電子的發(fā)現(xiàn) 全省一等獎(jiǎng)

第一節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)物理選修3-5第十八章原子的結(jié)構(gòu)引言：物質(zhì)結(jié)構(gòu)的早期探究我國(guó)西周時(shí)期的五行說(shuō)：金、木、水、火、土大千世界（宇宙）是由什么構(gòu)成的？

古希臘的亞里士多德認(rèn)為：萬(wàn)物的本質(zhì)是土、水、火、空氣4種“元素”，天體則由第五種元素———以太構(gòu)成

古希臘學(xué)者德謨克利特等人認(rèn)為宇宙間存在一種或多種微小的實(shí)體，這個(gè)實(shí)體叫做“原子”，原子密不可分，這些原子在虛空中運(yùn)動(dòng)，并可按照不同的方式重新結(jié)合或分散。

我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的思想家墨子認(rèn)為物體是由不可分割的最小單元——“端”構(gòu)成

1661年，玻意耳以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)建立科學(xué)的元素論，認(rèn)為只有那些不能用化學(xué)方法再分解的簡(jiǎn)單物質(zhì)才是元素，各種元素存在著不同的原子。19世紀(jì)初，道爾頓提出原子論。1811年，阿伏伽德羅提出了分子假說(shuō)，指出分子可以由多個(gè)相同的原子組成。

宏觀物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)決定于分子，分子則由原子構(gòu)成，原子是構(gòu)成物質(zhì)的不可分再分的最小顆粒原子真的不可再分了嗎？

19世紀(jì)末，在對(duì)氣體放電現(xiàn)象的研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了電子。從而得出：原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的。演示實(shí)驗(yàn)

1858年德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾較早發(fā)現(xiàn)了氣體導(dǎo)電時(shí)的輝光放電現(xiàn)象。

1876年德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦認(rèn)為管壁上的熒光是由于玻璃受到的陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，并把這種未知射線稱之為陰極射線。一、陰極射線

19世紀(jì)末，在對(duì)氣體放電現(xiàn)象的研究中，科學(xué)家發(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。

早在1858年，德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾利用低壓氣體放電管研究氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)一種奇特的現(xiàn)象。1876年德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦研究后命名為陰極射線一、陰極射線的發(fā)現(xiàn)1、陰極射線管是從有名的蓋斯勒管發(fā)展起來(lái)的。

2、陰極射線管有兩個(gè)電極：陰極與陽(yáng)極。

3、管內(nèi)被抽成了接近真空狀態(tài)，當(dāng)向兩極與感應(yīng)線圈連接加上高壓電時(shí)，兩極之間形成強(qiáng)大的電場(chǎng)，可以加速電子，然后陰極就可以向陽(yáng)極發(fā)射陰極射線了。

4、陰極射線打在管內(nèi)稀薄空氣上可以發(fā)出神奇的光現(xiàn)象，這就是無(wú)聲的電放射。實(shí)驗(yàn)介紹代表人物，赫茲。認(rèn)為這種射線的本質(zhì)是一種電磁波的傳播過(guò)程。電磁波說(shuō)

代表人物，湯姆孫。認(rèn)為這種射線的本質(zhì)是一種高速粒子流。粒子說(shuō)

那么，陰極射線的本質(zhì)是什么？電子的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了怎樣的曲折歷程？陰極射線的本質(zhì)思考與討論：

1.怎么設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究陰極射線是否帶電？

2.根據(jù)帶電粒子在電、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，哪些方法可以判斷運(yùn)動(dòng)的帶電粒子所帶電荷的正負(fù)號(hào)？一種認(rèn)為陰極射線是電磁輻射？一種認(rèn)為陰極射線是帶電微粒？

英國(guó)物理學(xué)家J.J.湯姆孫自1890年起開始研究，對(duì)陰極射線進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。他認(rèn)為陰極射線是帶電粒子流。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證二、電子的發(fā)現(xiàn)

英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：閱讀教材47頁(yè)最后一段到48頁(yè)最后一段：回答1、認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的作用，分析陰極射線的運(yùn)動(dòng)情況。實(shí)驗(yàn)裝置（1）K、A部分產(chǎn)生陰極射線（2）A、B只讓水平運(yùn)動(dòng)的陰極射線通過(guò)（3）D1、D2之間加電場(chǎng)或磁場(chǎng)檢測(cè)陰極射線是否帶電和帶電性質(zhì)（4）熒光屏顯示陰極射線到達(dá)的位置，對(duì)陰極射線的偏轉(zhuǎn)做定量的測(cè)定K

在真空度高的放電管中，陰極射線中的粒子主要來(lái)自陰極。對(duì)于真空度不高的放電管來(lái)說(shuō)，粒子還可能來(lái)自管中的氣體。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——比荷q/m，是一個(gè)重要的物理量。根據(jù)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受力的情況，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。1.當(dāng)金屬板D1、D2之間未加電場(chǎng)時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，射在屏上P1點(diǎn)。施加電場(chǎng)E之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏上P2處。由此可以推斷陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷？湯姆孫的氣體放電管的示意圖思考與討論：負(fù)電2.如果要抵消陰極射線的偏轉(zhuǎn)，使它從P2點(diǎn)回到P1，需要在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個(gè)大小、方向合適的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的方向是？

寫出此時(shí)每個(gè)陰極射線微粒（質(zhì)量為m，速度為v）受到的洛侖茲力和電場(chǎng)力。你能求出陰極射線的速度v的表達(dá)式嗎？湯姆孫的氣體放電管的示意圖F=eEf=evB垂直于紙面向外eE=evB3.由于金屬板D1、D2間的距離是已知的，兩板間的電壓是可測(cè)量的，所以兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E也是已知量。磁感應(yīng)強(qiáng)度B可以由電流的大小算出，同樣按已知量處理。湯姆孫的氣體放電管的示意圖4.如果去掉D1、D2間的電場(chǎng)E，只保留磁場(chǎng)B，磁場(chǎng)方向與射線運(yùn)動(dòng)方向垂直。陰極射線在有磁場(chǎng)的區(qū)域?qū)?huì)形成一個(gè)半徑為r的圓弧(r可以通過(guò)P3的位置算出)湯姆孫的氣體放電管的示意圖實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1897年，湯姆孫得出陰極射線的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流并求出了這種粒子的比荷。

荷質(zhì)比約為氫離子比荷的2000倍。是電荷比氫離子大？還是質(zhì)量比氫離子?。?/p>

湯姆孫猜測(cè)：這可能表示陰極射線粒子電荷量的大小與一個(gè)氫離子一樣，而質(zhì)量比氫離子小得多。

后來(lái)湯姆孫測(cè)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(dāng)初的猜測(cè)是正確的。后來(lái)陰極射線的粒子被稱為電子。實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析

當(dāng)湯姆孫在測(cè)定比荷實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所發(fā)出射線的粒子都有相同的比荷，這表明什么？

這說(shuō)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)的共有成分。

進(jìn)一步拓展研究對(duì)象：用不同的材料做成的陰極做實(shí)驗(yàn)，做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、熱離子發(fā)射效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、β射線（研究對(duì)象普遍化）。

電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。電子

電子的電荷量是多少？由誰(shuí)測(cè)量出的？電子電量的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明了什么？

第一次較為精確測(cè)量出電子電荷量的是美國(guó)物理學(xué)家密立根利用油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的。三、密立根油滴實(shí)驗(yàn)

在19世紀(jì)末年，物理學(xué)有三項(xiàng)重大的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這就是X射線、放射性和電子。

電子的發(fā)現(xiàn)具有更偉大的意義，因?yàn)檫@一事件使人們認(rèn)識(shí)到自然界還有比原子更小的實(shí)物。電子的發(fā)現(xiàn)打開了通向原子物理學(xué)的大門,人們開始研究原子的結(jié)構(gòu)

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湯姆孫被科學(xué)界譽(yù)為“一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”。電子發(fā)現(xiàn)的歷史影響小結(jié)：

1.陰極射線是由電子組成的。電子是原子的組成部分。2.知道電荷是量子化的。3.電子發(fā)現(xiàn)的重大意義。

閱讀P49頁(yè)科學(xué)足跡

在科學(xué)研究中只做實(shí)驗(yàn)是不夠的，

研究并不只是揭露事實(shí)，創(chuàng)造性的發(fā)現(xiàn)需要洞察力。習(xí)題：1．關(guān)于陰極射線的本質(zhì)，下列說(shuō)法正確的是（

）A．陰極射線的本質(zhì)是氫原子

B．陰極射線的本質(zhì)是電磁波C．陰極射線的本質(zhì)是電子

D．陰極射線的本質(zhì)是X射線C基礎(chǔ)鞏固2．關(guān)于陰極射線的性質(zhì)，判斷正確的是(

)A．陰極射線帶負(fù)電B．陰極射線帶正電C．陰極射線的比荷比氫原子比荷大D．陰極射線的比荷比氫原子比荷小解析：通過(guò)讓陰極射線在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)的研究發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電，而且比荷比氫原子的比荷大得多，故A、C正確．答案：AC3.一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方，放一通電直導(dǎo)線AB時(shí)，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏，則()A.導(dǎo)線中的電流由A流向BB.導(dǎo)線中的電流由B流向AC.若要使電子束的徑跡往上偏，可以通過(guò)改變AB中的電流方向來(lái)實(shí)現(xiàn)D.電子束的徑跡與AB中的電流方向無(wú)關(guān)ABBC4.關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn)者，下列說(shuō)法正確的是(

)

A．英國(guó)的湯姆孫

B．德國(guó)的普呂克爾

C．德國(guó)的戈德斯坦

D．美國(guó)的密立根A5、關(guān)于密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”的科學(xué)意義，下列說(shuō)法正確的是()A．測(cè)得了電子的電荷量B．提出了電荷分布的量子化觀點(diǎn)C．為電子質(zhì)量的最終獲得作出了突出貢獻(xiàn)D．為人類進(jìn)一步研究原子的結(jié)構(gòu)提供了一定的理論依據(jù)ABCD6：示波管中電子槍的原理圖如圖。管內(nèi)為真空，A為發(fā)射熱電子的陰極，K為陽(yáng)極，A、K間電壓為U。電子離開陰極是速度可以忽略，電子經(jīng)加速后從K的小孔中射出時(shí)的速度大小為v，下面說(shuō)法正確的是：()A、如果A、K間距離減半，電壓U、不變，則離開時(shí)速率變?yōu)?vB、如果A、K間距離減半，電壓U、不變，則離開時(shí)速率變?yōu)関/2C、如果A、K間距離不變，電壓U減半，則離開時(shí)速率變?yōu)?vD、如果A、K間距離不變，電壓U減半，則離開時(shí)速率變?yōu)?.707vAKUDqU=mv2v=

7.有一電子(電荷量為e)經(jīng)電壓為U0的電場(chǎng)加速后，進(jìn)入兩塊間距為d，電壓為U的平行金屬板間，若電子從兩板正中間垂直電場(chǎng)方向射入，且正好能穿過(guò)電場(chǎng)，求：(1)金屬板AB的長(zhǎng)度;(2)電子穿出電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能。+－ABU0v0+++－－－(1)(2)作業(yè)布置：P50.2，3，4

湯姆生用來(lái)測(cè)定電子的比荷(電子的電荷量與質(zhì)量之比)的實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示．真空管內(nèi)的陰極K發(fā)生的電子(不計(jì)初速、重力和電子間的相互作用)經(jīng)加速電壓加速后，穿過(guò)A′中心的小孔沿中心軸O1O的方向進(jìn)入到兩塊水平正對(duì)放置的平行極板P和P′間的區(qū)域．當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成了一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到O′點(diǎn)(O′與O點(diǎn)的豎直間距為d，水平間距可忽略不計(jì))．此時(shí)，在P和P′間的區(qū)域，再加上一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)．已知極板水平方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L(zhǎng)2(如下圖所示)．(1)求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大?。?2)推導(dǎo)出電子的比荷的表達(dá)式．解析：(1)當(dāng)電子受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，亮點(diǎn)重新回到中心O點(diǎn)，設(shè)電子的速度為v，則evB＝eE，得：v＝，即v＝.

(2)當(dāng)極板間僅有偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，電子以速度v進(jìn)入后，豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為a＝.電子在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1＝.這樣，電子在電場(chǎng)中，豎直向上偏轉(zhuǎn)的距離為：d1＝