密立根油滴实验的示意图。油滴从喷雾器嘴喷出，落到图中的匀强电场中，调节两板间的电压，通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中，下列说法正确的是 (　　) A.油滴带负电 B.油滴质量可通过天平来测量 C.只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量 D.该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：由题图知，电容器两极板间电场方向向下，油滴所受的电场力向上，则知油滴带负电，故A正确；油滴的质量很小，不能通过天平测量，故B错误；根据油滴受力平衡得mg=qE=q，解得q=，所以要测出两板间的距离、电压和油滴的质量才能求出油滴的电荷量，故C错误；根据密立根油滴实验研究可知，该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 6.如图是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线，要使荧光屏的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：加磁场时，由左手定则可判断磁场方向应沿y轴正方向，故A错误，B正确；加电场时，电场方向应沿z轴正方向，故C、D错误。 A.加一磁场，磁场方向沿z轴负方向 B.加一磁场，磁场方向沿y轴正方向 C.加一电场，电场方向沿z轴负方向 D.加一电场，电场方向沿y轴正方向 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 7.如图所示，从正离子源发射的正离子经加速电压U加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，发现离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过电场，则下列说法正确的是 (　　) A.增大电场强度E B.减小磁感应强度B C.减小加速电压U，增大电场强度E D.适当地增大加速电压U √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，受到的电场力F=qE，方向向上，受到的洛伦兹力F洛=qvB，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，有qE=qvB，则可使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U或增大磁感应强度B，选项D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 8.(2025·宁德高二质检)(双选)如图所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图。显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光。安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转。下列说法中正确的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 A.如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点 B.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里 C.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里 D.如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场的磁感应强度应该先由小到大，再由大到小 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：如果偏转线圈中没有电流，不产生磁场，则阴极射线(电子束)将沿直线打在荧光屏正中的O点，故A正确；要使阴极射线打在荧光屏上A点，阴极射线所受的洛伦兹力方向向上，根据左手定则可知，偏转磁场的方向应该垂直纸面向外，故B错误；要使阴极射线打在荧光屏上B点，阴极射线所受的洛伦兹力方向向下，根据左手定则可知，偏转磁场的方向应该垂直纸面向里，故C正确；要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，电子在偏转磁场中运动的半径先增大后减小，根据电子在磁场中圆周运动的半径公式r=分析可知，偏转磁场的磁感应强度应该先由大到小，再由小到大，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 9.(双选)如图所示是电视机显像管及其偏转线圈的示意图。如果发现电视画面的幅度比正常的偏小，可能引起的原因是 (　　) A.电子枪发射能力减弱，电子数减少 B.加速电场的电压过高，电子速率偏大 C.偏转线圈局部短路，线圈匝数减少 D.偏转线圈电流过大，偏转磁场增强 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：如果发现电视画面的幅度比正常的偏小，是由于电子束的偏转角减小，即轨道半径增大，电子在磁场中偏转时的半径r=。电子枪发射能力减弱，电子数减少，而电子运动的速率及磁场不变，因此不会影响电视画面的幅度，故A错误；加速电场电压过高，电子速率偏大，则会导致电子运动半径增大，从而使偏转角度减小，导致画面的幅度比正常的偏小，故B正确；当偏转线圈局部短路，线圈匝数减小时，导致偏转磁场减小，从而使电子运动半径增大，所以导致画面的幅度比正常的偏小，故C正确；偏转线圈电流过大，偏转磁场增强时，电子运动半径变小，所以导致画面的幅度比正常的偏大，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 10.(8分)为了测定带电粒子的比荷，让这个带电粒子垂直电场方向射入平行金属板间，已知匀强电场的电场强度为E，在通过长为L的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d；如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直于粒子的入射方向，磁感应强度为B，则粒子恰好不偏离原来方向，求。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 答案： 解析：仅加电场时d=·= 加复合场时qv0B=qE，由以上两式得=。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 11.(8分)(选自人教版教材课后练习)一种测定电子比荷的实验装置如图所示。真空玻璃管内阴极K发出的电子经阳极A与阴极K之间的高压加速后，形成一细束电子流，以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C、D间的区域。若两极板C、D间无电压，电子将打在荧光屏上的O点；若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O点。已知极板的长度为5.00 cm，C、D间的距离为1.50 cm，极板区的中点M到荧光屏中点 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 答案：1.6×1011 C/kg 解析：设电子在电场中射出极板时偏转距离为y，根据类平抛运动的特点，=，解得y=0.6 cm。 根据y=··，qvB=，解得≈1.6×1011 C/kg。 O的距离为12.50 cm，电压U为200 V，磁感应强度B为6.3×10-4 T，P点到O点的距离y为3.00 cm。试求电子的比荷。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 12.(10分)如图所示为美国物理学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图，两水平的平行金属板间的距离为d。油滴从喷雾器的喷嘴喷出时，由于摩擦而带负电。油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间。当平行金属板间不加电压时，由于受到气体阻力的作用，油滴最终以速度v1竖直向下匀速运动。当上板带正电、下板带负电，两板间的电压为U时，带电油滴最终以速度v2竖直向上匀速运动。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 已知油滴的直径为D， 重力加速度为g，油滴受到气体的阻力f=kv，其中k为阻力系数。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (1)求k的大小；(5分) 答案：πρD3g　 解析：油滴速度为v1时所受气体的阻力f1=kv1，油滴向下匀速运动时，重力与气体的阻力平衡，有f1=mg 又m=ρV=πρD3， 则k=πρD3g。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (2)求油滴所带电荷量。(5分) 答案： 解析：设油滴所带电荷量为q，则油滴受到的电场力 F电=qE=q 油滴向上匀速运动时，气体的阻力向下，油滴受力平衡，有kv2+mg=q 则油滴所带电荷量q=。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $