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1、2.1 电子,编辑：向 睿,一、物质结构的早期探究,我国西周时期的五行说：金、木、水、火、土,大千世界（宇宙）是由什么构成的？,古希腊的亚里士多德认为：万物的本质是 土、水、火、空气4种“元素”， 天体则由第五种元素以太构成,古希腊学者德谟克利特等人认为宇宙间存在一种或多种微小的实体，这个实体叫做“原子”，原子密不可分，这些原子在虚空中运动，并可按照不同的方式重新结合或分散。,我国战国时期的思想家墨子认为物体是由不可分割的最小单元“端”构成,1661年，玻意耳以化学实验为基础建立科学的元素论， 认为只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是 元素，各种元素存在着不同的原子。,19世纪初，道尔顿
2、提出原子论。,1811年，阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由 多个相同的原子组成。,宏观物质的化学性质决定于分子，分 子则由原子构成， 原子是构成物质的不可分再分的最小颗粒,原子真的不可再分了吗？,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,德谟克利特 Democritus 古希腊哲学家 约前460前370,道尔顿 英国化学家 1766-1844,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 ,atom,二、电子的发现,阴极射线 Cathode ray,J.J 汤姆孙 J.J Thomson 1857 1940 英国,赫兹 H.Rudolf Hertz
3、1857 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”,PK,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!,让我们一起来好好想想,重走科学探索路,阴极射线是德国物理学家J.普吕克尔在1858年利用低压气体放电管研究气体放电时发现的 .从低压气体放电管阴极发出的电子在电场加速下形成的电子流。阴极可以是冷的也可以是热的，电子通过外加电场的场致发射、残存气体中正离子的轰击或热电子发射过程从阴极射出。,阴极射线,1897年J.J.汤姆孙根据放电管中的阴极射线在电磁场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电，并测出其
4、荷质比，这在一定意义上是历史上第一次发现电子， 12年后R.A.密立根用油滴实验测出了电子的电荷。,电子的发现,1856-1940英国剑桥大学实验物理学家,19世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家发现了电子。,8,原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。,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发现一种奇特的现象。,1876年德国物理学家戈德斯坦研究后命名为阴极射线,阴极射线,阴极射线的本质,一种认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射,一种认为阴极射线是带电微粒,思考1：电磁辐射和带电微粒最大的区别是什么？,思考2：根据带电粒子在电磁场中的运动规律，你知道哪些方法可
5、以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？,英国物理学家J.J.汤姆孙自1890年起开始研究，对阴极射线进行了一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。,实验验证,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的示意图,带电粒子的电荷量与其质量之比比荷q/m，是一个重要的物理量。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。建议你依照下面的提示自己算一算。,1. 当金属板D、E之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上F点。施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上Q处。由此可以推断阴极射线带有什么
6、性质的电荷？,Q,汤姆孙的气体放电管的示意图,2. 如果要抵消阴极射线的偏转，使它从Q点回到 F，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大 小、方向合适的磁场。 这个磁场的方向是？ 写出此时每个阴极射线微粒（质量为m，速度为 v） 受到的洛仑兹力和电场力。能求出阴极射线 的速度v的表达式吗？,Q,汤姆孙的气体放电管的示意图,3.由于金属板D、E间的距离是已知的，两板间的电压是可测量的，所以两板间的电场强度E也是已知量E=?。磁感应强度B可以由电流的大小算出，同样按已知量处理。,汤姆孙的气体放电管的示意图,4. 如果去掉D、E间的电场E，只保留磁场B，磁场方向与射线运动方向垂直。阴极射线在有磁场的
7、区域将会形成一个半径为r的圆弧(r可以通过P的位置算出) 。此时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向心力就是_力。,P,汤姆孙的气体放电管的示意图,实验结论,1897年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷。,当汤姆孙在测定比荷实验时发现，用不同材料的阴极做实验，所发出射线的粒子都有相同的比荷，这表明什么？,这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。,荷质比约为质子（氢离子）比荷的2000倍。是电荷比质子大？还是质量比质子小？,汤姆孙猜测：这可能表示阴极射线粒子电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。,后来汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与
8、氢离子电荷量大致相同，由此可以看出他当初的猜测是正确的。后来阴极射线的粒子被称为电子,实验结论分析,进一步拓展研究对象：用不同的材料做成的阴极做实验，做光电效应实验、热离子发射效应实验、射线（研究对象普遍化）。,电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。,电子,美国科学家密立根又精确地测定了电子的电量： e=1.60221019 C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为： m=9.10941031 kg,质子质量与电子质量的比值：,密立根油滴实验,密立根 (美国) Robert A.Millikan 1868年1953年,密立根油滴实验,有关阴极射线 实验总结,阴极射线是由 比最小的
9、原子还小的多的 带负电荷的微粒 构成的,电子 electron,阴极射线应用,电子示波器中的示波管、电视的显像管、电子显微镜等都是利用阴极射线在电磁场作用下偏转、聚焦以及能使被照射的某些物质,如硫化锌发荧光的性质工作的.高速的阴极射线打在某些金属靶极上能产生X射线，可用于研究物质的晶体结构。阴极射线还可直接用于切割、熔化、焊接等。,在19世纪末年，物理学有三项重大的实验发现，这就是X射线、放射性和电子。电子的发现具有更伟大的意义，因为这一事件使人们认识到自然界还有比原子更小的实物。电子的发现打开了通向原子物理学的大门 ,人们开始研究原子的结构 .,三、汤姆孙原子模型,电子是原子的组成部分，原子
10、是中性的， 那么原子的模型是怎样的？,汤姆孙认为：原子带正电的 部分应充斥整个原子，很小很 轻的电子镶嵌在球体的某些固 定位置，正象葡萄干嵌在面包 中那样，这就是原子的葡萄干 面包模型,正离子的轰击,紫外线照射,放射性物质,电子,金属受热,在科学研究中只做实验是不够的，创造性的发现需要深刻的洞察力。,习题1：如图，在两平行板间有平行的均匀电场E，匀强磁场B。MN是荧光屏，中心为O，OO=L，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是O，y轴向上，x轴垂直纸面向外，一束速度、荷质比相同的粒子沿OO方向从O射入，打在 屏上P（- ）点，求： （1）粒子带何种电荷？ （2）B的方向？ （3）粒子的荷质比？,O,O,M N,精讲细练,习题2：示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，A为发射热电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，A、K间电压为U。电子离开阴极是速度可以忽略，电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v，下面说法正确的是：( ) A、如果A、K间距离减半，电压U、不变，则离开时速率变为2v B、如果A、K间距离减半，电压U、不变，则离开时速率变为v/2 C、如果A、K间距离不变，电压U减半，则离开时速率变为2v D、如果A、K间距离不变，电压U减半，则离开时速率变为0.707v,A,K,U,C,
