18.1 电子的发现 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版选修3-5

第十八章 原子结构 18.1 电子的发现 学习目标： 1、知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元； 2、知道电子是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍； 3、了解阴极射线及电子发现的过程； 4、知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导。 重点难点： 1、汤姆孙发现电子的理论推导。 很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。这种认识一直统治了人类思想近两千年。 世间万物是由原子构成的… 原子是一种最后的不可分割 的物质微粒… 德谟克利特 Democritus 古希腊哲学家 约前460～前370 道尔顿 英国化学家 1766-1844 每种化学元素都有它对应的 原子… 原子是最微小的不可分割的 实心球体 … 直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。 1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。 1876年德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到的阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种未知射线称之为阴极射线。 一、阴极射线 第一个问题： 阴极射线的本质是什么呢？ J.J 汤姆孙 J.J Thomson 1857 ～ 1940 英国 赫兹 H.Rudolf Hertz 1857 ～ 1894 德国 认为阴极射线是一种“电磁波” 认为阴极射线是一种“高速粒子流” PK 8 1、实验目的： 判断阴极射线是否带电？ 2、测比荷方法： 二、电子的发现 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。 ——第二个问题 P2 K A B y P1 P3 D1 D2 + － + － KA部分产生阴极射线 AB部分只让水平运动的阴极射线通过 金属板D1、D2之间的区域加电场或者磁场用于检验阴极射线是否带电及带电的性质。 带有标尺的荧光屏显示阴极射线到达荧光屏时的位置，对阴极射线的偏转做定量的测定 按图示方向加电场E之后，射线发生偏 转并射到屏上的P2点，由此推断阴极射线带有什么性质的电荷？ 测出带电粒子的比荷 ——第三个问题 加电场使阴极射线偏转 再加磁场使阴极射线不偏转 求出阴极射线的速度 保留磁场B，求出阴极射线的比荷 P2 K A B y P1 P3 D1 D2 + － + － 阴极射线带负电 磁场方向垂直纸面向外 e m y1 y2 屏幕 L D   v0 y θ 又因为： 且 化简得： 第四个问题： 现在能够说明阴极射线所发射的高速带电粒子是物质的共有成分吗？ 汤姆生发现，用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的。 这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。 由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。若这种粒子的电荷量与氢离子的电荷量相同，则其质量约为氢离子质量的近两千分之一。汤姆生后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了汤姆生的猜测是正确的。汤姆生把新发现的这种粒子称之为电子。 三、电子 1、定义： 组成阴极射线的粒子。 2、特性： 是原子的组成成分，是比原子更基本的物质单元。 所带电性为负电，大小为e=1.60×10-19C. 电子的质量me=9.1×10-31kg. 第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。 密立根的实验表明，电荷具有量子化的特征。即任何带电体的电量只能是e的整数倍。 用不同的材料做阴极做实验，光电效应、热离子发射效应、射线（研究对象普遍化）。 练习1：示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，A为发射热电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，A、K间电压为U。电子离开阴极是速度可以忽略，电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v，下面说法正确的是：( ) A、如果A、K间距离减半，电压U、不变，则离开时速率变为2v B、如果A、K间距离减半，电压U、不变，则离开时速率变为v/2 C、如果A、K间距离不变，电压U减半，则离开时速率变为2v