《电子的发现》参考课件1

物理选修3 物理选修3-5

第十八章 原子的结构

科学靠两条腿走路，一是理论， 科学靠两条腿走路，一是理论，一是 实验。有时一条腿走在前面， 实验。有时一条腿走在前面，有时另一条 腿走在前面。但只有使用两条腿， 腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前 进。 ————密立根 密立根

第十八章原子结构第一节电子的发现

教学目标： 教学目标：1.知道阴极射线是由电子组成的， 1.知道阴极射线是由电子组成的， 知道阴极射线是由电子组成的 电子是原子的组成部分， 电子是原子的组成部分，是比 原子更基本的物质单元。 原子更基本的物质单元。 2.体会电子的发现过程中蕴含的 2.体会电子的发现过程中蕴含的 科学方法。 科学方法。 3.知道电荷是量子化的 知道电荷是量子化的。 3.知道电荷是量子化的。

汤姆生的伟大发现汤姆生发现电子之前人们认为原子是组成 物体的最小微粒， 物体的最小微粒， 是不可再分的. 是不可再分的.汤 姆生对阴极射线等 现象的研究中发现 了电子, 了电子,从而敲开 了原子的大门. 了原子的大门.

一、探索阴极射线阅读教材47页回答： 阅读教材47页回答： 47页回答 1、什么是阴极射线？ 什么是阴极射线？ 2、对阴极射线本质的认识有哪两种不同的 观点？ 观点？

思考与讨论： 思考与讨论：根据带电粒子在电、磁场中的运动规律， 根据带电粒子在电、磁场中的运动规律，哪 些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的 正负号？ 正负号？

二、电子的发现阅读教材47页最后一段到48页最后一段： 阅读教材47页最后一段到48页最后一段：回答 47页最后一段到48页最后一段 认识实验装置的作用，分析阴极射线的运动情况。 1、认识实验装置的作用，分析阴极射线的运动情况。+

D1 P3 P1

K

A

B+

P2 D2

实验装置

D2

(1)K、A部分产生阴极射线 (2)A、B只让水平运动的阴极射线通过 (3)D1、D2之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和带电性质 (4)荧光屏显示阴极射线到达的位置，对阴极射线的偏转做定量的测定 荧光屏显示阴极射线到达的位置，

运动分析实验过程中阴极射线是在哪几种条件下通过金属板 D1、D2的？在这几种条件下，阴极射线受到几个力的 在这几种条件下， 作用？做什么性质的运动？ 作用？做什么性质的运动？ 未加电场和磁场时，阴极射线不受力， 未加电场和磁场时，阴极射线不受力，做匀速直线 运动； 运动； 加电场、未加磁场时，阴极射线只受库仑力， 加电场、未加磁场时，阴极射线只受库仑力，做类 平抛运动； 平抛运动； 加电场和磁场时，阴极射线受库仑力和洛伦

兹力， 加电场和磁场时，阴极射线受库仑力和洛伦兹力， 通过调整电场、磁场的强度， 通过调整电场、磁场的强度，可使其做匀速直线运 动； 加磁场、未加电场时，阴极射线只受洛伦兹力作用， 加磁场、未加电场时，阴极射线只受洛伦兹力作用， 做匀速圆周运动。 做匀速圆周运动。

2、教材图18.1-2所示实验其实验目的是什么？ 教材图18.1 所示实验其实验目的是什么？ 18.1(1)判断阴极射线是否带电； 判断阴极射线是否带电； 如果阴极射线带电，则测出其比荷。 (2)如果阴极射线带电，则测出其比荷。

3、18.1-2所示实验装置测阴极射线比荷的基本思 18.1路是怎样的？ 路是怎样的？加电场使阴极射线偏转 ↓ 再加磁场使阴极射线不偏转 ↓ 每个阴极射线微粒受到的库仑力等于洛伦兹力， 每个阴极射线微粒受到的库仑力等于洛伦兹力，求出阴极射线的速度 ↓ 只保留磁场，让阴极射线粒子做匀速圆周运动， 只保留磁场，让阴极射线粒子做匀速圆周运动，其向心 力是洛伦兹力，进一步求出阴极射线的比荷。 力是洛伦兹力，进一步求出阴极射线的比荷。

4、根据思考与讨论自己推导阴极射线的比荷

当射线从屏上的P1点又回到P2 当射线从屏上的P1点又回到P2点，说明此时 P1点又回到P2点 每个阴极射线粒子受到的洛伦兹力等于库仑力， 每个阴极射线粒子受到的洛伦兹力等于库仑力， qE=qvB因此 因此v=E/B 即qE=qvB因此v=E/B去掉D1 D2间的电场，只保留磁场， 去掉D1、D2间的电场，只保留磁场，阴极射线粒子 D1、 间的电场 在金属板D1 D2间有磁场的区域形成一个圆弧 D1、 间有磁场的区域形成一个圆弧， 在金属板D1、D2间有磁场的区域形成一个圆弧，其 做圆周运动的向心力是洛伦兹力， 做圆周运动的向心力是洛伦兹力，则

v2 m = qvB r解得，q/m=E/rB2 解得，

电子发现的实验事实1、由实验测得的阴极射线的比荷是氢离子的比荷近 2000倍 他认为， 2000倍。他认为，这可能表示阴极射线粒子的电荷 量的大小与一个氢离子一样， 量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小的 多。 2、汤姆生发现，对于不同的金属材料制作电极，都 汤姆生发现，对于不同的金属材料制作电极， 测得相同的比荷， 测得相同的比荷，这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， 成分。随后，汤姆生直接测量出粒子的电荷，发现 粒子的电荷与氢离子的电荷基本相同， 粒子的电荷与氢离子的电荷基本相同，说明它的质 量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此， 量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此， 汤姆生完全确认了电子的

存在。 汤姆生完全确认了电子的存在。

密立根油滴实验

密立根油滴实验的原理图

1910年美国物理学家密立根利用油滴实验第一次较为精 1910年美国物理学家密立根利用油滴实验第一次较为精 确测量出电子电荷量；密立根通过实验还发现， 确测量出电子电荷量；密立根通过实验还发现，电荷具 有量子化的特征。即任何电荷只能是e的整数倍。 有量子化的特征。即任何电荷只能是e的整数倍。

e = 1.6022 × 10

19

C

根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量 根据荷质比，

m = 9.1094 × 10mp/me=1836

31

kg

质子质量与电子质量的比值

1、一只阴极射线管，左侧不断有电子射出， 一只阴极射线管，左侧不断有电子射出， 若在管的正下方， 若在管的正下方，放一通电直导线AB时， 发现射线径迹向下偏， 发现射线径迹向下偏，则：( ) A.导线中的电流由A流向B B.导线中的电流由B流向A B C.若要使电子束的径迹往 A 上偏， 上偏，可以通过改变AB中的 电流方向来实现 D.电子束的径迹与AB中的 电流方向无关

2、有一电子(电荷量为e)经电压为U0的电 有一电子( 场加速后， 场加速后，进入两块间距为d,电压为U的 平行金属板间， 平行金属板间，若电子从两板正中间垂直 电场方向射入，且正好能穿过电场， 电场方向射入，且正好能穿过电场，求： (1)金属板AB的长度 (2)电子穿出电场时的动能A - - - - B

v0

U0

+

+

+

+