第一节电子的发现
《第一节 电子的发现》(同步训练)高中物理选择性必修第三册_沪科版_2024-2025学年
《第一节电子的发现》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，以下关于汤姆孙发现电子的实验装置描述错误的是：A、汤姆孙使用的是阴极射线管B、实验中观察到阴极射线在电场和磁场中发生了偏转C、汤姆孙通过测量偏转角度，计算出了电子的电荷量D、实验结果表明阴极射线是由带正电的粒子组成的2、在研究阴极射线的过程中，以下关于电子的发现和性质描述不正确的是：A、电子的发现使人们认识到原子是可以再分的B、电子的质量约为氢原子质量的1/1836C、电子的电荷量约为1.6×10^-19库仑D、电子是带正电的基本粒子3、电子是由哪位科学家首次发现的？A、阿斯顿B、密立根C、汤姆逊D、卢瑟福4、电子的发现对于物理学划时代的意义在于它表明了什么？A、原子是可以进一步分割的B、原子核具有复杂的结构C、电子是构成原子的基本粒子D、原子是不可再分的最小微粒5、以下关于电子发现的历史事实中，正确的是（）A、汤姆森发现了电子，认为电子是物质的基本组成单元之一B、伦琴发现了电子，并将其命名为“伦琴子”C、贝克勒尔发现了电子，提出了原子内部存在电子的假说D、汤姆森发现了电子，但他认为电子是具有一定质量的粒子6、汤姆森根据电子的发现提出了“葡萄干布丁模型”来描述原子结构，以下关于该模型描述不正确的是（）A、原子是一个带正电的球体B、正电荷均匀分布在整个球体中C、电子镶嵌在这个带正电的球体内D、 vase 正负电荷数目相等，因此整个原子是电中性的7、关于汤姆孙的阴极射线实验，下列说法正确的是：A. 实验中阴极射线在电场作用下向正极板偏转，说明它带有正电荷。
B. 实验中阴极射线在磁场作用下向一侧偏转，通过改变磁场方向可以改变偏转方向。
C. 汤姆孙通过测量阴极射线在电场中的偏转来确定其质量与电荷比。
D. 汤姆孙认为阴极射线就是原子核，并据此提出了原子结构模型。
二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下关于电子发现的历史事实，正确的有：A、汤姆逊通过阴极射线实验发现了电子。
2019-2020学年鲁科版物理选修3-5新素养同步讲义：第2章 第1节 电子的发现与汤姆孙模型 Word版含答案
第1节电子的发现与汤姆孙模型1．了解物质结构早期研究的基本历程．2．知道阴极射线的产生及其本质，理解汤姆孙对阴极射线研究的方法及电子发现的意义．(重点)3．了解汤姆孙原子模型．一、物质结构的早期探究1．1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论．2．19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单元．3．1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成．1．请你简述我国古代对物质的结构有哪些探究？提示：老子讲“道生一，一生二，二生三，三生万物”．墨子认为物体是由不可分割的最小单元“端”构成的．二、电子的发现1．阴极射线：科学家研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为阴极射线．2．汤姆孙对阴极射线本质的探究(1)通过实验巧妙利用静电偏转力和磁场偏转力相抵消等方法，确定了阴极射线粒子的速度，并测量出了粒子的比荷，qm＝ERB．(2)换用不同材料的阴极和不同的气体，所得粒子的比荷相同．这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分．3．结论(1)阴极射线是带电粒子流．(2)不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分，其质量是氢离子的质量的11 800，汤姆孙将这种带电粒子称为电子．(3)电子的发现说明原子具有一定的结构，即原子是由电子和其他物质组成的．4．电子发现的意义：电子的发现揭开了认识原子结构的序幕．5．微观世界的三大发现：19世纪末微观世界有三大发现．(1)1895年伦琴发现了X射线．(2)1896年法国科学家贝克勒尔发现了放射性．(3)1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子．(1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射．()(2)组成阴极射线的粒子是电子．()(3)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值．()提示：(1)×(2)√(3)×三、汤姆孙原子模型汤姆孙认为，原子带正电的部分应充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的葡萄干面包模型．2．汤姆孙的原子模型成功解决了哪些问题？提示：(1)原子呈电中性：电子带的负电被原子带的正电抵消．(2)原子的平衡状态：电子一方面要受正电荷的吸引，另一方面又要相互排斥，因此必然有一个平衡状态．(3)原子的电离：原子失去电子或得到电子，就会变成离子．(4)发射和吸收特定频率的电磁波：电子在它们的平衡位置附近做简谐振动，可以发射或吸收特定频率的电磁波．阴极射线与电子的发现1．阴极射线气体的电离和导电：通常情况下，气体是不导电的；但在强电场中，气体能够被电离而导电．在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体．稀薄气体导电时可以看到辉光放电现象．2．确定阴极射线粒子带电性质的方法(1)粒子在电场中运动如图所示．带电粒子在电场中运动，受电场力作用运动方向发生改变(粒子质量忽略不计)．带电粒子在不受其他力作用时，若沿电场线方向偏转，则粒子带正电；若逆着电场方向偏转，则粒子带负电．(2)粒子在磁场中运动，如图所示．粒子将受到洛伦兹力作用F ＝q v B ，速度方向始终与洛伦兹力方向垂直，利用左手定则即可判断粒子的电性．不考虑其他力的作用，如果粒子按图示方向进入磁场，且做顺时针的圆周运动，则粒子带正电；若做逆时针的圆周运动，则粒子带负电．通过上述方法可判定阴极射线是带有负电的粒子． 3．比荷的测定方法(1)让粒子通过正交的电磁场，让其做直线运动，根据二力平衡，即q v B ＝qE 得到粒子的运动速度v ＝EB．①(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，保留磁场让粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即q v B ＝m v 2r．②(3)由①②确定比荷的表达式：q m ＝EB 2r ．4．电子的发现(1)汤姆孙测得阴极射线粒子的比荷约为1011 C/kg ，电荷量与氢离子基本相同，质量为氢离子的11 800．(2)最后经定量计算，汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子．1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在汤姆孙测电子比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏中心F 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，电子将向上偏转；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，电子向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：(1)说明图中磁场沿什么方向；(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷．[思路点拨] 两板间只加电场时电子在电场力作用下做类平抛运动，同时加上电场和磁场后电场力和洛伦兹力大小相等，做匀速直线运动，只加磁场时做匀速圆周运动．[解析] (1)两板D 、G 间只加磁场时，电子向下偏转，说明电子所受洛伦兹力的方向向下，由左手定则可判定磁场方向垂直纸面向里．(2)电子在两板间做匀速直线运动，qE ＝Bq v ，电子在磁场中偏转时如图所示， Bq v ＝m v 2r由图可知：L ＝r ·sin θ 由以上各式得q m ＝E sin θB 2L．[答案] (1)垂直纸面向里 (2)E sin θB 2L(1)电子在复合场中做匀速直线运动的条件是粒子受到的洛伦兹力和电场力大小相等方向相反即eE＝e v B．(2)电子在磁场中偏转要确定运动轨迹，圆心角和偏向角相等．1．如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将()A．向纸内偏转B．向纸外偏转C．向下偏转D．向上偏转解析：选D．通电直导线的电流方向向左，由安培定则可判断导线下方的磁场垂直于纸面向外，组成阴极射线的粒子是电子，电子向右运动，由左手定则可知电子向上偏转．测定带电粒子比荷的两种方法1．利用磁偏转测比荷，由q v B ＝m v 2R 得q m ＝vBR ，只需知道磁感应强度B 、带电粒子的初速度v 和偏转半径R 即可．2．利用电偏转测比荷，偏转量y ＝12at 2＝12qU md ·⎝⎛⎭⎫L v 2，故q m ＝2yd v 2UL 2．所以在偏转电场U 、d 、L 已知时，只需测量v 和y 即可．如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置．当极板P 和P ′间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O 点处，形成一个亮点；加上偏转电压U 后，亮点偏离到O ′点，O ′点到O 点的竖直距离为d ，水平距离可忽略不计；此时在P 与P ′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B 时，亮点重新回到O 点．已知极板水平方向长度为L 1，极板间距为b ，极板右端到荧光屏的距离为L 2．(1)求打在荧光屏O 点的电子速度的大小； (2)推导出电子比荷的表达式．[解析] (1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O 点，设电子的速度为v ，则e v B ＝eE ，得v ＝E B ，即v ＝UBb．(2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v 进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为a ＝eU mb ．电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为t 1＝L 1v ．这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为d 1＝12at 21＝eL 21U2m v 2b ．离开电场时竖直向上的分速度为v ⊥＝at 1＝eL 1U m v b．电子离开电场做匀速直线运动，经t 2时间到达荧光屏，t 2＝L 2v ．t 2时间内向上运动的距离为d 2＝v ⊥t 2＝eUL 1L 2m v 2b ．这样，电子向上的总偏转距离为d ＝d 2＋d 1＝eU m v 2b L 1·⎝⎛⎭⎫L 2＋L 12，可解得e m ＝UdB 2bL 1⎝⎛⎭⎫L 2＋L 12．[答案] (1)U Bb (2)UdB 2bL 1⎝⎛⎭⎫L 2＋L 122．如图所示，让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B 和两极之间的电压U ，带电粒子不发生偏转，然后撤去电压，粒子做匀速圆周运动，并垂直打到极板上，两极板之间的距离为d ，求阴极射线中带电粒子的比荷．解析：设阴极射线粒子的电荷量为q ，质量为m ，则在电磁场中由平衡条件得，q Ud ＝q v B撤去电场后，由牛顿第二定律得，q v B ＝m v 2R又R ＝d 2解得q m ＝2U B 2d 2．答案：2UB 2d 2[随堂检测]1．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是()A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波C．阴极射线本质是电子D．阴极射线本质是X射线解析：选C．阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的．2．(多选)下列说法中正确的是()A．汤姆孙精确地测出了电子电荷量e＝1．602 177 33(49)×10－19 CB．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的C．汤姆孙油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e的整数倍D．通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量解析：选BD．电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的，A、C错误，B正确．测和电子电荷量e的值，可以确定电子的质量，故D正确．出比荷的值em3．对于电子的发现，以下说法中正确的是()A．汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子B．汤姆孙通过实验测定了阴极射线的电荷量C．密立根通过油滴实验测定了阴极射线的比荷值D．原子的葡萄干面包模型是道尔顿提出的解析：选A．1897年汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子，并测出了电子的比荷，提出了葡萄干面包模型．故选A．4．阴极射线管中的高电压的作用是()A．使管内气体电离B．使管内产生阴极射线C．使管内障碍物的电势升高D．使电子加速解析：选D．在阴极射线管中，阴极射线是由于阴极处于炽热状态而发射出的电子流，通过高电压使电子加速获得能量，与玻璃发生撞击而产生荧光．故选项D正确．5．汤姆孙1897年用阴极射线管测量了电子的比荷(电子电荷量与质量之比)，其实验原理如图所示．电子流平行于极板射入，极板P、P′间同时存在匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B时，电子流不会发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B时，电子流穿出平行板电容器时的偏转角θ＝115rad．已知极板长L＝3．0×10－2m，电场强度大小为E＝1．5×104 V/m，磁感应强度大小为B＝5．0×10－4 T．求电子比荷．解析：无偏转时，洛伦兹力和电场力平衡，则eE＝e v B只存在磁场时，有e v B＝m v2r，由几何关系r＝Lsin θ偏转角很小时，r≈Lθ联立上述各式并代入数据得电子的比荷 e m ＝EθB 2L＝1．3×1011 C/kg ． 答案：1．3×1011 C/kg[课时作业]一、单项选择题1．下列说法正确的是( )A ．汤姆孙发现了电子并测出电子的电荷量B ．稀薄气体导电可以看到辉光现象C ．阴极射线是一种电磁波D ．以上说法都不对解析：选B ．汤姆孙发现了电子，但电子的电荷量是由密立根油滴实验测出的，A 错．稀薄气体被电离可以导电，产生辉光现象，B 对．阴极射线是带负电的粒子流，即电子，C 错．2．下列说法中错误的是( )A ．原子是可以再分的，是由更小的微粒组成的B ．通常情况下，气体是导电的C ．在强电场中气体能够被电离而导电D ．平时我们在空气中看到的放电火花，就是气体电离导电的结果解析：选B ．电子的发现说明原子是可以再分的，A 对；通常情况下，气体不导电，但在强电场中被电离后可导电，B 错，C 、D 对．3．下列关于电子的说法正确的是( ) A ．只有少数物质中有电子 B ．不同的物质中具有不同的电子 C ．电子质量是质子质量的1 836倍D ．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元解析：选D ．汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，均为同一种粒子，即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量．由此可知D 正确，B 、C 错误．4．英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( ) A ．阴极射线在电场中偏向正极板一侧B ．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C ．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D ．汤姆孙已准确得出阴极射线粒子的电荷量解析：选A．汤姆孙利用其设计的阴极射线管，将不同的气体充入管内，用多种不同的金属分别制成阴极，结果证明比荷大体相同，C错．汤姆孙和他的学生通过测量得知阴极射线粒子的电荷量与氢离子的电荷量大小基本相同，D错；阴极射线带负电，A对，B错．5．阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示，若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为()A．平行于纸面向左B．平行于纸面向上C．垂直于纸面向外D．垂直于纸面向里解析：选C．阴极射线是高速电子流，由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外．6．如图所示为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空，A为发射热电子的阴极，K 为接在高电势点的加速阳极，A 、K 间电压为U ，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K 的小孔中射出的速度大小为v ，下面的说法中正确的是( )A ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为2vB ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为v2C ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为v2D ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为22v 解析：选D ．对电子从A 到K 的过程应用动能定理：Ue ＝12m v 2－0，所以电子离开K时的速度取决于A 、K 之间电压的大小，A 错，B 错；如果电压减半，则v 应变为原来的22，C 错，D 对．二、多项选择题7．关于阴极射线的性质，下列说法正确的是( ) A ．阴极射线带负电 B ．阴极射线带正电C ．阴极射线的比荷比质子的比荷大D ．阴极射线的比荷比质子的比荷小解析：选AC ．通过对阴极射线在电场、磁场中偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢离子的比荷大得多，故A 、C 正确．8．如图是密立根油滴实验的示意图．油滴从喷雾器嘴喷出，落到图中的匀强电场中，调节两板间的电压，通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中，下列说法正确的是( )A ．油滴带负电B ．油滴质量可通过天平来测量C ．只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量D ．该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍解析：选AD ．由图知，电容器板间电场方向向下，油滴所受的电场力向上，则知油滴带负电，故A 正确．油滴的质量很小，不能通过天平测量，故B 错误．根据油滴受力平衡得：mg ＝qE ＝q U d ，得q ＝mgdU ，所以要测出两板间的距离、电压和油滴的质量才能求出油滴的电量，故C 错误．根据密立根油滴实验研究知：该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍，故D 正确．9．关于电子的发现，下列叙述中正确的是( ) A ．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 B ．电子的发现，说明原子具有一定的结构 C ．电子是第一种被人类发现的微观粒子D ．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象解析：选BCD ．发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B 正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C 正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D 正确．10.如图所示是电子射线管的示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x 轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(沿z 轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是( )A ．加一磁场，磁场方向沿z 轴负方向B ．加一磁场，磁场方向沿y 轴正方向C ．加一电场，电场方向沿z 轴正方向D ．加一电场，电场方向沿y 轴正方向解析：选BC ．由于电子沿x 轴正方向运动，若所受洛伦兹力向下，使电子射线向下偏转，由左手定则可知磁场方向应沿y 轴正方向；若加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z 轴正方向，由此可知B 、C 正确．三、非选择题11.为测定带电粒子的比荷qm ，让这个带电粒子垂直飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E ，在通过长为L 的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d ，如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直粒子的入射方向，磁感应强度为B ，则离子恰好不偏离原来方向，求比荷qm的值为多少？解析：只加电场时，在垂直电场方向 d ＝12⎝⎛⎭⎫Eq m ⎝⎛⎭⎫L v 02 加磁场后，粒子做直线运动，则q v 0B ＝Eq ，即v 0＝E B ．联立解得：q m ＝2dEB 2L 2．答案：2dEB 2L 212.如图所示，有一电子束穿过具有匀强电场和匀强磁场的空间区域，该区域的电场强度和磁感应强度分别为E 和B ．(1)如果电子束的速度为v 0，要使电子束穿过上述空间区域不发生偏转，电场和磁场应满足什么条件？(2)如果撤去磁场，电场区域的长度为l ，电场强度的方向和电子束初速度方向垂直，电场区域边缘离屏之间的距离为d ，要使电子束在屏上偏移距离为y ，所需加速电压为多大？解析：(1)要使电子不发生偏转则：eE ＝e v 0B ，E ＝v 0B ． (2)电子在电场中向上偏转量s ＝12·eE m t 2，且tan θ＝v y v 0，其中v y ＝eEm t ． 在加速电场中eU ＝12m v 20，v 0＝l t ． 偏移距离y ＝s ＋d tan θ，由以上各式可得U ＝El （l ＋2d ）4y ．答案：(1)E ＝v 0B (2)El （l ＋2d ）4y。
人们怎么发现并使用电的？
电的发现和使用可以追溯到古代，但现代意义上的电是在18 世纪和19 世纪被发现和广泛应用的。
最早的关于电的记录可以追溯到古希腊时期，当时人们发现琥珀摩擦后会吸引轻小物体。
在17 世纪，英国科学家威廉·吉尔伯特开始对电现象进行系统的研究，并发明了第一支静电计。
18 世纪后期，意大利科学家亚历山德罗·伏特发明了第一节电池，这是一种能够产生稳定电流的装置。
随后，英国科学家迈克尔·法拉第发现了电磁感应现象，即变化的磁场可以产生电流。
19 世纪初，德国物理学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场。
这些发现为电磁学的发展奠定了基础，并为电动机和发电机的发明提供了理论支持。
在19 世纪后期，随着电灯、电话、电报等电器的发明和广泛应用，电开始成为现代社会不可或缺的能源和通讯手段。
今天，电已经广泛应用于各个领域，包括能源、交通、通讯、医疗、工业等。
人教版高中物理选修3-5教学案：第十八章 第1节 电子的发现 -含答案
第1节电子的发现1．英国物理学家汤姆孙发现了电子。
2．组成阴极射线的粒子——电子。
3．密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷量。
4．密立根实验发现：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
一、阴极射线1．实验装置：如图18-1-1所示真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极；把它们分别连在感应圈的负极和正极上。
图18-1-12．实验现象：玻璃壁上出现淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
3．阴极射线：荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴极射线。
二、电子的发现1．汤姆孙的探究(1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转情况，证明它是B(A.带正电B．带负电)的粒子流并求出了它的比荷。
(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同。
证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。
(3)进一步研究新现象，不论是由于正离子的轰击，紫外光的照射，金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的带电粒子——电子。
由此可见，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
2．密立根“油滴实验”(1)精确测定电子电荷。
(2)电荷是量子化的。
3．电子的有关常量1．自主思考——判一判(1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。
(×)(2)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。
(×)(3)阴极射线在真空中沿直线传播。
(√)(4)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。
(×)(5)组成阴极射线的粒子是电子。
(√)(6)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。
(×)2．合作探究——议一议气体放电管中的气体为什么会导电？提示：气体分子内部有电荷，正电荷和负电荷的数量相等，对外呈电中性，当分子处于电场中时，正电荷和负电荷受电场力的方向相反，电场很强时正、负电荷被“撕”开，于是出现了等量的正、负电荷，在电场力作用下做定向运动，气体就导电了。
第一节-电子的发现
• 第一节 电子的发现
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公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为 ： 万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。
19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原 子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体,物 质由原子组成,原子不能被创造,也不能被毁灭,在化学 变化中原子不可分割,他们的性质在化学反应中保持不 变。
速度选择器
D
.qV－B. －. －. －. －. － .E－ .－ .
.. ..
qE＋
V. .
＋
. .
＋
. .
＋
. .
＋
. .
＋
..
.
＋
＋B.
C
工作原理：
qvB
q
E
qU d
v
E B
U Bd
利 用 速 度 选 择 器 求 解 进入 磁 场 的 速 度 个 向 上 的 电这 场时 ， 飞 过 来 的 阴 极线 射粒 子 会 受 到 电 场 力这 ，个 电 场 力 向 哪 个 方？（向向 下 ， 因 为 负 电 荷力 受与 电 场 强 度 方 向 相， 反动 画 ）
这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物 质的共有成分。
电子
电子是原子的组成部分，是比原子 更基本的物质单元。
美国科学家密立根又精确地测定了电子的电量： e=1.6022×10－19 C
根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为： m=9.1094×10－31 kg
质子质量与电子质量的比值： mp 1836 me
汤姆孙的气体放电管的示意图
• 1. 当金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏转，射 在屏上P1点。施加电场E之后，射线发生偏转并射到 屏上P2处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电 荷？
原子物理 知识要点
原子物理 知识要点第一节 电子的发现与汤姆孙模型 1、阴极射线 2、汤姆孙的研究3. 汤姆生发现电子，根据原子呈电中性，提出了原子的葡萄干布丁模型。
第二节 原子的核式结构模型 1、粒子散射实验原理、装置 （1）粒子散射实验原理：（2）粒子散射实验装置 主要由放射源、金箔、荧光屏、望远镜几部分组成。
（3）实验的观察结果 入射的粒子分为三部分。
大部分沿原来的方向前进，少数发生了较大偏转，极少数发生大角度偏转。
2、原子的核式结构的提出三个问题：用汤姆生的葡萄干布丁模型能否解释粒子大角度散射？（1）粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？（2）按照葡萄干布丁模型，粒子在原子附近或穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转？小结：实验中发现极少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在原子中某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用，可见原子中的正电荷、质量应都集中在一个中心上。
①绝大多数粒子不偏移→原子内部绝大部分是“空”的。
②少数粒子发生较大偏转→原子内部有“核”存在。
③极少数粒子被弹回 表明：作用力很大；质量很大；电量集中。
3、原子核的电荷与大小4.卢瑟福原子核式结构模型 第三节 波尔的原子模型卢瑟福原子核式结构学说与经典电磁理论的矛盾丹麦物理学家玻尔，在1913年提出了自己的原子结构假说。
1、玻尔的原子理论（1）能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。
这些状态叫定态。
（本假设是针对原子稳定性提出的）（2）跃迁假设：原子从一种定态（设能量为En ）跃迁到另一种定态（设能量为E m ）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即（h 为普朗克恒量）（本假设针对线状谱提出）（3）轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。
原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。
新沪科版八年级物理全一册《第十二章小粒子与大宇宙》单元测试卷及答案
新沪科版八年级物理全一册《第十二章小粒子与大宇宙》单元测试卷及答案(试卷满分：100分；测试时间：45分钟)第一节走进微观1.如图所示是用来说明原子内部结构的示意图,由图可知构成宇宙中物质的最小粒子是 ()A.原子B.夸克C.中子D.原子核2.从微观世界到无限宇宙,人们一直在探索着自然的奥秘。
1897年,物理学家汤姆孙发现了电子,揭示了是可分的;物理学家在前人的研究积累上,发现日月星辰的运转与苹果下落有着某些相似,建立了著名的万有引力定律。
3.人类在探索微观世界的历程中,认识到原子由原子核和电子构成,而原子核又是由和构成的。
4.（多选）1897年,英国物理学家J.J.汤姆孙发现了比原子小得多的、带负电的电子,让科学家认识到原子也具有内部结构。
为了探究原子的结构,1909 年,新西兰科学家卢瑟福开始做“用一束高速α粒子(质量接近氦原子质量的带正电的粒子)轰击非常薄的金箔”的实验,如图所示。
大量实验发现:绝大多数α粒子的运动方向不发生改变,极少数α粒子的运动方向发生了较大的改变,个别α粒子甚至原路返回。
卢瑟福对实验现象进行分析,于1911年提出了原子的核式结构模型。
卢瑟福分析α粒子散射实验现象用到了()A.同种电荷相互排斥B.力可以改变物体的运动状态C.分子之间存在空隙D.α粒子比电子的质量大得多第二节看不见的运动1.古诗文是中华传统文化的瑰宝,有着极其丰富的内涵。
下列加点的古诗文中属于扩散现象的是 ()A.大漠风尘日色昏,红旗半卷出辕门B.冲天香阵透长安,满城尽带黄金甲C.城阙辅三秦,风烟望五津D.夹岸数百步,中无杂树,芳草鲜美,落英缤纷2.两个相同的杯子中装有质量相同的冷水和热水,分别向两杯中放入同样的糖块,冷水杯中的糖块比热水杯中的溶解得慢,这是因为冷水温度低导致 ()A.物质分子不运动B.水分子间没有间隙C.糖分子间没有斥力D.物质分子运动缓慢3.下列现象能说明分子做无规则运动的是 ()A.春风拂面,柳絮飞扬B.晨曦微露,雾漫山野C.百花齐放,花香四溢D.天寒地冻,大雪纷飞4.端午时节,人们佩戴装有中药材的香囊,我们能闻到淡淡的药香,说明 ()A.分子间有引力B.分子间有斥力C.分子是运动的D.分子间有空隙5.将两个表面光滑的铅块相互压紧,两铅块就会粘在一起、并能吊起多个钩码,如图所示。
自然辨证法第一章
3、现代哲学对物质概念认识的走向 、
——从本体论到认识论 从本体论到认识论
♦ 随着研究的深入，当代科学哲学已经从传统的
本体论研究转向了科学认识论层次，具体表现 在弱化物质实体，而强化关系实在，退却的路 径之一是：由物质论到客观实在，再由客观实 在的“属性”到“关系”： 神七火箭 物质与能量的关系 物质、能量与信息的关系 物质与测量的关系 物质存在与演化的关系
6
2、如何理解世界的物质性 、
♦ 运动是物质的固有属性和存在方式。 运动是物质的固有属性和存在方式。 ♦ 时间和空间是运动着的物质的存在形式。 ♦ 自然界的一切现象都是运动着的物质或
物质运动的各种不同表现形态。 物质运动的各种不同表现形态。 ♦ 意识是物质高度发展的产物。 意识是物质高度发展的产物。 ♦ 物质不能被创造，也不能被消灭，世界 物质不能被创造，也不能被消灭， 上各种事物的产生和消失， 上各种事物的产生和消失，只是物质形 态在一定条件下的转化。 态在一定条件下的转化。
17
5、三代轻子和夸克之间有一种奇妙的对称性 、 轻子 代 第一代 第二代 第三代 名称 e νe µ νµ τ ντ 电荷 -1 0 -1 0 -1 0 夸克 名称 上 下 奇 粲 顶 底 u d s c t b 电荷 +2/3 -1/3 -1/3 +2/3 +2/3 -2/3
18
三、物质世界的统一性
12
（4）物质的可分性与物质的物理特性密切相关— —宏观物体由于质量、密度等特性的不同，人们 对它分割的方式也不同；微观粒子由于电荷、自 旋等特性的不同，对粒子可分的形式也会产生影 响。“夸克禁闭”实际就是物质结构形式多样化 的体现。 （5）物质可分形式的不同，最终还是取决于物质 内部相互作用的不同。物与物之间相互作用的多 样性决定了物质可分形式和结构形式之间的多样 性。“在现代物质结构理论中，物质由连续性的 场量所构成，和粒子一样，场也是可分的，而且 是无限可分的。”
电子科技大学自旋电子学第一章
电子自旋 的序幕
Fe Cr∼1nm Fe
Phys.Rev.Lett. 57 (1986) 2442
皮特-克鲁伯格（德国） 第一章 导论
1988年，baibich在测量外延 Fe/Cr/Fe磁多层膜时，发现其 电阻值随外磁场变化而显著变 化，称为巨磁阻效应(GMR)。 揭示了自旋相关效应。
一系列铁磁金属(Fe，Co，Ni)及合金和贵金属(Cu，Ag，Au)或 3d，4d及5d非磁金属构成的多层膜----巨磁电阻效应(GMR)
第一章 导论
强的反铁磁耦合效应同时导致了一很高的饱和场Hs
FM1 NM FM2
伪自旋阀/ 赝自旋阀 (Pseudo Spin Valve, PSV)
自旋阀 (Spin Valve， SV)
与此相对照, 经典力学预言原子磁体虽然会在磁场中进动但
仍然保持随机取向, 因此磁偏转会导致束的加宽(但不会劈裂)。 因此,史特恩认为他的预想中的实验“如果成功的话, 将毫不 置疑地在量子理论和经典观点之间作出抉择。”
第一章 导论
实验发现：原子沿相反的方向， 等间距地朝两边偏转
研究表明：原子中存在磁矩 M ，
1912年于图宾根大学获得物理学博士学 位 1943年诺贝尔物理学奖--发展分子束方法 上所作的贡献和发现了质子的磁矩
第一章 导论
史特恩一盖拉赫实验装置图（1921年）
N
S
一束银原子束(由在炉子中加热到1000摄 氏度得到的金属蒸汽通过喷流过程形成 的) 用两个0.03毫米宽的狭缝准直后导入 3.5厘米长的偏转磁场内, 磁场强度约为 0.1 Tesla, 梯度为10 Tesla/cm。
反铁磁交换耦合 铁磁交换耦合
Parkin.et al.Phys.Rev.Lett.64(1990)2304
2019年高中物理第十八章原子结构第1节第2节原子的核式结构模型电子的发现课件新人教版选修3_5
得出结论：电荷量是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷 e 的 整数倍．
答案：电荷量是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷 e 的整数 倍
对 α 粒子散射实验的理解 1．装置：放射源、金箔、荧光屏等，如图所示．
2．现象 (1)绝大多数的 α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进． (2)少数 α 粒子发生较大的偏转． (3)极少数 α 粒子偏转角度超过 90° ，有的几乎达到 180° . 3．注意事项 (1)整个实验过程在真空中进行． (2)α 粒子是氦原子核，体积很小，金箔需要做得很薄，α 粒子才 能穿过． 4．汤姆孙的原子模型不能解释 α 粒子大角度散射的实验结果．
做一做
关于原子结构，汤姆孙提出“葡萄干蛋糕模型”、 )
卢瑟福提出“行星模型”，如图甲和乙所示，都采用了类比推 理的方法．下列事实中，主要采用类比推理的是(
A．人们为便于研究物体的运动而建立质点模型 B．伽利略从教堂吊灯的摆动中发现摆的等时性规律 C．库仑根据牛顿的万有引力定律提出库仑定律 D．托马斯· 杨通过双缝干涉实验证实光是一种波
电子比荷的测定 1910 年美国物理学家密立根通过著名的“油滴实验”，简练而 又精确地测定了电子的电荷量．更重要的是密立根实验发现电 荷是量子化的， 即任何电荷的电荷量只能是元电荷 e 的整数倍， 并求得了元电荷即电子所带的电荷量 e.
密立根实验的原理 (1)如图所示， 两块平行放置的水平金属板 A、 B 与电源相连接， 使 A 板带正电，B 板带负电，从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上 面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中．
(1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁
(2)组成阴极射线的粒子是电子．( √ ) (3)电子是原子的组成部分， 电子电荷量可以取任意数值． ( × ) (4)α 粒子散射实验证明了汤姆孙的原子模型是符合事实的． ( × ) (5)α 粒子散射实验中大多数 α 粒子发生了大角度偏转或反弹． ( × ) (6)α 粒子大角度的偏转是电子造成的．( × )
第十八章第一节电子的发现
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第 十 八 章 原 子 结 构 一、阴极射线 阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的 电子 粒子流，这些微观粒子是_____． 二、电子的发现 汤姆孙 阴极射线 1897年英国物理学家_______通过研究_________发 现了电子；1910年美国物理学家_________通过著名的 密立根 ____实验精确测定了电子的电荷量． 油滴 电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元 ，电子的电荷量约为__________C，电子的质量约为 1.6×10－19 9.1×10－31 __________kg.任何带电体所带电量只能是电子电量的 整数倍 _______．
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图18－1－2
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第 十 八 章 原 子 结 构
【解析】 (1)由于阴板射线向上偏转，因此受电场力 方向向上，又由于匀强电场方向向下，则电场力的方 向与电场方向相反，所以阴极射线带负电． (2)由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力，由 左手定则得磁场的方向垂直纸面向里．
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【答案】
8.02×10－19 C
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第 十 八 章 原 子 结 构
3．关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确 的是( ) A．测得了电子的电荷量 B．提出了电荷分布的量子化观点 C．为电子质量的最终获得作出了突出贡献 D．为人类进一步研究原子的结构提供了一定的理论 依据 答案：ABCD
物理学的革命
放射性
1. 结果大出所料，底片上有很多的阴影。 结果大出所料，底片上有很多的阴影。 2. 显然，这阴影与太阳无关、与荧光无关， 显然，这阴影与太阳无关、与荧光无关， 而与晶体本身有关。 而与晶体本身有关。 3. 贝克勒尔用的晶体是一种铀的化合物— 贝克勒尔用的晶体是一种铀的化合物— —硫酸双氧铀钾，这样他便发现了铀能 硫酸双氧铀钾， 自发辐射出能量。 自发辐射出能量。
两朵乌云
1. 但在展望20世纪物理学前景时，开尔文若 但在展望20世纪物理学前景时 世纪物理学前景时， 有所思地讲道： 有所思地讲道：动力理论肯定了热和光是运 动的两种方式，现在， 动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天 空却被两朵乌云笼罩了， 空却被两朵乌云笼罩了，第一朵乌云出现在 光的波动理论上， 光的波动理论上，第二朵乌云出现在关于能 量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。 量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。 2. 正是这“两朵乌云”和“三大实验发现” 正是这“两朵乌云” 三大实验发现” 引起了“物理学革命” 引起了“物理学革命”。
两个诺贝尔奖
居里夫妇在1903年获得的诺贝尔奖证书 居里夫妇在1903年获得的诺贝尔奖证书 1903
著名学者爱因斯坦曾经这样评价居里夫人： 著名学者爱因斯坦曾经这样评价居里夫人： 在我所认识的所有著名人物里面， “在我所认识的所有著名人物里面，居里夫人 是唯一不为盛名所颠倒的人。 是唯一不为盛名所颠倒的人。” 居里夫人的大半生都是清贫的， 居里夫人的大半生都是清贫的，提取镭的艰苦 过程是在简陋的条件下完成的。 过程是在简陋的条件下完成的。居里夫人拒绝 为他的任何发明申请专利， 为他的任何发明申请专利，把诺贝尔奖金和其 奖金都用到了以后的研究中去了。 奖金都用到了以后的研究中去了。居里夫妇发 现镭以后，当百万法郎、 现镭以后，当百万法郎、灿灿的金质奖章向她 微笑的时候；当成功、荣誉、 微笑的时候；当成功、荣誉、祝贺象潮水般涌 来的时候，表现了他们具有高贵的品质： 来的时候，表现了他们具有高贵的品质：毫不 夸耀，谦虚忘我！ 夸耀，谦虚忘我！
北师大版九年级物理全册同步教案：第16章 粒子和宇宙 第1节 探索微观世界的历程
第一节探索微观世界的历程一、教学背景分析本节为初中物理教材最后一章的第一节。
本节课将从微观角度认识世界。
对这部分的知识内容,学生通过化学课的学习已有一定的基础。
本节的重点应是通过对史实的了解体会其中的科学方法。
因此可以以学生自学为主,教师适当引导,合理设计问题,让学生收集资料,寻找答案,进行讨论交流。
激发学生的学习兴趣。
本节按照时间顺序介绍了人类对微观世界的认识历程,包括电子的发现,原子核式结构的提出,质子、中子、夸克的发现,粒子家族的组成。
通过学生阅读、教师指导的方式让学生体会和认识这个丰富多彩的微观世界,使他们感受探索的乐趣。
学生在学习长度的测量时,对纳米这个长度单位有了一定的认识,这里让学生通过阅读的方式并结合物质微观结构的知识,了解扫描隧道显微镜提供了观察原子的“纳米眼”和操纵原子的“纳米手”,通过精确的控制原子或者分子,纳米技术将给人类社会带来巨大的贡献。
二、教学目标1．通过自主阅读及讨论的方式了解人类对物质微观结构的认识过程,提高自主学习能力。
2．通过了解人类探索微观世界的历程,认识到人类的探索将不断深入。
3．通过了解、感受科学发展过程中蕴藏着浓郁的科学精神和人文情操,建立科学的物质观和世界观,以科学的态度去看待客观世界和人类的生活空间。
三、教学重点和难点教学重点：以了解物质的微观结构层次和人类的认知过程为载体激发学生的科学探索精神。
教学难点：了解夸克模型。
以了解物质的微观结构层次和人类的认知过程为载体激发学生的科学探索精神是本节课的重点内容,为了培养学生主动学习和总结能力,加深学生对所学知识的印象,本节课可采取学生自主阅读、教师辅助指导,以及学生合作交流的方式,将物质的微观世界及人类如何认识微观世界的方式和方法的知识内化。
在教学过程中,通过教师讲解并结合图像的方式,突破理解夸克模型这个教学难点。
四、教学过程1.教学引入情境1：学生活动请每位同学取一张纸,然后将其撕成一半,然后再一分为二撕成四部分,再按上述方法撕成八部分。
《现代科学技术导论(第四版)》电子教案 第1篇第4章宇宙的结构层次和物质
七、夸克模型
• 1964年，盖尔曼 〔M.Gell－Mann, 1929-〕和兹瓦格 〔G .Zweig〕分别独 立提出了形象的、易于 理解的强子结构模型— 夸克模型,该模型认为 “强子是由三个更根本 的粒子(现记为上夸克、 下夸克、奇异夸克)组 成〞。
现代科学技术导论-第1篇第4章宇宙的结构层次和物质
六、第一代“根本粒子〞
• 汤川秀树的理论被确立之后，原子核内相互作用的 理论研究开始活泼起来。π介子发现以后,许多物理 学家认为,组成物质的根本单元〔称为第一代根本粒 子〕都找到了。
• 物理学家立即认识到原子核由质子p和中子n组成， 通常就把质子和中子称为核子。核子由比电磁相互 作用〔电磁力〕更强的相互作用——核相互作用 〔核力〕结合成原子核，否那么，原子核就会因为 带正电荷的质子间的斥力而崩解。核力就是强相互 作用力。核力仅在原子核线度〔约10-13cm〕范 围内呈现，它是短程力，粗略地说，核力是一种强 吸引的短程力。
现代科学技术导论-第1篇第4章宇宙的结构层次和物质
• 十、粒子物理面临的挑战 20世纪60年代以来，粒子物理学有很大进展，但 仍有许多根本问题需要解决。如：为什么看不见夸 克？夸克和轻子有没有结构?难道它们是最根本的 吗?标准模型预言的希格斯粒H子为什么至今尚未发 现?弱作用下粒子反粒子变换—宇称联合反演对称 性〔CP)破坏的来源是什么?这些问题都是今后粒 子物理要研究的课题。标准模型仍存在着问题，人 们希望能在理论和实验上取得新的结果，使标准模 型有所突破。物理学的根底是实验，因此，人们寄 希望于未来的超高能和高亮度加速器。
• 大约在公元前400多年， 古希腊哲学家德谟克利 特把构成物质的最小单 元叫做“原子〞，认为 宇宙万物乃至灵魂都是 由这种不可分割的原子 构成的。
汤姆孙电子比荷测定的几种方法
汤姆孙电子比荷测定的几种方法普通高中课程标准物理选修3-5第十八章《原子结构》的第一节“电子的发现”中,教材介绍了英国物理学家J. J. 汤姆孙应用气体放电管发现电子的研究过程,教科书中以“思考与讨论”的形式向学生展示汤姆孙如何确定阴极射线的带电性质和电子的比荷测定过程,但是对于实验中如何来确定电子在磁场中运动的半径r,教科书只是用了一句话“阴极射线的粒子做圆周运动的半径r可以通过P3点的位置算出”来表述,对于这句话有些好学的学生在课后花时间钻研,并问了以下几个问题.(1)是如何由P3点的位置推算出粒子在磁场做圆周运动的半径r?学生做了书后的“问题与练习”中的第4题后,发现计算比荷的方法与书中介绍的方法是不同的,提出:(2)汤姆孙当年研究时是用那一种方法来测定电子比荷的?(3)汤姆孙当时研究测定比荷时还有其他方法吗?这些问题实际可以归结于汤姆孙当年是如何测算电子比荷的,以下就此作一介绍.教科书中介绍的是汤姆孙利用磁偏转法测定电子比荷的,后面的问题与练习中介绍的是汤姆孙利用电场偏转法测定电子比荷的,其实汤姆孙还用法拉第筒来测定电子的比荷,汤姆孙还设计了一种利用电磁偏转方法来测定正离子比荷的实验装置.一、利用磁偏转法测量电子比荷如图1所示,就是教科书中向学生介绍的当年汤姆孙通过气体放电管利用磁偏转法测量电子比荷.(1)当金属板D1、D2之间不加电场时,射线不偏转,打在屏上的P1点,加上图示的电场后,射线打在屏上的P2点,说明射线带负电.(2)再在D1、D2之间加上一个磁场,让射线回到P1点,由二力平衡(速度选择器原理)得:Ee=evB,v==.(3)撤去电场,射线只在磁场的作用下打到了荧光屏的P3点,如图2所示,P1到P2的距离为y,阴极射线在磁场中运动:由洛仑兹力提供向心力:evB=m,设偏转角为θ. 由图2中的几何关系:y=stanθ+(r-),由于r很大,偏转角θ很小,有tanθ≈sinθ=,r-≈r-r(1-)=,由此得到y=s+=,r=,阴极射线在磁场中运动,有evB=m,=.由此知道了阴极射线在磁场中运动的半径r,那么就可以得到比荷=.可测量的物理量:金属板D1、D2间的电压U,金属板D1、D2之间的距离d,金属板D1、D2的长度L,金属板D1、D2右端到荧光屏的距离s,产生磁场的电流I,并由此知道磁感应强度B,P1到P3的距离.二、利用电场偏转法测量电子比荷教科书中“问题与练习”中的第4题就是汤姆孙利用电场偏转法测量电子比荷的,如图3所示,真空玻璃管内,阴极K发出的电子经过阳极A与阴极K之间的高压加速后,形成一细束电子流,以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C、D间的区域. 若两极板C、D间无电压,电子将打在荧光屏上的O点;若在两极板间施加电压U,则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点;若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场,则电子在荧光屏上产生的光点又回到O点. 已知极板的长度为l=5.00cm,C、D间的距离d=1.5cm,极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L=12.50cm,U=200V,B=6.3×10-4T,P点到O点的距离y=3.0cm. 试求电子的比荷.分析与解由图4,加有电场和磁场时,二力平衡(速度选择器):Ee=evB,v==,只有电场时:tanθ===,得: ==1.61×1011C/kg.三、利用法拉第筒测定电子的比荷如图5所示,让阴极射线通过一条狭缝进入法拉第筒,测算电量和能量,并用磁场使其偏转,测算轨道半径,以求得“微粒”的速度和它的比荷.设微粒的质量为m,微粒的速度为v,微粒所带的电量为e,N为一定时间内进入法拉第筒内的微粒数. 显然法拉第筒所获得的电量为Q=Ne.若进入法拉第筒内的微粒的动能因碰撞转变成热能,则微粒流的动能的大小可由温度计温度变化测算得到,并且其量值应为W=N·mv2,然后,用磁场使射线偏转,以R表示微粒轨道的曲率半径,则Hev=,由上面的三式得到=.汤姆孙用这样的方法测得v≈5×107m/s,≈2×107电磁单位/克.四、利用电磁偏转法测量正离子的比荷除了测量电子的比荷外,汤姆孙还设计了一种测量正离子比荷的实验装置. 图6就是以当年汤姆孙设计的测量正离子实验装置为背景而设计的一道科技物理综合问题,在两块水平放置的磁铁之间同时加一竖直向上的匀强磁场和竖直向下的匀强电场,磁感应强度和电场强度分别为B、E,磁场和电场的水平宽度都为L,正离子束沿着磁铁的正中间垂直磁场与电场方向(设沿着轴)射入电场和磁场,在磁场右端与磁铁相距为D的位置处放一与x轴垂直的屏S,在屏S上建立如图所示的坐标系yOz,设正离子偏转角较小,运动半径较大,结果不同速度的正离子在屏上显示出一曲线,曲线方程为z2=ay,a为已知的常数,试根据上述条件求出离子的比荷.分析与解设正离子以速度v射入电场和磁场区域,根据力和运动独立作用原理,离子在y轴方向发生电偏转,在xOz平面内发生磁偏转,由于离子在xOz平面内受洛伦兹力作用做匀速圆周运动的半径较大,发生磁偏转的角度较小,因而可以运用“磁偏转法”中结论,给出z轴方向上磁偏转距离为:z=,在求离子在y轴方向电偏转距离时,可近似地认为离子在电场和磁场中运动的时间为t=,因而可以直接应用电偏转法中结论式,得离子在y方向偏转量为:y=,由以上两式得z2=.由题中已知z2=ay,与上式相比可得=.把这些知识以物理学史和具体的事例、题型介绍给学生,重现当年物理学家研究的真实过程. 这样会使学生了解物理学发展的真实过程,提高学生人文科学素养.。
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e 1 . 6022 10
19
C
根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量
m 9 . 1094 10
质子质量与电子质量的比值 mp/me=1836
2
r
做一做:
1、若撤去磁场带电粒子由P1点偏离到P2，P2到P1竖直 距离为y,屏幕到金属板D1、D2右端的距离为D，你能算出 阴极射线的比荷吗？ 萤
L m e 幕
D
v0 y
L m e
萤 幕
θ
D
v0
y1 y2
y
tan
vy vx
at v0
qEL mv
2 0
又因为： tan
（2）加电场、未加磁场 阴极射线只受电场力，做类平抛运动；
D1
K
P3 P1
A
B
D2
y
思考:
+
P2
金属板D1D2之间未加电场时射线不偏转，射在屏 上的P1点，按图示方向加电场E之后，射线发生偏转 并射到屏上的P2点，由此推断阴极射线带有什么性质 的电荷？ 带负电
思考: 为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域
阴极射线的本质是什么呢？
1876年德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到的 阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种未知射线称之为阴 极射线。
电磁波说： 代表人物，赫兹。认为这种射线的本 质是一种电磁波的传播过程。 粒子说： 代表人物，汤姆生。认为这种射线 的本质是一种高速粒子流。
汤姆生
可采取什么措施？
P3 D1
K A B
P1 D2 P2
y
在平行板区域加一磁场且磁场方向必须垂直纸面 向外，当满足条件 qv 0 B 转，则： v E 0
B
qE
时，则阴极射线不发生偏
(3)加磁场、未加电场时， 阴极射线只受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动。
qvB m
v
2
q m
v Br
E B r
思考1：电磁辐射和带电微粒最大的区别是什么？
电磁波不带电，且速度比带电粒子大的多
思考2：根据带电粒子在电磁场中的运动规律，你 知道哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷 的正负号？
二、电子的发现
1、认识实验装置的作用，分析阴极射线的运动情况。
汤姆孙的气体放电管的示意图
D1
p3 p1
k
A
B
31
kg
课堂练习
1、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AB时，发现射线径迹向下 偏，则：（ ） A．导线中的电流由A流向B。 B．导线中的电流由B流向A。
A
B
C．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中 的电流方向来实现。 D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关。
R L sin
mv qB
L sin
q m
E sin B L
2
1897年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒 子流并求出了这种粒子的比荷。 实验结果：荷质比约为质子的2000倍
q m 2000 q质 m质
进一步拓展研究对象：用不同的材料做阴极做实 验，光电效应、热离子发射效应、射线（研究对象普 遍化）。 这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成 各种物质的共有成分。
第一节电子的发现
安陆市第一高级中学
汤姆生发现电子之前人们认为原子是组成物体的 最小微粒,是不可再分的。原子是电中性的。
一、探索阴极射线
19世纪是电磁学大发展的时期, 到七、八十年代电气工 业开始有了发展, 其中电气照明也吸引了许多科学家的 注意，问题涉及低压气体放电现象，于是，人们竞相 研究与低压气体发电现象有关的问题。 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 种射线使玻璃壁发出淡淡的荧光。
y (D L 2 )
且
v0
E B
化简得：
q m
(D
Ey L 2 )B L
2
做一做:
2、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来计算阴 极射线的比荷？
L 萤 幕
D
v0
θ
L
萤 幕
D
v0
θ
θ
P2
阴极射线打在屏上的P2点，只要测出粒子打到屏 上的速度方向（与水平方向的夹角θ）由图可知：
汤姆生发现，用不同材料的阴极和不同的方法
做实验，所得比荷的数值是相等的。这说明，这种
粒子是构成各种物质的共有成分。并由实验测得的
阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。若
这种粒子的电荷量与氢离子的电荷量相同，则其质 量约为氢离子质量的近两千分之一。汤姆生后续的 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，证明了汤姆生的猜测是正确的。 汤姆生把新发现的这种粒子称之为电子。
P2
实验装置 （1）K、A部分产生阴极射线 （2）A、B只让水平运动的阴极射线通过 （3）D1、D2之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和 带电性质 （4）荧光屏显示阴极射线到达的位置，对阴极射线的偏 转做定量的测定
D2
2、运动分析 （1）未加电场和磁场时；
D1
p1
k
A
B
+
D2
P2
阴极射线不受力，做匀速直线运动到P1