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1、第一节第一节敲开原子大门敲开原子大门第三章第三章 原子结构之谜原子结构之谜惠州市第一中学惠州市第一中学 胡壮丽胡壮丽十九世纪关于物质结构认识深度进程十九世纪关于物质结构认识深度进程公元前公元前4 4世纪德谟世纪德谟克利特克利特直到直到1919世世纪找纪找到原到原子子英国英国化学化学家道家道尔顿尔顿1 1858858年普年普吕克吕克尔尔历史回顾历史回顾1 18 89797年汤年汤姆生姆生 公元前公元前5 5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为认为: : 万物是由大量的万物是由大量的不可分割的微粒不可分割的微粒构构成的，即原子。成的，即原子。 历史回顾历史回顾19世纪初
2、，英国科学家道尔顿提出近代原子学世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体割的实心球体,物质由原子组成物质由原子组成,原子不能被创造原子不能被创造,也不能被毁灭也不能被毁灭,在在化学变化中原子不可分割化学变化中原子不可分割,他们的他们的性质在化学反应中保持不变。性质在化学反应中保持不变。历史回顾历史回顾1858年德国物理学家年德国物理学家普吕克尔普吕克尔较早发现了气体导电较早发现了气体导电时的辉光放电现象。德国物理学家戈德斯坦研究辉时的辉光放电现象。德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起光放电现象时
3、认为这是从阴极发出的某种射线引起的。所以他把这种未知射线称之为的。所以他把这种未知射线称之为阴极射线阴极射线。 阴极射线阴极射线普吕克尔普吕克尔阴极射线阴极射线1858年普吕克尔年普吕克尔阴极射线阴极射线在研究气体导电的真在研究气体导电的真空玻璃管内有阴、阳空玻璃管内有阴、阳两极。当两极间加一两极。当两极间加一定电压时，阴极便发定电压时，阴极便发出一种射线，这种射出一种射线，这种射线为阴极射线。线为阴极射线。实验实验装置装置: :电源电源, ,感应圈感应圈, ,阴极射线管阴极射线管现象现象: :. .阴极射线使阴极射线使荧光屏发光荧光屏发光（特点）（特点） 发光原理发光原理: :在强电场中在强
4、电场中, ,气体被电离而导电气体被电离而导电阴极射线本质是什么？阴极射线本质是什么？18971897年汤姆生年汤姆生Joseph John Thomson 1858-1940中国中铁电气化局一公司中国中铁电气化局一公司敲开原子大门敲开原子大门一、探索阴极射线一、探索阴极射线中国中铁电气化局一公司中国中铁电气化局一公司英英汤姆生汤姆生 电磁波电磁波粒子粒子 假如你是汤姆生的坚定的支假如你是汤姆生的坚定的支持者（持者（fans)fans)，你应该用事实去，你应该用事实去验证汤姆生的观点，你应该怎么验证汤姆生的观点，你应该怎么做？做？汤姆生设计的汤姆生设计的阴极阴极射线管射线管如何测定阴如何测定阴极
5、射线的电荷？极射线的电荷？汤姆生如何测定出汤姆生如何测定出粒子的荷质比（定粒子的荷质比（定量）量）电荷接收器电荷接收器A汤姆生设计的阴极射线管如何测定阴极射线汤姆生设计的阴极射线管如何测定阴极射线的电荷的电荷 当阴极当阴极A产生的射线产生的射线进入大真空管进入大真空管D时时, 可以可以看到管壁上有荧光出现看到管壁上有荧光出现. 当大真空管中加入磁当大真空管中加入磁场时场时, 射线就会偏转射线就会偏转, 被被接收器接收到接收器接收到, 经检验为经检验为负电荷负电荷。A汤姆生设计的阴极射线管汤姆生设计的阴极射线管如何测如何测定阴极射线的电荷定阴极射线的电荷还有其它方法还有其它方法确定阴极射线是粒子
6、？确定阴极射线是粒子？（1）磁偏转）磁偏转（2 2）电偏转）电偏转实验装置实验装置: :电源电源, , 阴极射线管阴极射线管, ,磁铁磁铁现象现象: :1.1.阴极射线使荧光屏发光（特点）阴极射线使荧光屏发光（特点） 2.2.当加入磁场后射线偏转当加入磁场后射线偏转汤姆生如何测定出汤姆生如何测定出粒子的荷质比（定粒子的荷质比（定量）量）利用磁场利用磁场M- -N+ + 一个质量为一个质量为m,电量为电量为e的带电粒子的带电粒子,以速度以速度v垂直进入磁场垂直进入磁场B中中, 粒子在粒子在磁场中磁场中做圆周运动。做圆周运动。 洛仑兹力提供向心力：洛仑兹力提供向心力：v-e/m=v/rBf测v 测
7、r设平行板设平行板MNMN之间的距离为之间的距离为h,h,板的水平长度板的水平长度为为d,d,首先使阴极仅受电场作用并达到最大首先使阴极仅受电场作用并达到最大偏转偏转, ,测得此时的场强测得此时的场强E,E,随后保持随后保持E E不变不变, ,外外加磁场使射线恢复水平不再偏转加磁场使射线恢复水平不再偏转, ,测得此时测得此时的磁场的强度的磁场的强度B B1 1、证明粒子的初速率、证明粒子的初速率V V为：为：2 2、证明射线粒子荷质比的表达式为：、证明射线粒子荷质比的表达式为：hd证明证明：（：（1 1）当平行板当平行板M M、N N间外加磁场使射线间外加磁场使射线粒子恢复水平，则有粒子恢复水
8、平，则有（2 2）当射线粒子只受电场力时）当射线粒子只受电场力时, ,做抛体运动做抛体运动竖直方向：竖直方向：水平方向水平方向：要确定这种粒子是比原子更小的粒子要确定这种粒子是比原子更小的粒子比大小比大小与谁比？与谁比？比什么？比什么？（1）比体积）比体积测直径？测直径？（2）测质量）测质量称一称？称一称？以上测量直径和质量的做法可行吗？还以上测量直径和质量的做法可行吗？还有其它的方法解决这个问题吗？有其它的方法解决这个问题吗？实验结果：实验结果：荷质比约为氢粒子的荷质比约为氢粒子的20002000倍倍实验结果：荷质比约为氢粒子的实验结果：荷质比约为氢粒子的20002000倍倍进一步分析试验结
9、果两种可能进一步分析试验结果两种可能：（1 1）带电粒子的电荷很大带电粒子的电荷很大（2 2）带电粒子的质量很小）带电粒子的质量很小后来，后来，汤姆生直接测汤姆生直接测量出粒子的电荷，发量出粒子的电荷，发现该粒子的电荷与现该粒子的电荷与氢氢离子离子的电荷大小基本的电荷大小基本上相同上相同汤姆生对射线粒子的普遍性的研究汤姆生对射线粒子的普遍性的研究进一步拓展研究对象：进一步拓展研究对象：汤姆生发汤姆生发现，对于不同的现，对于不同的放电气体放电气体，或者，或者用不同的用不同的金属材料制作电极金属材料制作电极，都，都测得测得相同的荷质比相同的荷质比，随后又发现，随后又发现在气体电离和电光效应等现象中
10、，在气体电离和电光效应等现象中，可从不同物体中击出这种带电粒可从不同物体中击出这种带电粒子，这表明子，这表明它是构成各种物体的它是构成各种物体的共同成分。共同成分。汤姆生完全确认了汤姆生完全确认了电子电子的存在的存在，电子是构成物电子是构成物质的基本粒子，是比原质的基本粒子，是比原子更小的粒子，原子是子更小的粒子，原子是可以再分的。可以再分的。得出的结论得出的结论 成功来之不易成功来之不易进行实验进行实验实验结果实验结果实验结论实验结论测定阴极射线测定阴极射线的电荷的电荷带负电带负电电子是构成电子是构成物质的基本物质的基本粒子，是比粒子，是比原子更小的原子更小的粒子，原子粒子，原子是可以再分是
11、可以再分的的测定阴极射线测定阴极射线荷质比荷质比荷质比约为氢荷质比约为氢粒子的粒子的20002000倍倍从不同物质击从不同物质击出这种粒子出这种粒子构成各种物体构成各种物体的共同成分的共同成分直接测量粒子直接测量粒子电荷大小电荷大小电荷和氢离子电荷和氢离子的电荷约相等的电荷约相等汤姆生探索阴极射线汤姆生探索阴极射线是一次科学研究艰辛的是一次科学研究艰辛的历程，充满着艰巨性和历程，充满着艰巨性和创造性，洋溢着科学的创造性，洋溢着科学的精神，渗透着科学的思精神，渗透着科学的思想和方法。想和方法。 19101910年美国科学家密立根又精确地测定了年美国科学家密立根又精确地测定了电子的电量：电子的电量
12、： e=1.6022e=1.602210101919 C C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为：量为： m=9.1094m=9.109410103131 kg kg 由于发现电子的杰出贡献，汤姆生在由于发现电子的杰出贡献，汤姆生在19061906年获得诺贝尔物理学奖年获得诺贝尔物理学奖。电子的发现打破了传电子的发现打破了传统的统的“原子不可分原子不可分”的观念，使人类对自然世的观念，使人类对自然世界的认识又向前迈进了一步。界的认识又向前迈进了一步。二、电子的发现二、电子的发现评估评估 学完本节课后，从科学发展学完本节课后，从科学发展的角度谈谈你的感受
13、，你认为的角度谈谈你的感受，你认为一个新的科学发现需要具备什一个新的科学发现需要具备什么样的基本素质？么样的基本素质？1 1、关于阴极射线的本质，说法对的是（、关于阴极射线的本质，说法对的是（ ）A A、阴极射线的本质是氢原子、阴极射线的本质是氢原子B B、阴极射线的本质是电磁波、阴极射线的本质是电磁波C C、阴极射线的本质是电子、阴极射线的本质是电子D D、阴极射线的本质是、阴极射线的本质是X X射线射线C C课堂练习课堂练习18971897年年, ,汤姆生在研究阴极射线汤姆生在研究阴极射线: :1.1.测出了阴极射线的电性测出了阴极射线的电性2.2. 测出了它的荷质比测出了它的荷质比3.3.直接测出粒子的电荷量直接测出粒子的电荷量4.4.发现用不同的金属做电极所有的射线一样的性质发现用不同的金属做电极所有的射线一样的性质. .课堂小结课堂小结结论结论：确认了：确认了电子电子的存在，电子是构成物质的基的存在，电子是构成物质的基本粒子本粒子，是比原子更小的粒子，原子是可以再分是比原子更小的粒子，原子是可以再分的。的。
