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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。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阴极射线射线一、阴极射线的发现一阴极射线的发现.阴极射线的本质阴极射线的本质思考与讨论：思考与讨论：1.怎么设计实验探究阴极射线是否带电？怎么设计实验探究阴极射线是否带电？2.根据带电粒子在电、磁场中的运动规律，根据带电粒子在电、磁场中的运动规律，哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷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？一种认为阴极射线是电磁辐射一种认为阴极射线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.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一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。进行了一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。实验验证实验验证.二、电子的发现二、电子的发现阅读教材阅读教材4747页最后一段到页最后一段到4848页最后一段：回答页最后一段：回答1 1、认识实验装置的作用，分析阴极射线的运动情、认识实验装置的作用，分析阴极射线的运动情况。况。实验装置实验装置（1 1）K K、A A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（3 3）D D1 1、D D2 2之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和带电性质之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和带电性质（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的测定的测定K.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，是一个重要的物理量。根据带电粒子在电场和磁场中受一个重要的物理量。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。建力的情况，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。议你依照下面的提示自己算一算。.1.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，射线发生偏转并之后，射线发生偏转并射到屏上射到屏上P2处。由此可以推断阴极射线带有什么处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？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思考与讨论：思考与讨论：.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.3.由于金属板由于金属板D1、D2间的距离是已知的，两板间间的距离是已知的，两板间的电压是可测量的，所以两板间的电场强度的电压是可测量的，所以两板间的电场强度E也也是已知量。磁感应强度是已知量。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)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 18971897年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电年，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。的粒子流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，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？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成各种物质的共有成分共有成分。.荷质比约为氢离子比荷的荷质比约为氢离子比荷的20002000倍。是电荷比氢倍。是电荷比氢离子大？还是质量比氢离子小？离子大？还是质量比氢离子小？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，是比原电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。子更基本的物质单元。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 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：.密立根油滴实验.密立根油滴实验的原理图密立根油滴实验的原理图.阅读阅读P49页页 科学足迹科学足迹.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，够的，研究并不只是揭露事实，研究并不只是揭露事实，创造性的发现需要洞察力。创造性的发现需要洞察力基础巩固基础巩固1关于阴极射线的性质，判断正确的是关于阴极射线的性质，判断正确的是()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阴极射线的比荷比氢原子比荷大阴极射线的比荷比氢原子比荷大D阴极射线的比荷比氢原子比荷小阴极射线的比荷比氢原子比荷小解解析析：通通过过让让阴阴极极射射线线在在电电场场、磁磁场场中中的的偏偏转转的的研研究究发发现现阴阴极极射射线线带带负负电电，而而且且比比荷荷比比氢氢原原子子的的比比荷荷大大得得多多，故故A、C正确正确答案：答案：AC.习题习题2 2：示波管中电子枪的原理图如图。管内为真空，示波管中电子枪的原理图如图。管内为真空，A A为发射热电子的阴极，为发射热电子的阴极，K K为阳极，为阳极，A A、K K间电压为间电压为U U。电。电子离开阴极是速度可以忽略，电子经加速后从子离开阴极是速度可以忽略，电子经加速后从K K的小孔的小孔中射出时的速度大小为中射出时的速度大小为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、不变，则离开时速率变为率变为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、不变，则离开时速率变为率变为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，则离开时速率减半，则离开时速率变为变为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，则离开时速率减半，则离开时速率变为变为0.707v0.707vA AK KU UD.课后思考课后思考3教材教材P50 原原子子中中带带正正电电的的部部分分以以及及带带负负电电的的电电子子可可能能是是如如何何分布的？分布的？作业布置：作业布置：P50.3，4 练习册练习册.汤姆生用来测定电子的比荷汤姆生用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量电子的电荷量与质量之比之比)的实验装置如下图所示真空管内的阴极的实验装置如下图所示真空管内的阴极K发生的电子发生的电子(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A中心的小孔沿中心轴中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行的方向进入到两块水平正对放置的平行极板极板P和和P间的区域当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧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，亮点后，亮点偏离到偏离到O点点(O与与O点的竖直间距为点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计，水平间距可忽略不计)此时，在此时，在P和和P间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀间的区域，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强磁场调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重时，亮点重新回到新回到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，极板间距为，极板间距为b，极，极板右端到荧光屏的距离为板右端到荧光屏的距离为L2(如下图所示如下图所示)(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)推导出电子的比荷的表达式推导出电子的比荷的表达式.解析：解析：(1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O点，设电子的点，设电子的速度为速度为v，则，则evBeE，得：，得：v ，即，即v .(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进入后，竖直进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为方向做匀加速运动，加速度为a .电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为t1 .这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为：这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为：d1 at12离开电场时竖直向上的分速度为：离开电场时竖直向上的分速度为：vat1 .电子离开电场后做匀速直线运动，经电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏：时间到达荧光屏：t2 .t2时间内向上运动的距离为：时间内向上运动的距离为：d2vt2 .这样，电子向上的总偏转距离为：这样，电子向上的总偏转距离为：dd1d2 ，可解得：可解得：答案：答案：(1)(2).