電子的發(fā)現(xiàn)學習教案

1、會計學1電子電子(dinz)的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)第一頁，共22頁。 德國物理學家德國物理學家J.普呂克爾在普呂克爾在1858年利用低壓氣體放電年利用低壓氣體放電管研究氣體放電時發(fā)現(xiàn)的管研究氣體放電時發(fā)現(xiàn)的 .從低壓氣體放電管陰極從低壓氣體放電管陰極(ynj)發(fā)出一種射線。發(fā)出一種射線。 陰極射線陰極射線(yn j sh xin) 1876年，戈德斯坦的研究年，戈德斯坦的研究(ynji)陰極射線陰極射線8儀器介紹儀器介紹1 1、玻璃管，內(nèi)裝極其稀薄的氣體。、玻璃管，內(nèi)裝極其稀薄的氣體。2 2、電極，接上高壓電源的負極的一端、電極，接上高壓電源的負極的一端稱稱“陰極陰極”，另一端則稱為，另一端則稱為“陽極

2、或陽極或對陰極對陰極”3 3、: : 接通高壓電源后，從陰極會接通高壓電源后，從陰極會射出一種射線，撞在熒光板上發(fā)光，出射出一種射線，撞在熒光板上發(fā)光，出現(xiàn)一條光帶現(xiàn)一條光帶4、擋板陰影第1頁/共21頁第二頁，共22頁。陰極射線陰極射線(yn j sh xin) (yn j sh xin) Cathode rayCathode rayJ.J J.J 湯姆孫湯姆孫J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 19401940英國英國赫茲赫茲 H.Rudolf Hertz H.Rudolf Hertz 1857 1857 18941894德國德國 認為認為(rnwi)陰極射線是一

3、種陰極射線是一種“電磁波電磁波”認為陰極射線認為陰極射線(yn j sh xin)是一種是一種“高速高速粒子流粒子流”我看到的是：我看到的是：1、電磁波、電磁波能穿透薄鋁片能穿透薄鋁片 最小原子粒子是做不到的，所以擋片出現(xiàn)陰最小原子粒子是做不到的，所以擋片出現(xiàn)陰影影 2、電場中不偏轉，因此不帶電、電場中不偏轉，因此不帶電別急，別急別急，別急: 讓我們一起來好好想想讓我們一起來好好想想對陰極射線本性的研究形成了：對陰極射線本性的研究形成了：德國德國學派的電磁波說學派的電磁波說 英國英國學派的微粒說學派的微粒說 第2頁/共21頁第三頁，共22頁。我看到的是：我看到的是：1、電磁波能穿透薄鋁片、電磁

4、波能穿透薄鋁片 最小原子粒子是做不到的，所以擋片出最小原子粒子是做不到的，所以擋片出現(xiàn)陰影現(xiàn)陰影 2、電場、電場(din chng)中不偏轉，因此不帶中不偏轉，因此不帶電電陰極射線陰極射線(yn j sh xin) (yn j sh xin) Cathode rayCathode rayJ.J J.J 湯姆孫湯姆孫J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 19401940英國英國赫茲赫茲 H.Rudolf Hertz H.Rudolf Hertz 1857 1857 18941894德國德國 認為陰極射線認為陰極射線(yn j sh xin)是一種是一種“電磁波電磁波”認

5、為陰極射線是一種認為陰極射線是一種“高速粒子流高速粒子流”對陰極射線本性的研究形成了：對陰極射線本性的研究形成了：德國德國學派的電磁波說學派的電磁波說 英國英國學派的微粒說學派的微粒說 電磁波在磁場中不電磁波在磁場中不偏轉偏轉第3頁/共21頁第四頁，共22頁。我看到的是：我看到的是：1、電磁波能穿透薄鋁片、電磁波能穿透薄鋁片 最小原子粒子是做不到的，所以最小原子粒子是做不到的，所以(suy)擋片出現(xiàn)陰影擋片出現(xiàn)陰影 2、電場中不偏轉，因此不帶電、電場中不偏轉，因此不帶電陰極射線陰極射線(yn j sh xin) (yn j sh xin) Cathode rayCathode rayJ.J J

6、.J 湯姆孫湯姆孫J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 19401940英國英國赫茲赫茲 H.Rudolf Hertz H.Rudolf Hertz 1857 1857 18941894德國德國 認為陰極射線認為陰極射線(yn j sh xin)是一種是一種“電電磁波磁波”認為陰極射線是一種認為陰極射線是一種“高速粒子流高速粒子流”對陰極射線本性的研究形成了：對陰極射線本性的研究形成了：德國德國學派的電磁波說學派的電磁波說 英國英國學派的微粒說學派的微粒說 湯姆生：玻璃管內(nèi)并非湯姆生：玻璃管內(nèi)并非全真空。全真空偏轉了全真空。全真空偏轉了第4頁/共21頁第五頁，共22頁

7、。正離子的轟擊正離子的轟擊(hngj)紫外線照射紫外線照射(zhosh)放射性物質放射性物質陰極射線陰極射線光電流光電流射線射線金屬受熱金屬受熱熱離子流熱離子流第5頁/共21頁第六頁，共22頁。陰極射線陰極射線(yn j sh xin) Cathode (yn j sh xin) Cathode rayrayJ.J J.J 湯姆孫湯姆孫J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 1940 1940英國英國(yn u)(yn u)赫茲赫茲(hz) (hz) H.Rudolf Hertz H.Rudolf Hertz 1857 1857 1894 1894德國德國 認為陰極射線

8、是一種認為陰極射線是一種“電磁波電磁波”認為陰極射線是一種認為陰極射線是一種“高速粒子流高速粒子流”帶負電，且電荷量與質子相同帶負電，且電荷量與質子相同速度遠小于電磁波傳播速度速度遠小于電磁波傳播速度質量是最輕的原子質量是最輕的原子 1/2000 左右左右WIN我看到的是：我看到的是：1、電磁波、電磁波能穿透薄鋁片能穿透薄鋁片 最小原子粒子是做不到的，所以擋片最小原子粒子是做不到的，所以擋片出現(xiàn)陰影出現(xiàn)陰影 2、電場中不偏轉，因此不帶電、電場中不偏轉，因此不帶電第6頁/共21頁第七頁，共22頁。J.J J.J 湯姆孫湯姆孫( (英國英國(yn u)(yn u)1857 1857 1940 19

9、40 1889 1889年年4 4月月3030日，日，J.J.J.J.湯姆孫正式宣布湯姆孫正式宣布發(fā)現(xiàn)電子發(fā)現(xiàn)電子; ; 電子的發(fā)現(xiàn)，結束了關于陰極射線本質電子的發(fā)現(xiàn)，結束了關于陰極射線本質的爭論的爭論(zhngln);(zhngln); 從此，人類意識到，原子并不是組成物從此，人類意識到，原子并不是組成物質的最小單位，探索原子結構的序幕由此質的最小單位，探索原子結構的序幕由此拉開拉開 由于由于J.J.J.J.湯姆生的杰出貢獻，湯姆生的杰出貢獻，19061906年他年他獲得諾貝爾物理學獎。獲得諾貝爾物理學獎。第7頁/共21頁第八頁，共22頁?；牡哪ＤＰ托?。請請大大家家注注意意觀觀察察我我們

10、們簡簡, , 場場中中偏偏轉轉的的半半徑徑r r辦辦法法得得到到帶帶電電粒粒子子在在磁磁了了，接接下下來來，我我們們要要想想這這樣樣，我我們們把把V V求求出出來來E E/ /B B= =q qE E，則則可可以以得得到到v v= =可可以以讓讓q qv vB B3 3、調調節(jié)節(jié)E E和和B B合合適適，（再再次次復復習習左左手手定定則則） ? ?的的洛洛倫倫茲茲力力向向哪哪個個方方向向的的磁磁場場，帶帶電電粒粒子子受受到到加加一一個個垂垂直直黑黑板板面面向向外外2 2、我我們們再再在在這這個個空空間間，動動畫畫）力力與與電電場場強強度度方方向向相相反反（向向下下，因因為為負負電電荷荷受受 ？

11、這這個個電電場場力力向向哪哪個個方方向向線線粒粒子子會會受受到到電電場場力力，這這時時，飛飛過過來來的的陰陰極極射射會會形形成成一一個個向向上上的的電電場場下下板板帶帶正正電電，那那么么，就就壓壓后后，使使上上板板帶帶負負電電，屬屬板板，假假如如我我們們加加上上電電路路上上，平平行行放放置置一一對對金金1 1、在在陰陰極極射射線線行行進進的的介介紹紹工工作作原原理理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B B速度選擇器速度選擇器VqEqEqVBqVBE E D DC CBdBdU UB BE Ev vd dqUqUqEqEqvB

12、qvB工作原理：工作原理：問題問題(wnt)2(wnt)2：陰極射線中帶電粒子的比荷？：陰極射線中帶電粒子的比荷？1、有什么方法、有什么方法(fngf)可以控制或者改變帶電粒子的運動可以控制或者改變帶電粒子的運動軌跡從而進行研究？軌跡從而進行研究？2、怎么確定帶電粒子的初速度？以前是否、怎么確定帶電粒子的初速度？以前是否(sh fu)認識認識過相關的儀器？過相關的儀器？第8頁/共21頁第九頁，共22頁。問題問題(wnt)2(wnt)2：陰極射線中帶電粒子的比荷？：陰極射線中帶電粒子的比荷？路路是是置置于于電電場場中中。置置于于磁磁場場中中，另另一一條條思思兩兩條條思思路路，一一條條思思路路是是

13、第9頁/共21頁第十頁，共22頁。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B1 1、帶電粒子、帶電粒子在磁場在磁場(cchng)(cchng)中偏轉模型中偏轉模型VL LqVBO OrL LB BEsinEsinBrBrv vm mq qr rv vm mqvBqvB, ,sinsinL Lr r由幾何知識得由幾何知識得2 22 2第10頁/共21頁第十一頁，共22頁。測量帶電粒子的比荷測量帶電粒子的比荷第11頁/共21頁第十二頁，共22頁。(1)(1)說明說明(shumng)(shumng

14、)陰極射線的電性陰極射線的電性分析：射線分析：射線(shxin)向上偏，電場向上偏，電場力向上，與電場線方向反，則射線力向上，與電場線方向反，則射線(shxin)帶負電。帶負電。(2)(2)說明圖中磁場沿什么說明圖中磁場沿什么(shn me)(shn me)方向方向分析：再加上磁場，射線回到原位，則洛倫茲力向下，由左手定分析：再加上磁場，射線回到原位，則洛倫茲力向下，由左手定則，磁場垂直紙面向里。則，磁場垂直紙面向里。(3)(3)根據(jù)根據(jù)L L、E E、B B和和，求出陰極射線的比荷，求出陰極射線的比荷L LB BE Es si in nm mq q解解以以上上各各式式：r rs si in

15、n又又L L , ,r rv vm mq qv vB B速速圓圓周周運運動動2 2. .只只有有磁磁場場時時，做做勻勻q qv vB B做做勻勻直直運運動動q qE E共共存存時時，分分析析：1 1. .磁磁場場、電電場場2 22 2第12頁/共21頁第十三頁，共22頁。2 2、帶電粒子在電場、帶電粒子在電場(din chng)(din chng)中的偏轉模型中的偏轉模型 VqEYDL EdO0 0y yy y0 02 20 0v vv vt ta an n a at t, ,v vt t, ,v vL L, ,m mq qE Ea a 平平拋拋運運動動2 2. .在在偏偏轉轉電電場場中中，類

16、類m mv v2 21 1q qU U 能能定定理理1 1. .在在加加速速電電場場中中，動動0 0）2 2L L( (D DY Yt ta an n v vv vt ta an no oy y20mvEqL?Y,L,E,D,d可測）E EL L2 2L L( (D DY Y2020vmvq第13頁/共21頁第十四頁，共22頁。Ce19104960217733. 1）（密立根油滴實驗密立根油滴實驗(shyn)密立根密立根 (美國)Robert A.Millikan1868年1953年密立根油滴實驗密立根油滴實驗(shyn)（測出了電子的（測出了電子的電量）電量）第14頁/共21頁第十五頁，共2

17、2頁。電荷量的量子化電荷量的量子化第15頁/共21頁第十六頁，共22頁。5 5= =e eq q= =則則n nn ne e= =：q q解解析析：由由電電荷荷的的量量子子化化量量的的多多少少倍倍？2 2. .這這個個電電量量是是電電子子電電1 19 9c c- -8 8. .0 02 2x x1 10 0= =解解得得：q q q qE E, ,= =m mg g衡衡電電荷荷受受重重力力和和電電場場力力平平3 3r r4 4 = =v v = =解解析析：m m1 1. .油油滴滴所所帶帶的的電電量量3 3第16頁/共21頁第十七頁，共22頁。Ce19106022. 1kgm31101094

18、. 9Ce19106022. 11.電子的電量：電子的電量：e=1.6x10-19C 是最小的基本電荷，稱為元電荷。是最小的基本電荷，稱為元電荷。2.發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)(fxin)：電荷是量子化的，任何電荷所帶的電量都是：電荷是量子化的，任何電荷所帶的電量都是e的整的整數(shù)倍。數(shù)倍。3.根據(jù)比荷確定了電子的質量：根據(jù)比荷確定了電子的質量：密立根油滴實驗密立根油滴實驗(shyn)的原理圖的原理圖kgm31101094. 9第17頁/共21頁第十八頁，共22頁。通過研究帶電粒子在磁場和電場的偏轉，得到了比荷通過研究帶電粒子在磁場和電場的偏轉，得到了比荷的表述式。湯姆孫也通過方法和原理類似的實驗測定的表述式。湯

19、姆孫也通過方法和原理類似的實驗測定了陰極射線中帶電微粒的比荷。了陰極射線中帶電微粒的比荷。湯姆生猜測這有兩種可能湯姆生猜測這有兩種可能 1 1、m m差不多的話，差不多的話，q q是氫離子的近兩千倍是氫離子的近兩千倍 2 2、q q差不多的話，差不多的話，m m是氫離子的近兩千分之一是氫離子的近兩千分之一經(jīng)湯姆生大量實驗測定，盡管限于當時條件與技術，經(jīng)湯姆生大量實驗測定，盡管限于當時條件與技術，很不精確，但足以證明，這種很不精確，但足以證明，這種帶電微粒的電荷量與氫帶電微粒的電荷量與氫離子相當，可見其質量遠小于氫離子。離子相當，可見其質量遠小于氫離子。倍倍約約為為氫氫離離子子的的2 20 00

20、 00 0m mq q電電子子的的第18頁/共21頁第十九頁，共22頁。1 1。在研究性學習中，某同學設計了一個測定帶電粒子比荷的實驗，其實。在研究性學習中，某同學設計了一個測定帶電粒子比荷的實驗，其實驗裝置如圖所示驗裝置如圖所示abcdabcd是一個長方形盒子，在是一個長方形盒子，在adad邊和邊和cdcd邊上各開有小孔邊上各開有小孔f f和和e e，e e是是cdcd邊上的中點，熒光屏邊上的中點，熒光屏M M貼著貼著cdcd放置，能顯示從放置，能顯示從e e孔射出的粒子落孔射出的粒子落點位置盒子內(nèi)有一方向垂直于點位置盒子內(nèi)有一方向垂直于abcdabcd平面的勻強磁場，磁感應強度大小為平面的勻強磁場，磁感應強度大小為B.B.粒子源不斷地發(fā)射相同的帶電