第十八章原子結(jié)構(gòu)1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)

1、1知道陰極射線是由電子組成的，電子是原子的組成部分，知道陰極射線是由電子組成的，電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。是比原子更基本的物質(zhì)單元。2體會(huì)電子的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中蘊(yùn)含的科學(xué)方法。體會(huì)電子的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中蘊(yùn)含的科學(xué)方法。3知道電荷是量子化的，即任何電荷只能是知道電荷是量子化的，即任何電荷只能是 e 的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。4領(lǐng)會(huì)電子的發(fā)現(xiàn)對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義領(lǐng)會(huì)電子的發(fā)現(xiàn)對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義。 本節(jié)由陰極射線和電子的發(fā)現(xiàn)兩部分內(nèi)容組成。重點(diǎn)是本節(jié)由陰極射線和電子的發(fā)現(xiàn)兩部分內(nèi)容組成。重點(diǎn)是電子的發(fā)現(xiàn)過(guò)程蘊(yùn)含的科學(xué)方法。首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明陰極射電子的發(fā)現(xiàn)過(guò)程蘊(yùn)含的科學(xué)方法。首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)

2、說(shuō)明陰極射線的存在，然后指出科學(xué)家對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)，最后仍然通線的存在，然后指出科學(xué)家對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)，最后仍然通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明原子不是組成物質(zhì)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)有重大意義，是近代物理三大的最小微粒，對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)有重大意義，是近代物理三大發(fā)現(xiàn)之一。發(fā)現(xiàn)之一。 電子發(fā)現(xiàn)的本身是一個(gè)很好的培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決電子發(fā)現(xiàn)的本身是一個(gè)很好的培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的內(nèi)容，認(rèn)識(shí)電子發(fā)現(xiàn)的重大意義，體會(huì)電子的發(fā)問(wèn)題能力的內(nèi)容，認(rèn)識(shí)電子發(fā)現(xiàn)的重大意義，體會(huì)電子的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中蘊(yùn)含的科學(xué)方法是教學(xué)中的重點(diǎn)。通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)過(guò)

3、程中蘊(yùn)含的科學(xué)方法是教學(xué)中的重點(diǎn)。通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)和歷史資料介紹，使學(xué)生通過(guò)觀察，閱讀理解，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。歷史資料介紹，使學(xué)生通過(guò)觀察，閱讀理解，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。 19 19世紀(jì)末，在對(duì)氣體放電現(xiàn)象的研究中，科學(xué)家發(fā)世紀(jì)末，在對(duì)氣體放電現(xiàn)象的研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了電子?，F(xiàn)了電子。從而得出：從而得出：原子是可以分割的，是由更小原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的的微粒組成的。演示實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn) 1858 年德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾較早發(fā)現(xiàn)了氣體導(dǎo)電時(shí)年德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾較早發(fā)現(xiàn)了氣體導(dǎo)電時(shí)的輝光放電現(xiàn)象。的輝光放電現(xiàn)象。 1876 年德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦認(rèn)為管壁上的熒光是由年德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦認(rèn)為管壁上

4、的熒光是由于玻璃受到的于玻璃受到的陰極發(fā)出陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，并把的某種射線的撞擊而引起的，并把這種未知射線稱(chēng)之為這種未知射線稱(chēng)之為陰極射線陰極射線。 一、陰極射線一、陰極射線代表人物，赫茲。認(rèn)為這種射線的本質(zhì)是一代表人物，赫茲。認(rèn)為這種射線的本質(zhì)是一種種電磁波電磁波的傳播過(guò)程。的傳播過(guò)程。電磁波說(shuō)電磁波說(shuō) 代表人物，湯姆孫。認(rèn)為這種射線的本代表人物，湯姆孫。認(rèn)為這種射線的本質(zhì)是一種質(zhì)是一種高速粒子流高速粒子流。粒子說(shuō)粒子說(shuō)二、電子的發(fā)現(xiàn)二、電子的發(fā)現(xiàn) 英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子。英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：

5、 金屬板金屬板 D1、D2 之間未加電場(chǎng)時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，射在屏上之間未加電場(chǎng)時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，射在屏上的的 P1 點(diǎn)，按圖示方向加電場(chǎng)點(diǎn)，按圖示方向加電場(chǎng) E 之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏上的上的 P2 點(diǎn)，由此推斷，陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷？點(diǎn)，由此推斷，陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷？帶帶負(fù)負(fù)電電 我們已經(jīng)知道陰極射線是帶負(fù)電荷的粒子流，我們已經(jīng)知道陰極射線是帶負(fù)電荷的粒子流，那么，如何求陰極射線微粒的比荷？那么，如何求陰極射線微粒的比荷？ 為使陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在平行極板區(qū)域應(yīng)為使陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在平行極板區(qū)域應(yīng)采取什么措施？采取什么措施？ 在平行板區(qū)域加一磁場(chǎng)

6、且磁場(chǎng)方向必須在平行板區(qū)域加一磁場(chǎng)且磁場(chǎng)方向必須垂直紙面向外垂直紙面向外，當(dāng)，當(dāng)滿(mǎn)足條件滿(mǎn)足條件 qvB = qE 時(shí)，則陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即：時(shí)，則陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即：v = E/B。 方法一：方法一：若撤去磁場(chǎng)，帶電粒子由若撤去磁場(chǎng)，帶電粒子由P1 點(diǎn)偏離到點(diǎn)偏離到 P2，P2 到到 P1 豎直距離為豎直距離為 y，屏幕到金屬板，屏幕到金屬板 D1、D2 右端的距右端的距離為離為 D，你能算出陰極射線的比荷嗎？，你能算出陰極射線的比荷嗎？qm屏屏幕幕 LD v0yP1P2qm屏屏幕幕 LD v0200tanyxvatqELvvmv 又因?yàn)椋河忠驗(yàn)椋?tan2yLD 且且 0EvB 化

7、簡(jiǎn)得：化簡(jiǎn)得： 2()2qEyLmDB L P1P2y 方法二：方法二：利用磁場(chǎng)使帶電的陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，利用磁場(chǎng)使帶電的陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，能否根據(jù)磁場(chǎng)的特點(diǎn)和帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律能否根據(jù)磁場(chǎng)的特點(diǎn)和帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)計(jì)算陰極射線的比荷？來(lái)計(jì)算陰極射線的比荷？qm屏屏幕幕 LD v0P1P2yqm屏屏幕幕 LDv0cosLR 0EvB 2cosqEmB L 0mvRqB 只要測(cè)出粒子打到屏上的速度方向只要測(cè)出粒子打到屏上的速度方向(與水平方向的夾角與水平方向的夾角 )P1P2ORy比荷求法比荷求法1. 用用“電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)”測(cè)定陰極射線比荷的表達(dá)式測(cè)定陰極射線比荷的表達(dá)式2. 用

8、用“磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)”測(cè)定陰極射線比荷的表達(dá)式測(cè)定陰極射線比荷的表達(dá)式2()2qEyLmDB L 2cosqEmB L 湯姆生發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極和不同的方法做湯姆生發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極和不同的方法做實(shí)驗(yàn)，所得實(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值是相等比荷的數(shù)值是相等的。這說(shuō)明，這種粒子的。這說(shuō)明，這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的陰極射線是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的陰極射線粒子的比荷是氫離子比荷的近兩千倍。若這種粒子的粒子的比荷是氫離子比荷的近兩千倍。若這種粒子的電荷量與氫離子的電荷量相同，則其質(zhì)量約為氫離子電荷量與氫離子的電荷量相同，則其質(zhì)量約為氫離子質(zhì)量的近兩千分之一。湯姆孫后續(xù)的

9、實(shí)驗(yàn)粗略測(cè)出了質(zhì)量的近兩千分之一。湯姆孫后續(xù)的實(shí)驗(yàn)粗略測(cè)出了這種粒子的電荷量確實(shí)與氫離子的電荷量差別不大，這種粒子的電荷量確實(shí)與氫離子的電荷量差別不大，證明了他當(dāng)初的猜測(cè)是正確的。后來(lái)，物理學(xué)家把新證明了他當(dāng)初的猜測(cè)是正確的。后來(lái)，物理學(xué)家把新發(fā)現(xiàn)的這種組成陰極射線的粒子稱(chēng)之為發(fā)現(xiàn)的這種組成陰極射線的粒子稱(chēng)之為電子電子。 電子的發(fā)現(xiàn)具有偉大的意義，因?yàn)檫@一事件使電子的發(fā)現(xiàn)具有偉大的意義，因?yàn)檫@一事件使人們認(rèn)識(shí)到自然界還有比原子更小的實(shí)物。電子的人們認(rèn)識(shí)到自然界還有比原子更小的實(shí)物。電子的發(fā)現(xiàn)打開(kāi)了通向原子物理學(xué)的大門(mén)發(fā)現(xiàn)打開(kāi)了通向原子物理學(xué)的大門(mén) , ,人們開(kāi)始研究人們開(kāi)始研究原子的結(jié)構(gòu)。原子

10、的結(jié)構(gòu)。 湯姆孫被科學(xué)界譽(yù)為湯姆孫被科學(xué)界譽(yù)為“一位最先打開(kāi)通向基本一位最先打開(kāi)通向基本粒子物理學(xué)大門(mén)的偉人粒子物理學(xué)大門(mén)的偉人”。 第一次較為精確測(cè)量出電子電荷量的是美國(guó)物理學(xué)第一次較為精確測(cè)量出電子電荷量的是美國(guó)物理學(xué)家家密立根密立根利用利用油滴實(shí)驗(yàn)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的。測(cè)量出的。三、密立根油滴實(shí)驗(yàn)三、密立根油滴實(shí)驗(yàn) 1. 陰極射線陰極射線2. 電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)比荷的兩種求法比荷的兩種求法3. 密立根油滴實(shí)驗(yàn)密立根油滴實(shí)驗(yàn)1. 一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方，一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方，放一通電直導(dǎo)線放一通電直導(dǎo)線 AB 時(shí)，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏，則時(shí)，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏，則 ( ) A. 導(dǎo)線中的電流由導(dǎo)線中的電流由 A 流向流向 B B. 導(dǎo)線中的電流由導(dǎo)線中的電流由 B 流向流向 A C. 若要使電子束的徑跡往上偏，可以通過(guò)改變?nèi)粢闺娮邮膹桔E往上偏，可以通過(guò)改變 AB 中的電流中的電流 方向來(lái)實(shí)現(xiàn)方向來(lái)實(shí)現(xiàn) D. 電子束的徑跡與電子束的徑跡與 AB 中的電流方向無(wú)關(guān)中的電流方向無(wú)關(guān)ABBC 2. 有一電子有一電子(電荷量為電荷量為 e )經(jīng)電壓為經(jīng)電壓為 U0 的電場(chǎng)加速后，的電場(chǎng)加速后，進(jìn)入兩塊間距