第一节 电子的发现（教学设计）物理沪科版选择性必修第三册

第1节 电子的发现（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第一节 电子的发现 教学 目标 物理观念 1. 了解电子的发现历程，明确电子是原子的组成部分，建立原子可分的物理观念。 2. 掌握电子的电荷量、静止质量、荷质比等基本物理量，理解原子具有内部结构。 3. 认识汤姆孙 “葡萄干布丁” 原子模型，知道其对原子结构探索的意义。 科学思维 1. 通过阴极射线本质的争论与实验探究，体会假说 — 实验验证 — 修正结论的科学思维方法。 2. 分析汤姆孙测定电子荷质比的实验原理，培养受力分析与逻辑推理能力。 3. 梳理原子模型的演进过程，形成科学理论不断发展完善的认知。 科学探究 1. 能结合电场、磁场对带电粒子的作用，分析阴极射线的偏转现象，提出探究问题。 2. 经历 “现象观察→猜想假设→实验论证→得出结论” 的探究过程，提升实验分析能力。 3. 能解释汤姆孙实验如何证明阴极射线是带负电的粒子流，并计算电子荷质比。 科学态度 与责任 1. 学习科学家勇于质疑、大胆猜想、严谨求证的科学精神，尊重科学发展规律。 2. 认识电子发现对微观物理学、现代科技的推动作用，体会物理与人类文明的联系。 教学重难点 教学重点： 1. 电子的发现过程与汤姆孙的阴极射线实验。 2. 电子的基本物理量（电荷量、质量、荷质比）。 3. 原子可分性的实验证据与 “葡萄干布丁” 模型。 教学难点： 1. 汤姆孙实验中电场与磁场对带电粒子的偏转分析。 2. 荷质比测定的原理与计算逻辑。 3. 理解电子发现如何打破 “原子不可分割” 的传统观念。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 【情境导入】 微观世界的 “第一粒尘埃” 1. 历史回顾：19 世纪初，道尔顿提出原子论，认为原子是不可再分的实心球体，这一观点统治科学界近百年。 2. 矛盾现象：19 世纪中后期，科学家在真空放电管中发现一种神秘射线 —— 阴极射线，它能使玻璃管壁发出荧光，却无法解释其本质。 提出问题 · 阴极射线究竟是什么？是波还是粒子？ · 原子真的是构成物质的最小单元吗？ 3. 引入课题：带着这些疑问，我们一起走进微观世界，学习电子的发现，揭开原子内部结构的第一层面纱。 学生分组讨论： 回顾道尔顿原子论内容，讨论 “原子是否真的不可再分”，发表自己的观点。 新课讲授 （一）探索的起点：从道尔顿原子论到 “原子可分” 的猜想 · 道尔顿原子模型（实心球模型） 核心观点：物质由原子构成，原子是不可再分的实心球体，如同微小台球。 历史贡献：首次将原子学说引入科学实证，解释质量守恒、定比定律。 历史局限：认为原子是 “终极单元”，不可分割。 · 观念突破：阴极射线的发现，让科学家开始质疑 “原子不可再分”，提出原子可分的猜想。 （二）. 关键线索：阴极射线的发现 · 核心装置：真空放电管（克鲁克斯管），通电后阴极发出不可见射线，使对面管壁产生荧光。 · 世纪之争（近 20 年） · 波动说：认为阴极射线是电磁波（如紫外线）。 · 粒子说：认为阴极射线是带电粒子流。 · 探究方向：通过电场、磁场偏转实验，判断阴极射线的本质。 （三）. 电子的发现：汤姆孙的开创性实验（1897 年） · 实验思路：在高真空放电管中，施加电场与磁场，观察阴极射线偏转规律。 · 关键实验步骤 1. 仅加磁场：射线发生偏转→证明是带电粒子流。 2. 仅加电场：射线向正极板偏转→证明粒子带负电。 3. 场力抵消：调节电场、磁场强度，使粒子轨迹恢复直线，精确测定荷质比（e/m）。 · 颠覆性结论 1. 该粒子荷质比远大于氢离子，质量远小于原子。 2. 它是所有原子的共同组成部分，汤姆孙将其命名为电子。 · 电子基本物理量 . 电荷量：e = 1.60×10⁻¹⁹ C . 静止质量：m = 9.11×10⁻³¹ kg . 荷质比：e/m = 1.76×10¹¹ C/kg · 里程碑意义：彻底打破原子不可分割的观念，首次用实验证明原子有内部结构。 （四）. 新的模型：汤姆孙 “葡萄干布丁” 原子模型（1904 年） · 模型核心 1. 原子是带正电的均匀球体。 2. 电子像 “葡萄干” 一样镶嵌在球体中，平衡正电荷。 3. 原子整体呈电中性。 · 模型意义：人类第一个原子结构模型，为后续核式结构模型奠定基础。 · 模型局限：无法解释 α 粒子散射实验，后被卢瑟福核式模型取代。 （五）. 电子发现的科学影响 1. 科学突破：开启微观物理学新纪元，为量子力学奠基。 2. 理论统一：揭示电的本质是电子运动，统一电学与物质结构理论。 3. 技术革命：催生晶体管、芯片等现代电子技术，推动信息时代到来。 学生分组讨论  观察阴极射线实验示意图，描述实验现象，判断阴极射线可能的本质。  针对 “阴极射线是波还是粒子” 展开小组辩论，说出支持自己观点的理由。 学生讨论：  分析汤姆孙实验中电场、磁场对阴极射线的偏转作用，判断粒子电性。  根据电场力与磁场力平衡条件，推导并理解电子荷质比的测定原理。  记忆电子的电荷量、质量、荷质比三个关键物理量，完成快速问答 学生讨论：  结合示意图，描述汤姆孙 “葡萄干布丁” 模型的结构特点。  对比道尔顿模型与葡萄干布丁模型，说出模型的进步与局限。  完成课堂练习题，小组互查答案，交流解题思路与易错点。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1. 道尔顿提出的原子模型被称为（） A. 葡萄干布丁模型 B. 核式结构模型 C. 实心球模型 D. 分层模型 答案：C 解析：道尔顿认为原子是不可再分的实心球体，即实心球模型；葡萄干布丁模型是汤姆孙提出，核式结构模型是卢瑟福提出。 2. 道尔顿原子论的核心观点不包括（） A. 原子不可再分 B. 原子是实心球体 C. 原子由原子核和电子组成 D. 同种原子性质相同 答案：C 解析：原子由原子核和电子组成是后续研究结论，道尔顿未认识到原子内部结构。 3. 发现阴极射线的实验装置是（） A. 光电管 B. 真空放电管 C. 威尔逊云室 D. 气泡室 答案：B 解析：阴极射线通过真空放电管（克鲁克斯管）被发现，通电后阴极发出射线使管壁发光。 4. 关于阴极射线的本质，19 世纪物理学界的主流争论是（） A. 质子流与中子流 B. 电磁波与带电粒子流 C. 原子流与分子流 D. 正电粒子与负电粒子 答案：B 解析：阴极射线争论焦点为波动说（电磁波）和粒子说（带电粒子流），持续近 20 年。 5． 仅用磁场使阴极射线偏转，可证明阴极射线（） A. 不带电 B. 是带电粒子流 C. 是电磁波 D. 是中性原子 答案：B 解析：磁场仅对带电粒子有力的作用，射线偏转说明其为带电粒子流。 6. 阴极射线在电场中向正极板偏转，说明其（） A. 带正电 B. 带负电 C. 不带电 D. 是光子 答案：B 解析：电场中负电荷受力指向正极板，因此阴极射线粒子带负电。 7．发现电子的科学家是（） A. 卢瑟福 B. 道尔顿 C. J.J. 汤姆孙 D. 查德威克 答案：C 解析：1897 年汤姆孙通过阴极射线实验发现电子，卢瑟福提出核式结构，查德威克发现中子。 8. 汤姆孙测定的物理量是电子的（） A. 电荷量 B. 质量 C. 荷质比 D. 体积 答案：C 解析：汤姆孙通过电场与磁场平衡，精确测定电子的荷质比 e/m。 9. 电子的电荷量数值约为（） A. 1.60×10⁻¹⁹ C B. 9.11×10⁻³¹ C C. 1.76×10¹¹ C D. 1.60×10⁻¹⁹ kg 答案：A 解析：电子电荷量 e=1.60×10⁻¹⁹ C，9.11×10⁻³¹ kg 是电子质量。 10.电子的静止质量约为（） A. 1.60×10⁻¹⁹ kg B. 9.11×10⁻³¹ kg C. 1.76×10¹¹ kg D. 9.11×10⁻³¹ C 答案：B 解析：电子静止质量 m=9.11×10⁻³¹ kg，是氢原子质量的约 1/2000。 11.电子的荷质比（e/m）数值约为（） A. 1.60×10⁻¹⁹ C/kg B. 9.11×10⁻³¹ C/kg C. 1.76×10¹¹ C/kg D. 1.76×10⁻¹¹ C/kg 答案：C 解析：电子荷质比 e/m=1.76×10¹¹ C/kg，是汤姆孙实验的核心测量结果。 12. 汤姆孙实验中，使阴极射线轨迹恢复直线的条件是（） A. 只加电场 B. 只加磁场 C. 电场力与磁场力大小相等、方向相反 D. 电场力与磁场力方向相同 答案：C 解析：电场力与洛伦兹力平衡时，粒子所受合力为零，做匀速直线运动，轨迹为直线。 13.电子的发现直接证明了（） A. 原子核可分 B. 原子可分 C. 质子可分 D. 中子可分 答案：B 解析：电子是原子的组成部分，其发现直接打破原子不可分割观念，证明原子可分。 14.汤姆孙提出的原子模型是（） A. 实心球模型 B. 葡萄干布丁模型 C. 核式结构模型 D. 电子云模型 答案：B 解析：汤姆孙在发现电子后提出葡萄干布丁模型，是首个原子内部结构模型。 15.汤姆孙葡萄干布丁模型的核心观点是（） A. 原子中心有原子核 B. 电子绕核旋转 C. 正电荷均匀分布，电子镶嵌其中 D. 电子在固定轨道运动 答案：C 解析：该模型认为原子是带正电的均匀球体，电子像葡萄干一样镶嵌其中。 16. 葡萄干布丁模型能解释的现象是（） A. 原子呈电中性 B. α 粒子大角度散射 C. 原子核存在 D. 能级跃迁 答案：A 解析：模型中正负电荷总量相等，可解释原子电中性；无法解释 α 粒子散射实验。 17.人类认识的第一个基本粒子是（） A. 质子 B. 中子 C. 电子 D. 光子 答案：C 解析：电子是人类发现的第一个基本粒子，开启微观粒子研究。 18. 电子发现的年代是（） A. 1803 年 B. 1897 年 C. 1904 年 D. 1911 年 答案：B 解析：1897 年汤姆孙发现电子；1803 年道尔顿提出原子论，1904 年提出葡萄干布丁模型。 19. 下列不属于电子发现意义的是（） A. 打破原子不可分割观念 B. 开启微观物理研究 C. 直接证明原子核存在 D. 为现代电子技术奠基 答案：C 解析：原子核存在由卢瑟福 α 粒子散射实验证明，并非电子发现的直接结论。 20.阴极射线粒子与氢离子相比，荷质比（） A. 更小 B. 更大 C. 相等 D. 无法比较 答案：B 解析：电子质量远小于氢离子，电荷量与氢离子绝对值相等，因此电子荷质比更大。 板 书 设 计 一、探索起点：道尔顿原子论（实心球模型） 1. 观点：原子是不可再分的实心球体 2. 局限：认为原子不可分割 二、关键线索：阴极射线 1. 装置：真空放电管 2. 争论：波动说（电磁波）— 粒子说（带电粒子流） 3. 结论：带负电的粒子流 三、电子的发现：汤姆孙（1897 年） 1. 实验：电场、磁场偏转 → 测荷质比 e/m 2. 电子参数： e=1.60×10⁻¹⁹ C m=9.11×10⁻³¹ kg e/m=1.76×10¹¹ C/kg 3. 意义：证明原子可分 四、原子模型：葡萄干布丁模型 1. 正电荷均匀分布 2. 电子镶嵌其中 3. 原子呈电中性 五、里程碑意义 打破 “原子不可分割” 观念，开启微观物理新时代 课 堂 小 结 1. 核心知识：电子的发现者（汤姆孙）、实验（阴极射线偏转）、结论（原子可分） 2. 核心方法：实验探究、控制变量、假说 — 验证。 3. 科学观念：科学理论在质疑与验证中不断发展。 作 业 布 置 1. 完成教材课后习题，梳理电子发现的关键步骤。 2. 查阅资料，简述 “葡萄干布丁” 模型与卢瑟福核式模型的区别。 教 学 反 思 本节课以科学史为线索，通过阴极射线实验突破重难点，学生能理解电子发现的过程与意义。但部分学生对电场、磁场偏转的受力分析掌握薄弱，后续需结合例题强化计算与原理讲解，提升微观物理的理解能力。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $