4.1 电子的发现 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦原子结构中电子的发现，以中外历史观点（《庄子》连续论与德谟克利特原子论、道尔顿学说）导入，衔接19世纪末微观三大发现，通过阴极射线本质争论搭建支架，引导学生探究电子的发现过程及意义。 其亮点是融合科学史与实验探究，以汤姆孙与赫兹的观点碰撞培养科学思维的质疑创新，结合实验装置分析及例题落实模型建构与科学推理，通过密立根油滴实验强化科学探究的证据意识。学生能深化微观物质观念，教师可高效实施核心素养导向教学。

第四章 原子结构 “一尺之棰，日取其半，万世不竭。”（《庄子·天下篇》） 物质是连续的，无限可分的。 古希腊人德谟克利特则说，万物是由不可再分的原子构成的。 道尔顿 1766—1844 直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时发现了电子，才使人类对微观世界有了新的认识。电子的发现是19世纪末物理领域三大发现之一。 气体、液体和固体都是由该物质的不可分割的原子组成的。 微观世界的三大发现 1897年 汤姆孙，电子的发现 1895年 伦琴，X射线 1898 贝克勒尔，天然放射性现象 第1节 电子的发现 19 世纪上半叶，随着人类对电磁现象认识的深入和真空技术的发展，物理学家在研究真空放电现象的过程中发现了阴极射线。 阴极金属 阳极金属 荧光屏 狭缝 高压 1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。 1876年德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到的阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种未知射线称之为阴极射线。 一、阴极射线 电磁波 带电粒子流 阴极射线的本质引起了众多科学家的讨论 J.J 汤姆孙 J.J Thomson 1857 ～ 1940 英国 赫兹 H.Rudolf Hertz 1857 ～ 1894 德国 认为阴极射线是一种“电磁波” 认为阴极射线是一种“高速粒子流” 阴极射线实验示意图 判断阴极射线是否带电？ 二、电子的发现 P2 K A B y P1 P3 D1 D2 + － + － KA部分产生阴极射线 AB部分只让水平运动的阴极射线通过 金属板D1、D2之间的区域加电场或者磁场用于检验阴极射线是否带电及带电的性质。 带有标尺的荧光屏显示阴极射线到达荧光屏时的位置，对阴极射线的偏转做定量的测定 按图示方向加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上的P2点，由此推断阴极射线带有什么性质的电荷？ [例1]一种测定电子比荷的实验装置如图所示。真空玻璃管内阴极发出的电子经阳极与阴极之间的高压加速后，形成一细束电子流，以平行于平行板电容器极板的速度进入两极板间的区域。若两极板间无电压，电子将打在荧光屏上的O点；若在两极板间施加电压，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的点；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。已知极板的长度为间的距离为，极板区的中点到荧光屏中点O的距离为X，P点到O点的距离为。求： (1)电子进入平行板电容器时的速度大小； (2)电子的比荷。 【详解】（1）当平行板电容器两极板间同时存在电场和磁场时有 ， 联立解得 （2）设电子离开电场时速度偏转角为，则， 又，，， 联立得 汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的，即q/m ≈ 1011C/kg。 这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。 由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。若这种粒子的电荷量与氢离子的电荷量相同，则其质量约为氢离子质量的近两千分之一。 汤姆孙把新发现的这种粒子称之为电子。 J. J. 汤姆孙不仅测量了电子的比荷，还通过各项实验测量阴极射线粒子的电荷量约为1.1×10-19C。（1898年） 第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。（1913年） 密立根的实验表明，电荷具有量子化的特征。即任何带电体的电量只能是e的整数倍。 电荷量的大小为 1.60×10−19 C，质量为 9.11×10−31 kg。 【例2】密立根油滴实验装置如图所示： 两块间距为d的平行金属板A、B分别与电源正、负极相接。当两极板间不加电压时，带电油滴最后以速度匀速竖直下落；当两板间加上电压U时，该带电油滴最后以速度匀速竖直上升。已知油滴所受阻力大小与速度大小成正比， 即，其中比例系数k已知，取重力加速度为g。求： （1）判断该带电油滴带什么电；（2）求该油滴所带电荷量q。 【详解】（1）两板间加电压时带电油滴向上运动，说明电场力竖直向上，而电场方向竖直向下，故油滴带负电。 （2）不加电压时，根据平衡条件有 在极板间加上电压，极板间的电场强度为 油滴向上匀速运动，根据平衡条件有 解得 电子的发现具有伟大的意义，因为这一事件打破了传统的“原子不可分割”的旧观念，并使人类认识了第一个比原子小的微观粒子——电子。 电子的发现打开了通向原子物理学的大门，人们开始研究原子的结构。汤姆孙被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人” 14 J. J. 汤姆孙根据已有的实验现象和认识，通过提出假说、构建物理模型等方法，提出了影响较大的原子结构的“枣糕模型”。 电子 带正电的物质 $