第一节 电子的发现

1、第一节第一节 电子的发现电子的发现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 19世纪是电磁学大发展的时期世纪是电磁学大发展的时期, 到七、八到七、八十年代电气工业开始有了发展十年代电气工业开始有了发展, 其中电气照明其中电气照明也吸引了许多科学家的注意，问题涉及低压气也吸引了许多科学家的注意，问题涉及低压气体放电现象，于是，人们竞相研究与低压气体体放电现象，于是，人们竞相研究与低压气体发电现象有关的问题。发电现象有关的问题。 早在早在185

2、81858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。从体放电管研究气体放电时发现一种奇特的现象。从低压气体放电管阴极发出一种射线。低压气体放电管阴极发出一种射线。 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是什么？阴极射线是什么？J.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.RudolfH.Rudolf Hertz Hertz 1857 1857 18941894德国德国 认为

3、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思考思考1：电磁辐射和带电微粒最大的区：电磁辐射和带电微粒最大的区别是什么？别是什么？思考思考2：如果是带电微粒它带正电还是：如果是带电微粒它带正电还是负点？负点？根据带电粒子在电磁场中的运动根据带电粒子在电磁场中的运动规律，用什么方法来判断带电粒子所

4、带规律，用什么方法来判断带电粒子所带电荷？电荷？电磁波不带电，且速度比带电粒子大的多电磁波不带电，且速度比带电粒子大的多电磁波没有质量，带电粒子有质量电磁波没有质量，带电粒子有质量 英国物理学家英国物理学家J.J.J.J.汤姆孙自汤姆孙自18901890年起开始研究，对年起开始研究，对阴极射线进行了一系列的实验研究。认为是带电粒子流。阴极射线进行了一系列的实验研究。认为是带电粒子流。实验验证实验验证v1. 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

5、。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带负电带负电 电子的发现电子的发现如何测出组成阴极射线粒子的比荷？如何测出组成阴极射线粒子的比荷？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、方小、方向合适的磁场。向合适的磁场。这个磁场的方向这个磁场的方向B是垂直纸面向外还是垂直纸面向外还是向内？是向内？如果阴极射线微粒的质量为如果阴极射线微粒的质量为m速度为速度为v，那么每个

6、阴，那么每个阴极射线微粒受到的洛仑兹力和电场力都为多少？两极射线微粒受到的洛仑兹力和电场力都为多少？两力间应该有什么关系？力间应该有什么关系？向外向外 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B速度选择器速度选择器VqEqVBEEqqvB BEv 3. 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

7、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。洛伦兹洛伦兹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BVLdqVBOrqBmvr BEv rBEmq2又因为又因为可求得，比荷为可求得，比荷为 18971897年，汤姆孙得出阴极射线的本质年，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是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷。荷。 当汤姆孙在测定比荷实验时发现，用当汤姆孙在测定比荷实验时发现，用不同材料的阴极做实验，所发出射线的不同材

8、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？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子，它是构成各种物质的共有成分共有成分。实验结果实验结果：荷质比约为质子的：荷质比约为质子的20002000倍倍 进一步分析进一步分析实验结果：是电荷比实验结果：是电荷比质子大？还是质量比质子小？质子大？还是质量比质子小？ 汤姆孙猜测：这可能表示阴极射汤姆孙猜测：这可能表示阴极射线粒子线粒子电荷量电荷量的大小与一个氢离子的大小与一个氢离子一样一样，而，而质量质量比氢离子比氢离子小得多小得多。 后来汤姆孙测得了后来汤姆

9、孙测得了这种粒子的电荷这种粒子的电荷量与氢离子电荷量大致相同量与氢离子电荷量大致相同，由此可，由此可以看出他当初的猜测是正确的。后来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阴极射线的粒子被称为电子电子 19101910年，美国科学家年，美国科学家密立根密立根又通过著又通过著名的油滴实验，精确地测定了电子的电量：名的油滴实验，精确地测定了电子的电量： e=1.602e=1.6021 17733773310101919 C C 根据荷质比，可以精确地计算出电子根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为：的质量为： m=9.109m=9.1093 389789710103131 kg kg

10、1836pemm质子质量与电子质量的比值：质子质量与电子质量的比值：密立根油滴实验的原理如图所示，两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接，使A板带正电，B板带负电。从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中。有关阴极射线有关阴极射线实验总结实验总结带负电，且电荷量与氢离子相同带负电，且电荷量与氢离子相同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正离子的轰击正离子的轰击紫外线照射紫外线照射放射性物质放射性物质阴极射线阴极射线光电流光电流射线射线金属受热金属受热热离子流热离子流 电子是

11、原子电子是原子的组成部分，的组成部分，是比原子更基本是比原子更基本的物质单元。的物质单元。阴极射线是什么？阴极射线是什么？J.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.RudolfH.Rudolf Hertz 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”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!带负电，且电荷量与质子相同带负电，且电荷量与质子相同速度远小于电磁波传播速度速度远小于电磁波传播速度质量是最轻的原子质量是最轻的原子 1/2000 左右左右WIN 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 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!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.汤姆孙正式汤姆孙正式宣布发现电子宣布发现电