人教版高中物理选修3-5　第18　章第1节　电子的发现ppt课件

1、阴极射线阴极射线 Cathode ray Cathode rayJ.J J.J 汤姆孙汤姆孙J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 1940 1940英国英国赫兹赫兹 H.Rudolf Hertz H.Rudolf Hertz 1857 1857 1894 1894德国德国 以为阴极射线是一种以为阴极射线是一种“电磁波电磁波以为阴极射线是一种以为阴极射线是一种“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!别急，别急别急，别急:

2、 让我们一同来好好想想让我们一同来好好想想8仪器引见仪器引见阴极射线阴极射线1 1、玻璃管，内装极其稀薄的气体。、玻璃管，内装极其稀薄的气体。2 2、电极，接上高压电源的负极的、电极，接上高压电源的负极的一端称一端称“阴极，另一端那么称为阴极，另一端那么称为“阳极或对阴极阳极或对阴极3 3、演示、演示: : 接通高压电源后，从阴接通高压电源后，从阴极会射出一种射线，撞在荧光板上极会射出一种射线，撞在荧光板上发光，出现一条光带发光，出现一条光带这种射线最早是这种射线最早是18581858年由年由德国物理学家普吕克尔德国物理学家普吕克尔 J. J. Plucker Plucker 发现的，发现的，

3、18761876年年另一位物理学家戈德斯坦另一位物理学家戈德斯坦E.Goldstein E.Goldstein 命名其为命名其为 “阴极射线阴极射线对阴极射线的本质存在着泾渭清楚的对阴极射线的本质存在着泾渭清楚的两种观念：一种是以德国物理学家两种观念：一种是以德国物理学家 赫兹赫兹 为代表，以为阴极射线是一种为代表，以为阴极射线是一种 “电磁波电磁波另一种是以英国的另一种是以英国的 汤姆孙为代表，汤姆孙为代表，以为阴极射线是一种以为阴极射线是一种“高速粒子流高速粒子流经过实验验证阴极射线本质：是从阴极射出的高速粒子流。经过实验验证阴极射线本质：是从阴极射出的高速粒子流。问题问题1 1：阴极射线

4、带电吗？：阴极射线带电吗？P3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B在两极板在两极板D1D2D1D2间加电场，察间加电场，察看射线的偏转情况。假设电看射线的偏转情况。假设电场方向由场方向由D1D1指向指向D2D2，射线向，射线向上偏，射线带电吗？带什么上偏，射线带电吗？带什么电电? ?在两极板在两极板D1D2D1D2间加匀强磁场，间加匀强磁场，察看射线的偏转情况。假设察看射线的偏转情况。假设磁场方向如图，射线向上偏，磁场方向如图，射线向上偏，射线带电吗？带什么电射线带电吗？带什么电? ?D1D2D1D2间无电场、磁场时，沿直间无电场、

5、磁场时，沿直线射向线射向P1P1点点结论：阴极射线的本质是：从阴极发射的高速运动的电子流结论：阴极射线的本质是：从阴极发射的高速运动的电子流左左手手定定则则q qv vB B大大小小、方方向向。及及= =洛洛伦伦兹兹力力f fd dq qU U= =E Eq q= =场场中中的的受受力力。电电场场力力F F复复习习：电电荷荷在在电电场场、磁磁例例1.1.如下图，一只阴极射线管，左侧不断有射线射出，假设在管如下图，一只阴极射线管，左侧不断有射线射出，假设在管的正下方放一通电直导线的正下方放一通电直导线ABAB时，发现射线径迹下偏，那么时，发现射线径迹下偏，那么( () )A A导线中的电流由导线

6、中的电流由A A流向流向B. B. B B导线中的电流由导线中的电流由B B流向流向A A。C C假设要使电子束的径迹往上偏，假设要使电子束的径迹往上偏，可以经过改动可以经过改动ABAB中的电流方向来实现中的电流方向来实现D D电子束的径迹与电子束的径迹与ABAB中中的电流方向无关的电流方向无关课堂互动讲练课堂互动讲练阴极射线的性质阴极射线的性质A A. .A AB B中中的的电电流流B B3 3. .由由安安培培定定则则可可判判断断向向里里。可可知知所所处处磁磁场场垂垂直直纸纸面面，由由左左手手定定则则子子流流，受受洛洛伦伦兹兹力力向向下下2 2. .阴阴极极射射线线是是高高速速电电围围产产

7、生生磁磁场场分分析析：1 1. .通通电电导导线线周周 2.2.如下图，在阴极射线管正上方平行放一根通有强电流的长如下图，在阴极射线管正上方平行放一根通有强电流的长直导线，那么阴极射线将直导线，那么阴极射线将( () )A A向纸内偏转向纸内偏转 B B向纸外偏转向纸外偏转C C向下偏转向下偏转 D D向上偏转向上偏转分析：分析：1.1.安培定那么：导线下方的磁场如图安培定那么：导线下方的磁场如图2.2.左手定那么：阴极射线受洛伦兹力向上。左手定那么：阴极射线受洛伦兹力向上。.欲使阴极射线欲使阴极射线沿沿Z Z轴负方向轴负方向偏，应怎样？偏，应怎样？1.1.加磁场：加磁场：磁场方向沿磁场方向沿

8、y y轴正方向轴正方向2.2.加电场：加电场：电场方向沿电场方向沿Z Z轴正方向轴正方向. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B B速度选择器速度选择器VqEqEqVBqVBE E 化化的的模模型型。请请大大家家注注意意观观察察我我们们简简, 场场中中偏偏转转的的半半径径rr办办法法得得到到带带电电粒粒子子在在磁磁了了，接接下下来来，我我们们要要想想这这样样，我我们们把把VV求求出出来来EE/BB=qqEE，则则可可以以得得到到vv=可可以以让让qqvvBB33、调调节节EE和和BB合合适适，（再再次次复复习习左左手手定定则则）

9、 ?的的洛洛伦伦兹兹力力向向哪哪个个方方向向的的磁磁场场，带带电电粒粒子子受受到到加加一一个个垂垂直直黑黑板板面面向向外外22、我我们们再再在在这这个个空空间间，动动画画）力力与与电电场场强强度度方方向向相相反反（向向下下，因因为为负负电电荷荷受受 ？这这个个电电场场力力向向哪哪个个方方向向线线粒粒子子会会受受到到电电场场力力，这这时时，飞飞过过来来的的阴阴极极射射会会形形成成一一个个向向上上的的电电场场下下板板带带正正电电，那那么么，就就压压后后，使使上上板板带带负负电电，属属板板，假假如如我我们们加加上上电电路路上上，平平行行放放置置一一对对金金11、在在阴阴极极射射线线行行进进的的介介绍

10、绍工工作作原原理理D DC CBdBdU UB BE Ev vd dqUqUqEqEqvBqvB工作原理：工作原理：B BE Ev vq qE E则则q qv vB B使使得得电电子子沿沿直直线线运运动动。、B B合合适适场场E E和和磁磁场场B B，调调节节E E在在金金属属板板C CD D加加正正交交电电入入磁磁场场的的速速度度利利用用速速度度选选择择器器求求解解进进问题问题2 2：阴极射线中带电粒子的比荷？：阴极射线中带电粒子的比荷？了了就就可可以以测测得得粒粒子子的的比比荷荷 和和偏偏转转的的半半径径r r只只要要得得到到粒粒子子的的速速度度V V的的B B由由外外界界提提供供，是是已

11、已知知B Br rv vm mq q : :则则比比荷荷的的表表达达式式r rv vm m= =q qv vB B 因因此此有有洛洛伦伦兹兹力力提提供供向向心心力力，粒粒子子会会做做匀匀速速圆圆周周运运动动与与速速度度方方向向垂垂直直，所所以以洛洛伦伦兹兹力力始始终终会会受受到到洛洛伦伦兹兹力力，由由于于带带电电粒粒子子在在匀匀强强磁磁场场中中况况带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中的的情情分分析析路路是是置置于于电电场场中中。置置于于磁磁场场中中，另另一一条条思思两两条条思思路路，一一条条思思路路是是2 22 2、带电粒子在电场中的偏转模型、带电粒子在电场中的偏转模型 VqEyYDL EdOy2

12、v vv vtantan at,at,v v, ,atat2 21 1y yvt,vt,L L, ,m mqEqE平抛运动a平抛运动a2.在偏转电场中，类2.在偏转电场中，类mvmv2 21 1能定理qU能定理qU1.在加速电场中，动1.在加速电场中，动y yy y2 22 2）t ta an n2 2L L( (D Dy y或或Y Yy yY Y, ,v vD Dv vt tv vy y2 2y y2 2y y2 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B1 1、带电粒子、带电粒子在磁场

13、中偏转模型在磁场中偏转模型VL LqVBO OrL LB BEsinEsinBrBrv vm mq qr rv vm mqvBqvB, ,sinsinL Lr r由几何知识得由几何知识得2 22 2倍倍约约为为氢氢离离子子的的2 20 00 00 0m mq q电电子子的的Ce19104960217733. 1）（密立根油滴实验密立根油滴实验密立根密立根 (美国美国)Robert A.Millikan1868年年1953年年密立根油滴实验测出了电子的电量密立根油滴实验测出了电子的电量密立根油滴实验的原理图密立根油滴实验的原理图Ce19106022. 1kgm31101094. 9Ce19106

14、022. 11.电子的电量：电子的电量：e=1.6x10-19C 是最小的根本电荷，称为元电荷。是最小的根本电荷，称为元电荷。2.发现：电荷是量子化的，任何电荷所带的电量都是发现：电荷是量子化的，任何电荷所带的电量都是e的整数倍。的整数倍。密立根油滴实验的原理图密立根油滴实验的原理图kgm31101094. 93.根据比荷确定了电子的质量：根据比荷确定了电子的质量：有关阴极射线有关阴极射线实验总结实验总结带负电，且电荷量与氢离子一样带负电，且电荷量与氢离子一样质量是最轻的原子近质量是最轻的原子近 1/2000 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这种粒子，大家称

15、之为这种粒子，大家称之为“电子。电子。1.测出了电子的电量。测出了电子的电量。2.证明了原子是可再分的。原子不是最小的粒子。证明了原子是可再分的。原子不是最小的粒子。3.证明电子是一种粒子，是构成物质的根本单元。证明电子是一种粒子，是构成物质的根本单元。丈量带电粒子的比荷丈量带电粒子的比荷例例2.2.在汤姆孙丈量阴极射线比荷的实验中，采用了如下在汤姆孙丈量阴极射线比荷的实验中，采用了如下图的阴极射线管，从图的阴极射线管，从C C出来的阴极射线经过出来的阴极射线经过A A、B B间的电间的电场加速后，程度射入长度为场加速后，程度射入长度为L L的的D D、G G平行板间，接着在平行板间，接着在荧

16、光屏荧光屏F F中心出现荧光斑假设在中心出现荧光斑假设在D D、G G间加上方向向下，间加上方向向下，场强为场强为E E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；假设再利的匀强电场，阴极射线将向上偏转；假设再利用通电线圈在用通电线圈在D D、G G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为为B B的匀强磁场的匀强磁场( (图中未画图中未画) )，荧光斑恰好回到荧光屏中，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为，试处理以下问题：试处理以下问题：(1)(1)阐明阴极射线的电性；阐明阴极射线的电性； (2)(2)

17、阐明图中磁场沿什么方向；阐明图中磁场沿什么方向；(3)(3)根据根据L L、E E、B B和和，求出阴极射线的比荷，求出阴极射线的比荷(1)(1)阐明阴极射线的电性阐明阴极射线的电性分析：射线向上偏，电场力向上，分析：射线向上偏，电场力向上，与电场线方向反，那么射线带负与电场线方向反，那么射线带负电。电。(2)(2)阐明图中磁场沿什么方向阐明图中磁场沿什么方向分析：再加上磁场，射线回到原位，那么洛伦兹力向下，由左分析：再加上磁场，射线回到原位，那么洛伦兹力向下，由左手定那么，磁场垂直纸面向里。手定那么，磁场垂直纸面向里。(3)(3)根据根据L L、E E、B B和和，求出阴极射线的比荷，求出阴

18、极射线的比荷L LB BE Es si in nm mq q解解以以上上各各式式：r rs si in n又又L L , ,r rv vm mq qv vB B速速圆圆周周运运动动2 2. .只只有有磁磁场场时时，做做匀匀q qv vB B做做匀匀直直运运动动q qE E共共存存时时，分分析析：1 1. .磁磁场场、电电场场2 22 22 22 22 22 2a aB B8 8U Um mq q解解以以上上各各式式：a a2 21 1r r , ,r rv vm mB B2 2. .在在偏偏转转磁磁场场：q qv vm mv v2 21 1，动动能能定定理理：q qU U解解析析：1 1. .

19、在在加加速速电电场场例例3.3.电子所带电量的准确数值最早是由美国物理学家密立根经过电子所带电量的准确数值最早是由美国物理学家密立根经过油滴实验测得的他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电油滴实验测得的他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电量都等于某个最小电量的整数倍这个最小电量就是电子所带的量都等于某个最小电量的整数倍这个最小电量就是电子所带的电量密立根实验的原理如下图，电量密立根实验的原理如下图，A A、B B是两块平行放置的程度金是两块平行放置的程度金属板，属板，A A板带正电，板带正电，B B板带负电从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到板带负电从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A A、B B两板

20、之间的电场中小油滴由于摩擦而带负电，调理两板之间的电场中小油滴由于摩擦而带负电，调理A A、B B两板间两板间的电压，可使小油滴遭到的电场力和重力平衡知小油滴静止处的电压，可使小油滴遭到的电场力和重力平衡知小油滴静止处的电场强度是的电场强度是1.921.92105 N/C105 N/C，油滴半径是，油滴半径是1.641.6410104 cm4 cm，油的，油的密度是密度是0.851 g/cm30.851 g/cm3，求油滴所带的电量，这个电量是电子电量的，求油滴所带的电量，这个电量是电子电量的多少倍？多少倍？电荷量的量子化电荷量的量子化5 5= =e eq q= =则则n nn ne e= =

21、：q q解解析析：由由电电荷荷的的量量子子化化量量的的多多少少倍倍？2 2. .这这个个电电量量是是电电子子电电1 19 9c c- -8 8. .0 02 2x x1 10 0= =解解得得：q q q qE E, ,= =m mg g衡衡电电荷荷受受重重力力和和电电场场力力平平3 3r r4 4 = =v v = =解解析析：m m1 1. .油油滴滴所所带带的的电电量量3 31 1。在研讨性学习中，某同窗设计了一个测定带电粒子比荷的实。在研讨性学习中，某同窗设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验安装如下图验，其实验安装如下图abcdabcd是一个长方形盒子，在是一个长方形盒子，在adad边和边和cdcd边上各开有小孔边上各开有小孔f f和和e e，e e是是cdcd边上的中点，荧光屏边上的中点，荧光屏M M贴着贴着cdcd放置，放置，能显示从能显示从e e孔射出的粒子落点位置盒子内有一方向垂直于孔射出的粒子落点位置盒子内有一方向垂直于abcdabcd平面的匀强磁场，磁感应强度大小为平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B.B.粒子源不断地发射一样粒子源不断地发射一样的带电粒子，粒子的初速度可以忽略粒子经过电压为的带电粒子，粒子的初速度可以忽略粒子经过电压为U U的电场的电场加速后，从加速后，从f f孔垂直于孔垂直于a