物理《敲開原子的大門》課件(粵教版選修)免費

1、第一節(jié)第一節(jié) 相當(dāng)長時間相當(dāng)長時間, ,人們認(rèn)為人們認(rèn)為原子不可分，原子不可分，英國英國科學(xué)家科學(xué)家湯姆生湯姆生對陰極射線中發(fā)現(xiàn)電子對陰極射線中發(fā)現(xiàn)電子! !敲開了敲開了原子的大門原子的大門! !實驗實驗裝置裝置: :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：在研究氣體導(dǎo)電的玻璃管內(nèi)有陰、陽兩極產(chǎn)生：在研究氣體導(dǎo)電的玻璃管內(nèi)有陰、陽兩極。當(dāng)兩極間加一定電壓時，陰極便發(fā)出一種射線。當(dāng)兩極間加一定電壓時，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。現(xiàn)象現(xiàn)象:1.:1.陰極射線使熒光屏發(fā)光（特點）陰極射線使熒光屏發(fā)光（特點） 2.2.當(dāng)加入磁場后射線偏

2、轉(zhuǎn)當(dāng)加入磁場后射線偏轉(zhuǎn)發(fā)光原理發(fā)光原理: :在強電場中在強電場中, ,氣體被電離而導(dǎo)電氣體被電離而導(dǎo)電一、探索陰極射線一、探索陰極射線電荷接收器電荷接收器A 當(dāng)陰極當(dāng)陰極A A產(chǎn)生的產(chǎn)生的射線進入大真空管射線進入大真空管D D時時, ,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)大真空管中加入磁場時加入磁場時, ,射線就射線就會偏轉(zhuǎn)會偏轉(zhuǎn), ,被接收器接被接收器接收到收到經(jīng)檢驗為經(jīng)檢驗為負電荷負電荷荷質(zhì)比的測定荷質(zhì)比的測定1.荷質(zhì)比的概念：帶電粒子的電荷與質(zhì)量之比。它是帶電粒子的基荷質(zhì)比的概念：帶電粒子的電荷與質(zhì)量之比。它是帶電粒子的基本參量。本參量。 2.測定荷質(zhì)比

3、的裝置：測定荷質(zhì)比的裝置： A：電離室：電離室:S1S2：加速電場：加速電場 S2S3：速度選擇器：速度選擇器B：勻強磁場：勻強磁場 D：照相底片：照相底片 3.電子就是通過測定荷質(zhì)比而被發(fā)現(xiàn)的。電子就是通過測定荷質(zhì)比而被發(fā)現(xiàn)的。 4.測定荷質(zhì)比的裝置測定荷質(zhì)比的裝置質(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相同，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相同，而質(zhì)量有微小差別，由公式差別，由公式q/m=2U/B2r2，它們進入磁場后將沿不同的半徑做圓，它們進入磁場后將沿不同的半徑做圓周運動，打在照相底片的不同位置，在底片上形

4、成若干譜線條的細周運動，打在照相底片的不同位置，在底片上形成若干譜線條的細條，叫質(zhì)譜線。得用質(zhì)譜線可以準(zhǔn)確地測出各種同位素的原子量。條，叫質(zhì)譜線。得用質(zhì)譜線可以準(zhǔn)確地測出各種同位素的原子量。MN一個質(zhì)量為一個質(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垂直進垂直進入磁場入磁場B B中中, ,2vmevBr在平行板在平行板MNMN間產(chǎn)生豎直向上的電場間產(chǎn)生豎直向上的電場E,E,在垂直電場向在垂直電場向外的方向上加一磁場外的方向上加一磁場B,B,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電場和磁場的強適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電場和磁場的強度度, ,可以測出速度大小可以測出速度大小V=V=E/Bhd 設(shè)平行板設(shè)平

5、行板MNMN之間的距離為之間的距離為h,h,板的水平長度為板的水平長度為d,d,首先使陰極僅受電場作用并達到最大偏轉(zhuǎn)首先使陰極僅受電場作用并達到最大偏轉(zhuǎn), ,測測得此時的場強得此時的場強E,E,隨后保持隨后保持E E不變不變, ,外加磁場使射線外加磁場使射線恢復(fù)水平不再偏轉(zhuǎn)恢復(fù)水平不再偏轉(zhuǎn), ,測得此時的磁場的強度測得此時的磁場的強度B B2drh證明證明: :當(dāng)陰極射線只受電場力時當(dāng)陰極射線只受電場力時, ,做拋體運動做拋體運動222hEetm22Eedvmh2vmevBrd=vt d=vt 得得: :erEVmv eBr2drh得出得出所以所以: :22eEhmB d實驗結(jié)果：荷質(zhì)比約為質(zhì)

6、子的實驗結(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)，說法對的是（、關(guān)于陰極射線的本質(zhì)，說法對的是（ ）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)，對于不同的湯姆生發(fā)現(xiàn)，對于不同的放電氣體放電氣體，或者，或者用不同的用不同的金屬材料制作電極金屬材料制作電極，都測得，都測得相同的荷相同的荷質(zhì)比質(zhì)比，隨后又發(fā)現(xiàn)在氣體電離和電光效應(yīng)等現(xiàn)，隨后又發(fā)

7、現(xiàn)在氣體電離和電光效應(yīng)等現(xiàn)象中，可從不同物體中擊出這種帶電粒子，這象中，可從不同物體中擊出這種帶電粒子，這表明它是構(gòu)成各種物體的共同成分。隨后，湯表明它是構(gòu)成各種物體的共同成分。隨后，湯姆生直接測量出粒子的電荷，發(fā)現(xiàn)該粒子的電姆生直接測量出粒子的電荷，發(fā)現(xiàn)該粒子的電荷與氫離子的電荷大基本上相同，說明它的質(zhì)荷與氫離子的電荷大基本上相同，說明它的質(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)了此，湯姆生完全確認(rèn)了電子電子的存在。的存在。 美國科學(xué)家美國科學(xué)家密立根密立根又精確地測定了電子的又精確地測定了電子的電量：電量： e=1.6022e=1

8、.602210101919 C C 根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計算出電子的質(zhì)根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計算出電子的質(zhì)量為：量為： m=9.1094m=9.109410103131 kg kg 由于發(fā)現(xiàn)電子的杰出貢獻，湯姆生在由于發(fā)現(xiàn)電子的杰出貢獻，湯姆生在19061906年獲得諾貝爾物理學(xué)獎年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。電子的發(fā)現(xiàn)打破了傳。電子的發(fā)現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的統(tǒng)的“原子不可分原子不可分”的觀念，使人類對自然世的觀念，使人類對自然世界的認(rèn)識又向前邁進了一步。界的認(rèn)識又向前邁進了一步。18971897年年, ,湯姆生在研究陰極射線湯姆生在研究陰極射線: :1.1.測出了陰極射線的電性測出了陰極射線的電性2.2.

9、測出了它的速度和偏轉(zhuǎn)情況測出了它的速度和偏轉(zhuǎn)情況3.3.測出了它的荷質(zhì)比測出了它的荷質(zhì)比4.4.發(fā)現(xiàn)用不同的金屬做電極所有的射線一發(fā)現(xiàn)用不同的金屬做電極所有的射線一樣的性質(zhì)樣的性質(zhì). .課堂小結(jié)課堂小結(jié) 物理學(xué)家對陰極射線的研究，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)了天然放射現(xiàn)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日生于英國曼徹斯特郊區(qū)，父日生于英國曼徹斯特郊區(qū)，父親是蘇格蘭人，以賣書為業(yè)。湯

10、姆生親是蘇格蘭人，以賣書為業(yè)。湯姆生1414歲進曼徹斯特歲進曼徹斯特歐文學(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，進入卡文迪許實驗室，在瑞利指導(dǎo)下進行電磁場業(yè)后，進入卡文迪許實驗室，在瑞利指導(dǎo)下進行電磁場理論的實驗研究工作。理論的實驗研究工作。18841884年，年僅年，年僅2828歲便當(dāng)選為皇歲便當(dāng)選為皇家學(xué)會會員。同年末，又繼瑞利之后擔(dān)任卡文迪許實驗家學(xué)會會員。同年末，又繼瑞利之后擔(dān)任卡文迪許實驗室教授。室教授。 當(dāng)時，關(guān)于陰極射線的研究，有兩派學(xué)說，一派當(dāng)時，關(guān)于陰極射線的研究，有兩派學(xué)說，一派是克魯克斯、佩蘭等人的微粒說，認(rèn)為

11、陰極射線是帶負是克魯克斯、佩蘭等人的微粒說，認(rèn)為陰極射線是帶負電的電的“分子流分子流”；另一派是哥德斯坦、赫茲等人的波動；另一派是哥德斯坦、赫茲等人的波動說，認(rèn)為陰極射線是一種電磁波。湯姆生用旋轉(zhuǎn)鏡法測說，認(rèn)為陰極射線是一種電磁波。湯姆生用旋轉(zhuǎn)鏡法測量了陰極射線的速度，否定了陰極射線是電磁波。量了陰極射線的速度，否定了陰極射線是電磁波。 他又通過陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)，得出了陰極射他又通過陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)，得出了陰極射線是帶負電的粒子流的結(jié)論。他進一步測定了這種粒子的比荷，線是帶負電的粒子流的結(jié)論。他進一步測定了這種粒子的比荷，與當(dāng)時已知的電解中生成的氫離子的荷質(zhì)比相比較，他

12、假定陰與當(dāng)時已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相反，從而得出陰極極射線的電荷與氫離子的電荷相等而符號相反，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種氣體進行試驗，發(fā)現(xiàn)其荷質(zhì)比跟管中氣體的種類無關(guān)。他各種氣體進行試驗，發(fā)現(xiàn)其荷質(zhì)比跟管中氣體的種類無關(guān)。他又用鉛和鐵分別作電極，其結(jié)果也不改變。由此他得出結(jié)論，又用鉛和鐵分別作電極，其結(jié)果也不改變。由此他得出結(jié)論，這種粒子必定是所有物質(zhì)的共同組成成分。湯姆生把這種粒子這種粒子必定是所有物質(zhì)的共同組成成分。湯姆生把這種粒子叫做叫做“電子電子”。18971897