高中物理 3.1敲开原子的大门课件 粤教版选修35.ppt

第一节敲开原子的大门 教学目标 1 明确电子是怎样发现的 2 知道电子的发现对人类探索原子结构的重大意义 3 了解汤姆生发现电子的研究方法 相当长时间 人们认为原子不可分 英国科学家汤姆生对阴极射线中发现电子 敲开了原子的大门 实验装置 电源 感应圈 阴极射线管 磁铁产生 在研究气体导电的玻璃管内有阴 阳两极 当两极间加一定电压时 阴极便发出一种射线 这种射线为阴极射线 现象 1 阴极射线使荧光屏发光 特点 2 当加入磁场后射线偏转发光原理 在强电场中 气体被电离而导电 一 探索阴极射线 电荷接收器 a 当阴极a产生的射线进入大真空管d时 可以看到管壁上有荧光出现 当大真空管中加入磁场时 射线就会偏转 被接收器接收到经检验为负电荷 荷质比的测定 1 荷质比的概念 带电粒子的电荷与质量之比 它是带电粒子的基本参量 2 测定荷质比的装置 a 电离室 s1 s2 加速电场s2 s3 速度选择器 b 匀强磁场 d 照相底片 3 电子就是通过测定荷质比而被发现的 4 测定荷质比的装置 质谱仪 最初由汤姆生发现的 5 质谱线 从离子源中射出的带电粒子的电量相同 而质量有微小差别 由公式q m 2u b2r2 它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动 打在照相底片的不同位置 在底片上形成若干谱线条的细条 叫质谱线 得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量 m n 一个质量为m 电量为e的带电粒子 以速度v垂直进入磁场b中 在平行板mn间产生竖直向上的电场e 在垂直电场向外的方向上加一磁场b 适当地调节电场和磁场的强度 可以测出速度大小v e b 设平行板mn之间的距离为h 板的水平长度为d 首先使阴极仅受电场作用并达到最大偏转 测得此时的场强e 随后保持e不变 外加磁场使射线恢复水平不再偏转 测得此时的磁场的强度b 证明 当阴极射线只受电场力时 做抛体运动 d vt得 得出 所以 实验结果 荷质比约为质子的2000倍 1 关于阴极射线的本质 说法对的是 a 阴极射线的本质是氢原子b 阴极射线的本质是电磁波c 阴极射线的本质是电子d 阴极射线的本质是x射线 c 课堂练习 2 如图 为密立根测量电量实验的示意图 油滴从喷雾器喷出后 落到两平行板间 油滴由于摩擦而带电 调节两板间的电压 可使油滴悬浮 通过显微镜观察到某个半径r 1 6 10 4cm的油滴恰静止在电场中 此时两金属板间匀强电场e 1 9 105n c 已知油滴的密度为 0 85 103kg m3 求 该油滴所带的电荷量是元电荷的多少倍 二 电子的发现 汤姆生发现 对于不同的放电气体 或者用不同的金属材料制作电极 都测得相同的荷质比 随后又发现在气体电离和电光效应等现象中 可从不同物体中击出这种带电粒子 这表明它是构成各种物体的共同成分 随后 汤姆生直接测量出粒子的电荷 发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大基本上相同 说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多 至此 汤姆生完全确认了电子的存在 美国科学家密立根又精确地测定了电子的电量 e 1 6022 10 19c根据荷质比 可以精确地计算出电子的质量为 m 9 1094 10 31kg由于发现电子的杰出贡献 汤姆生在1906年获得诺贝尔物理学奖 电子的发现打破了传统的 原子不可分 的观念 使人类对自然世界的认识又向前迈进了一步 1897年 汤姆生在研究阴极射线 1 测出了阴极射线的电性2 测出了它的速度和偏转情况3 测出了它的荷质比4 发现用不同的金属做电极所有的射线一样的性质 课堂小结 习题1 如图 在两平行板间有平行的均匀电场e 匀强磁场b mn是荧光屏 中心为o oo l 在荧光屏上建立一个坐标系 原点是o y轴向上 x轴垂直纸面向外 一束速度 荷质比相同的粒子沿oo 方向从o 射入 打在屏上p 点 求 1 粒子带何种电荷 2 b的方向 3 粒子的荷质比 o o mn 思考与研讨 习题2 示波管中电子枪的原理图如图 管内为空 a为发射热电子的阴极 k为接在高电势点的加速阳极 a k间电压为u 电子离开阴极时速度可以忽略 电子经加速后从k的小孔中射出时的速度大小为v 下面说法正确的是 a 如果a k间距离减半 电压u 不变 则离开时速率变为2vb 如果a k间距离减半 电压u 不变 则离开时速率变为v 2c 如果a k间距离不变 电压u减半 则离开时速率变为2vd 如果a k间距离不变 电压u减半 则离开时速率变为0 707v a k u 物理学家对阴极射线的研究 引发了19世纪末的三大发现 1895年伦琴发现了x射线 1896年贝克勒尔发现了天然放射现象 1897年汤姆生发现了电子 汤姆生约瑟夫 约翰 汤姆生 josephjohnthomson 1856年12月18日生于英国曼彻斯特郊区 父亲是苏格兰人 以卖书为业 汤姆生14岁进曼彻斯特欧文学院学习工程 1876年入剑桥大学三一学院 毕业后 进入卡文迪许实验室 在瑞利指导下进行电磁场理论的实验研究工作 1884年 年仅28岁便当选为皇家学会会员 同年末 又继瑞利之后担任卡文迪许实验室教授 当时 关于阴极射线的研究 有两派学说 一派是克鲁克斯 佩兰等人的微粒说 认为阴极射线是带负电的 分子流 另一派是哥德斯坦 赫兹等人的波动说 认为阴极射线是一种电磁波 汤姆生用旋转镜法测量了阴极射线的速度 否定了阴极射线是电磁波 他又通过阴极射线在电场和磁场中的偏转 得出了阴极射线是带负电的粒子流的结论 他进一步测定了这种粒子的比荷 与当时已知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较 他假定阴极射线的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反 从而得出阴极射线粒子的质量约为氢原子的千分之一 他还给放电管中充入各种气体进行试验 发现其荷质比跟管中气体的种类无关 他又用铅和铁分别作电极 其结果也不改变 由此他得出结论 这种粒子必定