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第一节电子的发现本讲稿第一页，共二十七页本讲稿第二页，共二十七页本讲稿第三页，共二十七页本讲稿第四页，共二十七页本讲稿第五页，共二十七页阴极射线管阴极射线管（高速运动的电子）（高速运动的电子）本讲稿第六页，共二十七页一、探索阴极射线一、探索阴极射线德国物理学家德国物理学家J.J.普吕克尔在普吕克尔在18581858年利用低压气体放电年利用低压气体放电管研究气体放电现象管研究气体放电现象1.玻璃壁上有淡淡的荧光玻璃壁上有淡淡的荧光2.管中物体在玻璃壁上有影管中物体在玻璃壁上有影实验现象：实验现象：本讲稿第七页，共二十七页 1876 1876 1876 1876年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年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年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年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阴极发出的某种射线的撞击而引起的。所以他把这种未知射线命名阴极发出的某种射线的撞击而引起的。所以他把这种未知射线命名阴极发出的某种射线的撞击而引起的。所以他把这种未知射线命名阴极发出的某种射线的撞击而引起的。所以他把这种未知射线命名为为为为阴极射线阴极射线阴极射线阴极射线阴极射线是什么呢？阴极射线是什么呢？阴极射线是什么呢？阴极射线是什么呢？本讲稿第八页，共二十七页阴极射线阴极射线 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 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”PK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本讲稿第九页，共二十七页二、电子的发现二、电子的发现1 1 1 1、认识实验装置的作用，分析阴极射线的运动情况。、认识实验装置的作用，分析阴极射线的运动情况。、认识实验装置的作用，分析阴极射线的运动情况。、认识实验装置的作用，分析阴极射线的运动情况。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装置实验装置实验装置实验装置（1 1）KK、A A部分产生阴极射线部分产生阴极射线部分产生阴极射线部分产生阴极射线（2 2）A A、B B只让水平运动的阴极射线通过只让水平运动的阴极射线通过只让水平运动的阴极射线通过只让水平运动的阴极射线通过（3 3）D D1、D D2 2之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和带电之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和带电性质性质（4 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）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）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）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的测定的测定的测定k kA AB BD2D2p1p1D D1 1p2p3本讲稿第十页，共二十七页二、电子的发现二、电子的发现二、电子的发现二、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。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，实验装置如图所示，金属板金属板D D1 1D D2 2之间未加电场时射线不偏转，射在屏上的之间未加电场时射线不偏转，射在屏上的P P1 1点，点，按图示方向加电场按图示方向加电场E E之后，射线发生偏转并射到屏上的之后，射线发生偏转并射到屏上的P P2 2点，由此点，由此推断阴极射线带有什么性质的电荷？推断阴极射线带有什么性质的电荷？P2KAByP1P3D1D2思考思考思考思考:+-带负电带负电 本讲稿第十一页，共二十七页问题问题1：我们判断阴极射线是哪种带电粒子流？：我们判断阴极射线是哪种带电粒子流？2.2.思考与讨论思考与讨论问题问题2：如何求比荷？：如何求比荷？负电本讲稿第十二页，共二十七页 为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域应采为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域应采取什么措施？取什么措施？P2KAByP1P3D1D2思考思考思考思考:在平行板区域加一磁场且磁场方向必须垂直纸面在平行板区域加一磁场且磁场方向必须垂直纸面向外，当满足条件向外，当满足条件 时，则阴极射线不发生偏时，则阴极射线不发生偏转，则：转，则：本讲稿第十三页，共二十七页 法一法一、若撤去磁场、若撤去磁场,带电粒子由带电粒子由P P1 1点偏离到点偏离到P P2 2，P P2 2到到P P1 1竖直距离为竖直距离为y y,屏幕到金属板屏幕到金属板D D1 1、D D2 2右端的距离为右端的距离为D D，你能算出阴极射线的比荷吗？，你能算出阴极射线的比荷吗？求比荷的两方求比荷的两方求比荷的两方求比荷的两方法法法法em萤萤幕幕 LD v0yP2KAByP1P3D1D2本讲稿第十四页，共二十七页emy1y2萤萤幕幕 LD v0y又因为：又因为：且且 化简得：化简得：本讲稿第十五页，共二十七页 法二：利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能法二：利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计算阴极射线的比荷？计算阴极射线的比荷？荧荧光光屏屏 LD v0本讲稿第十六页，共二十七页荧荧光光屏屏 LD v0P2 阴极射线打在屏上的阴极射线打在屏上的P P2 2点，只要测出粒子打到屏上的点，只要测出粒子打到屏上的速度方向（与水平方向的夹角速度方向（与水平方向的夹角）由图可知：）由图可知：本讲稿第十七页，共二十七页 1897 1897 1897 1897年，汤姆孙得出年，汤姆孙得出年，汤姆孙得出年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒子流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。并求出了这种粒子的比荷。这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各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 进一步拓展研究对象：用不同的材料做阴极做实验，光电效进一步拓展研究对象：用不同的材料做阴极做实验，光电效进一步拓展研究对象：用不同的材料做阴极做实验，光电效进一步拓展研究对象：用不同的材料做阴极做实验，光电效应、热离子发射效应、应、热离子发射效应、应、热离子发射效应、应、热离子发射效应、射线（研究对象射线（研究对象射线（研究对象射线（研究对象普遍化普遍化）。）。）。）。本讲稿第十八页，共二十七页实验结论实验结论实验结论实验结论：电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质：电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。单元。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2000200020002000倍。是电荷比质子大？倍。是电荷比质子大？倍。是电荷比质子大？倍。是电荷比质子大？还是质量比质子小？还是质量比质子小？还是质量比质子小？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的大小汤姆孙猜测：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多。与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。后来汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量大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，致相同，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，说明它的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。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。后来阴极射线的粒子被后来阴极射线的粒子被后来阴极射线的粒子被后来阴极射线的粒子被称为称为称为称为电子电子电子电子3、实验结论分析、实验结论分析本讲稿第十九页，共二十七页根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量质子质量与电子质量的比值质子质量与电子质量的比值质子质量与电子质量的比值质子质量与电子质量的比值m m m mp p/m/me e e e=1836=18361910191019101910年美国物理学家密立根利用油滴实验第一次较为精确测年美国物理学家密立根利用油滴实验第一次较为精确测年美国物理学家密立根利用油滴实验第一次较为精确测年美国物理学家密立根利用油滴实验第一次较为精确测量出电子电荷量量出电子电荷量量出电子电荷量量出电子电荷量密立根通过实验还发现，电荷具有量子化的特征。即任何密立根通过实验还发现，电荷具有量子化的特征。即任何电荷只能是电荷只能是e e的整数倍。的整数倍。三、密立根油滴实验三、密立根油滴实验本讲稿第二十页，共二十七页 电子的电荷量是由谁测量出的？电子电量电子的电荷量是由谁测量出的？电子电量的发现说明了什么？的发现说明了什么？阅读与思考阅读与思考阅读与思考阅读与思考:第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家学家密立根密立根利用利用油滴实验油滴实验测量出的。测量出的。密立根的实验表明，电荷密立根的实验表明，电荷具有具有量子化量子化的特征。即任何的特征。即任何带电体的电量只能是带电体的电量只能是e e的的整整数数倍。电子的质量倍。电子的质量m m9.1093897109.109389710-31-31kgkg本讲稿第二十一页，共二十七页 1 1、一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若、一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线在管的正下方，放一通电直导线ABAB时，发现射线径迹时，发现射线径迹向下偏，则：（向下偏，则：（）A A导线中的电流由导线中的电流由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ABAB中中的电流方向来实现。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中的电流方向无关。中的电流方向无关。AB巩固练习巩固练习巩固练习巩固练习:BC本讲稿第二十二页，共二十七页巩固练习巩固练习巩固练习巩固练习:2 2、有一电子（电荷量为、有一电子（电荷量为e e）经电压为）经电压为U U0 0的电场加的电场加速后，进入两块间距为速后，进入两块间距为d d，电压为，电压为U U的平行金属板间，的平行金属板间，若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：过电场，求：（1 1）金属板）金属板ABAB的长度。的长度。（2 2）电子穿出电场时的动能。）电子穿出电场时的动能。ABU0v0+本讲稿第二十三页，共二十七页阴极射线阴极射线 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 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：我看到的是：我看到的是：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!我用实验证明了我用实验证明了我用实验证明了我用实验证明了: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本讲稿第二十四页，共二十七页J.J J.J 汤姆孙汤姆孙(英国英国)1857 1857 1940 1940 1889 1889年年4 4月月3030日，日，J.J.J.J.汤姆孙正式宣布汤姆孙正式宣布发现电子发现电子;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.汤姆孙的杰出贡献，汤姆孙的杰出贡献，19061906年年他获得诺贝尔物理学奖。他获得诺贝尔物理学奖。本讲稿第二十五页，共二十七页【例例1】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】一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线电直导线AB时，发现射线径迹向下偏，则：（时，发现射线径迹向下偏，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ABBC本讲稿第二十六页，共二十七页例例2本讲稿第二十七页，共二十七页