人教版高中物理选修（3-5）-202X.1《电子的发现》参考课件2

1、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 科学靠两条腿走路，一是理论，一是科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验。有时一条腿走在前面，有时另一条实验。有时一条腿走在前面，有时另一条腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前进。进。 密立根密立根这美丽的灯光背后蕴含着怎样的物理规律呢？这美丽的灯光背后蕴含着怎样的物理规律呢？第一节第一节 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 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，科学家发现了电子。发现了电子

2、。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射线阴极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什么？：电磁辐射和带电微

3、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，对阴极射线对阴极射线进行了进行了一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。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，粒子还可来自阴极。对于真空

4、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。n1. 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

5、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场力。你能求出阴极射线

6、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n3.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

7、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

8、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物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。是倍。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

9、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，是比原子电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。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.

10、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： 在科学研究中只做实验是不在科学研究中只做实验是不够的，创造性的发现需要深刻的洞够的，创造性的发现需要深刻的洞察力。察力。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B B。MNMN是荧光屏，中心为是荧光屏，中心为O O，OOOO=L=L，在荧光屏上建立一个坐标系，原点

11、是，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是O O，y y轴向上，轴向上，x x轴垂直纸面向外，一束速度轴垂直纸面向外，一束速度、荷质荷质比相同的粒子沿比相同的粒子沿OOOO方向从方向从O O射入，打在射入，打在屏上屏上P P（- - ）点，求：）点，求：（1 1）粒子带何种电荷？）粒子带何种电荷？（2 2）B B的方向？的方向？（3 3）粒子的荷质比？）粒子的荷质比？3,36LLO OO OM MN N思考与研讨思考与研讨习题习题2 2：示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，A A为发射热电子的阴极，为发射热电子的阴极，K K为接在高电势点的加速阳极，为接在高电势点的加速阳极，A A、K K间电压为间电压为U U。电子离开阴极是速度可以忽略，电。电子离开阴极是速度可以忽略，电子经加速后从子经加速后从K K的小孔中射出时的速度大小为的小孔中射出时的速度大小为v v，下面，下面说法正确的是：说法正确的是：( ) ( ) A A、如果、如果A A、K K间距离减半，电压间距离减半，电压U U、不变，则离开时速率变为不变，则离开时速率变为2v 2v B B、如果、如果A A、K K间距离减半，