第一節(jié) 電子的發(fā)現(xiàn)

1、第一節(jié)第一節(jié) 電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)世間萬物是由原子構(gòu)成的原子是一種最后的不可分割的物質(zhì)微粒 德謨克利特古希臘哲學(xué)家約前460前370 道爾頓英國化學(xué)家1766-1844 每種化學(xué)元素都有它對應(yīng)的原子原子是最微小的不可分割的實心球體 19世紀(jì)是電磁學(xué)大發(fā)展的時期世紀(jì)是電磁學(xué)大發(fā)展的時期, 到七、八到七、八十年代電氣工業(yè)開始有了發(fā)展十年代電氣工業(yè)開始有了發(fā)展, 其中電氣照明其中電氣照明也吸引了許多科學(xué)家的注意，問題涉及低壓氣也吸引了許多科學(xué)家的注意，問題涉及低壓氣體放電現(xiàn)象，于是，人們競相研究與低壓氣體體放電現(xiàn)象，于是，人們競相研究與低壓氣體發(fā)電現(xiàn)象有關(guān)的問題。發(fā)電現(xiàn)象有關(guān)的問題。 早在早在185

2、81858年，德國物理學(xué)家普呂克爾利用低壓氣年，德國物理學(xué)家普呂克爾利用低壓氣體放電管研究氣體放電時發(fā)現(xiàn)一種奇特的現(xiàn)象。從體放電管研究氣體放電時發(fā)現(xiàn)一種奇特的現(xiàn)象。從低壓氣體放電管陰極發(fā)出一種射線。低壓氣體放電管陰極發(fā)出一種射線。 1876 1876年德國物理學(xué)家戈德斯坦研究后命名為年德國物理學(xué)家戈德斯坦研究后命名為陰極陰極射線射線陰極射線是什么？陰極射線是什么？J.J J.J 湯姆孫湯姆孫J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 19401940英國英國赫茲赫茲 H.RudolfH.Rudolf Hertz Hertz 1857 1857 18941894德國德國 認(rèn)為

3、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、它在電場中不偏轉(zhuǎn)，因此不帶電、它在電場中不偏轉(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! 讓我們一起來好好想想讓我們一起來好好想想重走科學(xué)探索路重走科學(xué)探索路思考思考1：電磁輻射和帶電微粒最大的區(qū)：電磁輻射和帶電微粒最大的區(qū)別是什么？別是什么？思考思考2：如果是帶電微粒它帶正電還是：如果是帶電微粒它帶正電還是負(fù)點？負(fù)點？根據(jù)帶電粒子在電磁場中的運動根據(jù)帶電粒子在電磁場中的運動規(guī)律，用什么方法來判斷帶電粒子所

4、帶規(guī)律，用什么方法來判斷帶電粒子所帶電荷？電荷？電磁波不帶電，且速度比帶電粒子大的多電磁波不帶電，且速度比帶電粒子大的多電磁波沒有質(zhì)量，帶電粒子有質(zhì)量電磁波沒有質(zhì)量，帶電粒子有質(zhì)量 英國物理學(xué)家英國物理學(xué)家J.J.J.J.湯姆孫自湯姆孫自18901890年起開始研究，對年起開始研究，對陰極射線進行了一系列的實驗研究。認(rèn)為是帶電粒子流。陰極射線進行了一系列的實驗研究。認(rèn)為是帶電粒子流。實驗驗證實驗驗證v1. 當(dāng)金屬板當(dāng)金屬板D1、D2之間未加電場時，射線不偏轉(zhuǎn)，之間未加電場時，射線不偏轉(zhuǎn)，射在屏上射在屏上P1點。施加電場點。施加電場E之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏上并射到屏上P2處

5、。由此可以推斷陰極射線帶有什處。由此可以推斷陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷？么性質(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帶負(fù)電帶負(fù)電 電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)如何測出組成陰極射線粒子的比荷？如何測出組成陰極射線粒子的比荷？2. 如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點回到點回到 P1，需要在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個大需要在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個大 小、方小、方向合適的磁場。向合適的磁場。這個磁場的方向這個磁場的方向B是垂直紙面向外還是垂直紙面向外還是向內(nèi)？是向內(nèi)？如果陰極射線微粒的質(zhì)量為如果陰極射線微粒的質(zhì)量為m速度為速度為v，那么每個

6、陰，那么每個陰極射線微粒受到的洛侖茲力和電場力都為多少？兩極射線微粒受到的洛侖茲力和電場力都為多少？兩力間應(yīng)該有什么關(guān)系？力間應(yīng)該有什么關(guān)系？向外向外 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B速度選擇器速度選擇器VqEqVBEEqqvB BEv 3. 如果去掉如果去掉D1、D2間的電場間的電場E，只保留磁場，只保留磁場B，磁場方向與射線運動方向垂直。陰極射線在有磁場方向與射線運動方向垂直。陰極射線在有磁場的區(qū)域?qū)纬梢粋€半徑為磁場的區(qū)域?qū)纬梢粋€半徑為r的圓弧的圓弧(r可以可以通過通過P3的位置算出的位置算出) 。此時，組成

7、陰極射線的粒。此時，組成陰極射線的粒子做圓周運動的向心力就是子做圓周運動的向心力就是_力。力。洛倫茲洛倫茲. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BVLdqVBOrqBmvr BEv rBEmq2又因為又因為可求得，比荷為可求得，比荷為 18971897年，湯姆孫得出陰極射線的本質(zhì)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是帶負(fù)電的粒子流并求出了這種粒子的比荷。荷。 當(dāng)湯姆孫在測定比荷實驗時發(fā)現(xiàn)，用當(dāng)湯姆孫在測定比荷實驗時發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做實驗，所發(fā)出射線的不同材

8、料的陰極做實驗，所發(fā)出射線的粒子都有相同的比荷，這表明什么？粒子都有相同的比荷，這表明什么？ 這說明不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒這說明不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是構(gòu)成各種物質(zhì)的子，它是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分共有成分。實驗結(jié)果實驗結(jié)果：荷質(zhì)比約為質(zhì)子的：荷質(zhì)比約為質(zhì)子的20002000倍倍 進一步分析進一步分析實驗結(jié)果：是電荷比實驗結(jié)果：是電荷比質(zhì)子大？還是質(zhì)量比質(zhì)子?。抠|(zhì)子大？還是質(zhì)量比質(zhì)子小？ 湯姆孫猜測：這可能表示陰極射湯姆孫猜測：這可能表示陰極射線粒子線粒子電荷量電荷量的大小與一個氫離子的大小與一個氫離子一樣一樣，而，而質(zhì)量質(zhì)量比氫離子比氫離子小得多小得多。 后來湯姆孫測得了后來湯姆

9、孫測得了這種粒子的電荷這種粒子的電荷量與氫離子電荷量大致相同量與氫離子電荷量大致相同，由此可，由此可以看出他當(dāng)初的猜測是正確的。后來以看出他當(dāng)初的猜測是正確的。后來陰極射線的粒子被稱為陰極射線的粒子被稱為電子電子 19101910年，美國科學(xué)家年，美國科學(xué)家密立根密立根又通過著又通過著名的油滴實驗，精確地測定了電子的電量：名的油滴實驗，精確地測定了電子的電量： e=1.602e=1.6021 17733773310101919 C C 根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計算出電子根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計算出電子的質(zhì)量為：的質(zhì)量為： m=9.109m=9.1093 389789710103131 kg kg

10、1836pemm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：密立根油滴實驗的原理如圖所示，兩塊平行放置的水平金屬板A、B與電源相連接，使A板帶正電，B板帶負(fù)電。從噴霧器噴嘴噴出的小油滴經(jīng)上面的金屬板中間的小孔，落到兩板之間的勻強電場中。有關(guān)陰極射線有關(guān)陰極射線實驗總結(jié)實驗總結(jié)帶負(fù)電，且電荷量與氫離子相同帶負(fù)電，且電荷量與氫離子相同質(zhì)量是最輕的原子近質(zhì)量是最輕的原子近 1/2000 1/2000 陰極射線是由比最小的原子還小的多的帶負(fù)電荷的微粒構(gòu)成的正離子的轟擊正離子的轟擊紫外線照射紫外線照射放射性物質(zhì)放射性物質(zhì)陰極射線陰極射線光電流光電流射線射線金屬受熱金屬受熱熱離子流熱離子流 電子是

11、原子電子是原子的組成部分，的組成部分，是比原子更基本是比原子更基本的物質(zhì)單元。的物質(zhì)單元。陰極射線是什么？陰極射線是什么？J.J J.J 湯姆孫湯姆孫J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 19401940英國英國赫茲赫茲 H.RudolfH.Rudolf Hertz Hertz 1857 1857 18941894德國德國 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”它在電場中不偏轉(zhuǎn)，因此不帶電它在電場中不偏轉(zhuǎn)，因此不帶電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!帶負(fù)電，且電荷量與質(zhì)子相同帶負(fù)電，且電荷量與質(zhì)子相同速度遠(yuǎn)小于電磁波傳播速度速度遠(yuǎn)小于電磁波傳播速度質(zhì)量是最輕的原子質(zhì)量是最輕的原子 1/2000 左右左右WIN 它在電場中不偏轉(zhuǎn)，因此不帶電它在電場中不偏轉(zhuǎn)，因此不帶電 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!J.J J.J 湯姆孫湯姆孫( (英國英國) )1857 1857 19401940 1889 1889年年4 4月月3030日，日，J.J.J.J.湯姆孫正式湯姆孫正式宣布發(fā)現(xiàn)電子宣布發(fā)現(xiàn)電