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1、物理選修物理選修3-5 3-5 第十八章第十八章 原子的結(jié)構(gòu)原子的結(jié)構(gòu) 科學(xué)靠?jī)蓷l腿走路，一是理論，一是實(shí)科學(xué)靠?jī)蓷l腿走路，一是理論，一是實(shí)驗(yàn)。有時(shí)一條腿走在前面，有時(shí)另一條腿走驗(yàn)。有時(shí)一條腿走在前面，有時(shí)另一條腿走在前面。但只有使用兩條腿，才能前進(jìn)。在前面。但只有使用兩條腿，才能前進(jìn)。 密立根密立根這美麗的燈光背后蘊(yùn)含著怎樣的物理規(guī)律呢？這美麗的燈光背后蘊(yùn)含著怎樣的物理規(guī)律呢？這美麗的燈光背后蘊(yùn)含著怎樣的物理規(guī)律呢？這美麗的燈光背后蘊(yùn)含著怎樣的物理規(guī)律呢？第一節(jié)第一節(jié) 電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)物理選修物理選修3-5 3-5 第十八章第十八章 原子的結(jié)構(gòu)原子的結(jié)構(gòu) 19 19世紀(jì)末，在對(duì)氣體放電現(xiàn)
2、象的研究中，世紀(jì)末，在對(duì)氣體放電現(xiàn)象的研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了電子。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了電子。8原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的。原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的。 早在早在18581858年，德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾利用低壓氣年，德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾利用低壓氣體放電管研究氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)一種奇特的現(xiàn)象。體放電管研究氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)一種奇特的現(xiàn)象。 1876 1876年德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦研究后命名為年德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦研究后命名為陰極射線陰極射線陰極射線陰極射線陰極射線的本質(zhì)陰極射線的本質(zhì)一種認(rèn)為陰極射線像一種認(rèn)為陰極射線像X射線一樣是電磁輻射射線一樣是電磁輻射一種認(rèn)為陰極射線一種認(rèn)為陰極射線是帶
3、電微粒是帶電微粒思考思考1：電磁輻射和帶電微粒最大的區(qū)別是什么？：電磁輻射和帶電微粒最大的區(qū)別是什么？思考思考2：根據(jù)帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，你根據(jù)帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，你知道哪些方法可以判斷運(yùn)動(dòng)的帶電粒子所帶電荷知道哪些方法可以判斷運(yùn)動(dòng)的帶電粒子所帶電荷的正負(fù)號(hào)？的正負(fù)號(hào)？ 英國(guó)物理學(xué)家英國(guó)物理學(xué)家J.J.J.J.湯姆孫湯姆孫自自18901890年起開始研究，年起開始研究，對(duì)陰極射對(duì)陰極射線線進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。他認(rèn)為陰極射線是帶電粒子流。進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。他認(rèn)為陰極射線是帶電粒子流。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 在真空度高的放電管中，陰極射線中的粒子主要在真空度高的放電管中，陰
4、極射線中的粒子主要來自陰極。對(duì)于真空度不高的放電管來說，粒子還可來自陰極。對(duì)于真空度不高的放電管來說，粒子還可能來自管中的氣體。能來自管中的氣體。湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖 帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量之比帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量之比比荷比荷q/m，是一個(gè)重要的物理量。根據(jù)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中是一個(gè)重要的物理量。根據(jù)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受力的情況，可以得出組成陰極射線的微粒的比荷。受力的情況，可以得出組成陰極射線的微粒的比荷。建議你依照下面的提示自己算一算。建議你依照下面的提示自己算一算。 1. 當(dāng)金屬板當(dāng)金屬板D1、D2之間未加電場(chǎng)時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，之間未加電場(chǎng)時(shí)，射
5、線不偏轉(zhuǎn)，射在屏上射在屏上P1點(diǎn)。施加電場(chǎng)點(diǎn)。施加電場(chǎng)E之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏上并射到屏上P2處。由此可以推斷陰極射線帶有什處。由此可以推斷陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷？么性質(zhì)的電荷？(P48思考與討論思考與討論) 2- 3- 4-湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖負(fù)電負(fù)電2. 如果要抵消陰極射線的偏轉(zhuǎn)，使它從如果要抵消陰極射線的偏轉(zhuǎn)，使它從P2點(diǎn)回到點(diǎn)回到 P1，需要在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個(gè)大，需要在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個(gè)大 小、方向合適的磁場(chǎng)。小、方向合適的磁場(chǎng)。 這個(gè)磁場(chǎng)的方向是？這個(gè)磁場(chǎng)的方向是？ 寫出此時(shí)每個(gè)陰極射線微粒（質(zhì)量為寫
6、出此時(shí)每個(gè)陰極射線微粒（質(zhì)量為m，速度為，速度為 v） 受到的洛侖茲力和電場(chǎng)力。你能求出陰極射線受到的洛侖茲力和電場(chǎng)力。你能求出陰極射線 的速度的速度v的表達(dá)式嗎？的表達(dá)式嗎？湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖 3.由于金屬板由于金屬板D、F間的距離是已知的，兩板間的間的距離是已知的，兩板間的電壓是可測(cè)量的，所以兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度電壓是可測(cè)量的，所以兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E也是也是已知量已知量E=?。磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁感應(yīng)強(qiáng)度B可以由電流的大小算出，可以由電流的大小算出，同樣按已知量處理。同樣按已知量處理。湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖4. 如果去掉如果去掉D1、D
7、2間的電場(chǎng)間的電場(chǎng)E，只保留磁場(chǎng)，只保留磁場(chǎng)B，磁場(chǎng)方向與射線運(yùn)動(dòng)方向垂直。陰極射線在有磁場(chǎng)方向與射線運(yùn)動(dòng)方向垂直。陰極射線在有磁場(chǎng)的區(qū)域?qū)?huì)形成一個(gè)半徑為磁場(chǎng)的區(qū)域?qū)?huì)形成一個(gè)半徑為r的圓弧的圓弧(r可以可以通過通過P3的位置算出的位置算出) 。此時(shí)，組成陰極射線的粒。此時(shí)，組成陰極射線的粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力就是子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力就是_力。力。湯姆孫的氣體放電管的示意圖湯姆孫的氣體放電管的示意圖實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1897 1897年，湯姆孫得出陰極射線的本質(zhì)是年，湯姆孫得出陰極射線的本質(zhì)是帶帶負(fù)電負(fù)電的粒子流并求出了這種粒子的的粒子流并求出了這種粒子的比荷比荷。 當(dāng)湯姆孫在測(cè)定比荷實(shí)驗(yàn)時(shí)
8、發(fā)現(xiàn)，用不同當(dāng)湯姆孫在測(cè)定比荷實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所發(fā)出射線的粒子都有材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所發(fā)出射線的粒子都有相同的比荷，這表明什么？相同的比荷，這表明什么？ 這說明不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，這說明不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是構(gòu)成各種物質(zhì)的它是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分共有成分。EqqvB BEv rvmqvB2rBEBrvmq2 荷質(zhì)比約為質(zhì)子（氫離子）比荷的荷質(zhì)比約為質(zhì)子（氫離子）比荷的20002000倍。倍。是是電荷比質(zhì)子大？還是質(zhì)量比質(zhì)子?。侩姾杀荣|(zhì)子大？還是質(zhì)量比質(zhì)子小？ 湯姆孫猜測(cè)：這可能表示陰極射線粒子電荷量湯姆孫猜測(cè)：這可能表示陰極射線粒子電荷量的大小與一個(gè)
9、氫離子一樣，而質(zhì)量比氫離子小得的大小與一個(gè)氫離子一樣，而質(zhì)量比氫離子小得多。多。 后來湯姆孫測(cè)得了這種粒子的電荷量與氫離子后來湯姆孫測(cè)得了這種粒子的電荷量與氫離子電荷量大致相同，由此可以看出他當(dāng)初的猜測(cè)是電荷量大致相同，由此可以看出他當(dāng)初的猜測(cè)是正確的。后來陰極射線的粒子被稱為正確的。后來陰極射線的粒子被稱為電子電子實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析 進(jìn)一步拓展研究對(duì)象：用不同的材料做成的進(jìn)一步拓展研究對(duì)象：用不同的材料做成的陰極做實(shí)驗(yàn)，做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、熱離子發(fā)射效應(yīng)陰極做實(shí)驗(yàn)，做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、熱離子發(fā)射效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、射線（研究對(duì)象射線（研究對(duì)象普遍化普遍化）。）。 電子是原子的組成部分，是比原電子是
10、原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。子更基本的物質(zhì)單元。電子電子 美國(guó)科學(xué)家美國(guó)科學(xué)家密立根密立根又精確地測(cè)定了電子的電量：又精確地測(cè)定了電子的電量： e=1.6022e=1.602210101919 C C 根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計(jì)算出電子的質(zhì)量為：根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計(jì)算出電子的質(zhì)量為： m=9.1094m=9.109410103131 kg kg1836pemm質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值：質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值：練習(xí)：練習(xí)：P50問題與練習(xí)第問題與練習(xí)第4題題 在科學(xué)研究中只做實(shí)驗(yàn)是不在科學(xué)研究中只做實(shí)驗(yàn)是不夠的，創(chuàng)造性的發(fā)現(xiàn)需要深刻的洞夠的，創(chuàng)造性的發(fā)現(xiàn)需要深刻的洞察力。察力。
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