18.1电子的发现

什么是阴极射线？阴极射线CathoderayJ.J汤姆孙J.JThomson1857～1940英国赫兹H.RudolfHertz1857～1894德国认为阴极射线是一种“电磁波”认为阴极射线是一种“高速粒子流”我看到的是：1、它在电场中不偏转，因此不带电2、它能穿透薄铝片粒子是做不到的但波可以!别急，别急:让我们一起来好好想想……8仪器介绍阴极射线1、玻璃管，内装极其稀薄的气体。2、电极，接上高压电源的负极的一端称“阴极”，另一端则称为“阳极或对阴极”3、演示:接通高压电源后，从阴极会射出一种射线，撞在荧光板上发光，出现一条光带这种射线最早是1858年由德国物理学家普吕克尔J.Plucker发现的，1876年另一位物理学家戈德斯坦E.Goldstein命名其为“阴极射线”对阴极射线的本质存在着泾渭分明的两种观点：一种是以德国物理学家赫兹为代表，认为阴极射线是一种“电磁波”另一种是以英国的汤姆孙为代表，认为阴极射线是一种“高速粒子流”通过实验验证阴极射线实质：是从阴极射出的高速粒子流。问题1：阴极射线带电吗？P3........................B问题：怎样验证？在两极板D1D2间加电场，观察射线的偏转情况。若电场方向由D1指向D2，射线向上偏，射线带电吗？带什么电?在两极板D1D2间加匀强磁场，观察射线的偏转情况。若磁场方向如图，射线向上偏，射线带电吗？带什么电?D1D2间无电场、磁场时，沿直线射向P1点结论：阴极射线的本质是：从阴极发射的高速运动的电子流左手定则qvB大小、方向。及=洛伦兹力fdqU=Eq=场中的受力。电场力F复习：电荷在电场、磁例1.如图所示，一只阴极射线管，左侧不断有射线射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹下偏，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。C．若要使电子束的径迹往上偏，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中的电流方向无关课堂互动讲练类型一阴极射线的性质BCA.AB中的电流B3.由安培定则可判断向里。可知所处磁场垂直纸面，由左手定则子流，受洛伦兹力向下2.阴极射线是高速电围产生磁场分析：1.通电导线周×××××××××××××××××××××××2.如图所示，在阴极射线管正上方平行放一根通有强电流的长直导线，则阴极射线将()A．向纸内偏转B．向纸外偏转C．向下偏转D．向上偏转分析：1.安培定则：导线下方的磁场如图2.左手定则：阴极射线受洛伦兹力向上。................................................................................................D欲使阴极射线沿Z轴负方向偏，应怎样？1.加磁场：磁场方向沿y轴正方向2.加电场：电场方向沿Z轴正方向...........................B速度选择器VqEqVBE＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－化的模型。请大家注意观察我们简,场中偏转的半径r办法得到带电粒子在磁了，接下来，我们要想这样，我们把V求出来E/B=qE，则可以得到v=可以让qvB3、调节E和B合适，（再次复习左手定则）?的洛伦兹力向哪个方向的磁场，带电粒子受到加一个垂直黑板面向外2、我们再在这个空间，动画）力与电场强度方向相反（向下，因为负电荷受？这个电场力向哪个方向线粒子会受到电场力，这时，飞过来的阴极射会形成一个向上的电场下板带正电，那么，就压后，使上板带负电，属板，假如我们加上电路上，平行放置一对金1、在阴极射线行进的介绍工作原理》DCBdUBEvdqUqEqvB工作原理：BEvqE则qvB使得电子沿直线运动。、B合适场E和磁场B，调节E在金属板CD加正交电入磁场的速度利用速度选择器求解进问题2：阴极射线中带电粒子的比荷？了就可以测得粒子的比荷和偏转的半径r只要得到粒子的速度V的B由外界提供，是已知Brvmq:则比荷的表达式rvm=qvB因此有洛伦兹力提供向心力，粒子会做匀速圆周运动与速度方向垂直，所以洛伦兹力始终会受到洛伦兹力，由于带电粒子在匀强磁场中况带电粒子在磁场中的情分析路是置于电场中。置于磁场中，另一条思两条思路，一条思路是2....................................B1、带电粒子在磁场中偏转模型VLqVBOr磁偏转模型的原理只存在磁场的情况下，偏转圆弧为圆周运动一部分，出磁场后成匀速直线运动根据有关几何知识，我们一定是可以求出带电粒子圆周运动的半径r的。测得射出磁场时速度偏角为θθθLBEsinθBrvmqrvmqvB,sinθLr由几何知识得222、带电粒子在电场中的偏转模型＋＋＋＋＋＋＋＋VqEyYDL－－－－－－－－EdOθy2vvtanθat,v,at21yvt,L,mqE平抛运动a2.在偏转电场中，类mv21能定理qU1.在加速电场中，动yy22）tanθ2L(Dy或YyY,vDvtvy2y2y2《总结》比荷的测定通过研究带电粒子在磁场和电场的偏转，得到了比荷的表述式。汤姆孙也通过方法和原理类似的实验测定了阴极射线中带电微粒的比荷。汤姆生猜测这有两种可能1、m差不多的话，q是氢离子的近两千倍…2、q差不多的话，m是氢离子的近两千分之一…经汤姆生大量实验测定，尽管限于当时条件与技术，很不精确，但足以证明，这种带电微粒的电荷量与氢离子相当，可见其质量远小于氢离子。倍约为氢离子的2000mq电子的Ce19104960217733.1）（密立根油滴实验密立根(美国)RobertA.Millikan1868年～1953年密立根油滴实验（测出了电子的电量）密立根油滴实验的原理图Ce19106022.1kgm31101094.9Ce19106022.11.电子的电量：e=1.6x10-19C是最小的基本电荷，称为元电荷。2.发现：电荷是量子化的，任何电荷所带的电量都是e的整数倍。密立根油滴实验的原理图kgm31101094.93.根据比荷确定了电子的质量：有关阴极射线实验总结带负电，且电荷量与氢离子相同1质量是最轻的原子近1/20002阴极射线是由比最小的原子还小的多的带负电荷的微粒构成的电子electron这种粒子，大家称之为“电子”。1.测出了电子的电量。2.证明了原子是可再分的。原子不是最小的粒子。3.证明电子是一种粒子，是构成物质的基本单元。类型二测量带电粒子的比荷例2.在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑．若在D、G间加上方向向下，场强为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：(1)说明阴极射线的电性；(2)说明图中磁场沿什么方向；(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷．(1)说明阴极射线的电性分析：射线向上偏，电场力向上，与电场线方向反，则射线带负电。(2)说明图中磁场沿什么方向分析：再加上磁场，射线回到原位，则洛伦兹力向下，由左手定则，磁场垂直纸面向里。(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷LBEsinθmq解以上各式：rsinθ又L,rvmqvB速圆周运动2.只有磁场时，做匀qvB做匀直运动qE共存时，分析：1.磁场、电场222．质谱仪是一种测定带电粒子的比荷和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图18－1－4所示．让中性气体进入电离室A，在那里被电离成离子．这些离子从电离室的小孔飘出，从缝S1进入加速电场被加速．然后让离子从缝S2垂直进入匀强磁场，最后打在底片上的P点．已知加速电压为U，磁场的磁感应强度为B，缝S2与P之间的距离为a，离子从缝S1进入电场时的速度不计．求该离子的比荷qm.2222aB8Umq解以上各式：a21r,rvmB2.在偏转磁场：qvmv21，动能定理：qU解析：1.在加速电场例3.电子所带电量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的．他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电量都等于某个最小电量的整数倍．这个最小电量就是电子所带的电量．密立根实验的原理如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电．从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中．小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡．已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105N/C，油滴半径是1.64×10－4cm，油的密度是0.851g/cm3，求油滴所带的电量，这个电量是电子电量的多少倍？类型三电荷量的量子化5=eq=则nne=：q解析：由电荷的量子化量的多少倍？2.这个电量是电子电19c-8.02x10=解得：qqE,=mg衡电荷受重力和电场力平3r4ρ=ρv=解析：m1.油滴所带的电量31。在研究性学习中，某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如图所示．abcd是一个长方形盒子，在ad边和cd边上各开有小孔f和e，e是cd边上的中点，荧光屏M贴着cd放置，能显示从e孔射出的粒子落点位置．盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B.粒子源不断地发射相同的带电粒子，粒子的初速度可以忽略．粒子经过电压为U的电场加速后，从f孔垂直于ad边射入盒内．粒子经磁场偏转后恰好从e孔射出．若已知fd＝cd＝L，不计粒子的重力和粒子之间的相互作用力．请你根据上述条件求出带电粒子的比荷q/m.orr2222222L25B128Umq解以上各式r)2L(r)L3.在磁场轨迹如图（rvmB2.在偏转磁场：qvmv21qU解析：1.在加速电场D.适当减小EC.适当增大U减小UB.增大E,减小BA.增大E,）正确的是（穿过电场，则下列说法要使此离子沿直线，发现离子向上偏转，正交电场E和磁场B中压U加速后进入发射的正离子经加速电2.如图，从正离子源，，-----------＋＋＋＋＋＋＋.................................qEqvBqE，即适当减小E.2.qvB不变，减小得，增大Umv21由qU或增大B、或增大vvB,1.qE不变，增大q欲使离子沿直线运动，分析：粒子受力如图2请阅读课本P49页“科学足迹——电子发现的前夜”