18.1电子的发现

第十八章原子结构 第一节电子的发现 汤姆生的伟大发现 汤姆生发现电子之前人们认为原子是组成物体的最小微粒 是不可再分的 汤姆生对阴极射线等现象的研究中发现了电子 从而敲开了原子的大门 19世纪是电磁学大发展的时期 到七 八十年代电气工业开始有了发展 其中电气照明也吸引了许多科学家的注意 问题涉及低压气体放电现象 于是 人们竞相研究与低压气体发电现象有关的问题 1 辉光放电现象 1 放电管若有稀薄气体 在放电管两极加上高压可看到辉光放电现象 但若管内气体非常稀薄即接近真空时 辉光现象消失 2 辉光放电的应用 利用其发光效应 如霓虹灯 日光灯 以及正常辉光放电的稳压效应 如氖稳压管 一 发现阴极射线的过程 2 阴极射线的发现 德国物理学家J 普吕克尔在1858年利用低压气体放电管研究气体放电时发现 当玻璃管内气体接近真空 辉光消失 却在阴极孔外玻管壁上观察到荧光 并且能使不透明物体产生阴影 后来认定产生这种现象的原因是阴极发出的某种射线撞击玻璃的结果 即阴极射线 3 对阴极射线本质认识的两种观点 一种观点认为阴极射线是电磁波 粒子和电磁波有什么区别 实验该怎么做 另一种观点认为阴极射线是带电粒子 J J 汤姆孙对阴极射线进行了一系列的实验研究 他确认阴极射线是带电的粒子 自1890年起开始研究 二 汤姆孙对阴极射线的研究 D1 D2 气体放电管 2 进一步做实验 确定荷质比 1 经检验为负电荷 K A B P1 P3 P2 2 教材图18 1 2所示实验其实验目的是什么 1 判断阴极射线是否带电 2 如果阴极射线带电 则测出其比荷 3 18 1 2所示实验装置测阴极射线比荷的基本思路是怎样的 加电场使阴极射线偏转 再加磁场使阴极射线不偏转 每个阴极射线微粒受到的库仑力等于洛伦兹力 求出阴极射线的速度 只保留磁场 让阴极射线粒子做匀速圆周运动 其向心力是洛伦兹力 进一步求出阴极射线的比荷 4 根据思考与讨论自己推导阴极射线的比荷 1 在阴极射线所经区域加上电场 通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质 二 汤姆孙对阴极射线的研究 1 带电性质的判断方法 2 在阴极射线所经区域加一磁场 根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质 2 比荷的测定方法 1 让阴极射线垂直进入某一电场中 在荧光屏上亮点位置发生变化 二 汤姆孙对阴极射线的研究 2 在电场区域加一与其垂直的大小合适的磁场 抵消阴极射线的偏转 由此可知qE qvB 3 去掉电场 只保留磁场 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 根据磁场情况和轨迹偏转情况 由几何知识求出其半径r 则由 二 汤姆孙对阴极射线的研究 2 比荷的测定方法 荷质比约为质子的2000倍 这有两种可能 或者这种带电粒子的电荷量很大 或者它的质量很小 3 汤姆孙实验结果及分析 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 随后又发现在气体的电离和光电效应等现象中 可从不同的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 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 电子的发现具有伟大的意义 因为这一事件使人们认识到自然界还有比原子更小的实物 电子的发现打开了通向原子物理学的大门 人们开始研究原子的结构 他被科学界誉为 一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人 J J 汤姆生对电子的研究过程和方法 定性研究 J J 汤姆生还改进了赫兹的静电场偏转实验 他进一步提高了真空度 并且减小极间电压 以防止气体电离 终于获得了稳定的静电偏转 得出阴极射线带负电 定量研究 计算出阴极射线的荷质比e m 普遍性证明 密立根油滴实验的原理图 密立根油滴实验 密立根测量出电子的电量 根据荷质比 可以精确地计算出电子的质量 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BB 导线中的电流由B流向AC 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 2 有