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第十八章原子结构 第一节电子的发现 回顾 公元前5世纪 希腊哲学家德谟克利特等人认为 万物是由大量的不可分割的微粒构成的 即原子 19世纪初 英国科学家道尔顿提出近代原子学说 他认为原子是微小的不可分割的实心球体 物质由原子组成 原子不能被创造 也不能被毁灭 在化学变化中原子不可分割 他们的性质在化学反应中保持不变 阴极射线 1 玻璃管 内装极其稀薄的气体 2 电极 接上高压电源的负极的一端称 阴极 另一端则称为 阳极或对阴极 3 演示 接通高压电源后 从阴极会射出一种射线 撞在荧光板上发光 出现一条光带 这种射线最早是1858年由德国物理学家普吕克尔J Plucker发现的 1876年另一位物理学家戈德斯坦E Goldstein命名其为 阴极射线 阴极射线Cathoderay J J汤姆孙J JThomson1857 1940英国 赫兹H RudolfHertz1857 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 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 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 二 电子的发现 1 认识实验装置的作用 分析阴极射线的运动情况 及其课本上的思考与讨论实验装置 自学指导 阅读教材47页最后一段到48页最后一段 思考问题 2 电子的发现及其意义 气体放电管示意图 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 下面我们自己算一算 1 当金属板D1 D2之间未加电场时 射线不偏转 射在屏上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 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 这个磁场的方向是 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 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 速度选择器 汤姆逊管 设粒子质量为m 带电荷为e 受到磁场力和电场力的作用 如果不发生偏转 则受力平衡 电场力 磁场力 3 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 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 4 如果去掉D1 D2间的电场E 只保留磁场B 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 汤姆孙的气体放电管的示意图 带电粒子在磁场中偏转模型 O r 磁偏转模型的原理只存在磁场的情况下 偏转圆弧为圆周运动一部分 出磁场后成匀速直线运动根据有关几何知识 我们一定是可以求出带电粒子圆周运动的半径r的 测得射出磁场时速度偏角为 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 电子是原子的组成部分 是比原子更基本的物质单元 电子 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 质子质量与电子质量的比值 1 关于阴极射线的性质 判断正确的是 A 阴极射线带负电B 阴极射线带正电C 阴极射线的比荷比氢原子核的比荷大D 阴极射线的比荷比氢原子核的比荷小 AC C 2 关于阴极射线的实质 下列说法正确的是 A 阴极射线实质是氢原子B 阴极射线实质是电磁波C 阴极射线实质是电子D 阴极射线实质是X射线 3 关于电子的发现者 下列说法正确的是 A 英国的汤姆孙B 德国的普吕克尔C 德国的戈德斯坦D 美国的密立根 A 汤姆孙发现了电子 并且知道了电子是带负电荷的 人们推断出原子中还有带正电的物质 那么这两种物质是怎样构成原子的呢 汤姆孙的原子模型 在汤姆孙的原子模型中 原子是一个球体 正电荷均匀分布在整个球内 电子镶嵌其中 粒子散射实验 1909 1911年 英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了 粒子散射实验 绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进 但少数 粒子发生了较大的偏转 并且有极少数 粒子的偏转超过了90 有的甚至几乎达到180 粒子散射实验的结果 西瓜模型或枣糕模型能否解释这种现象 根据汤姆孙模型计算的结果 电子质量很小 对 粒子的运动方向不会发生明显影响 由于正电荷均匀分布 粒子所受库仑力也很小 故 粒子偏转角度不会很大 原子的核式结构的提出 在原子的中心有一个很小的核 叫做原子核 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 带负电的电子在核外空间绕着核旋转 原子核的核式结构 根据卢瑟福的原子结构模型 原子内部是十分 空旷 的 举一个简单的例子 体育场 原子核的电荷和大小 根据卢瑟福的原子核式模型和 粒子散射的实验数据 可以推算出各种元素原子核的电荷数 还可以估计出原子核的大小 1 原子的半径约为10 10m 原子核半径约是10 15m 原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一 2 原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内的原子序数相等 3 电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力 B 1 在用 粒子轰击金箔的实验中 卢瑟福观察到的 粒子的运动情况是 A 全部 粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进B 绝大多数 粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进 少数发生较大偏转 极少数甚至被弹回C 少数 粒子穿过金属箔后仍按原来的方