人教版高中物理選修3-5課件： 電子的發(fā)現(xiàn)

1、18.1電子的發(fā)現(xiàn),在欣賞這美麗的燈光時，你何曾意識到，這里發(fā)光的多是通電后的氣體？,很早以來，人們一直認為構(gòu)成物質(zhì)的最小粒子是原子，原子是一種不可再分割的粒子。這種認識一直統(tǒng)治了人類思想近兩千年。19 世紀末，在對氣體放電現(xiàn)象的研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了電子。從而得出：原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的。使人類對微觀世界有了新的認識。電子的發(fā)現(xiàn)是19世紀末、20世紀初物理學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一。,真空玻璃管中K是金屬板制成的陰極，A是金屬環(huán)制成的陽極;把它們分別連接在感應(yīng)圈的負極和正極上。管中十字狀物體是個金屬片。接通電源時，感應(yīng)圈產(chǎn)生的近萬伏的高電壓加在兩個電極之間，觀察管端玻璃壁上亮度的變化。,實

2、驗現(xiàn)象：看到十字架的影子。,結(jié)論：說明有光照射。,一、陰極射線,早在1858 年，德國物理學(xué)家普呂克爾就發(fā)現(xiàn)了氣體導(dǎo)電時的輝光放電現(xiàn)象。,1876年，德國物理學(xué)家戈德斯坦認為管壁上的熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，并把這種未知射線稱之為陰極射線。,那么，陰極射線的本質(zhì)是什么？,歷史上的兩種觀點的辯論,根據(jù)帶電粒子在電場、磁場中的運動規(guī)律，哪些方法可以判斷運動的帶電粒子所帶電荷的正負號?,答 帶電粒子垂直于電場線或磁感線進入電場（磁場），根據(jù)它們在場區(qū)內(nèi)運動的偏轉(zhuǎn)情況進行判定。,二、電子的發(fā)現(xiàn),英國物理學(xué)家湯姆孫認為陰極射線是帶電粒子流。為了證實這點，從1890年起他進行了一

3、系列實驗研究。,湯姆孫的氣體放電管的示意圖,K產(chǎn)生陰極射線； A、B形成一束細細射線； D1、D2之間加電場或磁場檢測陰極射線是否帶電和帶電性質(zhì)； 熒光屏顯示陰極射線到達的位置，對陰極射線的偏轉(zhuǎn)做定量的測定。,帶電粒子的電荷量與其量之比一比荷q/m，是一個重要的物理量。根據(jù)帶電粒子在電場和磁場中受力的情況，可以得出它的比荷。假設(shè)你是當(dāng)年“陰極射線是帶電微?！庇^點的支持者，請你依照下面的提示，思考計算陰極射線微粒的比荷的方法。 1、當(dāng)圖中金屬板D1、D2之間未加電場時，射線不偏轉(zhuǎn)、射在上P1點。按照圖示方向施加電場E之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏上P2點。 由此推斷，陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷?,帶

4、負電,同斥異吸,2、為了抵消陰極射線的偏轉(zhuǎn)，使它從P2點回到P1，需要在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個大小合適、方向垂直于紙面的磁場。這個磁場B應(yīng)該向紙外還是向紙內(nèi)?寫出此時每個陰板射線微粒(質(zhì)量為m、速度為v)受到的洛倫茲力和庫侖力。兩個力之間應(yīng)該有什么關(guān)系?,當(dāng)滿足條件 qB = qE 時，陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,垂直紙面向外,P1,P2,3、根據(jù)以上關(guān)系求出陰極射線的速度的表達式。由于金屬板D1、D2間的距離是已知的，兩板間的電壓是可測量的，所以兩板間的電場強度E是己知量。磁場由電流產(chǎn)生，磁感應(yīng)強度B可以由電流的大小算出，因此也按己知量處理。,當(dāng)滿足條件 qB = qE 時，陰極射線不發(fā)生

5、偏轉(zhuǎn)，即= E/B。,P1,P2,y,4、去掉D1、D2間的電場E，只保留磁場B。由于磁場方向與射線運動方向垂直，陰極射線在D1，D2之間有磁場的區(qū)域會形成一個半徑為r的圓弧，使得陰極射線落在屏的P3點。此時，組成陰極射線的粒子做圓周運動的向心力是洛倫茲力。 半徑r可以通過P3點的位置及放電管的幾何參數(shù)算出，同樣按己知量處理。 這些提示，原則上可以寫出比荷的表達式了。,變形,電場和磁場中的偏轉(zhuǎn),帶負電的,不同材料比荷的數(shù)值是相等的,物質(zhì)的共有成分,電子,紫外線的照射,正離子的轟擊,金屬受熱,放射性物質(zhì)自發(fā)輻射,陰極射線,熱離子流,射線,光電流,發(fā)射相同的帶電粒子,由此可見電子是原子的組成部分，

6、是比原子更基本的物質(zhì)單元。,陰極射線是帶負電的電子流。,電子電荷的精確測定是在1909-1913年間由密立根通過著名的“油滴實驗”做出的。電子電荷的現(xiàn)代值為,密立根實驗更重要的發(fā)現(xiàn)是:電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍。從實驗測到的比荷及e的數(shù)值，可以確定電子的質(zhì)量為:,質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值:,mp/me=1836,電子發(fā)現(xiàn)的前夜,科學(xué)足跡,從普呂克爾首次觀察到陰極射線到湯姆孫確認電子的存在，其間經(jīng)歷了近40年，這期間對陰板射線的研究并未間斷，甚至有人也測出了組成陰極射線微粒的比荷，但是誰都不敢承認還有比原子更小的粒子，因而錯過了發(fā)現(xiàn)電子的良機。 電磁波的發(fā)現(xiàn)者赫茲是“陰極

7、射線是電磁波”觀點的支持者。他也曾在陰極射線管中施加垂直于陰極射線的電場，但是沒有看到偏轉(zhuǎn)。因此，他認為陰極射線是不帶電的。其實這是由于管中真空度不高造成的。湯姆孫在重復(fù)赫茲的這個實驗時，起初也看不到偏轉(zhuǎn)。后經(jīng)仔細分析，發(fā)現(xiàn)了問題，于是改善真空條件，終于如愿以償。 赫茲和他的學(xué)生還觀察到，陰極射線微粒比原子還小。但是他們不相信。,可不學(xué)習(xí)這張ppt,電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也具有結(jié)構(gòu)。通常情況下，物質(zhì)是不帶電的，因此，原子應(yīng)該是電中性的。然而，既然電子是帶負電的、質(zhì)量又很小，那么，原子中一定還有帶正電的部分，它具有大部分的原子質(zhì)量。 原子中帶正電的部分以及帶負

8、電的電子可能是如何分布的? 下節(jié)課，再講！,問題與練習(xí)解答：,1、湯姆孫是怎樣發(fā)現(xiàn)電子的?,解：,湯姆遜根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，確定了其本質(zhì)是帶負電的粒子流并求出了這種粒子的比荷； 進一步的實驗發(fā)現(xiàn)，不同物質(zhì)做成的陰極發(fā)出的射線的粒子都有相同的比荷，說明這種帶電粒子是構(gòu)成物質(zhì)的共同成分； 用這種粒子的比荷與氫離子比荷比較，并用實驗測出了這種粒子的電荷量與氫離子電荷量相同，質(zhì)量又比氫原子的質(zhì)量小得多。根據(jù)這些，湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子。,解：,2、加在陰極射線管內(nèi)陰極和陽極之間的電壓為4103V.如果電子離開陰極表面時的速度為0，試求電子到達陽極時的速度。,代入數(shù)據(jù)得v=3.75107m/

9、s,U =4103V,3、一個半徑為1.64x10-4cm的帶電的油滴，處在電場強度等于1.92x105V/m的經(jīng)直向下的勻強電場中。如果油滴受到的庫侖力恰好與重力平衡，問:這個油滴帶有幾個電子的電荷?己知油的密度為0.851103kg/m3,解：,油滴的質(zhì)量m=4/3R3， 油滴受到的重力G=4/3R3g 庫倫力F=Eq， 由平衡條件G=F，可知4/3R3g=Eq 電子個數(shù)與電量的關(guān)系為q=Ne 因此，電子的個數(shù)為N=4R3g/3Ee=5,4、一種測定電子比荷的實驗裝置如圖所示。真空玻璃管內(nèi)，陰極K發(fā)出的電子經(jīng)陽極A與陰極K之間的高電壓加速后，形成細細的一束電子流，沿圖示方向進入兩極C、D間的區(qū)域。若兩極板C、D間無電壓，電子將打在熒光上的O點:若在兩極板間加電壓U，則離開極板區(qū)域的電子將打在光上的P點:若再在極板間施加一個方向重直于紙面向外，碰感應(yīng)強度為B的勻強磁場，則電子在熒光屏上產(chǎn)生的光點又回到O。已知極的長度l5.00cm，C、D間的距離d1.50cm，極板區(qū)的中點M到熒光屏中點O的距離為L12.50cm，U=200V，B=6.310-4T.P點到O點的距離y3.0cm，試求電子的比荷。,解：,以M點為坐標原點，水平向右方向為x軸，豎直向下方向為y軸。 （1）同時加電場、磁場時QU=Bvxq，因此