-电子的发现

1、第一节第一节3.1 3.1 电子的发现电子的发现物理选修物理选修3-5 3-5 第十八章第十八章 原子的结构原子的结构1 1、物质结构的早期探究、物质结构的早期探究我国西周时期的我国西周时期的五行说五行说：金、木、水、火、土：金、木、水、火、土大千世界（宇宙）是由什么构成的？大千世界（宇宙）是由什么构成的？ 古希腊的亚里士多德古希腊的亚里士多德认为：万物的本质是土、认为：万物的本质是土、水、火、空气水、火、空气4 4种种“元素元素”，天体则由第五种元天体则由第五种元素素以太构成以太构成 古希腊学者古希腊学者德谟克利特德谟克利特等人认为宇宙间存在一等人认为宇宙间存在一种或多种微小的实体，这个实体

2、叫做种或多种微小的实体，这个实体叫做“原子原子”，原子密不可分，这些原子在虚空中运动，并可按原子密不可分，这些原子在虚空中运动，并可按照不同的方式重新结合或分散。照不同的方式重新结合或分散。 我国战国时期的思想家我国战国时期的思想家墨子墨子认为物体是由不可认为物体是由不可分割的最小单元分割的最小单元“端端”构成。构成。8 早在早在18581858年，德国物理学家普吕克尔利用年，德国物理学家普吕克尔利用低压气体放电管研究气体放电时发现一种奇特低压气体放电管研究气体放电时发现一种奇特的现象。的现象。 1876 1876年德国物理学家戈德斯坦研究后命名年德国物理学家戈德斯坦研究后命名为为阴极射线。阴

3、极射线。2 2、电子的发现、电子的发现阴极射线是什么呢？阴极射线是什么呢？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”重走科学探索路重走科学探索路 19 19世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家

4、发现了电子。发现了电子。8原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。 早在早在18581858年，德国物理学家普吕克尔利用低压气年，德国物理学家普吕克尔利用低压气体放电管研究气体放电时发现一种奇特的现象。体放电管研究气体放电时发现一种奇特的现象。 1876 1876年德国物理学家戈德斯坦研究后命名为年德国物理学家戈德斯坦研究后命名为阴极阴极射线射线阴极射线阴极射线阴极射线的本质阴极射线的本质一种认为阴极射线像一种认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射射线一样是电磁辐射一种认为阴极射线一种认为阴极射线是带电微粒是带电微粒思考思考1：电磁辐射和带电微粒最大的区别是

5、什么？：电磁辐射和带电微粒最大的区别是什么？思考思考2：根据带电粒子在电磁场中的运动规律，你根据带电粒子在电磁场中的运动规律，你知道哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷知道哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？的正负号？ 英国物理学家英国物理学家J.J.J.J.汤姆孙汤姆孙自自18901890年起开始研究，年起开始研究，对阴极射对阴极射线线进行了一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。进行了一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。实验验证实验验证 在真空度高的放电管中，阴极射线中的粒子主要在真空度高的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴极。对于真空度不高的放电管来说，粒

6、子还可来自阴极。对于真空度不高的放电管来说，粒子还可能来自管中的气体。能来自管中的气体。汤姆孙的气体放电管的示意图汤姆孙的气体放电管的示意图 带电粒子的电荷量与其质量之比带电粒子的电荷量与其质量之比比荷比荷q/m，是一个重要的物理量。根据带电粒子在电场和磁场中是一个重要的物理量。根据带电粒子在电场和磁场中受力的情况，可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。受力的情况，可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。建议你依照下面的提示自己算一算。建议你依照下面的提示自己算一算。 1. 当金属板当金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏转，之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上射在屏上P1点。施加电场点。施加电场E之

7、后，射线发生偏转之后，射线发生偏转并射到屏上并射到屏上P2处。由此可以推断阴极射线带有什处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？么性质的电荷？汤姆孙的气体放电管的示意图汤姆孙的气体放电管的示意图2. 如果要抵消阴极射线的偏转，使它从如果要抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到点回到 P1，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大，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。小、方向合适的磁场。 这个磁场的方向是？这个磁场的方向是？ 写出此时每个阴极射线微粒（质量为写出此时每个阴极射线微粒（质量为m，速度为，速度为 v） 受到的洛仑兹力和电场力。你能求出阴极射线受到的洛仑兹力和电

8、场力。你能求出阴极射线 的速度的速度v的表达式吗？的表达式吗？汤姆孙的气体放电管的示意图汤姆孙的气体放电管的示意图.B速度选择器速度选择器VqEqVB 3.由于金属板由于金属板D、F间的距离是已知的，两板间的间的距离是已知的，两板间的电压是可测量的，所以两板间的电场强度电压是可测量的，所以两板间的电场强度E也是也是已知量已知量E。磁感应强度。磁感应强度B可以由电流的大小算出，可以由电流的大小算出，同样按已知量处理。同样按已知量处理。汤姆孙的气体放电管的示意图汤姆孙的气体放电管的示意图4. 如果去掉如果去掉D1、D2间的电场间的电场E，只保留磁场，只保留磁场B，磁场方向与射线运动方向垂直。阴极射

9、线在有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磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧的圆弧(r可以可以通过通过P3的位置算出的位置算出) 。此时，组成阴极射线的粒。此时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向心力就是子做圆周运动的向心力就是_力。力。汤姆孙的气体放电管的示意图汤姆孙的气体放电管的示意图.B1、带电粒子、带电粒子在磁场中偏转模型在磁场中偏转模型VLdqVBOr2dr MN一个质量为一个质量为m,m,电量为电量为e e的带电粒子的带电粒子, ,以速度以速度v v垂直进垂直进入磁场入磁场B B中中, ,2vmevBr在平行板在平行板MNMN间产生竖直向上的电场间产

10、生竖直向上的电场E,E,在垂直电场向在垂直电场向外的方向上加一磁场外的方向上加一磁场B,B,适当地调节电场和磁场的强适当地调节电场和磁场的强度度, ,可以测出速度大小可以测出速度大小V=V=E/BrBEmq2+ +- -18971897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倍倍实验结论实验结论 1897 1897年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒子年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷。流并求出了这种粒子的比荷。rdBUrBEmq22 当汤姆孙在测定比荷实验时发现，用不同材料的阴极做当汤姆孙在测定比荷实验时发现，用不

11、同材料的阴极做实验，所发出射线的粒子都有相同的比荷，这表明什么？实验，所发出射线的粒子都有相同的比荷，这表明什么？ 这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的质的共有成分共有成分。 荷质比约为质子（氢离子）比荷的荷质比约为质子（氢离子）比荷的20002000倍。倍。是是电荷比质子大？还是质量比质子小？电荷比质子大？还是质量比质子小？ 汤姆孙猜测：这可能表示阴极射线粒子电荷量汤姆孙猜测：这可能表示阴极射线粒子电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。多。 后来汤姆孙测得了这种粒子的电

12、荷量与氢离子后来汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量大致相同，由此可以看出他当初的猜测是电荷量大致相同，由此可以看出他当初的猜测是正确的。后来阴极射线的粒子被称为正确的。后来阴极射线的粒子被称为电子电子. .实验结论分析实验结论分析 进一步拓展研究对象：用不同的材料做成的进一步拓展研究对象：用不同的材料做成的阴极做实验，做光电效应实验、热离子发射效应阴极做实验，做光电效应实验、热离子发射效应实验、实验、射线（研究对象射线（研究对象普遍化普遍化）。）。 电子是原子的组成部分，是比原电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。子更基本的物质单元。电子电子 美国科学家美国科学家密立根密立根

13、又精确地测定了电子的电量：又精确地测定了电子的电量： e=1.6022e=1.602210101919 C C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为：根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为： m=9.1094m=9.109410103131 kg kg1836pemm质子质量与电子质量的比值：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

14、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。汤姆孙直接测量出粒子的电荷，发现粒子汤姆孙直接测量出粒子的电荷，发现粒子的电荷与氢离子的电荷基本相同，说明它的的电荷与氢离子的电荷基本相同，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此，汤姆孙完全确认了电子的存在。至此，汤姆孙完全确认了电子的存在。 电子是第一种

15、被发现的微观粒子，电子是第一种被发现的微观粒子， 电子的发现是电子的发现是1919世纪末的三大著名发现之一世纪末的三大著名发现之一（X X射线和放射现象射线和放射现象）电子的发现具有伟大的意义，因为这一事电子的发现具有伟大的意义，因为这一事件使人们认识到自然界还有比原子更小的实物。件使人们认识到自然界还有比原子更小的实物。电子的发现打开了通向原子物理学的大门电子的发现打开了通向原子物理学的大门,人们人们开始研究原子的结构开始研究原子的结构 . 他被科学界誉为他被科学界誉为“一位最先打开通向基本一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人粒子物理学大门的伟人”Ce19104960217733. 1）

16、（密立根油滴实验密立根油滴实验密立根密立根(美国)RobertA.Millikan1868年1953年 密立根测量出电子的电量密立根测量出电子的电量Ce19106022. 1根据荷质比，可以精确地计算出根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量电子的质量kgm31101094. 9【课堂例题】一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在【课堂例题】一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线管的正下方，放一通电直导线AB时，发现射线径迹向下偏时，发现射线径迹向下偏，则：（，则：（）A导线中的电流由导线中的电流由A流向流向BB导线中的电流由导线中的电流由B流向流向AC若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流中的电流方向来实现方向来实现D电子束的径迹与电子束的径迹与AB中的电流方向无关中的电流方向无关AB习题习题1 1：如图，在两平行板间有平行的均匀电如图，在两平行板间有平行的均匀电场场E E，匀强磁场，匀强磁场