-電子的發(fā)現(xiàn)

1、第一節(jié)第一節(jié)3.1 3.1 電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)物理選修物理選修3-5 3-5 第十八章第十八章 原子的結(jié)構(gòu)原子的結(jié)構(gòu)1 1、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的早期探究、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的早期探究我國西周時期的我國西周時期的五行說五行說：金、木、水、火、土：金、木、水、火、土大千世界（宇宙）是由什么構(gòu)成的？大千世界（宇宙）是由什么構(gòu)成的？ 古希臘的亞里士多德古希臘的亞里士多德認為：萬物的本質(zhì)是土、認為：萬物的本質(zhì)是土、水、火、空氣水、火、空氣4 4種種“元素元素”，天體則由第五種元天體則由第五種元素素以太構(gòu)成以太構(gòu)成 古希臘學者古希臘學者德謨克利特德謨克利特等人認為宇宙間存在一等人認為宇宙間存在一種或多種微小的實體，這個實體

2、叫做種或多種微小的實體，這個實體叫做“原子原子”，原子密不可分，這些原子在虛空中運動，并可按原子密不可分，這些原子在虛空中運動，并可按照不同的方式重新結(jié)合或分散。照不同的方式重新結(jié)合或分散。 我國戰(zhàn)國時期的思想家我國戰(zhàn)國時期的思想家墨子墨子認為物體是由不可認為物體是由不可分割的最小單元分割的最小單元“端端”構(gòu)成。構(gòu)成。8 早在早在18581858年，德國物理學家普呂克爾利用年，德國物理學家普呂克爾利用低壓氣體放電管研究氣體放電時發(fā)現(xiàn)一種奇特低壓氣體放電管研究氣體放電時發(fā)現(xiàn)一種奇特的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 1876 1876年德國物理學家戈德斯坦研究后命名年德國物理學家戈德斯坦研究后命名為為陰極射線。陰

3、極射線。2 2、電子的發(fā)現(xiàn)、電子的發(fā)現(xiàn)陰極射線是什么呢？陰極射線是什么呢？陰極射線陰極射線 Cathode rayCathode rayJ.J J.J 湯姆孫湯姆孫J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 19401940英國英國赫茲赫茲 H.Rudolf Hertz H.Rudolf Hertz 1857 1857 18941894德國德國 認為陰極射線是一種認為陰極射線是一種“電磁波電磁波”認為陰極射線是一種認為陰極射線是一種“高速粒子流高速粒子流”重走科學探索路重走科學探索路 19 19世紀末，在對氣體放電現(xiàn)象的研究中，科學家世紀末，在對氣體放電現(xiàn)象的研究中，科學家

4、發(fā)現(xiàn)了電子。發(fā)現(xiàn)了電子。8原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的。原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的。 早在早在18581858年，德國物理學家普呂克爾利用低壓氣年，德國物理學家普呂克爾利用低壓氣體放電管研究氣體放電時發(fā)現(xiàn)一種奇特的現(xiàn)象。體放電管研究氣體放電時發(fā)現(xiàn)一種奇特的現(xiàn)象。 1876 1876年德國物理學家戈德斯坦研究后命名為年德國物理學家戈德斯坦研究后命名為陰極陰極射線射線陰極射線陰極射線陰極射線的本質(zhì)陰極射線的本質(zhì)一種認為陰極射線像一種認為陰極射線像X射線一樣是電磁輻射射線一樣是電磁輻射一種認為陰極射線一種認為陰極射線是帶電微粒是帶電微粒思考思考1：電磁輻射和帶電微粒最大的區(qū)別是

5、什么？：電磁輻射和帶電微粒最大的區(qū)別是什么？思考思考2：根據(jù)帶電粒子在電磁場中的運動規(guī)律，你根據(jù)帶電粒子在電磁場中的運動規(guī)律，你知道哪些方法可以判斷運動的帶電粒子所帶電荷知道哪些方法可以判斷運動的帶電粒子所帶電荷的正負號？的正負號？ 英國物理學家英國物理學家J.J.J.J.湯姆孫湯姆孫自自18901890年起開始研究，年起開始研究，對陰極射對陰極射線線進行了一系列的實驗研究。他認為陰極射線是帶電粒子流。進行了一系列的實驗研究。他認為陰極射線是帶電粒子流。實驗驗證實驗驗證 在真空度高的放電管中，陰極射線中的粒子主要在真空度高的放電管中，陰極射線中的粒子主要來自陰極。對于真空度不高的放電管來說，粒

6、子還可來自陰極。對于真空度不高的放電管來說，粒子還可能來自管中的氣體。能來自管中的氣體。湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖 帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量之比帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量之比比荷比荷q/m，是一個重要的物理量。根據(jù)帶電粒子在電場和磁場中是一個重要的物理量。根據(jù)帶電粒子在電場和磁場中受力的情況，可以得出組成陰極射線的微粒的比荷。受力的情況，可以得出組成陰極射線的微粒的比荷。建議你依照下面的提示自己算一算。建議你依照下面的提示自己算一算。 1. 當金屬板當金屬板D1、D2之間未加電場時，射線不偏轉(zhuǎn)，之間未加電場時，射線不偏轉(zhuǎn)，射在屏上射在屏上P1點。施加電場點。施加電場E之

7、后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏上并射到屏上P2處。由此可以推斷陰極射線帶有什處。由此可以推斷陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷？么性質(zhì)的電荷？湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖2. 如果要抵消陰極射線的偏轉(zhuǎn)，使它從如果要抵消陰極射線的偏轉(zhuǎn)，使它從P2點回到點回到 P1，需要在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個大，需要在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個大 小、方向合適的磁場。小、方向合適的磁場。 這個磁場的方向是？這個磁場的方向是？ 寫出此時每個陰極射線微粒（質(zhì)量為寫出此時每個陰極射線微粒（質(zhì)量為m，速度為，速度為 v） 受到的洛侖茲力和電場力。你能求出陰極射線受到的洛侖茲力和電

8、場力。你能求出陰極射線 的速度的速度v的表達式嗎？的表達式嗎？湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖.B速度選擇器速度選擇器VqEqVB 3.由于金屬板由于金屬板D、F間的距離是已知的，兩板間的間的距離是已知的，兩板間的電壓是可測量的，所以兩板間的電場強度電壓是可測量的，所以兩板間的電場強度E也是也是已知量已知量E。磁感應強度。磁感應強度B可以由電流的大小算出，可以由電流的大小算出，同樣按已知量處理。同樣按已知量處理。湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖4. 如果去掉如果去掉D1、D2間的電場間的電場E，只保留磁場，只保留磁場B，磁場方向與射線運動方向垂直。陰極射

9、線在有磁場方向與射線運動方向垂直。陰極射線在有磁場的區(qū)域?qū)纬梢粋€半徑為磁場的區(qū)域?qū)纬梢粋€半徑為r的圓弧的圓弧(r可以可以通過通過P3的位置算出的位置算出) 。此時，組成陰極射線的粒。此時，組成陰極射線的粒子做圓周運動的向心力就是子做圓周運動的向心力就是_力。力。湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖.B1、帶電粒子、帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)模型在磁場中偏轉(zhuǎn)模型VLdqVBOr2dr MN一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為m,m,電量為電量為e e的帶電粒子的帶電粒子, ,以速度以速度v v垂直進垂直進入磁場入磁場B B中中, ,2vmevBr在平行板在平行板MNMN間產(chǎn)生豎直向上的電場間產(chǎn)

10、生豎直向上的電場E,E,在垂直電場向在垂直電場向外的方向上加一磁場外的方向上加一磁場B,B,適當?shù)卣{(diào)節(jié)電場和磁場的強適當?shù)卣{(diào)節(jié)電場和磁場的強度度, ,可以測出速度大小可以測出速度大小V=V=E/BrBEmq2+ +- -18971897年得到實驗結(jié)果：年得到實驗結(jié)果： 荷質(zhì)比約為質(zhì)子的荷質(zhì)比約為質(zhì)子的20002000倍倍實驗結(jié)論實驗結(jié)論 1897 1897年，湯姆孫得出陰極射線的本質(zhì)是帶負電的粒子年，湯姆孫得出陰極射線的本質(zhì)是帶負電的粒子流并求出了這種粒子的比荷。流并求出了這種粒子的比荷。rdBUrBEmq22 當湯姆孫在測定比荷實驗時發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做當湯姆孫在測定比荷實驗時發(fā)現(xiàn)，用不

11、同材料的陰極做實驗，所發(fā)出射線的粒子都有相同的比荷，這表明什么？實驗，所發(fā)出射線的粒子都有相同的比荷，這表明什么？ 這說明不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是構(gòu)成各種物這說明不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是構(gòu)成各種物質(zhì)的質(zhì)的共有成分共有成分。 荷質(zhì)比約為質(zhì)子（氫離子）比荷的荷質(zhì)比約為質(zhì)子（氫離子）比荷的20002000倍。倍。是是電荷比質(zhì)子大？還是質(zhì)量比質(zhì)子??？電荷比質(zhì)子大？還是質(zhì)量比質(zhì)子小？ 湯姆孫猜測：這可能表示陰極射線粒子電荷量湯姆孫猜測：這可能表示陰極射線粒子電荷量的大小與一個氫離子一樣，而質(zhì)量比氫離子小得的大小與一個氫離子一樣，而質(zhì)量比氫離子小得多。多。 后來湯姆孫測得了這種粒子的電

12、荷量與氫離子后來湯姆孫測得了這種粒子的電荷量與氫離子電荷量大致相同，由此可以看出他當初的猜測是電荷量大致相同，由此可以看出他當初的猜測是正確的。后來陰極射線的粒子被稱為正確的。后來陰極射線的粒子被稱為電子電子. .實驗結(jié)論分析實驗結(jié)論分析 進一步拓展研究對象：用不同的材料做成的進一步拓展研究對象：用不同的材料做成的陰極做實驗，做光電效應實驗、熱離子發(fā)射效應陰極做實驗，做光電效應實驗、熱離子發(fā)射效應實驗、實驗、射線（研究對象射線（研究對象普遍化普遍化）。）。 電子是原子的組成部分，是比原電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。子更基本的物質(zhì)單元。電子電子 美國科學家美國科學家密立根密立根

13、又精確地測定了電子的電量：又精確地測定了電子的電量： e=1.6022e=1.602210101919 C C 根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計算出電子的質(zhì)量為：根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計算出電子的質(zhì)量為： m=9.1094m=9.109410103131 kg kg1836pemm質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值：質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值：J.J J.J 湯姆孫湯姆孫( (英國英國) )1857 1857 19401940 1889 1889年年4 4月月3030日，日，J.J.J.J.湯姆孫正式宣湯姆孫正式宣布發(fā)現(xiàn)電子布發(fā)現(xiàn)電子; ; 電子的發(fā)現(xiàn)，結(jié)束了關(guān)于陰極射線本電子的發(fā)現(xiàn)，結(jié)束了關(guān)于陰極射線本質(zhì)的爭論

14、質(zhì)的爭論; ; 從此，人類意識到，原子并不是組成從此，人類意識到，原子并不是組成物質(zhì)的最小單位，探索原子結(jié)構(gòu)的序幕物質(zhì)的最小單位，探索原子結(jié)構(gòu)的序幕由此拉開由此拉開 由于由于J.J.J.J.湯姆生的杰出貢獻，湯姆生的杰出貢獻，19061906年年他獲得諾貝爾物理學獎。他獲得諾貝爾物理學獎。湯姆孫直接測量出粒子的電荷，發(fā)現(xiàn)粒子湯姆孫直接測量出粒子的電荷，發(fā)現(xiàn)粒子的電荷與氫離子的電荷基本相同，說明它的的電荷與氫離子的電荷基本相同，說明它的質(zhì)量比任何一種分子和原子的質(zhì)量都小得多，質(zhì)量比任何一種分子和原子的質(zhì)量都小得多，至此，湯姆孫完全確認了電子的存在。至此，湯姆孫完全確認了電子的存在。 電子是第一種

15、被發(fā)現(xiàn)的微觀粒子，電子是第一種被發(fā)現(xiàn)的微觀粒子， 電子的發(fā)現(xiàn)是電子的發(fā)現(xiàn)是1919世紀末的三大著名發(fā)現(xiàn)之一世紀末的三大著名發(fā)現(xiàn)之一（X X射線和放射現(xiàn)象射線和放射現(xiàn)象）電子的發(fā)現(xiàn)具有偉大的意義，因為這一事電子的發(fā)現(xiàn)具有偉大的意義，因為這一事件使人們認識到自然界還有比原子更小的實物。件使人們認識到自然界還有比原子更小的實物。電子的發(fā)現(xiàn)打開了通向原子物理學的大門電子的發(fā)現(xiàn)打開了通向原子物理學的大門,人們?nèi)藗冮_始研究原子的結(jié)構(gòu)開始研究原子的結(jié)構(gòu) . 他被科學界譽為他被科學界譽為“一位最先打開通向基本一位最先打開通向基本粒子物理學大門的偉人粒子物理學大門的偉人”Ce19104960217733. 1）

16、（密立根油滴實驗密立根油滴實驗密立根密立根(美國)RobertA.Millikan1868年1953年 密立根測量出電子的電量密立根測量出電子的電量Ce19106022. 1根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計算出根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計算出電子的質(zhì)量電子的質(zhì)量kgm31101094. 9【課堂例題】一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在【課堂例題】一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方，放一通電直導線管的正下方，放一通電直導線AB時，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏時，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏，則：（，則：（）A導線中的電流由導線中的電流由A流向流向BB導線中的電流由導線中的電流由B流向流向AC若要使電子束的徑跡往上偏，可以通過改變?nèi)粢闺娮邮膹桔E往上偏，可以通過改變AB中的電流中的電流方向來實現(xiàn)方向來實現(xiàn)D電子束的徑跡與電子束的徑跡與AB中的電流方向無關(guān)中的電流方向無關(guān)AB習題習題1 1：如圖，在兩平行板間有平行的均勻電如圖，在兩平行板間有平行的均勻電場場E E，勻強磁場，勻強磁場