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1、第一节第一节敲开原子的大门敲开原子的大门 相当长时间相当长时间,人们以为原子不可分，英国人们以为原子不可分，英国科学家汤姆生对阴极射线中发现电子科学家汤姆生对阴极射线中发现电子!敲开了敲开了原子的大门原子的大门!实验安装实验安装:电源电源,感应圈感应圈,阴极射线管阴极射线管,磁铁磁铁产生：在研讨气体导电的玻璃管内有阴、阳两极产生：在研讨气体导电的玻璃管内有阴、阳两极。当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线。当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线。，这种射线为阴极射线。景象景象: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.当参与磁场后射线偏转当参与
2、磁场后射线偏转发光原理发光原理:在强电场中在强电场中,气体被电离而导电气体被电离而导电一、探求阴极射线一、探求阴极射线电荷接纳器电荷接纳器A 当阴极当阴极A A产生的产生的射线进入大真空管射线进入大真空管D D时时,可以看到管壁上可以看到管壁上有荧光出现有荧光出现.当大真空管中当大真空管中参与磁场时参与磁场时,射线就射线就会偏转会偏转,被接纳器接被接纳器接纳到纳到经检验为负电荷经检验为负电荷荷质比的测定荷质比的测定1.荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的根荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的根本参量。本参量。2.测定荷质比的安装：测定荷质比的安装：A：电离室
3、：电离室:S1S2：加速电场：加速电场 S2S3：速度选择器：速度选择器B：匀强磁场：匀强磁场 D：照相底片：照相底片 3.电子就是经过测定荷质比而被发现的。电子就是经过测定荷质比而被发现的。4.测定荷质比的安装测定荷质比的安装质谱仪最初由汤姆生质谱仪最初由汤姆生发现的。发现的。5.质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量一样，而质量有微小质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量一样，而质量有微小差别，由公式差别，由公式q/m=2U/B2r2，它们进入磁场后将沿不同的半径做圆，它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，打在照相底片的不同位置，在底片上构成假设干谱线条的周运动，打在照相底片的不同位置，
4、在底片上构成假设干谱线条的细条，叫质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。细条，叫质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。MN一个质量为一个质量为m,m,电量为电量为e e的带电粒子的带电粒子,以速度以速度v v垂直进垂直进入磁场入磁场B B中中,2vmevBr在平行板在平行板MNMN间产生竖直向上的电场间产生竖直向上的电场E,E,在垂直电场向在垂直电场向外的方向上加一磁场外的方向上加一磁场B,B,适当地调理电场和磁场的强适当地调理电场和磁场的强度度,可以测出速度大小可以测出速度大小V=V=E/Bhd 设平行板设平行板MNMN之间的间隔为之间的间隔为h,h,板的程度长度
5、为板的程度长度为d,d,首先使阴极仅受电场作用并到达最大偏转首先使阴极仅受电场作用并到达最大偏转,测测得此时的场强得此时的场强E,E,随后坚持随后坚持E E不变不变,外加磁场使射线外加磁场使射线恢复程度不再偏转恢复程度不再偏转,测得此时的磁场的强度测得此时的磁场的强度B B2drh证明证明:当阴极射线只受电场力时当阴极射线只受电场力时,做抛体运动做抛体运动222hEetm22Eedvmh2vmevBrd=vt d=vt 得得:erEVmv eBr2drh得出得出所以所以:22eEhmB d实验结果：荷质比约为质子的实验结果：荷质比约为质子的20002000倍倍1 1、关于阴极射线的本质，说法对
6、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课堂练习课堂练习二、电子的发现二、电子的发现 汤姆生发现，对于不同的放电气体，或者用不汤姆生发现，对于不同的放电气体，或者用不同的金属资料制造电极，都测得一样的荷质比，随同的金属资料制造电极，都测得一样的荷质比，随后又发如今气体电离和电光效应等景象中，可从不后又发如今气体电离和电光效应等景象中，可从不同物体中击出这种带电粒子，这阐明它是构成
7、各种同物体中击出这种带电粒子，这阐明它是构成各种物体的共同成分。随后，汤姆生直接丈量出粒子的物体的共同成分。随后，汤姆生直接丈量出粒子的电荷，发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大根本上电荷，发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大根本上一样，阐明它的质量比任何一种分子和原子的质量一样，阐明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此，汤姆生完全确认了电子的存在。都小得多，至此，汤姆生完全确认了电子的存在。美国科学家密立根又准确地测定了电子的美国科学家密立根又准确地测定了电子的电量：电量：e=1.6022 e=1.6022101019 C19 C 根据荷质比，可以准确地计算出电子的质根据荷质比，可以准确
8、地计算出电子的质量为：量为：m=9.1094 m=9.1094101031 kg31 kg 由于发现电子的出色奉献，汤姆生在由于发现电子的出色奉献，汤姆生在19061906年获得诺贝尔物理学奖。电子的发现突破了传年获得诺贝尔物理学奖。电子的发现突破了传统的统的“原子不可分的观念，使人类对自然世原子不可分的观念，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。18971897年年,汤姆生在研讨阴极射线汤姆生在研讨阴极射线:1.1.测出了阴极射线的电性测出了阴极射线的电性2.2.测出了它的速度和偏转情况测出了它的速度和偏转情况3.3.测出了它的荷质比测出了它的荷质比4.4.发现用
9、不同的金属做电极一切的射线一发现用不同的金属做电极一切的射线一样的性质样的性质.课堂小结课堂小结 物理学家对阴极射线的研讨，引发了19世纪末的三大发现：1895年伦琴发现了X射线。1896年贝克勒尔发现了天然放射景象。1897年汤姆生发现了电子。汤姆生汤姆生 约瑟夫约瑟夫约翰约翰汤姆生汤姆生(Joseph(JosephJohnJohnThomson)1856Thomson)1856年年1212月月1818日生于英国曼彻斯特郊区，父日生于英国曼彻斯特郊区，父亲是苏格兰人，以卖书为业。汤姆生亲是苏格兰人，以卖书为业。汤姆生1414岁进曼彻斯特岁进曼彻斯特欧文学院学习工程。欧文学院学习工程。1876
10、1876年入剑桥大学三一学院，毕年入剑桥大学三一学院，毕业后，进入卡文迪许实验室，在瑞利指点下进展电磁场业后，进入卡文迪许实验室，在瑞利指点下进展电磁场实际的实验研讨任务。实际的实验研讨任务。18841884年，年仅年，年仅2828岁便中选为皇岁便中选为皇家学会会员。同年末，又继瑞利之后担任卡文迪许实验家学会会员。同年末，又继瑞利之后担任卡文迪许实验室教授。室教授。当时，关于阴极射线的研讨，有两派学说，一派当时，关于阴极射线的研讨，有两派学说，一派是克鲁克斯、佩兰等人的微粒说，以为阴极射线是带负是克鲁克斯、佩兰等人的微粒说，以为阴极射线是带负电的电的“分子流；另一派是哥德斯坦、赫兹等人的动摇分
11、子流；另一派是哥德斯坦、赫兹等人的动摇说，以为阴极射线是一种电磁波。汤姆生用旋转镜法丈说，以为阴极射线是一种电磁波。汤姆生用旋转镜法丈量了阴极射线的速度，否认了阴极射线是电磁波。量了阴极射线的速度，否认了阴极射线是电磁波。他又经过阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出了阴极射他又经过阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出了阴极射线是带负电的粒子流的结论。他进一步测定了这种粒子的比荷，线是带负电的粒子流的结论。他进一步测定了这种粒子的比荷，与当时知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较，他假定阴极与当时知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较，他假定阴极射线的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反，从而得出阴极射射线
12、的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反，从而得出阴极射线粒子的质量约为氢原子的千分之一。他还给放电管中充入各线粒子的质量约为氢原子的千分之一。他还给放电管中充入各种气体进展实验，发现其荷质比跟管中气体的种类无关。他又种气体进展实验，发现其荷质比跟管中气体的种类无关。他又用铅和铁分别作电极，其结果也不改动。由此他得出结论，这用铅和铁分别作电极，其结果也不改动。由此他得出结论，这种粒子必定是一切物质的共同组成成分。汤姆生把这种粒子叫种粒子必定是一切物质的共同组成成分。汤姆生把这种粒子叫做做“电子。电子。18971897年汤姆生的发现，使人类认识了第一个根本年汤姆生的发现，使人类认识了第一个根本粒子，这在物理学史上是有划时代意义的。粒子，这在物理学史上是有划时代意义的。19061906年，汤姆生由于在气体导电方面的实际和实验研讨而荣获年，汤姆生由于在气体导电方面的实际和实验研讨而荣获诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。1940 1940年年8 8月月3030日汤姆生在剑桥逝世。日汤姆生在剑桥逝世。
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