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1、电子的发现(2)本讲稿第一页，共十八页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？本讲稿第二页，共十八页第一节第一节 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本讲稿第三页，共十八页 19 19世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家发现世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家发现了电子。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体年，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。

2、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阴极射线线阴极射线阴极射线本讲稿第四页，共十八页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，你知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的正负道哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负

3、号？号？本讲稿第五页，共十八页 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。实验验证实验验证本讲稿第六页，共十八页 在真空度高的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴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，粒子还可能来自管中的极。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。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

4、电荷量与其质量之比比荷比荷q/m，是一个，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。建议你依照下面的提示自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。己算一算。本讲稿第七页，共十八页1.当金属板当金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏转，射之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上在屏上P1点。施加电场点。施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏之后，射线发生偏转并射到屏上上P2处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？汤姆孙的气体放

5、电管的示意图汤姆孙的气体放电管的示意图本讲稿第八页，共十八页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 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本讲稿第九页，共十八页3.由于金

6、属板由于金属板D、F间的距离是已知的，两板间的电压间的距离是已知的，两板间的电压是可测量的，所以两板间的电场强度是可测量的，所以两板间的电场强度E也是已知量也是已知量E=?。磁感应强度磁感应强度B可以由电流的大小算出，同样按已知量可以由电流的大小算出，同样按已知量处理。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本讲稿第十页，共十八页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，磁场方向与射线运动方向垂直。阴极射线在有磁场的区域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将会形成一个半径为r的圆弧的圆弧(r可以通过可以通过P

7、3的位置算的位置算出出)。此时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向心。此时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向心力就是力就是_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本讲稿第十一页，共十八页实验结论实验结论 1897 1897年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒子流年，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。并求出了这种粒子的比荷。当汤姆孙在测定比荷实验时发现，用不同材料的阴极做实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，这表明什么？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

8、带电粒子，它是构成各种物质的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共有共有成分成分。本讲稿第十二页，共十八页 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。是电荷倍。是电荷比质子大？还是质量比质子小？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的大小与汤姆孙猜测：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。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正确荷量大致相同，由此可以

9、看出他当初的猜测是正确的。后来阴极射线的粒子被称为的。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本讲稿第十三页，共十八页 进一步拓展研究对象：用不同的材料做成的阴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、热离子发射效应实验、极做实验，做光电效应实验、热离子发射效应实验、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=1.602210 e=1.6022101919

10、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=9.109410 m=9.1094103131 kg kg质子质量与电子质量的比值：质子质量与电子质量的比值：本讲稿第十四页，共十八页回顾：回顾：公元前公元前5世纪，希腊哲学家世纪，希腊哲学家德谟克利特德谟克利特等人等人认为认为：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。即原子。19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体,物质物质由原子组成由原

11、子组成,原子不能被创造原子不能被创造,也不能被毁灭也不能被毁灭,在化学变在化学变化中化中原子不可分割原子不可分割,他们的性质在化学反应中保持不他们的性质在化学反应中保持不变。变。本讲稿第十五页，共十八页电子的发现具有伟大的意义，因为这一事件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。电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子的发现打开了通向原子物理学的大门,人们开人们开始研究原子的结构始研究原子的结构.他被科学界誉为他被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人物理学大门的伟人”本讲稿第十

12、六页，共十八页习题习题1 1：如图，在两平行板间有平行的均匀电场如图，在两平行板间有平行的均匀电场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，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是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轴垂轴垂直纸面向外，一束速度直纸面向外，一束速度、荷质比相同的粒子沿荷质比相同的粒子沿OOOO方方向从向从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？O OO OM

13、MN N思考与研讨思考与研讨本讲稿第十七页，共十八页习题习题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为发射热为发射热电子的阴极，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，电子经加速后从电子离开阴极是速度可以忽略，电子经加速后从K K的小孔中射的小孔中射出时的速度大小为出时的速度大小为v v，下面说法正确的是：，下面说法正确的是：()()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，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v/2 v/2 C C、如果、如果A A、K K间距离不变，电压间距离不变，电压U U减半，则离开时速率变为减半，则离开时速率变为2v 2v D D、如果、如果A A、K K间距离不变，电压间距离不变，电压U U减半，则离开时速率变为减半，则离开时速率变为0.707v0.707vA AK KU U本讲稿第十八页，共十八页