第一节第一节敲开原子的大门敲开原子的大门教学目标教学目标1、明确电子是怎样发现的？、明确电子是怎样发现的？2、知道电子的发现对人类探索原子结构的重大意义。、知道电子的发现对人类探索原子结构的重大意义。3、了解汤姆生发现电子的研究方法、了解汤姆生发现电子的研究方法 相当长时间相当长时间, ,人们认为人们认为原子不可分，原子不可分，英国英国科学家科学家汤姆生汤姆生对阴极射线中发现电子对阴极射线中发现电子! !敲开了敲开了原子的大门原子的大门! !实验实验装置装置: :电源电源, ,感应圈感应圈, ,阴极射线管阴极射线管, ,磁铁磁铁产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极。产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极。当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线。种射线为阴极射线。现象现象:1.:1.阴极射线使荧光屏发光（特点）阴极射线使荧光屏发光（特点） 2.2.当加入磁场后射线偏转当加入磁场后射线偏转发光原理发光原理: :在强电场中在强电场中, ,气体被电离而导电气体被电离而导电一、探索一、探索阴极射线阴极射线电荷接收器电荷接收器A 当阴极当阴极A A产生的产生的射线进入大真空管射线进入大真空管D D时时, ,可以看到管壁上可以看到管壁上有荧光出现有荧光出现. . 当大真空管中当大真空管中加入磁场时加入磁场时, ,射线就射线就会偏转会偏转, ,被接收器接被接收器接收到收到经检验为经检验为负电荷负电荷荷质比的测定荷质比的测定荷质比的测定荷质比的测定1. 1.荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的基荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的基荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的基荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的基本参量。本参量。本参量。本参量。 2. 2.测定荷质比的装置：测定荷质比的装置：测定荷质比的装置：测定荷质比的装置： A A：电离室电离室电离室电离室: :S S1 1SS2 2：加速电场加速电场加速电场加速电场 S S2 2SS3 3：速度选择器速度选择器速度选择器速度选择器B B：匀强磁场匀强磁场匀强磁场匀强磁场 D D：照相底片照相底片照相底片照相底片 3. 3.电子就是通过测定荷质比而被发现的。电子就是通过测定荷质比而被发现的。电子就是通过测定荷质比而被发现的。电子就是通过测定荷质比而被发现的。 4. 4.测定荷质比的装置测定荷质比的装置测定荷质比的装置测定荷质比的装置质谱仪（最初由汤姆生质谱仪（最初由汤姆生质谱仪（最初由汤姆生质谱仪（最初由汤姆生发现的）。发现的）。发现的）。发现的）。5. 5.质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量相同，而质量有微小质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量相同，而质量有微小质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量相同，而质量有微小质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量相同，而质量有微小差别，由公式差别，由公式差别，由公式差别，由公式q/m=2U/Bq/m=2U/B2 2r r2 2，它们进入磁场后将沿不同的半径做圆它们进入磁场后将沿不同的半径做圆它们进入磁场后将沿不同的半径做圆它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，打在照相底片的不同位置，在底片上形成若干谱线条的细周运动，打在照相底片的不同位置，在底片上形成若干谱线条的细周运动，打在照相底片的不同位置，在底片上形成若干谱线条的细周运动，打在照相底片的不同位置，在底片上形成若干谱线条的细条，叫质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。条，叫质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。条，叫质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。条，叫质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。MN一个质量为一个质量为m,m,电量为电量为e e的带电粒子的带电粒子, ,以速度以速度v v垂直进垂直进入磁场入磁场B B中中, ,在平行板在平行板MNMN间产生竖直向上的电场间产生竖直向上的电场E,E,在垂直电场向在垂直电场向外的方向上加一磁场外的方向上加一磁场B,B,适当地调节电场和磁场的强适当地调节电场和磁场的强度度, ,可以测出速度大小可以测出速度大小V=V=E/Bhd 设平行板设平行板MNMN之间的距离为之间的距离为h,h,板的水平长度为板的水平长度为d,d,首先使阴极仅受电场作用并达到最大偏转首先使阴极仅受电场作用并达到最大偏转, ,测测得此时的场强得此时的场强E,E,随后保持随后保持E E不变不变, ,外加磁场使射线外加磁场使射线恢复水平不再偏转恢复水平不再偏转, ,测得此时的磁场的强度测得此时的磁场的强度B B证明证明: :当阴极射线只受电场力时当阴极射线只受电场力时, ,做抛体运动做抛体运动d=d=vtvt 得得: :得出得出所以所以: :实验结果：荷质比约为质子的实验结果：荷质比约为质子的20002000倍倍1 1、关于阴极射线的本质，说法对的是（、关于阴极射线的本质，说法对的是（ ）A A、阴极射线的本质是氢原子、阴极射线的本质是氢原子B B、阴极射线的本质是电磁波、阴极射线的本质是电磁波C C、阴极射线的本质是电子、阴极射线的本质是电子D D、阴极射线的本质是、阴极射线的本质是X X射线射线C C课堂练习课堂练习2 2、 如图如图, ,为密立根测量电量实验的示意图为密立根测量电量实验的示意图, ,油滴油滴从喷雾器喷出后从喷雾器喷出后, ,落到两平行板间落到两平行板间, ,油滴由于摩油滴由于摩擦而带电擦而带电, ,调节两板间的电压调节两板间的电压, ,可使油滴悬浮可使油滴悬浮. .通通过显微镜观察到某个半径过显微镜观察到某个半径r=1.6r=1.61010-4-4cmcm的油滴的油滴恰静止在电场中恰静止在电场中, , 此时两金属板间匀强电场此时两金属板间匀强电场E=1.9E=1.910105 5N/C. N/C. 已知油滴的密度为已知油滴的密度为=0.85=0.8510103 3kg/mkg/m3 3. .求：该油滴所带的电荷量求：该油滴所带的电荷量是元电荷的多少倍？是元电荷的多少倍？E喷雾器喷雾器显微镜显微镜二、电子的发现二、电子的发现 汤姆生发现，对于不同的汤姆生发现，对于不同的放电气体放电气体，或者，或者用不同的用不同的金属材料制作电极金属材料制作电极，都测得，都测得相同的荷相同的荷质比质比，随后又发现在气体电离和电光效应等现，随后又发现在气体电离和电光效应等现象中，可从不同物体中击出这种带电粒子，这象中，可从不同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。随后，汤表明它是构成各种物体的共同成分。随后，汤姆生直接测量出粒子的电荷，发现该粒子的电姆生直接测量出粒子的电荷，发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大基本上相同，说明它的质荷与氢离子的电荷大基本上相同，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此，汤姆生完全确认了此，汤姆生完全确认了电子电子的存在。的存在。 美国科学家美国科学家密立根密立根又精确地测定了电子的又精确地测定了电子的电量：电量： e=1.6022e=1.602210101919 C C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为：量为： m=9.1094m=9.109410103131 kg kg 由于发现电子的杰出贡献，汤姆生在由于发现电子的杰出贡献，汤姆生在19061906年获得诺贝尔物理学奖年获得诺贝尔物理学奖。电子的发现打破了传。电子的发现打破了传统的统的“原子不可分原子不可分”的观念，使人类对自然世的观念，使人类对自然世界的认识又向前迈进了一步。界的认识又向前迈进了一步。18971897年年, ,汤姆生在研究阴极射线汤姆生在研究阴极射线: :1.1.测出了阴极射线的电性测出了阴极射线的电性2.2.测出了它的速度和偏转情况测出了它的速度和偏转情况3.3.测出了它的荷质比测出了它的荷质比4.4.发现用不同的金属做电极所有的射线一样发现用不同的金属做电极所有的射线一样的性质的性质. .课堂小结课堂小结习题习题1 1：如图，在两平行板间有平行的均匀电如图，在两平行板间有平行的均匀电场场E E，匀强磁场，匀强磁场B B。MNMN是荧光屏，中心为是荧光屏，中心为O O，OOOO=L=L，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是O O，y y轴向上，轴向上，x x轴垂直纸面向外，一束速度轴垂直纸面向外，一束速度、荷荷质比相同的粒子沿质比相同的粒子沿OOOO方向从方向从O O射入，打在射入，打在屏上屏上P P（- - ）点，求：）点，求：（1 1）粒子带何种电荷？）粒子带何种电荷？（2 2）B B的方向？的方向？（3 3）粒子的荷质比？）粒子的荷质比？O OO OM MN N思考与研讨思考与研讨习题习题2 2：示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，A A为发射热为发射热电子的阴极，电子的阴极，K K为接在高电势点的加速阳极，为接在高电势点的加速阳极，A A、K K间电压为间电压为U U。电子离开阴极时速度可以忽略，电子经加速后从电子离开阴极时速度可以忽略，电子经加速后从K K的小孔中射出的小孔中射出时的速度大小为时的速度大小为v v，下面说法正确的是：，下面说法正确的是：( ) ( ) A A、如果、如果A A、K K间距离减半，电压间距离减半，电压U U、不变，则离开时速率变为不变，则离开时速率变为2v 2v B B、如果、如果A A、K K间距离减半，电压间距离减半，电压U U、不变，则离开时速率变为不变，则离开时速率变为v/2 v/2 C C、如果、如果A A、K K间距离不变，电压间距离不变，电压U U减半，则离开时速率变为减半，则离开时速率变为2v 2v D D、如果、如果A A、K K间距离不变，电压间距离不变，电压U U减半，则离开时速率变为减半，则离开时速率变为0.707v0.707vA AK KU U物理学家对阴极射线的研究，引发了19世纪末的三大发现：1895年伦琴发现了X射线。1896年贝克勒尔发现了天然放射现象。1897年汤姆生发现了电子。汤姆生汤姆生 约瑟夫约瑟夫约翰约翰汤姆生汤姆生(Joseph(JosephJohnJohnThomson)1856Thomson)1856年年1212月月1818日生于英国曼彻斯特郊区，父亲是苏格兰人，日生于英国曼彻斯特郊区，父亲是苏格兰人，以卖书为业。汤姆生以卖书为业。汤姆生1414岁进曼彻斯特欧文学院学习工程。岁进曼彻斯特欧文学院学习工程。18761876年入剑桥大学三一学院，毕业后，进入卡文迪许实年入剑桥大学三一学院，毕业后，进入卡文迪许实验室，在瑞利指导下进行电磁场理论的实验研究工作。验室，在瑞利指导下进行电磁场理论的实验研究工作。18841884年，年仅年，年仅2828岁便当选为皇家学会会员。同年末，又岁便当选为皇家学会会员。同年末，又继瑞利之后担任卡文迪许实验室教授。继瑞利之后担任卡文迪许实验室教授。 当时，关于阴极射线的研究，有两派学说，一派是当时，关于阴极射线的研究，有两派学说，一派是克鲁克斯、佩兰等人的微粒说，认为阴极射线是带负电克鲁克斯、佩兰等人的微粒说，认为阴极射线是带负电的的“分子流分子流”；另一派是哥德斯坦、赫兹等人的波动说，；另一派是哥德斯坦、赫兹等人的波动说，认为阴极射线是一种电磁波。汤姆生用旋转镜法测量了认为阴极射线是一种电磁波。汤姆生用旋转镜法测量了阴极射线的速度，否定了阴极射线是电磁波。阴极射线的速度，否定了阴极射线是电磁波。 他又通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出了阴极射他又通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出了阴极射线是带负电的粒子流的结论。他进一步测定了这种粒子的比荷，线是带负电的粒子流的结论。他进一步测定了这种粒子的比荷，与当时已知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较，他假定阴与当时已知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较，他假定阴极射线的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反，从而得出阴极极射线的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反，从而得出阴极射线粒子的质量约为氢原子的千分之一。他还给放电管中充入射线粒子的质量约为氢原子的千分之一。他还给放电管中充入各种气体进行试验，发现其荷质比跟管中气体的种类无关。他各种气体进行试验，发现其荷质比跟管中气体的种类无关。他又用铅和铁分别作电极，其结果也不改变。由此他得出结论，又用铅和铁分别作电极，其结果也不改变。由此他得出结论，这种粒子必定是所有物质的共同组成成分。汤姆生把这种粒子这种粒子必定是所有物质的共同组成成分。汤姆生把这种粒子叫做叫做“电子电子”。18971897年汤姆生的发现，使人类认识了第一个基年汤姆生的发现，使人类认识了第一个基本粒子，这在物理学史上是有划时代意义的。本粒子，这在物理学史上是有划时代意义的。19061906年，汤姆生由于在气体导电方面的理论和实验研究而荣获年，汤姆生由于在气体导电方面的理论和实验研究而荣获诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。 19401940年年8 8月月3030日汤姆生在剑桥逝世。日汤姆生在剑桥逝世。再见！