2020-2021学年高中物理-第三章-原子结构之谜-第1节-敲开原子的大门教案-粤教版选修3-5.doc

2020-2021学年高中物理 第三章 原子结构之谜 第1节 敲开原子的大门教案 粤教版选修3-5

2020-2021学年高中物理 第三章 原子结构之谜 第1节 敲开原子的大门教案 粤教版选修3-5

年级：
姓名：

- 6 -

敲开原子的大门
一.学情分析
学生在选修3-1的学习时就知道阴极射线的本质就是电子，但对这一研究过程并不清楚。并且在选修3-1已经学习过电磁学的内容，学生可以结合电磁学的知识设法判断阴极射线的电荷，基础较好的同学也可以尝试设法测出阴极射线的荷质比（灵活应用要求比较高）。
二.教材分析
本课内容是第三章原子结构之谜的第一节，人类对原子结构的认识是逐步深入的。而电子的发现，对人类认识原子的结构有重大的意义，它使人类改变了原子使组成物体的最小微粒的看法，它使人们认识到原子是有结构的。电子的发现是科学家进行了一个长时间的科学探索。探索的结果不仅弄清楚了阴极射线的本质，还意外得出了原子是可分的，电子为其组成的一部分的结论。本课内容为后面对原子结构的探索奠定了基础。
三.教学目标
（一）知识与技能
1.了解汤姆生发现电子的历史过程
2.知道什么是阴极射线，了解它的实质。
3.体会研究阴极射线的方法
（二）过程与方法
1.通过对阴极射线的探究，知道如何利用已有的电磁学知识判断未知粒子的电荷，测定未知粒子荷质比的方法。
2.通过讨论与交流，培养学生灵活的迁移知识解决实际问题的能力。
（三）情感态度与价值观
1.通过学习电子发现的历史，使学生体会到科学是会改变的，是在不断的失败与成功中前进的，并培养学生对未知世界浓厚的兴趣。
2.体会科学探究的艰难，感恩科学家们的无私奉献，才有我们今天科技发达，多姿多彩的文明社会。
四.教学重难点
1.电子发现的方法和过程
2.推导出电子荷质比的表达式
五.教学方法
讲授法，讨论法。
六.教学时数
1课时
七.教学过程
（一）新课引入：
通过师生问答引入课题：敲开原子的大门
师问：物质是由什么构成的？
学生通过思考，回答：物质由分子构成，分子由原子构成，原子由原子核和核外电子构成。
师问：我们并看不见原子，那科学家是如何推断出原子的内部结构的呢？现在让我们一起追寻着科学家们的足迹，探寻微观世界的奥秘！
设计意图：通过引导学生回忆已有知识，抛出问题，引发学生的疑惑，激起学生的求知欲，引入本课内容。
（二）新课内容：
在相当长的一段时间里，人们都认为原子就是组成物体的最小微粒，直到英国科学家汤姆生在研究阴极射线时发现了电子，从此敲开了原子的大门，开始了对原子内部结构的探索！
1.1858年德国科学家普吕克尔发现了阴极射线！
师：阴极射线的本质是什么？
生：学生大胆的猜想阴极射线的本质。
师：介绍科学家们对阴极射线的本质的猜想。
设计意图：引导学生大胆猜想，培养学生发散思维，体会科学的进步都是从大胆猜想开始的。有些同学可能能记得选修3-1学过阴极射线，其本质是带负电的电子。如果学生说出来，加以鼓励！
2.阴极射线电性的判定：
师：提出问题：如果阴极射线是由带负电的物质微粒组成的，同学们有没有什么好办法能够证明这个观点？换句话说：我们怎样证明阴极射线微粒带负电？
生：思考，讨论，学生举手回答：加磁场或电场，根据阴极射线的偏转方向用左手定则判断微粒的电性；或者是用验电器验证。
师：总结学生的办法，加以整理。对比着介绍汤姆生的办法：证实阴极射线的本质就是带负电的微粒。强调汤姆生的多次实验证，让学生体会科学的论证需要谨慎！
设计意图：鼓励学生自己解决问题，提高学生分析问题，应用知识的能力，培养学生的发散思维。体会科学进步的历程，体会汤姆生科学论证的谨慎！
3.阴极射线荷质比的检测：
师：如果你是汤姆生，你有什么好办法测出阴极射线的荷质比？
生：思考，讨论，回答。
师：总结学生的办法，加以整理。学生可能一时想不出办法，可以适当提示。
介绍汤姆生的办法，阴极射线微粒垂直进入磁场B，仅在磁场力作用下，阴极射线微粒做匀速圆周运动，则有：evB=，其中阴极射线微粒的速度v和半径r未知，如何获得？
生：思考，讨论，回答。
师：根据学生的回答，加以整理。速度v可以给阴极射线加一磁场和电场，调节磁场和电场可以使阴极射线微粒受到的磁场力和电场力达到平衡，即：
evB=eE 则：v=
然而，圆周运动的半径并不好获得。 汤姆生提出了新的方案：
让平行板M，N间的间距为h，板的水平长度为d，首先使阴极射线仅受电厂作用而达到最大偏转，测出此时的电场强度E，随后保持E不变，外加磁场使阴极射线恢复水平不再偏转，测出此时的磁感应强度B。刚刚我们已经证实v=；算出阴极射线微粒的荷质比。
生：计算，化简。请一个学生上台演算。如果不会，可加以提示。
阴极射线微粒在电场力作用下达到最大偏转，是类平抛运动：
水平方向：匀速直线运动，则有：d=vt
竖直方向：初速度为0的匀加速直线运动，则有：=at2 a=
整理可得：=
师：点评上台学生的演算。总结：这个实验最大的妙处：把难以测量的半径r变成易于测量的板间距h和板长d。
介绍汤姆生计算结果及其分析结果：要么微粒带电量很大，要么微粒质量很小。
设计意图：通过师生间的问答，引导学生思考，培养学生的发散思维。通过学生参与演算，提高学生的参与度，更好的理解学习内容，另一方面参与到演算中来，体会科学进步的历程！
4.电子的发现：
师：判断出阴极射线微粒的电性，测出微粒的荷质比，这还并未敲开原子的大门。后来汤姆生还进行了一系列的探究，不断论证，汤姆生才完全确认了电子的存在！再后来密立根精确地测出了电子的电量，再根据荷质比计算出电子的质量。从此，科学家们打开了原子的大门，开始了对原子内部结构的探索！
设计意图：介绍汤姆生反复不断论证最终确认电子存在的过程，让学生体会科学探索需要尽量思考完备，获得充分的证据。
5.小结：科学的进步需要打破常规，大胆猜想，反复验证！感谢科学家们的积极探索，才有我们今天科技进步，多姿多彩的文明社会！
设计意图：通过对汤姆生发现电子的探索过程的学习，体会科学探索的艰辛，严谨。正是因为科学家们的不懈奋斗，才有我们今天科技进步，多姿多彩的文明社会！感恩科学家们的无私奉献。
6.当堂反馈：
①关于阴极射线的本质，说法正确的是：
A. 阴极射线的本质是氢原子
B. 阴极射线的本质是电磁波
C. 阴极射线的本质是电子
D. 阴极射线的本质是X射线
答案：C
②如图所示，是密立根测量电子电量实验的示意图，油滴从喷雾器喷出后，落到两平行板间，油滴由于摩擦而带电，调节两极板间的电压，可使油滴悬浮，通过显微镜观察到某个半径为r=1.6x10-4cm的油滴恰好静止在电场中，此时两金属板间匀强电场的电场强度为E=1.9x105N/C。已知油的密度为ρ=0.85x103kg/m3.求该油滴所带的电荷量是元电荷的多少倍？（取g=10m/s2）
答案：油滴静止：mg=qE
m=ρv=ρπr3
由上式可得：q=1.54x10-19C
则：油滴所带电荷量和元电荷的比值 n=≈5
设计意图：进一步认识密立根的油滴实验，明白最小电荷量为e=1.9x10-19C的来源。巩固任何带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。
八.作业设置
1.课本P66第8题。
2.思考：还有哪些测定荷质比的方法。
九.板书构想
3.1敲开原子的大门
一.探索阴极射线
1.发现者——普吕克尔
2.本质：带负电的物质微粒。
3.荷质比：=
二．电子的发现
密立根油滴实验