18.1电子的发现

1、子的意义子的意义子的研究方法及发现电子的研究方法及发现电2.了解汤姆孙发现电2.了解汤姆孙发现电的高速电子流）的高速电子流）生及本质(从阴极发出生及本质(从阴极发出1.知道阴极射线的产1.知道阴极射线的产学习目标：学习目标： 德国物理学家德国物理学家J.普吕克尔在普吕克尔在1858年利用年利用低压气体放低压气体放电管电管研究气体放电时发现的研究气体放电时发现的 .从低压气体放电管阴极发出从低压气体放电管阴极发出一种射线。一种射线。 阴极射线阴极射线 1876年，戈德斯坦的研究年，戈德斯坦的研究阴极射线阴极射线8仪器介绍仪器介绍1 1、玻璃管，内装极其稀薄的气体。、玻璃管，内装极其稀薄的气体。2

2、 2、电极，接上高压电源的负极的、电极，接上高压电源的负极的一端称一端称“阴极阴极”，另一端则称为，另一端则称为“阳极或对阴极阳极或对阴极”3 3、: : 接通高压电源后，从阴接通高压电源后，从阴极会射出一种射线，撞在荧光板上极会射出一种射线，撞在荧光板上发光，出现一条光带发光，出现一条光带4、挡板阴影阴极射线阴极射线 Cathode rayCathode rayJ.J J.J 汤姆孙汤姆孙J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 19401940英国英国赫兹赫兹 H.Rudolf Hertz H.Rudolf Hertz 1857 1857 18941894德国德国 认

3、为阴极射线是一种认为阴极射线是一种“电磁波电磁波”认为阴极射线是一种认为阴极射线是一种“高速粒子流高速粒子流”我看到的是：我看到的是：1、电磁波、电磁波能穿透薄铝片能穿透薄铝片 最小原子粒子是做不到的，最小原子粒子是做不到的，所以所以挡片出现阴影挡片出现阴影 2、电场中不偏转，因此不带电电场中不偏转，因此不带电别急，别急别急，别急: 让我们一起来好好想想让我们一起来好好想想对阴极射线本性的研究形成了：对阴极射线本性的研究形成了：德国德国学派的电磁波说学派的电磁波说 英国英国学派的微粒说学派的微粒说 我看到的是：我看到的是：1、电磁波、电磁波能穿透薄铝片能穿透薄铝片 最小原子粒子是做不到的，所以

4、最小原子粒子是做不到的，所以挡片出现阴影挡片出现阴影 2、电场中不偏转，因此不带电、电场中不偏转，因此不带电阴极射线阴极射线 Cathode rayCathode rayJ.J J.J 汤姆孙汤姆孙J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 19401940英国英国赫兹赫兹 H.Rudolf Hertz H.Rudolf Hertz 1857 1857 18941894德国德国 认为阴极射线是一种认为阴极射线是一种“电磁波电磁波”认为阴极射线是一种认为阴极射线是一种“高速粒子流高速粒子流”对阴极射线本性的研究形成了：对阴极射线本性的研究形成了：德国德国学派的电磁波说学派的电

5、磁波说 英国英国学派的微粒说学派的微粒说 电磁波在磁场中电磁波在磁场中不偏转不偏转我看到的是：我看到的是：1、电磁波、电磁波能穿透薄铝片能穿透薄铝片 最小原子粒子是做不到的，所以最小原子粒子是做不到的，所以挡片出现阴影挡片出现阴影 2、电场中不偏转，因此不带电、电场中不偏转，因此不带电阴极射线阴极射线 Cathode rayCathode rayJ.J J.J 汤姆孙汤姆孙J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 19401940英国英国赫兹赫兹 H.Rudolf Hertz H.Rudolf Hertz 1857 1857 18941894德国德国 认为阴极射线是一种认

6、为阴极射线是一种“电磁波电磁波”认为阴极射线是一种认为阴极射线是一种“高速粒子流高速粒子流”对阴极射线本性的研究形成了：对阴极射线本性的研究形成了：德国德国学派的电磁波说学派的电磁波说 英国英国学派的微粒说学派的微粒说 汤姆生：玻璃管内并非汤姆生：玻璃管内并非全真空。全真空偏转了全真空。全真空偏转了正离子的轰击正离子的轰击紫外线照射紫外线照射放射性物质放射性物质阴极射线阴极射线光电流光电流射线射线金属受热金属受热热离子流热离子流 英国物理学家英国物理学家J.J.J.J.自自18901890年起开始研究，年起开始研究，对阴极射线对阴极射线进进行了一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。行了

7、一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。阴极射线阴极射线 Cathode rayCathode rayJ.J J.J 汤姆孙汤姆孙J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 19401940英国英国赫兹赫兹 H.RudolfH.Rudolf Hertz Hertz 1857 1857 18941894德国德国 认为阴极射线是一种认为阴极射线是一种“电磁波电磁波”认为阴极射线是一种认为阴极射线是一种“高速粒子流高速粒子流”带负电，且电荷量与质子相同带负电，且电荷量与质子相同速度远小于电磁波传播速度速度远小于电磁波传播速度质量是最轻的原子质量是最轻的原子 1/2000 左

8、右左右WIN我看到的是：我看到的是：1、电磁波、电磁波能穿透薄铝片能穿透薄铝片 最小原子粒子是做不到的，所以最小原子粒子是做不到的，所以挡片出现阴影挡片出现阴影 2、电场中不偏转，因此不带电、电场中不偏转，因此不带电J.J J.J 汤姆孙汤姆孙( (英国英国) )1857 1857 19401940 1889 1889年年4 4月月3030日，日，J.J.J.J.汤姆孙正式宣汤姆孙正式宣布发现电子布发现电子; ; 电子的发现，结束了关于阴极射线电子的发现，结束了关于阴极射线本质的争论本质的争论; ; 从此，人类意识到，原子并不是组从此，人类意识到，原子并不是组成物质的最小单位，探索原子结构的成

9、物质的最小单位，探索原子结构的序幕由此拉开序幕由此拉开 由于由于J.J.J.J.汤姆生的杰出贡献，汤姆生的杰出贡献，19061906年他获得诺贝尔物理学奖。年他获得诺贝尔物理学奖。化化的的模模型型。请请大大家家注注意意观观察察我我们们简简, , 场场中中偏偏转转的的半半径径r r办办法法得得到到带带电电粒粒子子在在磁磁了了，接接下下来来，我我们们要要想想这这样样，我我们们把把V V求求出出来来E E/ /B B= =q qE E，则则可可以以得得到到v v= =可可以以让让q qv vB B3 3、调调节节E E和和B B合合适适，（再再次次复复习习左左手手定定则则） ? ?的的洛洛伦伦兹兹力

10、力向向哪哪个个方方向向的的磁磁场场，带带电电粒粒子子受受到到加加一一个个垂垂直直黑黑板板面面向向外外2 2、我我们们再再在在这这个个空空间间，动动画画）力力与与电电场场强强度度方方向向相相反反（向向下下，因因为为负负电电荷荷受受 ？这这个个电电场场力力向向哪哪个个方方向向线线粒粒子子会会受受到到电电场场力力，这这时时，飞飞过过来来的的阴阴极极射射会会形形成成一一个个向向上上的的电电场场下下板板带带正正电电，那那么么，就就压压后后，使使上上板板带带负负电电，属属板板，假假如如我我们们加加上上电电路路上上，平平行行放放置置一一对对金金1 1、在在阴阴极极射射线线行行进进的的介介绍绍工工作作原原理理

11、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B B速度选择器速度选择器VqEqEqVBqVBE E D DC CBdBdU UB BE Ev vd dqUqUqEqEqvBqvB工作原理：工作原理：问题问题2 2：阴极射线中带电粒子的比荷？：阴极射线中带电粒子的比荷？1、有什么方法可以控制或者改变带电粒子的运动轨迹、有什么方法可以控制或者改变带电粒子的运动轨迹从而进行研究？从而进行研究？2、怎么确定带电粒子的初速度？以前是否认识过相关、怎么确定带电粒子的初速度？以前是否认识过相关的仪器？的仪器？问题问题2 2：阴极射线中带电粒子的比荷

12、？：阴极射线中带电粒子的比荷？路路是是置置于于电电场场中中。置置于于磁磁场场中中，另另一一条条思思两两条条思思路路，一一条条思思路路是是. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B1 1、带电粒子、带电粒子在磁场中偏转模型在磁场中偏转模型VL LqVBO Or只存在磁场的情况下，偏转圆弧只存在磁场的情况下，偏转圆弧为圆周运动一部分，出磁场后成为圆周运动一部分，出磁场后成匀速直线运动匀速直线运动根据有关几何知识，我们一定是根据有关几何知识，我们一定是可以求出带电粒子圆周运动的半可以求出带电粒子圆

13、周运动的半径径r r的。的。测得射出磁场时速度偏角为测得射出磁场时速度偏角为L LB BEsinEsinBrBrv vm mq qr rv vm mqvBqvB, ,sinsinL Lr r由几何知识得由几何知识得2 22 2测量带电粒子的比荷测量带电粒子的比荷例例. .在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从所示的阴极射线管，从C C出来的阴极射线经过出来的阴极射线经过A A、B B间的间的电场加速后，水平射入长度为电场加速后，水平射入长度为L L的的D D、G G平行板平行板间，接着间，接着在荧光屏在荧光屏F F中心出现荧

14、光斑若在中心出现荧光斑若在D D、G G间加上方向向下，间加上方向向下，场强为场强为E E的匀强电场的匀强电场，阴极射线将向上偏转阴极射线将向上偏转；如果再利；如果再利用通电线圈在用通电线圈在D D、G G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为为B B的匀强磁场的匀强磁场( (图中未画图中未画) )，荧光斑恰好回到荧光屏中荧光斑恰好回到荧光屏中心心，接着再，接着再去掉电场去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为阴极射线向下偏转，偏转角为，试解决下列问题：试解决下列问题：(1)(1)说明阴极射线的电性；说明阴极射线的电性； (2)(2)说明图中磁场沿什么方向；说明图中磁场

15、沿什么方向；(3)(3)根据根据L L、E E、B B和和，求出阴极射线的比荷，求出阴极射线的比荷(1)(1)说明阴极射线的电性说明阴极射线的电性分析：射线向上偏，电场力向上，分析：射线向上偏，电场力向上，与电场线方向反，则射线带负电。与电场线方向反，则射线带负电。(2)(2)说明图中磁场沿什么方向说明图中磁场沿什么方向分析：再加上磁场，射线回到原位，则洛伦兹力向下，由左手分析：再加上磁场，射线回到原位，则洛伦兹力向下，由左手定则，磁场垂直纸面向里。定则，磁场垂直纸面向里。(3)(3)根据根据L L、E E、B B和和，求出阴极射线的比荷，求出阴极射线的比荷L LB BE Es si in n

16、m mq q解解以以上上各各式式：r rs si in n又又L L , ,r rv vm mq qv vB B速速圆圆周周运运动动2 2. .只只有有磁磁场场时时，做做匀匀q qv vB B做做匀匀直直运运动动q qE E共共存存时时，分分析析：1 1. .磁磁场场、电电场场2 22 22 2、带电粒子在电场中的偏转模型、带电粒子在电场中的偏转模型 VqEYDL EdO0 0y yy y0 02 20 0v vv vt ta an n a at t, ,v vt t, ,v vL L, ,m mq qE Ea a 平平抛抛运运动动2 2. .在在偏偏转转电电场场中中，类类m mv v2 21

17、 1q qU U 能能定定理理1 1. .在在加加速速电电场场中中，动动0 0）2 2L L( (D DY Yt ta an n v vv vt ta an no oy y20mvEqL?Y,L,E,D,d可测）E EL L2 2L L( (D DY Y2020vmvqCe19104960217733. 1）（密立根油滴实验密立根油滴实验密立根密立根 (美国)Robert A.Millikan1868年1953年密立根油滴实验（测出了电子的电量）密立根油滴实验（测出了电子的电量）例例2 2. .电子所带电量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过电子所带电量的精确数值最早是由美国物理学家密立根

18、通过油滴实验测得的他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电油滴实验测得的他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电量都等于某个最小电量的整数倍这个最小电量就是电子所带的量都等于某个最小电量的整数倍这个最小电量就是电子所带的电量密立根实验的原理如图所示，电量密立根实验的原理如图所示，A A、B B是两块平行放置的水平是两块平行放置的水平金属板，金属板，A A板带正电，板带正电，B B板带负电板带负电从喷雾器嘴喷出的小油滴，落从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到到A A、B B两板之间的电场中小两板之间的电场中小油滴油滴由于摩擦而由于摩擦而带负电带负电，调节，调节A A、B B两板间的电压，可使小油滴受到的

19、两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡电场力和重力平衡已知小油已知小油滴静止处的电场强度是滴静止处的电场强度是1.921.9210105 5 N/C N/C，油滴半径是，油滴半径是1.641.6410104 4 cmcm，油的密度是，油的密度是0.851 g/cm0.851 g/cm3 3，求，求油滴所带的电量油滴所带的电量，这个电量是电，这个电量是电子电量的多少倍？子电量的多少倍？电荷量的量子化电荷量的量子化5 5= =e eq q= =则则n nn ne e= =：q q解解析析：由由电电荷荷的的量量子子化化量量的的多多少少倍倍？2 2. .这这个个电电量量是是电电子子电电1 19

20、 9c c- -8 8. .0 02 2x x1 10 0= =解解得得：q q q qE E, ,= =m mg g衡衡电电荷荷受受重重力力和和电电场场力力平平3 3r r4 4 = =v v = =解解析析：m m1 1. .油油滴滴所所带带的的电电量量3 3密立根油滴实验的原理图密立根油滴实验的原理图Ce19106022. 1kgm31101094. 9Ce19106022. 11.电子的电量：电子的电量：e=1.6x10-19C 是最小的基本电荷，称为元电荷。是最小的基本电荷，称为元电荷。2.发现：电荷是量子化的，任何电荷所带的电量都是发现：电荷是量子化的，任何电荷所带的电量都是e的整

21、数倍。的整数倍。3.根据比荷确定了电子的质量：根据比荷确定了电子的质量：密立根油滴实验的原理图密立根油滴实验的原理图kgm31101094. 9通过研究带电粒子在磁场和电场的偏转，得到了比通过研究带电粒子在磁场和电场的偏转，得到了比荷的表述式。汤姆孙也通过方法和原理类似的实验荷的表述式。汤姆孙也通过方法和原理类似的实验测定了阴极射线中带电微粒的比荷。测定了阴极射线中带电微粒的比荷。汤姆生猜测这有两种可能汤姆生猜测这有两种可能 1 1、m m差不多的话，差不多的话，q q是氢离子的近两千倍是氢离子的近两千倍 2 2、q q差不多的话，差不多的话，m m是氢离子的近两千分之一是氢离子的近两千分之一经汤姆生大量实验测定，尽管限于当时条件与技术，经汤姆生大量实验测定，尽管限于当时条件与技术，很不精确，但足以证明，这种很不精确，但足以证明，这种带电微粒的电荷量与带电微粒的电荷量与氢离子相当，可见其质量远小于氢离子。氢离子相当，可见其质量远小于氢离子。倍倍约约为为氢氢离离子子的的2 20 00 00