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1、18.1 电子的发现,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一种射线。,阴极射线,1876年，戈德斯坦的研究阴极射线,1、玻璃管，内装极其稀薄的气体。2、电极，接上高压电源的负极的一端称“阴极”，另一端则称为“阳极或对阴极”3、演示:接通高压电源后，从阴极会射出一种射线，撞在荧光板上发光，出现一条光带4、挡板阴影,阴极射线 Cathode ray,J.J 汤姆孙J.J Thomson1857 1940英国,赫兹 H.Rudolf Hertz 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
2、,我看到的是：1、电磁波能穿透薄铝片 最小原子粒子是做不到的，所以挡片出现阴影 2、电场中不偏转，因此不带电,别急，别急:让我们一起来好好想想,对阴极射线本性的研究形成了：德国学派的电磁波说 英国学派的微粒说,我看到的是：1、电磁波能穿透薄铝片 最小原子粒子是做不到的，所以挡片出现阴影 2、电场中不偏转，因此不带电,阴极射线 Cathode ray,J.J 汤姆孙J.J Thomson1857 1940英国,赫兹 H.Rudolf Hertz 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,对阴极射线本性的研究形成了：德国学派的电磁波说 英国学派的
3、微粒说,电磁波在磁场中不偏转,KO,我看到的是：1、电磁波能穿透薄铝片 最小原子粒子是做不到的，所以挡片出现阴影 2、电场中不偏转，因此不带电,阴极射线 Cathode ray,J.J 汤姆孙J.J Thomson1857 1940英国,赫兹 H.Rudolf Hertz 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,对阴极射线本性的研究形成了：德国学派的电磁波说 英国学派的微粒说,KO,汤姆生：玻璃管内并非全真空。全真空偏转了,KO,正离子的轰击,紫外线照射,放射性物质,电子,金属受热,英国物理学家J.J.汤姆孙自1890年起开始研究，对阴极射
4、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。,7,阴极射线 Cathode ray,J.J 汤姆孙J.J Thomson1857 1940英国,赫兹 H.Rudolf Hertz 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”,我用实验证明了:带负电，且电荷量与质子相同速度远小于电磁波传播速度质量是最轻的原子 1/2000 左右,WIN,我看到的是：1、电磁波能穿透薄铝片 最小原子粒子是做不到的，所以挡片出现阴影 2、电场中不偏转，因此不带电,8,J.J 汤姆孙(英国)1857 1940,1889年4月30日，J.J.汤姆孙正式宣布发现电子;电
5、子的发现，结束了关于阴极射线本质的争论;从此，人类意识到，原子并不是组成物质的最小单位，探索原子结构的序幕由此拉开 由于J.J.汤姆生的杰出贡献，1906年他获得诺贝尔物理学奖。,9,问题2：阴极射线中带电粒子的比荷？,1、有什么方法可以控制或者改变带电粒子的运动轨迹从而进行研究？,2、怎么确定带电粒子的初速度？以前是否认识过相关的仪器？,问题2：阴极射线中带电粒子的比荷？,1、带电粒子在磁场中偏转模型,O,r,磁偏转模型的原理只存在磁场的情况下，偏转圆弧为圆周运动一部分，出磁场后成匀速直线运动根据有关几何知识，我们一定是可以求出带电粒子圆周运动的半径r的。测得射出磁场时速度偏角为,例.在汤姆
6、孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑若在D、G间加上方向向下，场强为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为，试解决下列问题：(1)说明阴极射线的电性；(2)说明图中磁场沿什么方向；(3)根据L、E、B和，求出阴极射线的比荷,(1)说明阴极射线的电性,分析：射线向上偏，电场力向上，与电场线方向反，则射线带负电。,(2)说明图
7、中磁场沿什么方向,分析：再加上磁场，射线回到原位，则洛伦兹力向下，由左手定则，磁场垂直纸面向里。,(3)根据L、E、B和，求出阴极射线的比荷,2、带电粒子在电场中的偏转模型,Y,L,E,D,d可测,密立根油滴实验,密立根(美国)Robert A.Millikan1868年1953年,密立根油滴实验（测出了电子的电量）,例2.电子所带电量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电量都等于某个最小电量的整数倍这个最小电量就是电子所带的电量密立根实验的原理如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到
8、A、B两板之间的电场中小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡已知小油滴静止处的电场强度是1.92105 N/C，油滴半径是1.64104 cm，油的密度是0.851 g/cm3，求油滴所带的电量，这个电量是电子电量的多少倍？,密立根油滴实验的原理图,1.电子的电量：e=1.6x10-19C 是最小的基本电荷，称为元电荷。2.发现：电荷是量子化的，任何电荷所带的电量都是e的整数倍。3.根据比荷确定了电子的质量：,密立根油滴实验的原理图,总结比荷的测定通过研究带电粒子在磁场和电场的偏转，得到了比荷的表述式。汤姆孙也通过方法和原理类似的实验测定了阴极射线中带
9、电微粒的比荷。汤姆生猜测这有两种可能 1、m差不多的话，q是氢离子的近两千倍 2、q差不多的话，m是氢离子的近两千分之一经汤姆生大量实验测定，尽管限于当时条件与技术，很不精确，但足以证明，这种带电微粒的电荷量与氢离子相当，可见其质量远小于氢离子。,第十八章 原子结构,电子是原子的组成部分，由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质，几乎占有原子的全部质量。me=9.10910-31Kg e=1.60210-19C,历史回顾,J.J.汤姆孙，1857-1940，英国物理学家，电子的发现者，并测出电子的电荷与质量的比值，1906年获诺贝尔物理学奖。,思考：那么，这两种物
10、质是怎样构成原子的呢？,汤姆孙认为：原子是一个球体；正电荷均匀分布在整个球内，而电子都象枣核那样镶嵌在内。,一、汤姆孙的原子模型,“枣糕模型”,19091911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了粒子散射实验。,二.粒子散射实验,高速粒子,荧光屏,卢瑟福,二.粒子散射实验,1.实验装置,放射源放射性元素钋（Po）放出粒子，粒子 是氦核，带2e正电荷，质量是氢原子的4倍，具有较大的动能。金箔作为靶子，厚度1m,重叠了3000层左右的 金原子。荧光屏粒子打在上面发出闪光。显微镜通过显微镜观察闪光，且可360转动观察不同角度粒子的到达情况。,1、绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进。2、但少数
11、粒子发生了较大的偏转。3、有极少数粒子的偏转超过了90，有的甚至几乎达到180。,卢瑟福对于上述实验的结果感到十分惊奇，他说：“它好比你对一张纸发射炮弹，结果被反弹回来而打到自己身上”,粒子散射实验现象：,汤姆逊枣糕原子模型无法解释此现象！,1、电子质量很小，对 粒子的运动方向不会发生明显影响；2、由于正电荷均匀分布，粒子所受库仑力也很小，故粒子偏转角度不会很大,卢瑟福根据他的导师汤姆生模型估测实验结果：,粒子散射实验,思考：原子内部究竟是什么样的结构，才有可能造成这样的实验结果呢？,绝大多数粒子基本不偏转：表明：少数粒子发生较大偏转：表明：极少数粒子被弹回：表明：,原子内部绝大部分是“空”的
12、。,原子内部有“正电荷集中”的区域。,作用力很大，质量很大的核。,1、在原子中心有一个很小的核，叫原子核2、原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里3、带负电的电子在核外空间绕着核旋转,三、原子的核式结构的提出,粒子穿过原子时，电子对粒子运动的影响很小，影响粒子运动的主要是带正电的原子核。而绝大多数的粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转。,三.原子的核式结构的提出,对粒子散射实验现象解释,四、原子核的尺度与电荷,根据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的实验数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核的大小。1）原子的半径约为10-10m、原子核半径约是10-15m，原子核的体积只占原子的体积的十万分之一。,体育场,根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空旷”的，举一个简单的例子：,原子,原子核,原子半径：10-10m原子核半径：10-1510-14m,2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内的原子序数相等。3）电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。,
