第十八章原子結(jié)構(gòu)1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)

1、1知道陰極射線是由電子組成的，電子是原子的組成部分，知道陰極射線是由電子組成的，電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。是比原子更基本的物質(zhì)單元。2體會電子的發(fā)現(xiàn)過程中蘊含的科學方法。體會電子的發(fā)現(xiàn)過程中蘊含的科學方法。3知道電荷是量子化的，即任何電荷只能是知道電荷是量子化的，即任何電荷只能是 e 的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。4領(lǐng)會電子的發(fā)現(xiàn)對揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義領(lǐng)會電子的發(fā)現(xiàn)對揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義。 本節(jié)由陰極射線和電子的發(fā)現(xiàn)兩部分內(nèi)容組成。重點是本節(jié)由陰極射線和電子的發(fā)現(xiàn)兩部分內(nèi)容組成。重點是電子的發(fā)現(xiàn)過程蘊含的科學方法。首先通過實驗說明陰極射電子的發(fā)現(xiàn)過程蘊含的科學方法。首先通過實驗

2、說明陰極射線的存在，然后指出科學家對陰極射線的認識，最后仍然通線的存在，然后指出科學家對陰極射線的認識，最后仍然通過實驗研究發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)說明原子不是組成物質(zhì)過實驗研究發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)說明原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，對揭示原子結(jié)構(gòu)有重大意義，是近代物理三大的最小微粒，對揭示原子結(jié)構(gòu)有重大意義，是近代物理三大發(fā)現(xiàn)之一。發(fā)現(xiàn)之一。 電子發(fā)現(xiàn)的本身是一個很好的培養(yǎng)學生分析問題和解決電子發(fā)現(xiàn)的本身是一個很好的培養(yǎng)學生分析問題和解決問題能力的內(nèi)容，認識電子發(fā)現(xiàn)的重大意義，體會電子的發(fā)問題能力的內(nèi)容，認識電子發(fā)現(xiàn)的重大意義，體會電子的發(fā)現(xiàn)過程中蘊含的科學方法是教學中的重點。通過演示實驗和現(xiàn)過

3、程中蘊含的科學方法是教學中的重點。通過演示實驗和歷史資料介紹，使學生通過觀察，閱讀理解，達到教學目標。歷史資料介紹，使學生通過觀察，閱讀理解，達到教學目標。 19 19世紀末，在對氣體放電現(xiàn)象的研究中，科學家發(fā)世紀末，在對氣體放電現(xiàn)象的研究中，科學家發(fā)現(xiàn)了電子?，F(xiàn)了電子。從而得出：從而得出：原子是可以分割的，是由更小原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的的微粒組成的。演示實驗演示實驗 1858 年德國物理學家普呂克爾較早發(fā)現(xiàn)了氣體導電時年德國物理學家普呂克爾較早發(fā)現(xiàn)了氣體導電時的輝光放電現(xiàn)象。的輝光放電現(xiàn)象。 1876 年德國物理學家戈德斯坦認為管壁上的熒光是由年德國物理學家戈德斯坦認為管壁上

4、的熒光是由于玻璃受到的于玻璃受到的陰極發(fā)出陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，并把的某種射線的撞擊而引起的，并把這種未知射線稱之為這種未知射線稱之為陰極射線陰極射線。 一、陰極射線一、陰極射線代表人物，赫茲。認為這種射線的本質(zhì)是一代表人物，赫茲。認為這種射線的本質(zhì)是一種種電磁波電磁波的傳播過程。的傳播過程。電磁波說電磁波說 代表人物，湯姆孫。認為這種射線的本代表人物，湯姆孫。認為這種射線的本質(zhì)是一種質(zhì)是一種高速粒子流高速粒子流。粒子說粒子說二、電子的發(fā)現(xiàn)二、電子的發(fā)現(xiàn) 英國物理學家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子。英國物理學家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子。實驗裝置如圖所示：實驗裝置如圖所示：

5、 金屬板金屬板 D1、D2 之間未加電場時，射線不偏轉(zhuǎn)，射在屏上之間未加電場時，射線不偏轉(zhuǎn)，射在屏上的的 P1 點，按圖示方向加電場點，按圖示方向加電場 E 之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏上的上的 P2 點，由此推斷，陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷？點，由此推斷，陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷？帶帶負負電電 我們已經(jīng)知道陰極射線是帶負電荷的粒子流，我們已經(jīng)知道陰極射線是帶負電荷的粒子流，那么，如何求陰極射線微粒的比荷？那么，如何求陰極射線微粒的比荷？ 為使陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在平行極板區(qū)域應為使陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在平行極板區(qū)域應采取什么措施？采取什么措施？ 在平行板區(qū)域加一磁場

6、且磁場方向必須在平行板區(qū)域加一磁場且磁場方向必須垂直紙面向外垂直紙面向外，當，當滿足條件滿足條件 qvB = qE 時，則陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即：時，則陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即：v = E/B。 方法一：方法一：若撤去磁場，帶電粒子由若撤去磁場，帶電粒子由P1 點偏離到點偏離到 P2，P2 到到 P1 豎直距離為豎直距離為 y，屏幕到金屬板，屏幕到金屬板 D1、D2 右端的距右端的距離為離為 D，你能算出陰極射線的比荷嗎？，你能算出陰極射線的比荷嗎？qm屏屏幕幕 LD v0yP1P2qm屏屏幕幕 LD v0200tanyxvatqELvvmv 又因為：又因為： tan2yLD 且且 0EvB 化

7、簡得：化簡得： 2()2qEyLmDB L P1P2y 方法二：方法二：利用磁場使帶電的陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，利用磁場使帶電的陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，能否根據(jù)磁場的特點和帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律能否根據(jù)磁場的特點和帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律來計算陰極射線的比荷？來計算陰極射線的比荷？qm屏屏幕幕 LD v0P1P2yqm屏屏幕幕 LDv0cosLR 0EvB 2cosqEmB L 0mvRqB 只要測出粒子打到屏上的速度方向只要測出粒子打到屏上的速度方向(與水平方向的夾角與水平方向的夾角 )P1P2ORy比荷求法比荷求法1. 用用“電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)”測定陰極射線比荷的表達式測定陰極射線比荷的表達式2. 用

8、用“磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)”測定陰極射線比荷的表達式測定陰極射線比荷的表達式2()2qEyLmDB L 2cosqEmB L 湯姆生發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極和不同的方法做湯姆生發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極和不同的方法做實驗，所得實驗，所得比荷的數(shù)值是相等比荷的數(shù)值是相等的。這說明，這種粒子的。這說明，這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。由實驗測得的陰極射線是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。由實驗測得的陰極射線粒子的比荷是氫離子比荷的近兩千倍。若這種粒子的粒子的比荷是氫離子比荷的近兩千倍。若這種粒子的電荷量與氫離子的電荷量相同，則其質(zhì)量約為氫離子電荷量與氫離子的電荷量相同，則其質(zhì)量約為氫離子質(zhì)量的近兩千分之一。湯姆孫后續(xù)的

9、實驗粗略測出了質(zhì)量的近兩千分之一。湯姆孫后續(xù)的實驗粗略測出了這種粒子的電荷量確實與氫離子的電荷量差別不大，這種粒子的電荷量確實與氫離子的電荷量差別不大，證明了他當初的猜測是正確的。后來，物理學家把新證明了他當初的猜測是正確的。后來，物理學家把新發(fā)現(xiàn)的這種組成陰極射線的粒子稱之為發(fā)現(xiàn)的這種組成陰極射線的粒子稱之為電子電子。 電子的發(fā)現(xiàn)具有偉大的意義，因為這一事件使電子的發(fā)現(xiàn)具有偉大的意義，因為這一事件使人們認識到自然界還有比原子更小的實物。電子的人們認識到自然界還有比原子更小的實物。電子的發(fā)現(xiàn)打開了通向原子物理學的大門發(fā)現(xiàn)打開了通向原子物理學的大門 , ,人們開始研究人們開始研究原子的結(jié)構(gòu)。原子

10、的結(jié)構(gòu)。 湯姆孫被科學界譽為湯姆孫被科學界譽為“一位最先打開通向基本一位最先打開通向基本粒子物理學大門的偉人粒子物理學大門的偉人”。 第一次較為精確測量出電子電荷量的是美國物理學第一次較為精確測量出電子電荷量的是美國物理學家家密立根密立根利用利用油滴實驗油滴實驗測量出的。測量出的。三、密立根油滴實驗三、密立根油滴實驗 1. 陰極射線陰極射線2. 電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)比荷的兩種求法比荷的兩種求法3. 密立根油滴實驗密立根油滴實驗1. 一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方，一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方，放一通電直導線放一通電直導線 AB 時，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏，則時，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏，則 ( ) A. 導線中的電流由導線中的電流由 A 流向流向 B B. 導線中的電流由導線中的電流由 B 流向流向 A C. 若要使電子束的徑跡往上偏，可以通過改變?nèi)粢闺娮邮膹桔E往上偏，可以通過改變 AB 中的電流中的電流 方向來實現(xiàn)方向來實現(xiàn) D. 電子束的徑跡與電子束的徑跡與 AB 中的電流方向無關(guān)中的電流方向無關(guān)ABBC 2. 有一電子有一電子(電荷量為電荷量為 e )經(jīng)電壓為經(jīng)電壓為 U0 的電場加速后，的電場加速后，進入兩塊間距