1、第一節第一節 電子的發現電子的發現物理選修物理選修3-5 3-5 第十八章第十八章 原子的結構原子的結構1897年年J.J.湯姆孫根據放湯姆孫根據放電管中的陰極射線在電磁電管中的陰極射線在電磁場和磁場作用下的軌跡確場和磁場作用下的軌跡確定陰極射線中的粒子帶負定陰極射線中的粒子帶負電，并測出其荷質比，這電，并測出其荷質比，這在一定意義上是歷史上第在一定意義上是歷史上第一次發現電子，一次發現電子，12年后年后R.A.密立根用油滴實驗測密立根用油滴實驗測出了電子的電荷。出了電子的電荷。電子的發現電子的發現1856-19401856-1940英國劍橋大學英國劍橋大學實驗物理學家實驗物理學家 19 19

2、世紀末，在對氣體放電現象的研究中，科學家世紀末，在對氣體放電現象的研究中，科學家發現了電子。發現了電子。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，德國物理學家普呂克爾利用低壓氣年，德國物理學家普呂克爾利用低壓氣體放電管研究氣體放電時發現一種奇特的現象。體放電管研究氣體放電時發現一種奇特的現象。 1876 1876年德國物理學家戈德斯坦研究后命名為陰極年德國物理學家戈德斯坦研究后命名為陰極射線射線陰極射線陰極射線陰極射線的本質陰極射線的本質一種認為陰極射線像一種認為陰極射線像X X射線一樣是電磁輻射射線一樣是電磁輻射一種認為陰

3、極射線是帶電微粒一種認為陰極射線是帶電微粒考慮：根據帶電粒子在電磁場中的運動規律，你考慮：根據帶電粒子在電磁場中的運動規律，你知道哪些方法可以判斷運動的帶電粒子所帶電荷知道哪些方法可以判斷運動的帶電粒子所帶電荷的正負號？的正負號？ 英國物理學家英國物理學家J.J.J.J.湯姆孫自湯姆孫自18901890年起開始研究，對陰極射年起開始研究，對陰極射線進行了一系列的實驗研究。他認為陰極射線是帶電粒子流。線進行了一系列的實驗研究。他認為陰極射線是帶電粒子流。實驗驗證實驗驗證 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，陰極射線中的粒子主要來自陰極。對于真空度不高的放電管來說，粒子

4、還可來自陰極。對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量之比帶電粒子的電荷量與其質量之比比荷比荷q/mq/m，是一個重要的物理量。根據帶電粒子在電場和磁場中是一個重要的物理量。根據帶電粒子在電場和磁場中受力的情況，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. 當金屬板當金屬板D1、D2之間未加電場時，射線不偏轉，之間未加電場時，射線不偏轉，射在屏上射在屏上P1點。施加電場點。施加電場

5、E之后，射線發生偏轉之后，射線發生偏轉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的電荷？么性質的電荷？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2. 如果要抵消陰極射線的偏轉，使它從如果要抵消陰極射線的偏轉，使它從P2點回到點回到 P1，需要在兩塊金屬板之間的區域再施加一個大，需要在兩塊金屬板之間的區域再施加一個大 小、方向合適的磁場。小、方向合適的磁場。 這個磁場的方向是？這個磁場的方向是？ 寫出此時每個陰極射線微粒質量為寫出此時每個陰極射線微粒質量為m，速度為，速度為 v） 受到的洛侖茲力和電場力。你能求出陰極射線受到的洛侖茲力和電

6、場力。你能求出陰極射線 的速度的速度v的表達式嗎？的表達式嗎？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量的，所以兩板間的電場強度電壓是可測量的，所以兩板間的電場強度E也是也是已知量已知量E=?。磁感應強度。磁感應強度B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、D2間的電場間的電場E，只保留磁場，只保留磁場B，磁場方向與射線運動方向垂直。陰極射線在有磁場方向與射線運動方向垂直。陰極射線在有磁場的區域將會形成一個半徑為磁

7、場的區域將會形成一個半徑為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，組成陰極射線的。此時，組成陰極射線的粒子做圓周運動的向心力就是粒子做圓周運動的向心力就是_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驗結論實驗結論 1897 1897年，湯姆孫得出陰極射線的本質是帶負電年，湯姆孫得出陰極射線的本質是帶負電的粒子流并求出了這種粒子的比荷。的粒子流并求出了這種粒子的比荷。rdBUrBEmq22 當湯姆孫在測定比荷實驗時發現，用不同材料的當湯姆孫在測定比荷實驗時發現，用不同材料的陰極做實驗，所發出射線的粒子都有相同的比荷，陰極做實驗，所發出射線的粒子都

8、有相同的比荷，這表明什么？這表明什么？ 這說明不同物質都能發射這種帶電粒子，它是構這說明不同物質都能發射這種帶電粒子，它是構成各種物質的共有成分。成各種物質的共有成分。 荷質比約為質子氫離子比荷的荷質比約為質子氫離子比荷的20002000倍。是倍。是電荷比質子大？還是質量比質子小？電荷比質子大？還是質量比質子小？ 湯姆孫猜測：這可能表示陰極射線粒子電荷量湯姆孫猜測：這可能表示陰極射線粒子電荷量的大小與一個氫離子一樣，而質量比氫離子小得的大小與一個氫離子一樣，而質量比氫離子小得多。多。 后來湯姆孫測得了這種粒子的電荷量與氫離子后來湯姆孫測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

9、當初的猜測是電荷量大致相同，由此可以看出他當初的猜測是正確的。后來陰極射線的粒子被稱為電子正確的。后來陰極射線的粒子被稱為電子實驗結論分析實驗結論分析 進一步拓展研究對象：用不同的材料做進一步拓展研究對象：用不同的材料做成的陰極做實驗，做光電效應實驗、熱離成的陰極做實驗，做光電效應實驗、熱離子發射效應實驗、子發射效應實驗、射線研究對象普遍射線研究對象普遍化）。化）。 電子是原子的組成部分，是比原電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質單元。子更基本的物質單元。電子電子 美國科學家密立根又精確地測定了電子的電量：美國科學家密立根又精確地測定了電子的電量： e=1.6022 e=1.602210

10、1019 C19 C 根據荷質比，可以精確地計算出電子的質量為：根據荷質比，可以精確地計算出電子的質量為： m=9.1094 m=9.1094101031 kg31 kg1836pemm質子質量與電子質量的比值：質子質量與電子質量的比值：密立根油滴實驗密立根油滴實驗的原理圖18971897年，湯姆孫對陰極年，湯姆孫對陰極射線研究，發現了電子，射線研究，發現了電子，說明原子是可再分，原說明原子是可再分，原子是中性，可推斷出原子是中性，可推斷出原子中還有帶正電的物子中還有帶正電的物質那么這兩種物質是質那么這兩種物質是怎樣構成原子的呢？怎樣構成原子的呢？湯姆孫湯姆孫第二節第二節 原子的核式結構模型原

11、子的核式結構模型物理選修物理選修3-5 3-5 第十八章第十八章 原子的結構原子的結構電子電子正電荷正電荷湯姆孫的原子模型：湯姆孫的原子模型：原子是一個球原子是一個球體，正電荷均體，正電荷均勻分布在整個勻分布在整個球體內，電子球體內，電子鑲嵌其中。鑲嵌其中。棗糕模型棗糕模型 1909 190919111911年，英國物年，英國物理學家盧瑟福和他的助理學家盧瑟福和他的助手們進行了手們進行了 粒子散射粒子散射實驗實驗盧盧瑟瑟福福實驗現象及分析實驗現象及分析1、絕大多數粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進；2、少數粒子發生了較大的偏轉，甚至偏角超過900；3、極少數粒子發生大角度偏轉，有的甚至被彈回。說明

12、原子中絕大部分是空的。說明原子中絕大部分是空的。可見可見 粒子受到較大的庫侖力作用。粒子受到較大的庫侖力作用。好像好像 粒子與比它的質量大得多的粒子與比它的質量大得多的物體發生了物體發生了 “ “碰撞碰撞”。湯姆孫模型預言的湯姆孫模型預言的粒子散射實驗的粒子散射實驗的結果是怎樣的？結果是怎樣的？正電荷在原子內部均勻分布，正電荷在原子內部均勻分布， 粒子穿過原粒子穿過原子時，由于粒子兩側正電荷對它的斥力大部子時，由于粒子兩側正電荷對它的斥力大部分互相抵消，使分互相抵消，使粒子偏轉的力不會很大。粒子偏轉的力不會很大。1. 在原子的中心有在原子的中心有一個很小的核稱為一個很小的核稱為原子核原子核 ；2.原子核的特點：原子核的特點：原子的全部正電荷原子的全部正電荷和幾乎全部質量都和幾乎全部質量都集中在原子核里；集中在原子核里；