人教版高中物理 18.1 电子的发现课件 新人教选修35.ppt

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1、2021/8/9 星期一12021/8/9 星期一22021/8/9 星期一32021/8/9 星期一42021/8/9 星期一52021/8/9 星期一62021/8/9 星期一72021/8/9 星期一82021/8/9 星期一92021/8/9 星期一10一、对阴极射线的理解一、对阴极射线的理解2021/8/9 星期一111.阴极射线的含义阴极射线的含义顾名思义，阴极射线是阴极放射出来的射线顾名思义，阴极射线是阴极放射出来的射线.经验证它实际上经验证它实际上就是电子流就是电子流.当金属阴极受热温度变得很高时，电子热运动加当金属阴极受热温度变得很高时，电子热运动加剧，电子热运动能量足够大时

2、可以在金属表面逸出，形成电剧，电子热运动能量足够大时可以在金属表面逸出，形成电子流子流.2021/8/9 星期一122.阴极射线带电性质的判断方法阴极射线带电性质的判断方法(1)粒子在电场中运动如图所示粒子在电场中运动如图所示.带带电粒子在电场中运动，受电场力作电粒子在电场中运动，受电场力作用运动方向发生改变用运动方向发生改变(粒子质量忽粒子质量忽略不计略不计).带电粒子在不受其他力作用时，若沿电场线方向偏转，带电粒子在不受其他力作用时，若沿电场线方向偏转，则粒子带正电则粒子带正电;若逆着电场线方向偏转，则粒子带负电若逆着电场线方向偏转，则粒子带负电.2021/8/9 星期一13(2)粒子在磁

3、场中运动，如图所示粒子在磁场中运动，如图所示.粒子粒子将受到洛伦兹力作用将受到洛伦兹力作用F=qvB，速度方向，速度方向始终与洛伦兹力方向垂直，利用左手定始终与洛伦兹力方向垂直，利用左手定则即可判断粒子的电性则即可判断粒子的电性.不考虑其他力的作用不考虑其他力的作用,如果粒子按图示如果粒子按图示方向进入磁场，且做顺时针的圆周运动，则粒子带正电；若方向进入磁场，且做顺时针的圆周运动，则粒子带正电；若做逆时针的圆周运动，则粒子带负电做逆时针的圆周运动，则粒子带负电.2021/8/9 星期一14 (1)(1)阴极射线不能误认为是阴极射线不能误认为是X X射线射线.(2)(2)当阴极射线穿过电场或磁场

4、区域时，其重力远小于电场力当阴极射线穿过电场或磁场区域时，其重力远小于电场力或洛伦兹力，因此一般不考虑其重力或洛伦兹力，因此一般不考虑其重力.2021/8/9 星期一15【典例典例1】阴极射线从阴极射线管中阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示速飞向阳极，如图所示.若要使射线向上偏转，所加磁场的方若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为向应为()A.平行于纸面向下平行于纸面向下 B.平行于纸面向上平行于纸面向上C.垂直于纸面向外垂直于纸面向外 D.垂直于纸面向里垂直于纸面向里2021/8/9 星期一16【解题指导解题指导】【标准解答

5、标准解答】选选C.C.由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右传播，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左方向向右传播，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸的电流，利用左手定则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C C正正确确.2021/8/9 星期一17二、带电粒子比荷的测定二、带电粒子比荷的测定2021/8/9 星期一21带电粒子比荷的测定方法带电粒子比荷的测定方法1.让粒子通过正交的电磁场让粒子通过正

6、交的电磁场(如图如图)，让其做直线运动，根据二力平衡，让其做直线运动，根据二力平衡，即即F洛洛=F电电(Bqv=qE)得到粒子的运动得到粒子的运动速度速度2.在其他条件不变的情况下，撤去电场在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图如图)，保留磁场让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦保留磁场让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即根据轨迹偏转情兹力提供向心力即根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径况，由几何知识求出其半径r.3.由以上两式确定粒子的比荷表达式：最后经定量由以上两式确定粒子的比荷表达式：最后经定量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子.202

7、1/8/9 星期一22【典例典例2】在研究性学习中，某同学设计了一在研究性学习中，某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如图个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如图所示所示.abcd是个长方形盒子，在是个长方形盒子，在ad边和边和cd边上边上各开有小孔各开有小孔f和和e,e是是cd边上的中点，荧光屏边上的中点，荧光屏M贴着贴着cd放置，能显示从放置，能显示从e孔射出的粒子落点位孔射出的粒子落点位置置.盒子内有一方向垂直于盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强磁场，磁感应强度平面的匀强磁场，磁感应强度大小为大小为B.粒子源不断地发射相同的带电粒子，粒子的初速度可粒子源不断地发射相同的

8、带电粒子，粒子的初速度可以忽略以忽略.粒子经过电压为粒子经过电压为U的电场加速后，从的电场加速后，从f孔垂直于孔垂直于ad边射边射入盒内入盒内.粒子经磁场偏转后恰好从粒子经磁场偏转后恰好从e孔射出孔射出.若已知不计若已知不计粒子的重力和粒子之间的相互作用粒子的重力和粒子之间的相互作用.请你根据上述条件求请你根据上述条件求出带电粒子的比荷出带电粒子的比荷2021/8/9 星期一23【解题指导解题指导】审题时应重点关注以下两点：审题时应重点关注以下两点：(1)(1)粒子源释放的带电粒子进入加速电场时的初速度可以忽略粒子源释放的带电粒子进入加速电场时的初速度可以忽略不计，即初动能为零不计，即初动能为

9、零.(2)(2)注意几何关系并且要分析圆心的位置注意几何关系并且要分析圆心的位置.2021/8/9 星期一24【标准解答标准解答】带电粒子进入电场，经电场加速带电粒子进入电场，经电场加速.根据动能定理根据动能定理得粒子进入磁场后做匀速圆周运动，得粒子进入磁场后做匀速圆周运动，轨迹如图所示轨迹如图所示.设圆周半径为设圆周半径为R R，在三角形，在三角形OdeOde中，中，有有洛伦兹力充当向心力：洛伦兹力充当向心力：联立上述方程，解得联立上述方程，解得2021/8/9 星期一25【规律方法规律方法】测比荷的方法测比荷的方法测量带电粒子的比荷，常见的测量方法有两种：测量带电粒子的比荷，常见的测量方法

10、有两种：(1)(1)利用磁偏转测比荷，由只需知道磁利用磁偏转测比荷，由只需知道磁感应强度感应强度B B、带电粒子的初速度、带电粒子的初速度v v和偏转半径和偏转半径R R即可即可.(2)(2)利用电偏转测比荷，偏转量利用电偏转测比荷，偏转量所以在偏转电场所以在偏转电场U U、d d、L L已知时，只需测量已知时，只需测量v v和和y y即可即可.2021/8/9 星期一26【典例典例】一束电子流在经一束电子流在经U=5 000 V的加速电压加速后，在距两极板等距的加速电压加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示图所示.若两板间距若两板间距d=

11、1.0 cm，板长，板长l=5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两极板上最多能，那么，要使电子能从平行板间飞出，两极板上最多能加多大电压？加多大电压？2021/8/9 星期一29【解题指导解题指导】解答本题应明确以下三点解答本题应明确以下三点:(1)(1)电子在加速电场中，可由动能定理求出粒子进入偏转电场电子在加速电场中，可由动能定理求出粒子进入偏转电场的初速度的初速度.(2)(2)电子在偏转电场中做类平抛运动，即水平方向上做匀速运电子在偏转电场中做类平抛运动，即水平方向上做匀速运动，竖直方向做匀加速运动动，竖直方向做匀加速运动.(3)(3)粒子恰好能飞出极板与恰不能飞出极板是一临界

12、状态，由粒子恰好能飞出极板与恰不能飞出极板是一临界状态，由临界状态来确定极值临界状态来确定极值.2021/8/9 星期一30【标准解答标准解答】在加速电压一定时，偏转电压在加速电压一定时，偏转电压UU越大，电子在越大，电子在极板间的偏转距离就越大极板间的偏转距离就越大.当偏转电压大到使电子刚好擦着极当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出时，此时的偏转电压即为题目要求的最大电压板的边缘飞出时，此时的偏转电压即为题目要求的最大电压.加速过程，由动能定理得加速过程，由动能定理得 进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速运动：进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速运动：l=v0t.l=v

13、0t.2021/8/9 星期一31在垂直于板面的方向上做匀加速运动，加速度在垂直于板面的方向上做匀加速运动，加速度 偏距偏距 能飞出的条件为能飞出的条件为y y 解解式得式得即要使电子能飞出，所加电压最大为即要使电子能飞出，所加电压最大为400 V.400 V.答案：答案：400 V400 V2021/8/9 星期一32一、选择题一、选择题1.关于阴极射线的性质，下列说法正确的是关于阴极射线的性质，下列说法正确的是()A.阴极射线带负电阴极射线带负电B.阴极射线带正电阴极射线带正电C.阴极射线中的负电粒子的比荷与氢离子的基本相同阴极射线中的负电粒子的比荷与氢离子的基本相同D.阴极射线中的负电粒

14、子的带电荷量与氢离子的基本相同阴极射线中的负电粒子的带电荷量与氢离子的基本相同【解析解析】选选A、D.阴极射线是电子流，故带负电，阴极射线是电子流，故带负电，A对对B错错.电电子与氢离子的带电荷量相同，但质量不同，故子与氢离子的带电荷量相同，但质量不同，故C错错D对对.2021/8/9 星期一332.(2020无锡高二检测无锡高二检测)关于空气导电性能，下列说法正确的是关于空气导电性能，下列说法正确的是()A.空气导电，是空气分子中有的带正电，有的带负电，在强空气导电，是空气分子中有的带正电，有的带负电，在强电场作用下向相反方向运动的结果电场作用下向相反方向运动的结果B.空气能够导电，是空气分

15、子在射线或强电场作用下电离的空气能够导电，是空气分子在射线或强电场作用下电离的结果结果C.空气密度越大，导电性能越好空气密度越大，导电性能越好D.空气密度变得越稀薄，越容易发出辉光空气密度变得越稀薄，越容易发出辉光2021/8/9 星期一34【解析解析】选选B B、D.D.空气是由多种气体组成的混合气体，在正常空气是由多种气体组成的混合气体，在正常情况下，气体分子不带电情况下，气体分子不带电(显中性显中性)，是较好的绝缘体，是较好的绝缘体.但在射但在射线、受热及强电场作用下，空气分子被电离才具有导电功能，线、受热及强电场作用下，空气分子被电离才具有导电功能，且空气密度较大时，电离的自由电荷很容

16、易与其他空气分子且空气密度较大时，电离的自由电荷很容易与其他空气分子碰撞，正、负电荷又重新复合，难以形成稳定的放电电流，碰撞，正、负电荷又重新复合，难以形成稳定的放电电流，而电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导电性能更好，综上而电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导电性能更好，综上所述，正确选项为所述，正确选项为B B、D D项项.2021/8/9 星期一353.1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子并被称为年英国物理学家汤姆孙发现了电子并被称为“电子之电子之父父”，下列关于电子的说法正确的是，下列关于电子的说法正确的是()A.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射汤姆孙通过阴极射线在电

17、场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷B.汤姆孙通过光电效应的研究，发现了电子汤姆孙通过光电效应的研究，发现了电子C.电子质量是质子质量的电子质量是质子质量的1 836倍倍D.汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线做研究，并研究汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线做研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元基本的物质单元2021/8/9 星期一36【解析解析】选选A A、D.1897D.1897年汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中

18、年汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定阴极射线本质上是带负电的电子流，并求出的偏转情况断定阴极射线本质上是带负电的电子流，并求出了比荷，从而发现了电子，故了比荷，从而发现了电子，故A A对，对，B B错；电子质量是质子质错；电子质量是质子质量的量的 故故C C错；汤姆孙通过对不同材料做阴极研究阴极错；汤姆孙通过对不同材料做阴极研究阴极射线时均为同一种相同粒子射线时均为同一种相同粒子电子，这就说明电子是构成电子，这就说明电子是构成物质的基本单元，而对光电效应等现象的研究更加验证了这物质的基本单元，而对光电效应等现象的研究更加验证了这一点，故一点，故D D对对.2021/8/9 星期一3

19、74.如图是电子射线管示意图如图是电子射线管示意图,接通电源后接通电源后,电子射线由阴极沿电子射线由阴极沿x轴轴正方向射出正方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线要使荧光屏上的亮线向下向下(z轴负方向轴负方向)偏转偏转,在下列措施中可采用的是在下列措施中可采用的是()2021/8/9 星期一38A.加一磁场加一磁场,磁场方向沿磁场方向沿z轴负方向轴负方向B.加一磁场加一磁场,磁场方向沿磁场方向沿y轴正方向轴正方向C.加一电场加一电场,电场方向沿电场方向沿z轴负方向轴负方向D.加一电场加一电场,电场方向沿电场方向沿y轴正方向轴正方向【解析解析】选选B.由于

20、电子沿由于电子沿x轴正方向运动轴正方向运动,若使电子射线向下偏若使电子射线向下偏转转,所受洛伦兹力应向下所受洛伦兹力应向下,由左手定则可知磁场方向应沿由左手定则可知磁场方向应沿y轴正轴正方向方向;若加电场使电子射线向下偏转若加电场使电子射线向下偏转,所受电场力方向应向下所受电场力方向应向下,则所加电场方向应沿则所加电场方向应沿z轴正方向轴正方向,由此可知由此可知B正确正确.2021/8/9 星期一395.(2020温州高二检测温州高二检测)向荧光屏上看去，电子向我们飞来，在向荧光屏上看去，电子向我们飞来，在偏转线圈中通以如图所示的电流，电子的偏转方向偏转线圈中通以如图所示的电流，电子的偏转方向

21、为为()A.向上向上 B.向下向下 C.向左向左 D.向右向右2021/8/9 星期一40【解析解析】选选A.A.根据安培定则，环形磁铁右侧为根据安培定则，环形磁铁右侧为N N极、左侧为极、左侧为S S极，在环内产生水平向左的匀强磁场，利用左手定则可知，极，在环内产生水平向左的匀强磁场，利用左手定则可知，电子向上偏转，选项电子向上偏转，选项A A正确正确.2021/8/9 星期一416.关于电子的发现，下列叙述中正确的是关于电子的发现，下列叙述中正确的是()A.电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的B.电子的发现，说明原子具有一定的结构电子的发现，

22、说明原子具有一定的结构C.电子是第一种被人类发现的微观粒子电子是第一种被人类发现的微观粒子D.电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象【解析解析】选选B、C、D.发现电子之前，人们认为原子是不可再发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确正确.2021/8/9 星期一427.下列是某实

23、验小组测得的一组电荷量，哪些是符合事实下列是某实验小组测得的一组电荷量，哪些是符合事实的的()A.+310-19C B.+4.810-19 CC.-3.210-26C D.-4.810-19 C【解析解析】选选B、D.电荷是量子化的，任何带电体所带电荷量只电荷是量子化的，任何带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍能是元电荷的整数倍.1.610-19 C是目前为止自然界中最小的是目前为止自然界中最小的电荷量，故电荷量，故B、D正确正确.2021/8/9 星期一438.如图所示，从正离子源发射的正离子经加速电压如图所示，从正离子源发射的正离子经加速电压U加速后进入加速后进入相互垂直的匀强电场相互垂直

24、的匀强电场E和匀强磁场和匀强磁场B中，发现离子向上偏转，要中，发现离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过电磁场，则下列说法正确的是使此离子沿直线穿过电磁场，则下列说法正确的是()A.增大电场强度增大电场强度E，减小磁感应强度，减小磁感应强度BB.减小加速电压减小加速电压U，增大电场强度，增大电场强度EC.适当地加大加速电压适当地加大加速电压UD.适当地减小电场强度适当地减小电场强度E2021/8/9 星期一44【解析解析】选选C C、D.D.正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，受到的电场力区域中，受到的电场力F=qEF=qE，方向向上，受到的洛伦兹力

25、，方向向上，受到的洛伦兹力F F洛洛=qvB=qvB，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，即要使离子沿直线运动，即qE=qvBqE=qvB，则只有使洛伦兹力增大或，则只有使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U U或增大磁或增大磁感应强度感应强度B B，减小电场力的途径是减小电场强度，减小电场力的途径是减小电场强度E.E.选项选项C C、D D正正确确.2021/8/9 星期一45二、非选择题二、非选择题9.汤姆孙汤姆孙1897年用阴极射线管测量了年用阴

26、极射线管测量了电子的比荷电子的比荷(电子电荷量与质量之比电子电荷量与质量之比)，其实验原理如图所示其实验原理如图所示.电子流平行于电子流平行于极板射入，极板极板射入，极板P、P间同时存在匀间同时存在匀强电场强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场和垂直纸面向里的匀强磁场B时，电子流不会发生偏时，电子流不会发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B时，电子流穿出时，电子流穿出平行板电容器时的偏向角平行板电容器时的偏向角 已知极板长已知极板长L=3.010-2m,电场强度大小为电场强度大小为E=1.5104 V/m，磁感应强度大小为，磁感应强度大小为B=5.0 1

27、0-4T.求电子比荷求电子比荷.2021/8/9 星期一46【解析解析】无偏转时，洛伦兹力和电场力平衡，则无偏转时，洛伦兹力和电场力平衡，则eE=evBeE=evB只存在磁场时，有只存在磁场时，有 由几何关系由几何关系偏转角很小时，偏转角很小时，联立上述公式并代入数据得电子的比荷联立上述公式并代入数据得电子的比荷答案：答案：1.31011C/kg1.31011C/kg2021/8/9 星期一4710.(挑战能力挑战能力)汤姆孙用来测定电子比荷汤姆孙用来测定电子比荷(电子的电荷量与质量电子的电荷量与质量之比之比)的实验装置如图所示，真空管内的阴极的实验装置如图所示，真空管内的阴极K发出的电子发出

28、的电子(不不计初速、重力和电子间的相互作用计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过经加速电压加速后，穿过AA中心的小孔沿中心轴中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入两块水平正对放置的的方向进入两块水平正对放置的平行极板平行极板P和和P间的区域，当极板间不加偏转电压时，电子束间的区域，当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到后，亮点偏离到O点点(O与与O点的竖直间距为点的竖直间距为d,水平间距可忽略水平间距可忽略不计不计)，此时，在，此时，在P和和P间的区域，再加上一个方向垂直于

29、纸面间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为向里的匀强磁场，调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，这点重新回到时，这点重新回到O点，已知极板水平方向的长度为点，已知极板水平方向的长度为L1,极板极板间距为间距为b,极板右端到荧光屏的距离为极板右端到荧光屏的距离为L2.2021/8/9 星期一48(1)求打在荧光屏求打在荧光屏O点的电子速度的大小点的电子速度的大小.(2)推导出电子比荷的表达式推导出电子比荷的表达式.2021/8/9 星期一49【解析解析】(1)(1)当电子受的电场力与洛伦兹力平衡时，做匀速直当电子受的电场力与洛伦兹力平衡时，做匀

30、速直线运动，亮点回到中心线运动，亮点回到中心O O点点.设电子速度为设电子速度为v,v,则则evB=eE,evB=eE,所以所以 (2)(2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v v进入后，竖直方进入后，竖直方向做匀加速运动，向做匀加速运动，水平方向做匀速运动，在极板间运水平方向做匀速运动，在极板间运动时间动时间 这样电子在竖直方向上偏转距离为这样电子在竖直方向上偏转距离为 离开电场时竖直方向的速度离开电场时竖直方向的速度 电子离开电子离开电场后做匀速运动，经电场后做匀速运动，经t2t2到达荧光屏，到达荧光屏，在在t2t2时间内向时间内向上运动的距离上运动的距

31、离 因此电子偏转距离为因此电子偏转距离为2021/8/9 星期一50答案：答案：(1)(1)(2)(2)2021/8/9 星期一51 【方法技巧方法技巧】物理信息题处理技巧物理信息题处理技巧信息题的特点是起点高、落点低信息题的特点是起点高、落点低.信息给出的形式有文字信息信息给出的形式有文字信息和图表信息和图表信息.文字信息往往被一大堆文字所掩盖，各种有用信文字信息往往被一大堆文字所掩盖，各种有用信息间的关系也不是一眼看穿的；图表信息则更为隐蔽，因此息间的关系也不是一眼看穿的；图表信息则更为隐蔽，因此获取关键信息、有用信息和丢弃干扰信息，找到思维的起点获取关键信息、有用信息和丢弃干扰信息，找到思维的起点很重要很重要.对于较复杂的信息题，可按照以下思路分析：对于较复杂的信息题，可按照以下思路分析：(1)(1)提取物理信息提取物理信息(2)(2)构建物理模型构建物理模型(3)(3)转化为数学问题转化为数学问题(4)(4)还原为物理结论还原为物理结论2021/8/9 星期一52Thank you!Thank you!2021/8/9 星期一532021/8/9 星期一54