1、物理选修3-5 第十八章 原子的结构,科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验。有时一条腿走在前面，有时另一条腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前进。密立根,很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。这种认识一直统治了人类思想近两千年。直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现之一-3大发现: X光,电子,放射性.,这些璀璨的灯光是如何产生的呢？ 我们从了解原子结构开始吧！,新课标高中物理选修35,第十八章 原子结构,1 电子的发现,安徽省和县第一中学,2018年5
2、月13日星期日,19世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家发现了电子。,8,原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。,早在1858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。,1876年德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到的阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种未知射线称之为阴极射线。,一、阴极射线,P46,1、阴极射线,2、阴极射线的本质,一种认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射,一种认为阴极射线是带电微粒,阴极射线 Cathode ray,J.J 汤姆孙 J.J Thomson 1857 1940 英国,赫兹 H.Rudolf Hertz
3、1857 1894 德国,认为阴极射线是一种“电磁波”,认为阴极射线是一种“高速粒子流”,PK,我看到的是： 1、它在电场中不偏转，因此不带电 2、它能穿透薄铝片粒子是做不到的 但波可以!,让我们一起来好好想想,重走科学探索路,（1）电磁波说：代表人物，赫兹。认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。 （2）粒子说：代表人物，汤姆孙。认为这种射线的本质是一种高速粒子流。,2、阴极射线的本质,汤姆生,思考：你能否设计一个实验来进行阴极射线的研究，能通过实验现象来说明这种射线是一种电磁波还是一种带电粒子流。,如果出现什么样的现象就可以认为这是一种电磁波，如果出现其他什么样的现象就可以认为这是一种带
4、电粒子流，并能否测定这是一种什么粒子。,思考1：电磁辐射和带电微粒最大的区别是什么？,思考2：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号？,-汤姆孙,1. 测阴极射线的电荷,2. 使阴极射线在静电场、磁场中偏转。,二、电子的发现,英国物理学家J.J.汤姆孙自1890年起开始研究，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。,1、实验验证,阴极射线 Cathode ray,J.J 汤姆孙 J.J Thomson 1857 1940 英国,赫兹 H.Rudolf Hertz 1857 1894 德国,认为阴极射线是一种“电磁波”,认为阴
5、极射线是一种“高速粒子流”,我看到的是： 它在电场中不偏转，因此不带电 它能穿透薄铝片 粒子是做不到的 但波可以!,我用实验证明了: 带负电，且电荷量与质子相同 速度远小于电磁波传播速度 质量是最轻的原子 1/2000 左右,WIN,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气体。,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比荷q/m，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。,P48,1. 当金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏转，射在
6、屏上P1点。施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。 由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？,汤姆孙的气体放电管的示意图,带负电,P48,（1）带电粒子在电场中的偏转模型,2. 如果要抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到P1，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。 这个磁场的方向如何？写出此时每个阴极射线微粒(质量为m，速度为v)受到的洛仑兹力和电场力。两个力之间应该有什么关系? 你能求出阴极射线的速度v的表达式吗？,汤姆孙的气体放电管的示意图,P48,（2）速度选择器,在平行板区域加一磁场且磁场方向必须垂直纸面向外，当满足条件 时，则阴极射线不发生偏转，则：,3.
7、由于金属板D1、 D2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E也是已知量E=?。磁场由电流产生，磁感应强度B可以由电流的大小算出，同样按已知量处理。,汤姆孙的气体放电管的示意图,P48,4. 如果去掉D1、D2间的电场E，只保留磁场B。由于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r的圆弧(r可以通过P3的位置算出) 。此时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向心力就是_力。半径r可以通过P3点算出，同样按已知量处理。,汤姆孙的气体放电管的示意图,P48,（3）带电粒子在磁场中偏转模型,O,r,根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角
8、为：,又因为：,且,则：,2、实验结论,1897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。,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？,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成分。,荷质比约为质子（氢离子）比荷的2000倍。是电荷比质子大？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电子,3、实验结论分析,正离子的轰击
9、,紫外线照射,放射性物质,电子,金属受热,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、射线（研究对象普遍化）。,电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。,4、电子发现的意义,美国科学家密立根又精确地测定了电子的电量：e=1.60221019C根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为：m=9.10941031kg,质子质量与电子质量的比值：,第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。,密立根的实验表明，电荷具有量子化的特 征。即任何带电体的电量只能是e的整数倍。 电子的质量m9.109389710-31kg,密立根
10、油滴实验,密立根 (美国) Robert A.Millikan 1868年1953年,在科学研究中只做实验是不够的，创造性的发现需要深刻的洞察力。,科学足迹P49-50电子发现的前夜,P50思考与讨论,J.J 汤姆孙(英国) 1857 1940,1889年4月30日，J.J.汤姆孙正式宣布发现电子;电子的发现，结束了关于阴极射线本质的争论;从此，人类意识到，原子并不是组成物质的最小单位，探索原子结构的序幕由此拉开由于J.J.汤姆生的杰出贡献，1906年他获得诺贝尔物理学奖。,课堂小结科学家在对阴极射线的研究中发现了电子，使人们对微观世界的认识进入了一个新的时代，电子的发现是19世纪末物理学史上
11、的三大发现之一。在物理学的发展中具有比较重要的作用。了解科学家是如何发现电子的，应用了哪些研究方法，对我们学好物理有重要的帮助作用。,巩固1、一只阴极射线管，左侧不断有电 子射出，若在管的正 下方，放一通电直导 线AB时，发现射线径迹向下偏，则（ ） A、导线中的电流由A流向B B、导线中的电流由B流向A C、若要使电子束的径迹往上偏，可以通 过改变AB中的电流方向来实现。 D、电子束的径迹与AB中的电流方向无关。,巩固2、 有一电子（电荷量为e）经电压为 U0的电场加速后，进入两块间距为d，电压 为U的平行金属板间，若电子从两板正中间 垂直电场方向射入，且正好能穿过电场， 求： （1）金属板AB的长度。 （2）电子穿出电场时 的动能。,