第一節(jié)-電子的發(fā)現(xiàn)PPT課件

1、回顧： 公元前5世紀(jì)，希臘哲學(xué)家德謨克利特等人認(rèn)為 ：萬(wàn)物是由大量的不可分割的微粒構(gòu)成的，即原子。 19世紀(jì)初，英國(guó)科學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說(shuō)，他認(rèn)為原子是微小的不可分割的實(shí)心球體,物質(zhì)由原子組成,原子不能被創(chuàng)造,也不能被毀滅,在化學(xué)變化中原子不可分割,他們的性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中保持不變。第1頁(yè)/共29頁(yè)8儀器介紹儀器介紹陰極射線陰極射線1、玻璃管，內(nèi)裝極其稀薄的氣體。2、電極，接上高壓電源的負(fù)極的一端稱“陰極”，另一端則稱為“陽(yáng)極或?qū)﹃帢O”3、: 接通高壓電源后，從陰極會(huì)射出一種射線，撞在熒光板上發(fā)光，出現(xiàn)一條光帶這種射線最早是這種射線最早是18581858年由年由德國(guó)德國(guó)物理學(xué)家物理學(xué)家普呂

2、克爾普呂克爾 J. J. Plucker Plucker 發(fā)現(xiàn)的，發(fā)現(xiàn)的，18761876年年另一位物理學(xué)家另一位物理學(xué)家戈德斯坦戈德斯坦E.Goldstein E.Goldstein 命名其為命名其為 “陰極射線陰極射線”第2頁(yè)/共29頁(yè)陰極射線陰極射線 Cathode rayCathode rayJ.J 湯姆孫J.J Thomson1857 1940英國(guó)赫茲 H.Rudolf Hertz 1857 1894德國(guó) 認(rèn)為陰極射線是一種認(rèn)為陰極射線是一種“電磁波電磁波”認(rèn)為陰極射線是一種認(rèn)為陰極射線是一種“高速粒子流高速粒子流”我看到的是：我看到的是：1、它在電場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，因此不帶電、它在電場(chǎng)中

3、不偏轉(zhuǎn)，因此不帶電2、它能穿透薄鋁片、它能穿透薄鋁片 粒子是做不到的粒子是做不到的 但波可以但波可以! 讓我們一起來(lái)好好想想讓我們一起來(lái)好好想想重走科學(xué)探索路重走科學(xué)探索路第3頁(yè)/共29頁(yè)陰極射線的本質(zhì)陰極射線的本質(zhì)一種認(rèn)為陰極射線像一種認(rèn)為陰極射線像X射線一樣是電磁輻射射線一樣是電磁輻射一種認(rèn)為陰極射線一種認(rèn)為陰極射線是帶電微粒是帶電微粒思考思考1：電磁輻射和帶電微粒最大的區(qū)別是什么？：電磁輻射和帶電微粒最大的區(qū)別是什么？思考思考2：根據(jù)帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，你根據(jù)帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，你知道哪些方法可以判斷運(yùn)動(dòng)的帶電粒子所帶電荷知道哪些方法可以判斷運(yùn)動(dòng)的帶電粒子所帶電荷的正

4、負(fù)號(hào)？的正負(fù)號(hào)？第4頁(yè)/共29頁(yè)二、電子的發(fā)現(xiàn)1.1.認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的作用，分析陰極射線的運(yùn)動(dòng)情況。及其課本上的思考與討論認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的作用，分析陰極射線的運(yùn)動(dòng)情況。及其課本上的思考與討論實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置自學(xué)指導(dǎo)：自學(xué)指導(dǎo)：閱讀教材閱讀教材47頁(yè)最后一段到頁(yè)最后一段到48頁(yè)最頁(yè)最后一段：思考問(wèn)題后一段：思考問(wèn)題2.2.電子的發(fā)現(xiàn)及其意義電子的發(fā)現(xiàn)及其意義k kA AB BD D2 2P P2 2p p1 1p p3 3 D D1 1+_+_氣體放電管示意圖第5頁(yè)/共29頁(yè)湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖 帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量之比帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量之比比荷比荷q/m，

5、是一個(gè)重要的物理量。根據(jù)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中是一個(gè)重要的物理量。根據(jù)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受力的情況，可以得出組成陰極射線的微粒的比荷。受力的情況，可以得出組成陰極射線的微粒的比荷。下面我們自己算一算。下面我們自己算一算。第6頁(yè)/共29頁(yè) 1. 當(dāng)金屬板當(dāng)金屬板D1、D2之間未加電場(chǎng)時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，之間未加電場(chǎng)時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，射在屏上射在屏上P1點(diǎn)。施加電場(chǎng)點(diǎn)。施加電場(chǎng)E之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏上射到屏上P2處。由此可以推斷陰極射線帶有什么性處。由此可以推斷陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷？質(zhì)的電荷？湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖第7頁(yè)/共29頁(yè)2. 如

6、果要抵消陰極射線的偏轉(zhuǎn)，使它從如果要抵消陰極射線的偏轉(zhuǎn)，使它從P2點(diǎn)回到點(diǎn)回到 P1，需要在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個(gè)大，需要在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個(gè)大 小、方向合適的磁場(chǎng)。小、方向合適的磁場(chǎng)。 這個(gè)磁場(chǎng)的方向是？這個(gè)磁場(chǎng)的方向是？ 寫(xiě)出此時(shí)每個(gè)陰極射線微粒（質(zhì)量為寫(xiě)出此時(shí)每個(gè)陰極射線微粒（質(zhì)量為m，速度為，速度為 v） 受到的洛侖茲力和電場(chǎng)力。你能求出陰極射線受到的洛侖茲力和電場(chǎng)力。你能求出陰極射線 的速度的速度v的表達(dá)式嗎？的表達(dá)式嗎？湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖第8頁(yè)/共29頁(yè). . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7、. . . . . . . B B速度選擇器速度選擇器VqEqEqVBqVBE E 化化的的模模型型。請(qǐng)請(qǐng)大大家家注注意意觀觀察察我我們們簡(jiǎn)簡(jiǎn), , 場(chǎng)場(chǎng)中中偏偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的的半半徑徑r r辦辦法法得得到到帶帶電電粒粒子子在在磁磁了了，接接下下來(lái)來(lái)，我我們們要要想想這這樣樣，我我們們把把V V求求出出來(lái)來(lái)E E/ /B B= =q qE E，則則可可以以得得到到v v= =可可以以讓讓q qv vB B3 3、調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)E E和和B B合合適適，（再再次次復(fù)復(fù)習(xí)習(xí)左左手手定定則則） ? ?的的洛洛倫倫茲茲力力向向哪哪個(gè)個(gè)方方向向的的磁磁場(chǎng)場(chǎng)，帶帶電電粒粒子子受受到到加加一一個(gè)個(gè)垂垂直直黑黑板板面面向向

8、外外2 2、我我們們?cè)僭僭谠谶@這個(gè)個(gè)空空間間，動(dòng)動(dòng)畫(huà)畫(huà)）力力與與電電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度度方方向向相相反反（向向下下，因因?yàn)闉樨?fù)負(fù)電電荷荷受受 ？這這個(gè)個(gè)電電場(chǎng)場(chǎng)力力向向哪哪個(gè)個(gè)方方向向線線粒粒子子會(huì)會(huì)受受到到電電場(chǎng)場(chǎng)力力，這這時(shí)時(shí)，飛飛過(guò)過(guò)來(lái)來(lái)的的陰陰極極射射會(huì)會(huì)形形成成一一個(gè)個(gè)向向上上的的電電場(chǎng)場(chǎng)下下板板帶帶正正電電，那那么么，就就壓壓后后，使使上上板板帶帶負(fù)負(fù)電電，屬屬板板，假假如如我我們們加加上上電電路路上上，平平行行放放置置一一對(duì)對(duì)金金1 1、在在陰陰極極射射線線行行進(jìn)進(jìn)的的介介紹紹工工作作原原理理D DC CBdBdU UB BE Ev vd dqUqUqEqEqvBqvB工作原理：工作原理

9、：B BE Ev vqEqE則qvB則qvB使得電子沿直線運(yùn)動(dòng)。使得電子沿直線運(yùn)動(dòng)。、B合適、B合適場(chǎng)E和磁場(chǎng)B，調(diào)節(jié)E場(chǎng)E和磁場(chǎng)B，調(diào)節(jié)E在金屬板CD加正交電在金屬板CD加正交電入磁場(chǎng)的速度入磁場(chǎng)的速度利用速度選擇器求解進(jìn)利用速度選擇器求解進(jìn)第9頁(yè)/共29頁(yè)湯姆遜管 設(shè)粒子質(zhì)量為m，帶電荷為e,受到磁場(chǎng)力和電場(chǎng)力的作用，如果不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則受力平衡:dVeeEF電電場(chǎng)力：電場(chǎng)力：evBF磁磁場(chǎng)力：磁場(chǎng)力：BEv FeEevBF電磁第10頁(yè)/共29頁(yè) 3.由于金屬板由于金屬板D1、D2間的距離是已知的，兩板間的間的距離是已知的，兩板間的電壓是可測(cè)量的，所以兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度電壓是可測(cè)量的，所以兩板

10、間的電場(chǎng)強(qiáng)度E也是已也是已知量。磁感應(yīng)強(qiáng)度知量。磁感應(yīng)強(qiáng)度B可以由電流的大小算出，同樣可以由電流的大小算出，同樣按已知量處理。按已知量處理。湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖第11頁(yè)/共29頁(yè)4. 如果去掉如果去掉D1、D2間的電場(chǎng)間的電場(chǎng)E，只保留磁場(chǎng)，只保留磁場(chǎng)B，磁場(chǎng)方向與射線運(yùn)動(dòng)方向垂直。陰極射線在有磁場(chǎng)方向與射線運(yùn)動(dòng)方向垂直。陰極射線在有磁場(chǎng)的區(qū)域?qū)?huì)形成一個(gè)半徑為磁場(chǎng)的區(qū)域?qū)?huì)形成一個(gè)半徑為r的圓弧的圓弧(r可以可以通過(guò)通過(guò)P3的位置算出的位置算出) 。此時(shí)，組成陰極射線的粒。此時(shí)，組成陰極射線的粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力就是子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力就是_力。力。湯姆孫的

11、氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖第12頁(yè)/共29頁(yè). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B帶電粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)模帶電粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)模型型VL LqVBO Or只存在磁場(chǎng)的情況下，偏轉(zhuǎn)圓弧為圓周運(yùn)動(dòng)一部分，出磁場(chǎng)后成勻速直線運(yùn)動(dòng)根據(jù)有關(guān)幾何知識(shí)，我們一定是可以求出帶電粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r的。測(cè)得射出磁場(chǎng)時(shí)速度偏角為BrBrv vm mq qr rv vm mqvBqvB, ,sinsinL Lr r由幾何知識(shí)得由幾何知識(shí)得2 2第13頁(yè)/共29頁(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1897 18

12、97年，湯姆孫得出陰極射線的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子年，湯姆孫得出陰極射線的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流并求出了這種粒子的比荷。流并求出了這種粒子的比荷。rdBUrBEmq22 當(dāng)湯姆孫在測(cè)定比荷實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做當(dāng)湯姆孫在測(cè)定比荷實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所發(fā)出射線的粒子都有相同的比荷，這表明什么？實(shí)驗(yàn)，所發(fā)出射線的粒子都有相同的比荷，這表明什么？ 這說(shuō)明不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是構(gòu)成各種物這說(shuō)明不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是構(gòu)成各種物質(zhì)的質(zhì)的共有成分共有成分。第14頁(yè)/共29頁(yè) 電子是原子的組成部分，是比原電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。子更基本的物質(zhì)單

13、元。電子電子 美國(guó)科學(xué)家美國(guó)科學(xué)家密立根密立根又精確地測(cè)定了電子的電量：又精確地測(cè)定了電子的電量： e=1.6022e=1.602210101919 C C 根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計(jì)算出電子的質(zhì)量為：根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計(jì)算出電子的質(zhì)量為： m=9.1094m=9.109410103131 kg kg1836pemm質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值：質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值：第15頁(yè)/共29頁(yè)1.關(guān)于陰極射線的性質(zhì)，判斷正確的是()A陰極射線帶負(fù)電B陰極射線帶正電C陰極射線的比荷比氫原子核的比荷大D陰極射線的比荷比氫原子核的比荷小AC第16頁(yè)/共29頁(yè)C2 2、關(guān)于陰極射線的實(shí)質(zhì)，下列說(shuō)法正確的是(

14、 () )A A陰極射線實(shí)質(zhì)是氫原子B B陰極射線實(shí)質(zhì)是電磁波C C陰極射線實(shí)質(zhì)是電子D D陰極射線實(shí)質(zhì)是X X射線第17頁(yè)/共29頁(yè)3.3.關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn)者，下列說(shuō)法正確的是關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn)者，下列說(shuō)法正確的是 ( () ) A A英國(guó)的湯姆孫英國(guó)的湯姆孫 B B德國(guó)的普呂克爾德國(guó)的普呂克爾 C C德國(guó)的戈德斯坦德國(guó)的戈德斯坦 D D美國(guó)的密立根美國(guó)的密立根A A第18頁(yè)/共29頁(yè) 湯湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，并且知道了電子是帶姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，并且知道了電子是帶負(fù)電荷的，人們推斷出原子中還有帶正電的物質(zhì)。負(fù)電荷的，人們推斷出原子中還有帶正電的物質(zhì)。那么這兩種物質(zhì)是怎樣構(gòu)成原子的呢？那么這兩種物質(zhì)是怎樣

15、構(gòu)成原子的呢？第19頁(yè)/共29頁(yè)英國(guó)物理學(xué)英國(guó)物理學(xué)家家湯姆孫湯姆孫湯姆孫原子模湯姆孫原子模型（棗糕模型）型（棗糕模型）湯姆孫的原子模型 在湯姆孫的原子模型中，原子是一個(gè)球體，正電荷在湯姆孫的原子模型中，原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，電子鑲嵌其中。均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，電子鑲嵌其中。第20頁(yè)/共29頁(yè) 19091911年，英國(guó)物理學(xué)家年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的助手們進(jìn)行了盧瑟福和他的助手們進(jìn)行了 粒子粒子散射實(shí)驗(yàn)。散射實(shí)驗(yàn)。第21頁(yè)/共29頁(yè) 絕大多數(shù)絕大多數(shù) 粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但少粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但少數(shù)數(shù) 粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)粒子發(fā)

16、生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù) 粒子的偏轉(zhuǎn)超粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)了過(guò)了90，有的甚至幾乎達(dá)到，有的甚至幾乎達(dá)到180。第22頁(yè)/共29頁(yè)西瓜模型或棗糕模型能否解釋這種現(xiàn)西瓜模型或棗糕模型能否解釋這種現(xiàn)象？象？根據(jù)湯姆孫模型計(jì)算的結(jié)果：電子質(zhì)量很小，對(duì)根據(jù)湯姆孫模型計(jì)算的結(jié)果：電子質(zhì)量很小，對(duì) 粒粒子的運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯影響；由于正電荷均勻分布，子的運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯影響；由于正電荷均勻分布， 粒子所受庫(kù)侖力也很小，故粒子所受庫(kù)侖力也很小，故 粒子偏轉(zhuǎn)角度不會(huì)很大。粒子偏轉(zhuǎn)角度不會(huì)很大。第23頁(yè)/共29頁(yè) 在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核。原子的在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核。原子的全

17、部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)。電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)。第24頁(yè)/共29頁(yè) 根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，原子內(nèi)部是十分根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，原子內(nèi)部是十分“空空曠曠”的，舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：的，舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：體育場(chǎng)體育場(chǎng)原原 子子原子核原子核第25頁(yè)/共29頁(yè) 根據(jù)盧瑟福的原子核式模型和 粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以推算出各種元素原子核的電荷數(shù)，還可以估計(jì)出原子核的大小。 (1) 原子的半徑約為 10 10 m、原子核半徑約是 10 15 m，原子核的體積只占原子的體積的萬(wàn)億分之一。 (2) 原子核所帶正電荷數(shù)與核外電子數(shù)以及該元素在周期表內(nèi)的原子序數(shù)相等。 (3) 電子繞核旋轉(zhuǎn)所需向心力就是核對(duì)它的庫(kù)侖力。 第26頁(yè)/共29頁(yè)B1. 在用 粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，盧瑟福觀察到的 粒子的運(yùn)動(dòng)情況是