电子的发现及其重大意义课件.ppt

1、一、阴极射线一、阴极射线孙孙实验一实验一:援援 频率感是电磁波的重要特性。脚按照频率的顺序把频率感是电磁波的重要特性。脚按照频率的顺序把这些绢电磁波排列起来，就是札电磁波谱。如果把每个这些绢电磁波排列起来，就是札电磁波谱。如果把每个贤波段的频率由低至高依苑次排列的话，它们是无野线贤波段的频率由低至高依苑次排列的话，它们是无野线电波、微波、红外线隙、可见光、紫外线、电波、微波、红外线隙、可见光、紫外线、X倘射线及倘射线及射线。通常意怒义上所指有电磁辐射特块性的电磁波是射线。通常意怒义上所指有电磁辐射特块性的电磁波是指无线电衣波、微波、红外线、可玉见光、紫外线。而指无线电衣波、微波、红外线、可玉见

2、光、紫外线。而X射诚线及射诚线及射线通常被认为是放射性辐射特性的。射线通常被认为是放射性辐射特性的。粒子流是高速运动的粒奠子所形成的。粒子流是高速运动的粒奠子所形成的。1858 1858年德窜国物理学家普吕克尔较可早发现了气体年德窜国物理学家普吕克尔较可早发现了气体导电时的诲辉光放电现象。导电时的诲辉光放电现象。187187秉秉6 6年德国物理学家戈德年德国物理学家戈德卖斯坦认为管壁上的荧光卉是由于玻璃受到的卖斯坦认为管壁上的荧光卉是由于玻璃受到的阴极榔发阴极榔发出出的某种射线的撞击惑而引起的，并把这种未虞知射线的某种射线的撞击惑而引起的，并把这种未虞知射线称之为称之为阴极射线阴极射线。代表人

3、物，赫评兹。认为这种射线的代表人物，赫评兹。认为这种射线的本谣质是一种本谣质是一种电磁波电磁波的传播啮过程。的传播啮过程。浴浴 粒子说：粒子说：戎戎 代表人物，汤姆生。歌认为这种代表人物，汤姆生。歌认为这种射线的本质是耐一种射线的本质是耐一种高速粒子流高速粒子流。电磁波说：电磁波说：霹霹汤姆生汤姆生 物理笆学家纷纷走进实验室开禄始了对阴极射线物理笆学家纷纷走进实验室开禄始了对阴极射线的研究千。该研究引发了的研究千。该研究引发了19世懊纪末的三大发现：世懊纪末的三大发现：贝克勒尔贝克勒尔法法天然放射性(Natu偏ral radioa畦ctivity)是指花天然存在的放射性同位抵素，其能够从不稳定

4、的娟原子核自发地放出射线惑，(如射线、射线衫、射线等)而衰变形图成稳定元素的属性。电子电子（Electro幻n）是一种带有负电的庞亚原子粒子，通常标记萌为e-。电子属于轻逸子类，以重力、电磁力靠和弱核力与其它粒子相产互作用。轻子是构成物滑质的基本粒子之一，即砍其无法被分解为更小的粒子。约瑟夫约疆翰汤姆生（Thom兰son Joseph凌 John，1856撩年12月18日19垛40年8月30日），茸著名的英国物理学家，箭以其对电子和同位素的夜实验著称。1905年缩被任命为英国皇家学院拦的教授，1906年荣税获诺贝尔物理学奖，1鸯916年任皇家学会主版席，1919年被选为裹科学院外籍委员会首脑遍

5、。汤姆逊在担任卡文迪困许实验物理教授及实验仰室主任的34年，桃李雇满天下。1940年8月30日逝世于剑桥。终年84岁。二、电子的发现二、电子的发现帛帛 英国物理学家袪汤姆生在研究阴极射线剁时英国物理学家袪汤姆生在研究阴极射线剁时发现了电子。实验装愁置如图所示，发现了电子。实验装愁置如图所示，金属板金属板D D1 1D D曹曹2 2之间未加电场时射线如不偏转，射在之间未加电场时射线如不偏转，射在屏上的屏上的P P藸藸1 1点，按图示方向加电疏场点，按图示方向加电疏场E E之后，射线发生偏之后，射线发生偏梦转并射到屏上的梦转并射到屏上的P P2 2点裤，由此推断阴极射线带氦有什点裤，由此推断阴极射

6、线带氦有什么性质的电荷？么性质的电荷？P2KAByP1P3D1D2思考思考:芯芯+-带负电带负电 雁雁 为使阴极射线汀不发生偏转，在平行极朋为使阴极射线汀不发生偏转，在平行极朋板区域应采取什么措施？板区域应采取什么措施？P2KAByP1P3D1D2思考思考:城城 在平行板区域加一磁场且磁场方向必须垂直纸面在平行板区域加一磁场且磁场方向必须垂直纸面向外，当满足条件向外，当满足条件 时，则阴极射线不发生偏时，则阴极射线不发生偏转，则：转，则：qEBqv 0BEv 0汤姆生的发现(1)咯阴极射线电性的发现随为了研究阴极射线的电桐性,设计了如下图所示媚的装置,从阴极K发出甥的粒子流通过小孔A 孟B形成

7、一束细的射线.菌它穿过两片平行金属板戒D1 D2之间的空间径,到达右侧带有标尺的露荧光屏上,在D1 D蛾2之间加上电压,粒子仗流在通过时,如果带电欢就会在电场力的作用下谜,发生偏转,从而会打藸到荧光屏上某一位置.泼因此可根据D1和D2者的电势和偏转方向来判录断粒子流的电性.结果发现阴极射线带负电.(2)测定阴极射线的颗比荷如下图所示,从田阴极K发出的阴极射线由,通过一对平行金属板死D1 D2之间的匀强酬电场,发生偏转,偏角耪为,与电场强度E,备极板长度L,以及带电佯粒子的速度v的关系为:戒 顷 tan藤=然后再曾加一匀强磁场方向与D载1 D2之间的匀强电化场垂直形成一个速度选伤择器,使带电粒子

8、流在阁电场力和洛伦兹力作用疹下平衡做匀速直线运动昭,不发生偏转,因此可辐得将庭式代入式,并代入实葱验数据,得到该射线粒澜子的比荷为 1011 C/kg2tvEqLvmvEvBem 汤蓉姆生通过进一步的实验系,发现当改变阴极材料瞄时,测得的比荷都相同屋,表明这种粒子是各种肄材料都有的成份,18凶98年,汤姆孙测出这蓬种粒子所带电荷和氢离粟子的电荷值接近,这种被粒子的质量是氢离子质累量的千分之一.至此,阵这种粒子的“身份”已敖经明确,它是一个带负扫电,质量很小的粒子.码物理学家把这种粒子称为电子.1 1、若撤去磁皇场带电粒子由、若撤去磁皇场带电粒子由P P1 1点偏半离到点偏半离到P P2 2，P

9、 P2 2到到P P1 1龚龚竖直距离为竖直距离为y y,屏幕到涩金属板屏幕到涩金属板D D1 1、D D2 2右端蔡右端蔡的距离为的距离为D D，你能算出恒阴极射线的比荷吗？，你能算出恒阴极射线的比荷吗？做一做做一做:诚诚em萤萤幕幕 LD v0yP1佃P2畴emy1瓶瓶y2硕硕萤萤幕幕 LD v0y200tanmvqELvatvvxy )2(tanLDy 又因为：又因为：LBLDEymq2)2(BEv 0且且 化简得：化简得：2、利棚用磁场使带电的阴极射蓝线发生偏、利棚用磁场使带电的阴极射蓝线发生偏转，能否根据甩磁场的特点和带电粒子墅在磁场转，能否根据甩磁场的特点和带电粒子墅在磁场中的运动

10、规律来吩计算阴极射线的比荷？中的运动规律来吩计算阴极射线的比荷？做一做做一做:吟吟萤萤幕幕谚谚 LD v0萤萤幕幕女女 LD v0嘿嘿P2辕辕 阴极射线打在颈屏上的阴极射线打在颈屏上的P P2 2点，只要测供出粒子打点，只要测供出粒子打到屏上的速度祟方向（与水平方向的夹庸角到屏上的速度祟方向（与水平方向的夹庸角）由）由图可知：图可知：cosLR cosLqBmv LBEmq2cos 汤姆生茸发现，用不同材料的阴高极和不同的汤姆生茸发现，用不同材料的阴高极和不同的方法做实验富，所得方法做实验富，所得比荷的数值是相蛙等比荷的数值是相蛙等的。这说的。这说明，这种粒澜子是构成各种物质的共囚有成分。并明

11、，这种粒澜子是构成各种物质的共囚有成分。并由实验测得扰的阴极射线粒子的比荷粒是氢离子比由实验测得扰的阴极射线粒子的比荷粒是氢离子比荷的近两千新倍。若这种粒子的电荷环量与氢离子荷的近两千新倍。若这种粒子的电荷环量与氢离子的电荷量相四同，则其质量约为氢离盔子质量的近的电荷量相四同，则其质量约为氢离盔子质量的近两千分之一岗。汤姆生后续的实验粗豁略测出了这两千分之一岗。汤姆生后续的实验粗豁略测出了这种粒子的电驮荷量确实与氢离子的电秒荷量差别不种粒子的电驮荷量确实与氢离子的电秒荷量差别不大，证明了驯汤姆生的猜测是正确的诉。汤姆生把大，证明了驯汤姆生的猜测是正确的诉。汤姆生把新发现的这种粒子称之为新发现的

12、这种粒子称之为电子电子。电子的电荷量南是由谁测量出的？电子硼电子的电荷量南是由谁测量出的？电子硼电量的发现说明了什么？电量的发现说明了什么？思考思考:垣垣 第一次较为精耀确测量出电子电荷量的割是第一次较为精耀确测量出电子电荷量的割是美国物理学家美国物理学家密立根桅密立根桅利用利用油滴实验油滴实验测量出的。测量出的。密立根的实验再表明，密立根的实验再表明，电荷具有电荷具有量子化臀量子化臀的特征。的特征。即任何带电体荧的电量只即任何带电体荧的电量只能是能是e e的的整数岸整数岸倍。电子的倍。电子的质量质量m m9 9霄霄.1093897.10938971 1堆堆0 0-31-31kgkg 1 1、

13、一只阴极磺射线管，左侧不断有电凸子、一只阴极磺射线管，左侧不断有电凸子射出，若在管的正下溶方，放一通电直导线射出，若在管的正下溶方，放一通电直导线A A傍傍B B时，发现射线径迹向巩下偏，则：（时，发现射线径迹向巩下偏，则：（荆荆 ）A A导线中怨的电流由导线中怨的电流由A A流向流向B B。宪宪 B B导线中的电流江由导线中的电流江由B B流向流向A A。C C哮若要使电子束的径迹伤往上偏，可以通哮若要使电子束的径迹伤往上偏，可以通过改变层过改变层ABAB中的电流方向来实阔现。中的电流方向来实阔现。D D电子束脆的径迹与电子束脆的径迹与ABAB中的电流方向无关。中的电流方向无关。AB巩固练习

14、巩固练习:耳耳巩固练习巩固练习:馈馈 2 2、有一电子鹤（电荷量为、有一电子鹤（电荷量为e e）经电压松为）经电压松为U U0 0的电场加速后，庆进入两块间距为的电场加速后，庆进入两块间距为d d，电摘压为，电摘压为U U的平行金属板间司，若电子从两板正中间煌垂直的平行金属板间司，若电子从两板正中间煌垂直电场方向射入，且雁正好能穿过电场，求：戴电场方向射入，且雁正好能穿过电场，求：戴（1 1）金属板）金属板ABAB的圣长度。的圣长度。（2 2）电子穿出电场时的动能。）电子穿出电场时的动能。ABU0v0+冕 电子姆是人类发现的第一个比沛原子小的粒子,电子的氛发现,打破了原子不可勋再分的传统观念,

15、使人琅们认识到原子不是组成糯物质的最小微粒,原子陀本身也有内部结构.从秒此,原子物理学飞速发景展,人们对物质结构的捏认识进入了一个新时代.典例分析一 磁场买对运动电荷的影响例藸1:阴极射线从阴极射彝线管中的阴极发出,在呆高压下加速飞向阳极,郧如下图所示,若要使射蔡线向上偏转,所加磁场皖方向应为()A.平行于纸面向左 貉 B.平行于扎纸面向上C.垂直纸笛面向外 抑 D.垂直纸面向逼里解析:由题意可知逛阴极射线的方向,阴极拯射线是电子流加上磁场辛后应使带电粒子受到向彬上的洛伦兹力才会向上霍偏转.电子向右运动,椒形成向左的等效电流,靳由左手定则判断,则磁牧场方向应为垂直纸面向几外,故C选项正确.答案

16、:C梯度练习基础强化竭1.观察阴极射线的迅阴极射线管中的高电压乐的作用是()炒A.使管内气体电离丸B.使管内产生阴极槽射线C.使管中障碍绍物的电势升高D.使电子加速解析:在阴极射线管中阂,阴极射线是由阴极处藐于炽热状态而发射电子警的,通过高压对电子加退速获得能量,与玻璃发椽生碰撞而产生荧光,故D正确.2.汤姆生对阴极射线禽的探究,最终发现了电匿子,由此被称为“电子宫之父”,关于电子的说因法正确的是(咕)A.任何物质中均障有电子B.不同的物特质中具有不同的电子耸C.电子质量是氢离子緺质量的1836倍D黍.电子是一种粒子,是构成物质的基本单元解析:汤姆生对不同材后料的阴极发出的射线进侗行研究,均为

17、同一种相颗同的粒子即电子,婚电子是构成物质的基本油单元,它的质量远小于脉质子质量,故A D选项正确.3.电子的发现说明(淋 )A.原子雁是由原子核和电子组成笺的B.物质是带电的抖且一定带负电C.原荐子可进行再分D.原子核可再分4.关于电荷量,下列涸说法正确的是(啦)A.物体的带电仍量可以是任意值B.苑物体的带电量只能是某鄙些值C.物体带电量硅的最小值是1.61铡0-19 CD.一荣个物体带上1.61宾0-9 C的正电荷,秸这是它失去了1010个电子的缘故5.关于阴极射线,下仓列说法正确的是(狐 )A.阴极射线歇就是稀薄气体导电的辉伴光放电现象B.阴极沼射线是在真空管内由阴喂极发生的电子流C.宋

18、阴极射线是组成物体的窜原子D.阴极射线按逃直线传播,但可被电场 磁场偏转能力提升6.下图是娃电子射线管示意图.接睁通电源后,电子射线由企阴极沿x轴方向射出,关在荧光屏上会看到一条品亮线.要使荧光屏上的奖亮线向下(z轴负方向襟)偏转,在下列措施中不可采用的是()A.加一磁场,磁场方簇向沿z轴负方向B.汗加一磁场,磁场方向沿梗y轴正方向C.加一陀电场,电场方向沿z轴伺负方向D.加一电场循,电场方向沿y轴正方向7.如图,为示波管中咐电子枪的原理示意图,翁A为发射电子的阴极,饿K为接在高电势的加速卡极,A K之间电压为胳U,电子离开阴极时的扦速度可以忽略,电子经辈加速后从K的小孔中射春出的速度大小为v

19、,下缨列说法正确的是()A.如果A K之间距亲离减半而电压仍为U,克则电子离开 K的速叭度为2vB.如果A垮 K间距离减半电压仍四为U,则电子经过K时衡的速度为 v歌C.如果A K间距离针保持不变而电压减半,恍则电子离开K时的速度甥为D.如果A K间对距离保持不变而电压减蘸半,则电子离开K时的速度为2222v2v答案答案:C洁洁提示：动能定理求解倍提示：动能定理求解倍331363519199:mVr.,:mgqErq8.02 1043430.851 104(1.64 10)9.83 1.92 108.02 101.6 10Cqen.n5.gEC解析 小油滴质量小油滴在电场中悬浮由平衡条件得小油

20、滴所带电量 是电子电量 的倍数倍答案答案:5倍患倍患8.在场强为1.92呀105 N/C的匀磺强电场中,一半径为1户.6410-4 c妒m,密度为0.851喷 g/cm3的油滴恰遗能悬浮,求油滴的电量犁是电子的多少倍?9.为了测定带电粒子稀的比荷 ,让那这个带电粒子垂直电场矾方向飞进平行金属板间捍,已知匀强电场的场强啤为E,在通过长为L的姜两金属板间后,测得偏箍离入射方向的距离为d霜,如果在两板间加垂直包于电场方向的匀强磁场惦,磁场方向垂直于粒子其的入射方向,磁感应强颇度为B,则粒子恰好不羚偏离原来的方向,求q/m为多少?qm2022202002211():2v222.,dat,qEqv B,vqELmvEBqELEmdBqE dmB L解析 设带电粒子以跟电场垂直进入匀强电场则此带电粒子垂直入射到正交的电磁场区域时不发生偏转由平衡条件得由两式得解得22:2E dB L答案