电子的发现教案

东北师范大学远程与继续教育学院东北师范大学远程与继续教育学院 网络教育本科毕业论文网络教育本科毕业论文 题题 目目 电 子 的 发 现 学学生生姓姓名名 王 斌 专专 业业 物 理 年年 级级 05030503 学习中心学习中心 陕西延安教育学院奥鹏学习中心 学学 号号 05035052707010 指指导导教教师师 郑 泰 玉 通讯地址通讯地址 陕西省延安市安塞县建华初级中学 联系电话联系电话20072007 年年 7 7 月月 5 5 日日 毕业论文提纲毕业论文提纲 王 斌 陕西省安塞县建华初级中学 717400 论论 题 题 电子的发现 摘摘 要 要 在查阅大量文献的基础上 分析了发现电子的历史背景 论述了 汤姆逊发现电子的过程及其主要工作和贡献 指出电子的发现对冲破原子 不可分的旧观念 引导人们对原子结构进行探索具有革命性的意义 关键词 关键词 电子 阴极射线 汤姆逊 原子 内容提要 内容提要 1 历史背景 2 汤姆逊的贡献 3 进一步的研究和影响 参参 考考 文文 献献 1 宋德生 李国栋 电磁学发展史 南宁 广西人民出版社 1987 2 关洪 物理学史选讲 北京 高等教育出版社 1994 3 M H 沙摩斯 美 物理学史上的重要实验 北京 科学出版社 1985 4 郭奕玲 沈慧君 物理学史 北京 清华大学出版社 1993 电电 子子 的的 发发 现现 王 斌 陕西省安塞县建华初级中学 717400 摘摘 要要 在查阅大量文献的基础上 分析了发现电子的历史背景 论述了 汤姆逊发现电子的过程及其主要工作和贡献 指出电子的发现对冲破原子不可 分的旧观念 引导人们对原子结构进行探索具有革命性的意义 关键词 关键词 电子 阴极射线 汤姆逊 原子 电子是人类发现的第一个基本粒子 这一发现具有划时代的意义 电子的 发现打破了几千年来人们关于原子不可分的观念 揭开了研究原子结构的序幕 促进了人类对原子的进一步认识 回顾电子发现的历史过程 对我们是有一定 启迪的 1 1 历史背景历史背景 人们对阴极射线的研究导致了电子的发现 因此 追溯电子的发现过程有 必要回顾对阴极射线的研究 早在 1838 年 法拉第就开始烟剂真空管中的放电现象 1859 年 德国物 理学家普吕克尔发现的阴极射线管中 阴极附近的管壁上分布着一种特殊的荧 光 这种荧光可以用磁铁改变它的位置 普吕克尔认为 荧光是由阴极发射出 的电流碰击管壁造成的 后来 希托夫再次进行实验 证实了普吕克尔的发现 1876 年 德国物理学家戈德斯坦做相似的实验 他认为实验似乎说明阴极发射 类似于光的物质 并把它命名为阴极射线 阴极射线发现之后 它的性质是什么 这是人们关注的重要问题 针对这 一问题 当时的物理学家开展了一系列实验研究 早在 1871 年阴极射线被命名 之前 瓦耳雷就提出设想 阴极射线是由带负电的粒子组成的 1879 年 英国 物理学家克鲁克斯对阴极射线进行了一系列的实验研究 他用云母做了一个十 字 放在阴极射线管中阴极射线经过的路径上 在阴极对面的玻璃管壁上产生 了一个边界清晰的十字阴影 他由此做出判断 阴极射线是粒子流 克鲁克斯 通过进一步的实验认识到 阴极发射物不仅具有质量 而且带有电量 阴极射 线粒子带有负电 通过一系列的实验研究 克鲁克斯最后得出结论 阴极射线 是由带负电微粒组成的 这一观点受到大多数英国物理学家的支持 最后形成 了以英国物理学家为主的关于阴极射线性质的观点 阴极射线是从阴极中以很 大的速度发射出的带负电的物体 与多数英国物理学家不同 多数德国物理学家认为 阴极射线是某种电振 荡或波 例如 戈德斯坦就主张阴极射线是一种电磁辐射现象 1883 年 赫兹 在做阴极射线实验时 由于实验条件的原因 没有发现阴极射线所产生的电场 和磁场 也没有观察到静电场对阴极射线的影响 他以此实验为根据 主张阴 极射线是纵向振动的电磁辐射 1892 年 赫兹利用一块金属板把阴极射线管的 阴极区和阳极区隔开 在实验中发现 阴极射线 通过了金属板 他认为这个 现象为阴极射线是电磁辐射又提供了一个实验证据 在十九世纪 关于阴极射线性质的这两个观点都十分流行 它们各自都提 出了自己的理论 并对有关实验作出解释 这两种流行观点也互相争论 争论 吸引了更多的科学家对阴极射线进行研究 从而使对阴极射线的证认工作不断 进行 促进了人们对阴极射线的认识 此外 十九世纪后半叶 物质的原子论 已经稳固地建立起来 物质的带电性也很容易得到证明 但是 人们还不了解 电和原子之间的真正关系 科学家们相信 研究气体导电现象 有助于对电和 原子之间真正关系的认识 汤姆逊在十九世纪最后十年对气体放电及阴极射线 的研究 就是在这个历史背景下进行的 2 2 汤姆逊的贡献 汤姆逊的贡献 十九世纪八十年代 克鲁克斯和戈德斯坦关于阴极射线的研究成果 引起 了大批科学家对阴极射线的关注 汤姆逊也把他的注意力投向这个领域 通过 对气体放电的实验研究导致了对电子的发现 关于阴极射线的性质 汤姆逊和 多数英国物理学家持相同的观点 认为阴极射线是由带负电粒子组成的 而且 带负电粒子可能以很大速度运动 对阴极射线带有负电荷 佩兰在 1895 年所做的实验已证明了这一点 他将 金属圆桶安装在阴极射线管中 用静电计测圆桶接收到的电荷 实验表明 当 金属圆桶收集到阴极射线时 圆桶一定带负电 当阴极射线不进入圆桶时 圆 桶就不带电 从而证明阴极射线带有负电荷 支持了阴极射线是由带电负粒子 组成的观点 可是 支持阴极射线是波动说的人们却对此提出反对意见 他们 认为佩兰所用放电管的阳极同时又在外圆桶 因而不能说明验电器带电的原因 也不能说明验电器带电与阴极射线之间存在的关系 针对这种非难 汤姆逊于 1897 年以另一种方式重复了佩兰的实验 汤姆逊把佩兰实验中的阳极与外圆桶 分开 并把外圆桶接地 将两个有裂缝的同轴置于一个与放电管连接的玻璃泡 中 把圆桶裂缝与阴极射线的直线传播路径有一夹角 这样就使得阴极射线除 非被磁铁偏转 不会落到圆桶中 对阴极射线的径迹汤姆逊用玻璃泡上的磷光 来示迹 他的实验显示 当阴极射线不落在裂缝时 送至验电器的电荷是很小 的 而当阴极射线被一磁体偏转从而落在裂缝时 就有大量的负电荷送至静电 计 实验用无可辩驳的事实说明 负电荷总是与阴极射线走同一条路线 这种 负电荷同阴极射线是牢不可分的 这就证实了阴极射线带有负电荷 从而不给 反对者留下任何余地 支持阴极射线是带负电荷粒子观点的另一个重要实验是 汤姆逊显示了阴 极射线被静电场偏转 赫兹曾在 1883 做过静电场对阴极射线作用的实验 他让 射线从放置在放电管内连接到蓄电池的两块平行金属板之间通过 没有发现静 电场对阴极射线的影响 这一事实成了阴极射线是电磁辐射的一个实验证据 也成了反对阴极射线是带负电粒子的主要论据之一 汤姆逊重复赫兹的实验 他的实验显示 在高真空下 把两块铝板与蓄电池组成的电极相连 射线从铝 板之间通过时 便发生了偏转 同时 汤姆逊对赫兹的实验作了正确的解释 他认为 在赫兹的实验中 射线没有发生偏转是由于射线使稀薄气体具有了导 电性所致 汤姆逊把有关阴极射线的现象综合考虑 他发现带负电的阴极射线的行为 和带负电的物体行为完全相同 它们既被静电力偏转 又会受磁力的作用 于 是他得出结论 阴极射线就是带负电的物质粒子 然而 这些物质粒子到底是 什么呢 它们是否原子 或分子 或分得更细状态的物质 对此汤姆逊进行了 一系列实验 测量这种粒子的质荷比 m e 他用两种不同的方法测量质荷比 在实验中发现 气体的性质不会影响射线的路线 测得的 m e 值不仅与速度无 关 而且与射线通过的气体性质毫无关系 还与使用的阴极种类无关 m e 值 比当时已知的氢原子质荷比 M E 小 3 个数量级 汤姆逊认为 对阴极射线测得 的 m e 很小说明 可能是由于组成射线的带电粒子 m 很小 或者是 e 大 或者 是两者兼有 汤姆逊得到阴极射线的质荷比之后 他结合当时多数化学家关于 化学元素结构的观点 以及迈厄用飘浮磁体来模拟原子力的实验 对阴极射线 的性质进行推论 假设阴极射线粒子所带电荷等于氢粒子所带电荷 那么 从 m e 的值很小便可推出 m 的值很小 由 m 的值很小又可推出组成阴极射线的粒 子体积很小 由于它的体积很小 所以有很好的穿透性 这就可以解释射线穿 过金属箔的现象 由射线粒子的体积很小以及它与产生它的环境明显无关 可 推测组成射线的粒子分布的广泛性 由于组成阴极射线的粒子在各种元素中普 遍存在 所以它是原子的组成部分 如果按迈厄用飘浮磁体模拟原子力实验进 行排列 我们就会对原子的周期特性用电动力学进行解释 也能够说明普劳特 推测别的元素的原子都是由两个或多个氢原子组成的观点是正确的 这些是汤 姆逊在 1897 年所做的工作 通过这些工作 汤姆逊发现了组成原子的一种基本 粒子 电子 两年后 汤姆逊又用威尔逊云室成功地测量了电子所带的电荷 测得的数值与当时近似已知的氢离子值符合的很好 这就说明电子所带的电荷 等于氢离子所带电荷 而它的质量却比氢原子小得多 3 3 进一步的研究和影响进一步的研究和影响 汤姆逊对电子的发现是物理学发展史上的一个里程碑 自他的开拓性工作 以来 人们提出各种各样的方法对电子电荷进行精确测量 在直接测量电子电 荷的方法中 密立根取得了巨大成功 他在 1911 年进行了油滴实验 第一次给 出了电子电荷的精确数值 并且肯定了电荷的 量子化 肯定了不存在比电子 电荷的绝对值更小的电荷 这一工作的意义十分重大 正如 A 加尔斯特兰德说 密立根 对单位电荷的精确求值是对物理学的不可估量的贡献 它能使我们以 较高的精密度计算大量最重要的物理常数 密立根由于这一贡献和研究光电效 应而荣获了 1923 年诺贝尔物理学奖 电子的发现具有革命性的意义 它打破了自古希腊以来人们关于原子不可 分的观念 并以