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

本高中物理讲义聚焦“电子的发现与汤姆孙原子模型”核心知识点，系统梳理从玻意耳元素论、道尔顿原子论到阴极射线发现的早期探究脉络，通过汤姆孙电磁场偏转实验揭示电子本质及比荷测定过程，构建“葡萄干面包”模型的认知支架，辅以质疑辨析和任务驱动深化理解。 该资料以科学史为线索渗透科学态度与责任，通过“阴极射线在电磁场中偏转分析”等任务驱动和电子比荷测定典例，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力。课中助力教师高效授课，课后题点全练清模块帮助学生巩固知识，查漏补缺，提升科学探究素养。

第4章　原子结构 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 (赋能课——精细培优科学思维) 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。 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、物质结构的早期探究　电子的发现 1.1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论。 2.19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单位。 3.1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可由多个相同的原子组成。 4.阴极射线的发现：科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极会发出一种射线，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静电力和洛伦兹力平衡等方法，确定了阴极射线粒子的本质是带负电的粒子流，并确定了其速度，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，而比荷却是氢离子的近两千倍。汤姆孙将这种带电粒子称为电子。 [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：原子带正电的部分充斥整个原子，很小很轻的电子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。 强化点(一)　对阴极射线的认识 　　　　　　　　　　　　　　　 任务驱动 　　如图所示为汤姆孙的气体放电管。 (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? (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：(1)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)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。 [要点释解明] 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。 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。 [答案]　AC [题点全练清] 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 解析：选D　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：选B　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。 强化点(二)　电子比荷的测定 　　　　　　　　　　　　　　　　 [要点释解明] 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=。 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。 (2)推导出电子的比荷的表达式。 (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。 [解析]　(1)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)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)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。 [答案]　(1)　(2)　(3)见解析 [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。 [题点全练清] 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 解析：选D　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。 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=。 答案： 学科网（北京）股份有限公司 $