电子的发现

电子的发现知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元教学目标体会电子的发现过程中蕴含的科学方法知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义教学重点阴极射线的研究汤姆孙发现电子的理论推导教学难点世间万物是由原子构成的…原子是一种最后的不可分割的物质微粒…每种化学元素都有它对应的原子…原子是最微小的不可分割的实心球体…德谟克利特道尔顿汤姆生的伟大发现汤姆生发现电子之前人们认为原子是组成物体的最小微粒，是不可再分的汤姆生从对阴极射线等现象的研究中发现了电子，从而敲开了原子的大门那么电子发现的过程是怎样的？知道阴极射线是由电子组成的，电子是比原子更基本的物质单元了解电子发现的历史电子的发现阴极射线早在1858年，德国物理学家普吕克尔利用低压气体放电管研究气体放电时看到了玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。普吕克尔的类似实验阴极射线1876年另一位德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种射线命名为阴极射线。那么阴极射线到底是什么呢？阴极射线的本质19世纪，对阴极射线本质的认识有两种观点一种观点认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射代表人物赫兹另一种观点认为阴极射线是带电微粒代表人物汤姆孙赫兹德国汤姆孙英国阴极射线的本质如果是你，你将设计怎样的实验，来探究阴极射线的本质是电磁波还是带电粒子流？让阴极射线沿垂直场的方向通过电场或磁场，观察它是否偏转如果阴极射线发生了偏转，那么阴极射线就是在电场力或洛伦兹力的作用下偏转的，说明阴极射线的本质是带电粒子流。如果阴极射线没有发生偏转，表示阴极射线不带电，说明阴极射线的本质是电磁波阴极射线的本质阴极射线的本质现象：阴极射线发生了偏转说明阴极射线不是电磁波，否定了赫兹的说法；同时也能得到阴极射线的本质是带电粒子流带电粒子的电荷量与其质量比——比荷（荷质比），是一个重要的物理量。阴极射线作为一种带电粒子流，它的电性是什么呢？它的比荷又是多少呢根据带电粒子在电场、磁场中的运动规律，哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？①带电粒子在电场中的偏转模型②带电粒子在磁场中偏转模型英国物理学家J.J.汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流。为了证实这点，从1890年起他进行了一系列实验研究。汤姆孙的气体放电管汤姆孙的气体放电管示意图小孔AB：使由C发出的粒子形成一束细细的射线带有标尺的荧光屏平行的金属板之间夹有电场阴极C：发出带电粒子通过射线产生的荧光的位置，可以研究射线的径迹在真空度高的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴极。对于真空度不高的放电管来说，粒子还可能来自管中的气体。汤姆孙的气体放电管根据带电粒子在电场和磁场中受力的情况，可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。汤姆孙的气体放电管带负电汤姆孙的气体放电管所加磁场方向和大小有何要求呢？垂直纸面向外每个阴极射线粒子受到的电场力F=Eq每个阴极射线粒子受到的洛伦兹力f=BqvEq=Bqv进而得到阴极射线的速度表达式BqvEq汤姆孙的气体放电管汤姆孙的气体放电管如果汤姆孙请你做助手，请你回想并根据汤姆孙研究阴极射线的过程，计算出阴极射线粒子的比荷Eq=Bqv汤姆孙的气体放电管1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。阴极射线粒子的比荷具体数值是多少呢？我们一起来算一算如图所示为一种测定阴极射线比荷的实验装置阴极射线粒子的比荷真空玻璃管内，阴极K发出的粒子经过阳极A与阴极K之间的高压加速后，形成一细束粒子流，以平行于极板的速度进入两极板C、D间区域。若两极板C、D间无电压，粒子将打在荧光屏上的O点，若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的粒子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则粒子在荧光屏上产生耳朵光点又回到O。如图所示为一种测定阴极射线比荷的实验装置阴极射线粒子的比荷解以M点为坐标原点，水平向右为x轴，竖直向下为y轴设粒子经加速后获得的速度为既有电场又有磁场时：得到粒子的速度：阴极射线粒子的比荷只加电场时，粒子在CD间做类平抛运动，知道极板的右边缘水平方向：匀速直线运动：竖直方向：匀加速直线运动：竖直方向的位移大小：竖直方向的速度大小：如图所示为一种测定阴极射线比荷的实验装置阴极射线粒子的比荷如图所示为一种测定阴极射线比荷的实验装置飞出极板到荧光屏，匀速直线运动水平方向：竖直方向：竖直方向的总位移：联立解得：原子不是组成物质的最小微粒汤姆孙还发现，用不同材料的阴极做实验，所得的比荷数值是相同的。这说明了什么？说明不同物质都能够发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。猜想一：阴极射线粒子的质量大小与氢离子质量一样大，而电荷却比氢离子大得多；猜想二：阴极射线粒子的电荷量与氢离子电荷量一样大，而质量却比氢离子小得多；汤姆孙由实验测得阴极射线粒子比荷是氢离子比荷的近两千倍。这两种粒子的电量和质量有什么关系呢原子不是组成物质的最小微粒汤姆孙后来又通过实验测得阴极射线粒子的电荷量大小与氢离子大致相同。阴极射线粒子的质量比氢离子小得多后来，组成阴极射线的粒子就被称为电子。原子不是组成物质的最小微粒汤姆孙进一步研究发现，不论阴极射线、射线、光电流还是热离子流，它们都包含电子。原子不是组成物质的最小微粒电子是原子的组成部分，它是比原子更基本的物质单元。汤姆孙电子发现的意义电子的发现不只是说明原子是组成物质的最小微粒，更重要的是对揭示原子结构有重大意义。电子的发现和X射线的发现、放射现象的发现并称近代物理的三大发现汤姆孙因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”汤姆孙电子荷质比的具体数值是那么电子的电量q和质量m的各自的具体数值又是多少呢？密立根密立根油滴实验1909~1913年间，美国物理学家密立根通过“油滴实验”测出了电子电荷的精确值知道密立根“油滴实验”的测量原理知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍知道电子的电量是知道电子的质量约为，远小于质子的质量电子的电量和质量的测定质量为m的油滴所受阻力的大小与速度大小成正比，设比例系数为k。两板间不加电压时，观察到某一油滴竖直向下做匀速运动，通过一段距离所用时间为；则密立根的油滴实验密立根的油滴实验加电压U时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间内运动的距离为，则：联立解得：密立根测定了数千个油滴的电荷量，发现各个油滴所带电荷量不连续的，它们都是某一最小电荷——元电荷的整数倍，这一最小电荷所带电荷量就是电子的电荷量密立根通过著名的“油滴实验”得到电子电荷量的精确值。电子电荷的现代值为：近似值为密立根电子的电量和质量电子的电量和质量电子比荷电子电量电子质量质子质量与电子质量的比值密立根油滴实验更重要的发现是：电荷是不连续的，是量子化的，即任何带电体的电荷只能使e的整数倍。问题与练习汤姆孙是怎样发现电子的？汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转现象，确定了其本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷；进一步的实验发现，不同物质做成的阴极发出的射线粒子都有相同的比荷，说明这种带电粒子是构成物质的共同成分；用这种粒子的比荷与氢离子比荷比较，并用实验测出了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量相同，质量又比最轻原子的质量小得多。根据这些，汤姆孙发现了电子。问题与练习加在阴极射线管内阴极和阳极之间的电压为，如果电子离开阴极表面时的速度为0，试求电子到达阳极时的速度。问题与练习一个半径为的带负电的油滴，处在电场强度等于的竖直向下的匀强电场中。如果油滴受到的库仑力恰好与重力平衡，问：这个油滴带有几个电子的电荷？已知油的密度为。电子的个数为5