物理：31敲開原子的大門-粵教版選修3-5ppt課件

1、第一節(jié)第一節(jié)敲開原子的大門敲開原子的大門 相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間, ,人們以為原子不可分，英國(guó)人們以為原子不可分，英國(guó)科學(xué)家湯姆生對(duì)陰極射線中發(fā)現(xiàn)電子科學(xué)家湯姆生對(duì)陰極射線中發(fā)現(xiàn)電子! !敲開了敲開了原子的大門原子的大門! !實(shí)驗(yàn)安裝實(shí)驗(yàn)安裝: :電源電源, ,感應(yīng)圈感應(yīng)圈, ,陰極射線管陰極射線管, ,磁鐵磁鐵產(chǎn)生：在研討氣體導(dǎo)電的玻璃管內(nèi)有陰、陽(yáng)兩極產(chǎn)生：在研討氣體導(dǎo)電的玻璃管內(nèi)有陰、陽(yáng)兩極。當(dāng)兩極間加一定電壓時(shí)，陰極便發(fā)出一種射線。當(dāng)兩極間加一定電壓時(shí)，陰極便發(fā)出一種射線，這種射線為陰極射線。，這種射線為陰極射線。景象景象:1.:1.陰極射線使熒光屏發(fā)光特點(diǎn)陰極射線使熒光屏發(fā)光特點(diǎn) 2.

2、2.當(dāng)參與磁場(chǎng)后射線偏轉(zhuǎn)當(dāng)參與磁場(chǎng)后射線偏轉(zhuǎn)發(fā)光原理發(fā)光原理: :在強(qiáng)電場(chǎng)中在強(qiáng)電場(chǎng)中, ,氣體被電離而導(dǎo)電氣體被電離而導(dǎo)電一、探求陰極射線一、探求陰極射線電荷接納器電荷接納器A 當(dāng)陰極當(dāng)陰極A A產(chǎn)生的產(chǎn)生的射線進(jìn)入大真空管射線進(jìn)入大真空管D D時(shí)時(shí), ,可以看到管壁上可以看到管壁上有熒光出現(xiàn)有熒光出現(xiàn). . 當(dāng)大真空管中當(dāng)大真空管中參與磁場(chǎng)時(shí)參與磁場(chǎng)時(shí), ,射線就射線就會(huì)偏轉(zhuǎn)會(huì)偏轉(zhuǎn), ,被接納器接被接納器接納到納到經(jīng)檢驗(yàn)為負(fù)電荷經(jīng)檢驗(yàn)為負(fù)電荷荷質(zhì)比的測(cè)定荷質(zhì)比的測(cè)定1.荷質(zhì)比的概念：帶電粒子的電荷與質(zhì)量之比。它是帶電粒子的根荷質(zhì)比的概念：帶電粒子的電荷與質(zhì)量之比。它是帶電粒子的根本參量。本

3、參量。 2.測(cè)定荷質(zhì)比的安裝：測(cè)定荷質(zhì)比的安裝： A：電離室：電離室:S1S2：加速電場(chǎng)：加速電場(chǎng) S2S3：速度選擇器：速度選擇器B：勻強(qiáng)磁場(chǎng)：勻強(qiáng)磁場(chǎng) D：照相底片：照相底片 3.電子就是經(jīng)過(guò)測(cè)定荷質(zhì)比而被發(fā)現(xiàn)的。電子就是經(jīng)過(guò)測(cè)定荷質(zhì)比而被發(fā)現(xiàn)的。 4.測(cè)定荷質(zhì)比的安裝測(cè)定荷質(zhì)比的安裝質(zhì)譜儀最初由湯姆生質(zhì)譜儀最初由湯姆生發(fā)現(xiàn)的。發(fā)現(xiàn)的。5.質(zhì)譜線：從離子源中射出的帶電粒子的電量一樣，而質(zhì)量有微小質(zhì)譜線：從離子源中射出的帶電粒子的電量一樣，而質(zhì)量有微小差別，由公式差別，由公式q/m=2U/B2r2，它們進(jìn)入磁場(chǎng)后將沿不同的半徑做圓，它們進(jìn)入磁場(chǎng)后將沿不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打在照相底片的不同位

4、置，在底片上構(gòu)成假設(shè)干譜線條的周運(yùn)動(dòng)，打在照相底片的不同位置，在底片上構(gòu)成假設(shè)干譜線條的細(xì)條，叫質(zhì)譜線。得用質(zhì)譜線可以準(zhǔn)確地測(cè)出各種同位素的原子量。細(xì)條，叫質(zhì)譜線。得用質(zhì)譜線可以準(zhǔn)確地測(cè)出各種同位素的原子量。MN一個(gè)質(zhì)量為一個(gè)質(zhì)量為m,m,電量為電量為e e的帶電粒子的帶電粒子, ,以速度以速度v v垂直進(jìn)垂直進(jìn)入磁場(chǎng)入磁場(chǎng)B B中中, ,2vmevBr在平行板在平行板MNMN間產(chǎn)生豎直向上的電場(chǎng)間產(chǎn)生豎直向上的電場(chǎng)E,E,在垂直電場(chǎng)向在垂直電場(chǎng)向外的方向上加一磁場(chǎng)外的方向上加一磁場(chǎng)B,B,適當(dāng)?shù)卣{(diào)理電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)理電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度度, ,可以測(cè)出速度大小可以測(cè)出速度大小V=V=E/B

5、hd 設(shè)平行板設(shè)平行板MNMN之間的間隔為之間的間隔為h,h,板的程度長(zhǎng)度為板的程度長(zhǎng)度為d,d,首先使陰極僅受電場(chǎng)作用并到達(dá)最大偏轉(zhuǎn)首先使陰極僅受電場(chǎng)作用并到達(dá)最大偏轉(zhuǎn), ,測(cè)測(cè)得此時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)得此時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)E,E,隨后堅(jiān)持隨后堅(jiān)持E E不變不變, ,外加磁場(chǎng)使射線外加磁場(chǎng)使射線恢復(fù)程度不再偏轉(zhuǎn)恢復(fù)程度不再偏轉(zhuǎn), ,測(cè)得此時(shí)的磁場(chǎng)的強(qiáng)度測(cè)得此時(shí)的磁場(chǎng)的強(qiáng)度B B2drh證明證明: :當(dāng)陰極射線只受電場(chǎng)力時(shí)當(dāng)陰極射線只受電場(chǎng)力時(shí), ,做拋體運(yùn)動(dòng)做拋體運(yùn)動(dòng)222hEetm22Eedvmh2vmevBrd=vt d=vt 得得: :erEVmv eBr2drh得出得出所以所以: :22eEhmB d實(shí)驗(yàn)

6、結(jié)果：荷質(zhì)比約為質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：荷質(zhì)比約為質(zhì)子的20002000倍倍1 1、關(guān)于陰極射線的本質(zhì)，說(shuō)法對(duì)的是、關(guān)于陰極射線的本質(zhì)，說(shuō)法對(duì)的是 A A、陰極射線的本質(zhì)是氫原子、陰極射線的本質(zhì)是氫原子B B、陰極射線的本質(zhì)是電磁波、陰極射線的本質(zhì)是電磁波C C、陰極射線的本質(zhì)是電子、陰極射線的本質(zhì)是電子D D、陰極射線的本質(zhì)是、陰極射線的本質(zhì)是X X射線射線C C課堂練習(xí)課堂練習(xí)二、電子的發(fā)現(xiàn)二、電子的發(fā)現(xiàn) 湯姆生發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同的放電氣體，或者用不湯姆生發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同的放電氣體，或者用不同的金屬資料制造電極，都測(cè)得一樣的荷質(zhì)比，隨同的金屬資料制造電極，都測(cè)得一樣的荷質(zhì)比，隨后又發(fā)如今氣體電離和電光效

7、應(yīng)等景象中，可從不后又發(fā)如今氣體電離和電光效應(yīng)等景象中，可從不同物體中擊出這種帶電粒子，這闡明它是構(gòu)成各種同物體中擊出這種帶電粒子，這闡明它是構(gòu)成各種物體的共同成分。隨后，湯姆生直接丈量出粒子的物體的共同成分。隨后，湯姆生直接丈量出粒子的電荷，發(fā)現(xiàn)該粒子的電荷與氫離子的電荷大根本上電荷，發(fā)現(xiàn)該粒子的電荷與氫離子的電荷大根本上一樣，闡明它的質(zhì)量比任何一種分子和原子的質(zhì)量一樣，闡明它的質(zhì)量比任何一種分子和原子的質(zhì)量都小得多，至此，湯姆生完全確認(rèn)了電子的存在。都小得多，至此，湯姆生完全確認(rèn)了電子的存在。 美國(guó)科學(xué)家密立根又準(zhǔn)確地測(cè)定了電子的美國(guó)科學(xué)家密立根又準(zhǔn)確地測(cè)定了電子的電量：電量： e=1.6

8、022 e=1.6022101019 C19 C 根據(jù)荷質(zhì)比，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出電子的質(zhì)根據(jù)荷質(zhì)比，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出電子的質(zhì)量為：量為： m=9.1094 m=9.1094101031 kg31 kg 由于發(fā)現(xiàn)電子的出色奉獻(xiàn)，湯姆生在由于發(fā)現(xiàn)電子的出色奉獻(xiàn)，湯姆生在19061906年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。電子的發(fā)現(xiàn)突破了傳年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。電子的發(fā)現(xiàn)突破了傳統(tǒng)的統(tǒng)的“原子不可分原子不可分的觀念，使人類對(duì)自然世的觀念，使人類對(duì)自然世界的認(rèn)識(shí)又向前邁進(jìn)了一步。界的認(rèn)識(shí)又向前邁進(jìn)了一步。18971897年年, ,湯姆生在研討陰極射線湯姆生在研討陰極射線: :1.1.測(cè)出了陰極射線的電性測(cè)出了陰極射線

9、的電性2.2.測(cè)出了它的速度和偏轉(zhuǎn)情況測(cè)出了它的速度和偏轉(zhuǎn)情況3.3.測(cè)出了它的荷質(zhì)比測(cè)出了它的荷質(zhì)比4.4.發(fā)現(xiàn)用不同的金屬做電極一切的射線一發(fā)現(xiàn)用不同的金屬做電極一切的射線一樣的性質(zhì)樣的性質(zhì). .課堂小結(jié)課堂小結(jié) 物理學(xué)家對(duì)陰極射線的研討，引發(fā)了19世紀(jì)末的三大發(fā)現(xiàn)： 1895年倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線。 1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射景象。 1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子。湯姆生湯姆生 約瑟夫約瑟夫約翰約翰湯姆生湯姆生(Joseph(JosephJohnJohnThomson)1856Thomson)1856年年1212月月1818日生于英國(guó)曼徹斯特郊區(qū)，父日生于英國(guó)曼徹斯特郊區(qū)，父親是蘇格蘭人，

10、以賣書為業(yè)。湯姆生親是蘇格蘭人，以賣書為業(yè)。湯姆生1414歲進(jìn)曼徹斯特歲進(jìn)曼徹斯特歐文學(xué)院學(xué)習(xí)工程。歐文學(xué)院學(xué)習(xí)工程。18761876年入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，畢年入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，畢業(yè)后，進(jìn)入卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，在瑞利指點(diǎn)下進(jìn)展電磁場(chǎng)業(yè)后，進(jìn)入卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，在瑞利指點(diǎn)下進(jìn)展電磁場(chǎng)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)研討任務(wù)。實(shí)際的實(shí)驗(yàn)研討任務(wù)。18841884年，年僅年，年僅2828歲便中選為皇歲便中選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。同年末，又繼瑞利之后擔(dān)任卡文迪許實(shí)驗(yàn)家學(xué)會(huì)會(huì)員。同年末，又繼瑞利之后擔(dān)任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室教授。室教授。 當(dāng)時(shí)，關(guān)于陰極射線的研討，有兩派學(xué)說(shuō)，一派當(dāng)時(shí)，關(guān)于陰極射線的研討，有兩派學(xué)說(shuō)，一派是克魯克斯、佩蘭等人

11、的微粒說(shuō)，以為陰極射線是帶負(fù)是克魯克斯、佩蘭等人的微粒說(shuō)，以為陰極射線是帶負(fù)電的電的“分子流分子流；另一派是哥德斯坦、赫茲等人的動(dòng)搖；另一派是哥德斯坦、赫茲等人的動(dòng)搖說(shuō)，以為陰極射線是一種電磁波。湯姆生用旋轉(zhuǎn)鏡法丈說(shuō)，以為陰極射線是一種電磁波。湯姆生用旋轉(zhuǎn)鏡法丈量了陰極射線的速度，否認(rèn)了陰極射線是電磁波。量了陰極射線的速度，否認(rèn)了陰極射線是電磁波。 他又經(jīng)過(guò)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，得出了陰極射他又經(jīng)過(guò)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，得出了陰極射線是帶負(fù)電的粒子流的結(jié)論。他進(jìn)一步測(cè)定了這種粒子的比荷，線是帶負(fù)電的粒子流的結(jié)論。他進(jìn)一步測(cè)定了這種粒子的比荷，與當(dāng)時(shí)知的電解中生成的氫離子的荷質(zhì)比

12、相比較，他假定陰極與當(dāng)時(shí)知的電解中生成的氫離子的荷質(zhì)比相比較，他假定陰極射線的電荷與氫離子的電荷相等而符號(hào)相反，從而得出陰極射射線的電荷與氫離子的電荷相等而符號(hào)相反，從而得出陰極射線粒子的質(zhì)量約為氫原子的千分之一。他還給放電管中充入各線粒子的質(zhì)量約為氫原子的千分之一。他還給放電管中充入各種氣體進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其荷質(zhì)比跟管中氣體的種類無(wú)關(guān)。他又種氣體進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其荷質(zhì)比跟管中氣體的種類無(wú)關(guān)。他又用鉛和鐵分別作電極，其結(jié)果也不改動(dòng)。由此他得出結(jié)論，這用鉛和鐵分別作電極，其結(jié)果也不改動(dòng)。由此他得出結(jié)論，這種粒子必定是一切物質(zhì)的共同組成成分。湯姆生把這種粒子叫種粒子必定是一切物質(zhì)的共同組成成分。湯姆生把這種粒子叫做做“電子電子。18971897年