1、 1知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，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。是比原子更基本的物质单元。 2体会电子的发现过程中蕴含的科学方法。体会电子的发现过程中蕴含的科学方法。 3知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是 e 的整数倍。的整数倍。 4领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。 本节由阴极射线和电子的发现两部分内容组成。重点是本节由阴极射线和电子的发现两部分内容组成。重点是 电子的发现过程蕴含的科学方法。首先通过实验说明阴极射电子的发现过程蕴含的科学方法。
2、首先通过实验说明阴极射 线的存在，然后指出科学家对阴极射线的认识，最后仍然通线的存在，然后指出科学家对阴极射线的认识，最后仍然通 过实验研究发现了电子。电子的发现说明原子不是组成物质过实验研究发现了电子。电子的发现说明原子不是组成物质 的最小微粒，对揭示原子结构有重大意义，是近代物理三大的最小微粒，对揭示原子结构有重大意义，是近代物理三大 发现之一。发现之一。 电子发现的本身是一个很好的培养学生分析问题和解决电子发现的本身是一个很好的培养学生分析问题和解决 问题能力的内容，认识电子发现的重大意义，体会电子的发问题能力的内容，认识电子发现的重大意义，体会电子的发 现过程中蕴含的科学方法是教学中的
3、重点。通过演示实验和现过程中蕴含的科学方法是教学中的重点。通过演示实验和 历史资料介绍，使学生通过观察，阅读理解，达到教学目标。历史资料介绍，使学生通过观察，阅读理解，达到教学目标。 19 19世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家发世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家发 现了电子。现了电子。从而得出：从而得出：原子是可以分割的，是由更小原子是可以分割的，是由更小 的微粒组成的的微粒组成的。 1858 年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时 的辉光放电现象。的辉光放电现象。 1876 年德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由年德国物理学家戈
4、德斯坦认为管壁上的荧光是由 于玻璃受到的于玻璃受到的阴极发出阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把的某种射线的撞击而引起的，并把 这种未知射线称之为这种未知射线称之为阴极射线阴极射线。 代表人物，赫兹。认为这种射线的本质是一代表人物，赫兹。认为这种射线的本质是一 种种电磁波电磁波的传播过程。的传播过程。 电磁波说电磁波说 代表人物，汤姆孙。认为这种射线的本代表人物，汤姆孙。认为这种射线的本 质是一种质是一种高速粒子流高速粒子流。 粒子说粒子说 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。 实验装置如图所示：实验装置如图所示： 金属板金属板 D1、
5、D2 之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上 的的 P1 点，按图示方向加电场点，按图示方向加电场 E 之后，射线发生偏转并射到屏之后，射线发生偏转并射到屏 上的上的 P2 点，由此推断，阴极射线带有什么性质的电荷？点，由此推断，阴极射线带有什么性质的电荷？ 带带 负负 电电 我们已经知道阴极射线是带负电荷的粒子流，我们已经知道阴极射线是带负电荷的粒子流， 那么，如何求阴极射线微粒的比荷？那么，如何求阴极射线微粒的比荷？ 为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域应为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域应 采取什么措施？采取什么措施？ 在平行板区域加一磁场且磁场方
6、向必须在平行板区域加一磁场且磁场方向必须垂直纸面向外垂直纸面向外，当，当 满足条件满足条件 qvB = qE 时，则阴极射线不发生偏转，即：时，则阴极射线不发生偏转，即：v = E/B。 方法一：方法一：若撤去磁场，带电粒子由若撤去磁场，带电粒子由P1 点偏离到点偏离到 P2， P2 到到 P1 竖直距离为竖直距离为 y，屏幕到金属板，屏幕到金属板 D1、D2 右端的距右端的距 离为离为 D，你能算出阴极射线的比荷吗？，你能算出阴极射线的比荷吗？ q m 屏屏 幕幕 L D v0 y P1 P2 q m 屏屏 幕幕 L D v0 2 00 tan y x v atqEL vvmv 又因为：又因
7、为： tan 2 y L D 且且 0 E v B 化简得：化简得： 2 () 2 qEy L m DB L P1 P2 y 方法二：方法二：利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，利用磁场使带电的阴极射线发生偏转， 能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律 来计算阴极射线的比荷？来计算阴极射线的比荷？ q m 屏屏 幕幕 L D v0 P1 P2 y q m 屏屏 幕幕 L D v0 cos L R 0 E v B 2 cosqE mB L 0 mv R qB 只要测出粒子打到屏上的速度方向只要测出粒子打到屏上的速度方向(与水平方向的夹角与水平方
8、向的夹角 ) P1 P2 O R y 1. 用“电偏转”测定阴极射线比荷的表达式用“电偏转”测定阴极射线比荷的表达式 2. 用“磁偏转”测定阴极射线比荷的表达式用“磁偏转”测定阴极射线比荷的表达式 2 () 2 qEy L m DB L 2 cosqE mB L 汤姆生发现汤姆生发现，用不同材料的阴极和不同的方法做用不同材料的阴极和不同的方法做 实验实验，所得所得比荷的数值是相等比荷的数值是相等的的。这说明这说明，这种粒子这种粒子 是构成各种物质的共有成分是构成各种物质的共有成分。由实验测得的阴极射线由实验测得的阴极射线 粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。若这种
9、粒子的若这种粒子的 电荷量与氢离子的电荷量相同电荷量与氢离子的电荷量相同，则其质量约为氢离子则其质量约为氢离子 质量的近两千分之一质量的近两千分之一。汤姆孙后续的实验粗略测出了汤姆孙后续的实验粗略测出了 这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大， 证明了他当初的猜测是正确的证明了他当初的猜测是正确的。后来后来，物理学家把新物理学家把新 发现的这种组成阴极射线的粒子称之为发现的这种组成阴极射线的粒子称之为电子电子。 电子的发现具有伟大的意义，因为这一事件使电子的发现具有伟大的意义，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。电子的人们认识
10、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发现打开了通向原子物理学的大门 , ,人们开始研究人们开始研究 原子的结构。原子的结构。 汤姆孙被科学界誉为“一位最先打开通向基本汤姆孙被科学界誉为“一位最先打开通向基本 粒子物理学大门的伟人”。粒子物理学大门的伟人”。 第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学 家家密立根密立根利用利用油滴实验油滴实验测量出的。测量出的。 1. 阴极射线阴极射线 2. 电子的发现电子的发现 比荷的两种求法比荷的两种求法 3. 密立根油滴实验密立根油滴实验 1. 一只阴极射线管，左侧不断有电子射出
11、，若在管的正下方，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方， 放一通电直导线放一通电直导线 AB 时，发现射线径迹向下偏，则时，发现射线径迹向下偏，则 ( ) A. 导线中的电流由导线中的电流由 A 流向流向 B B. 导线中的电流由导线中的电流由 B 流向流向 A C. 若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变 AB 中的电流中的电流 方向来实现方向来实现 D. 电子束的径迹与电子束的径迹与 AB 中的电流方向无关中的电流方向无关 A B BC 2. 有一电子有一电子(电荷量为电荷量为 e )经电压为经电压为 U0 的电场加速后，的电场加速后， 进入两块间距为进入两块间距为 d，电压为，电压为 U 的平行金属板间，若电的平行金属板间，若电 子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电 场，求：场，求： (1) 金属板金属板 AB 的长度的长度; (2) 电子穿出电场时的动能。电子穿出电场时的动能。 + A B U0 v0 + + + 0 2U d U (1) 0 () 2 U e U (2)
