高二物理选修3-5第十八章：18.1 电子的发现

1、18.1 电子的发现1、带电粒子在电场中的偏转模型VqEyYDLEdO电场、磁场知识回顾电场、磁场知识回顾. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B2、速度选择器VqEqVBE世间万物是由原子构成的原子是一种最后的不可分割的物质微粒 德谟克利特Democritus 古希腊哲学家约前460前370 道尔顿英国化学家1766-1844 每种化学元素都有它对应的原子原子是最微小的不可分割的实心球体 很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。这种认识一直统治了人类思想近两千年。直到19世纪末，科学家对实验

2、中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。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。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。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阴极发出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阴极射线。电磁波说：代表人物，赫兹。代表人物，赫兹。本质是一种本质是一种电磁波电磁波的传播过程。的传播过程。粒子说：代表人物，汤姆生。认为这种代

3、表人物，汤姆生。认为这种射线的本质是一种射线的本质是一种高速粒子流高速粒子流。汤姆生汤姆生一、阴极射线阴极射线的本质的两种观点：阴极射线阴极射线 Cathode rayCathode rayJ.J J.J 汤姆孙汤姆孙J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 19401940英国英国赫兹赫兹 H.Rudolf Hertz H.Rudolf Hertz 1857 1857 18941894德国德国 认为阴极射线是一种认为阴极射线是一种“电磁波电磁波”认为阴极射线是一种认为阴极射线是一种“高速粒子流高速粒子流”我看到的是：我看到的是：1、它在电场中不偏转，因此不带电、它在电场

4、中不偏转，因此不带电2、它能穿透薄铝片、它能穿透薄铝片 粒子是做不到的粒子是做不到的 但波可以但波可以! 让我们一起来好好想想让我们一起来好好想想重走科学探索路重走科学探索路二、电子的发现 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。 实验装置如图所示， 汤姆孙的气体放电管的示意图k kA AB BD2D2P2P2p1p1p3p3D D1 1（1）K、A部分产生阴极射线（2）A、B只让水平运动的阴极射线通过（3）D1、D2之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和带电性质（4）荧光屏显示阴极射线到达的位置，对阴极射线的偏转做定量的测定1、当金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏 转，射在屏上P

5、1点。 施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。负电荷由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？确定电性确定电性2、如果要抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到 P1，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大小、方向合适的磁场。这个磁场的方向是？写出此时每个阴极射线微粒（质量为m，速度为 v）受到的洛仑兹力和电场力。你能求出阴极射线 的速度v的表达式吗？垂直纸面向外BEv 0进一步做实验：确定荷质比进一步做实验：确定荷质比3、由于金属板D、F间的距离（d）是已知的，两板间的电压U是可测量的，所以两板间的电场强度E也是已知量E= 。磁感应强度B可以由电流的大小算出，同样按已知量处理。E=U/d4

6、、如果去掉D1、D2间的电场E，只保留磁场B，磁场方向与射线运动方向垂直。阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧(r可以通过P3的位置算出) 。此时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向心力就是_ _力。洛伦兹力rBEmq218971897年得到实验结果：年得到实验结果： 荷质比约为质子的荷质比约为质子的20002000倍倍有关阴极射线有关阴极射线实验总结实验总结带负电且带负电且粒子的比荷为：，且电荷量与氢离子相同质量是最轻的原子近 1/2000 阴极射线是由比最小的原子还小的多的带负电荷的微粒构成的rdBUrBEmq22正离子的轰击紫外线照射放射性物质阴极射线光电流射线金属受热热离子流

7、发现电子之后，汤姆孙又进一步研究了许多新现象： 由此可见，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。 美国科学家密立根又精确地测定了电子的电量： e=1.60221019 C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为： m=9.10941031 kg1836pemm质子质量与电子质量的比值：J.J J.J 汤姆孙汤姆孙( (英国英国) )1857 1857 19401940 1889 1889年年4 4月月3030日，日，J.J.J.J.汤姆孙正式宣汤姆孙正式宣布发现电子布发现电子; ; 电子的发现，结束了关于阴极射线本电子的发现，结束了关于阴极射线本质的争论质的争论; ; 从此，人类意识到，原子并不是组成从此，人类意识到，原子并不是组成物质的最小单位，探索原子结构的序幕物质的最小单位，探索原子结构的序幕由此拉开由此拉开 由于由于J.J.J.J.汤姆生的杰出贡献，汤姆生的杰出贡献，19061906年年他获得诺贝尔物理学奖。他获得诺贝尔物理学奖。 电子的发现有什么意义？ 电子是人类发现的第一个比原子小的粒子，电子的发现打破了原子不可再分的传统观念，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构。 因此他被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人” 电子的发现使人们认识到原子不是组成物