高中物理 18.1 电子的发现 新人教版选修3-5
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人教版选修3-5 第18章 1 电子的发现 课件(30张)
2．产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴阳两极时，当 两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，叫________．
【答案】阴极射线 3．特点：碰到荧光物质能使其________． 【答案】发光
二、电子的发现 1．汤姆孙的探究方法 (1)让阴极射线分别通过电场或磁场，根据________现 象，证明它是________的粒子流并求出了其比荷． (2)换用不同材料的阴极和不同的________，所得粒子的 ________________相同． (3)粒子带负电荷，比荷是氢离子的近两千倍，说明阴极 射线粒子质量远小于氢离子质量． (4)组成阴极射线的粒子称为________． 【答案】(1)偏转 带电 (2)场 比荷的数值 (4)电子
偏距 y＝12at2④
能飞出的条件为 y<d2⑤
解①～⑤式得
U′<
2Ud2 l2
＝
2×5
000×1.0×10－22 5.0×10－22
V
＝
4.0×102 V
即要使电子能飞出，所加电压最大为 400 V.
答案：400 V
反思领悟：阴极射线在电场中或磁场中偏转实质是带电粒 子在电磁场中的运动，解决这类题目关键还是需进行受力分析 和运动情况分析，然后运用力学规律解决问题，另外，应注意 电子一般不计重力．
2．带电性质的判断方法 (1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧 光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电性质． (2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位 置的变化和左手定则确定带电的性质．
3．比荷的测定方法 (1)让某一速率的电子垂直进入某一电场中，在荧光屏上亮 点位置发生变化． (2)在电场区域加一与其垂直的大小合适的磁场，抵消阴极 射线的偏转，由此可知 Eq－qvB＝0，则 v＝BE. (3)去掉电场，只保留磁场，磁场方向与射线运动方向垂直， 阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为 r 的圆弧，根据 磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径 r，则由 qvB ＝mrv2得mq ＝Bvr＝BE2r.
高中物理 18.1 电子的发现 新人教版选修3-5
1．阴极射线管发出荧光的原因是什么？ 提示：阴极射线是带负电的粒子流，它高速运动打到玻璃壁 上，使管壁发出荧光。 2．如何判断阴极射线是电磁波还是带电粒子？ 提示：使阴极射线垂直进入偏转电场或偏转磁场，通过打在 荧光屏上的亮点的位置，判断是带电粒子还是电磁波。
例 1 关于阴极射线，下列说法正确的是( ) A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象 B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流 C．阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的 D．阴极射线就是 X 射线
பைடு நூலகம்
要点二 带电粒子比荷的测定
1. 让粒子通过正交的电磁场(如图所示)，让其做直线运动， 根据二力平衡，即 F 洛＝F 电(Bqv＝qE)得到粒子的运动速度 v＝EB。
2. 在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图所示)，保留磁 场让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦力提供向心力即 Bqv＝ mrv2，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径 r。
第十八章 原子结构
第1节 电子的发现
[学习目标] 1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子 的组成部分，是比原子更基本的物质单元。 2.体会电子的发现 过程中蕴含的科学方法。 3.知道电荷是量子化的，即任何电荷 只能是 e 的整数倍。 4.领会电子的发现对揭示原子结构的重大 意义。
[知识定位] 重点：1.电子的发现和认识过程。 2.电子的 电荷量和质量、比荷。
2. 实验现象：德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到 了玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
3. 实验分析：荧光的实质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。
4．对阴极射线本质的认识 对于阴极射线的本质，科学家做了大量的科学研究，主要形 成了两种观点。 (1)电磁波说 代表人物——赫兹，他认为这种射线的本质是一种电磁辐 射。 (2)粒子说 代表人物——汤姆孙，他认为这种射线的本质是一种带电粒 子流。
人教版高中物理选修3-5课件： 18.1 电子的发现 (共23张PPT)
演示
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;把它们分别连接在感应圈的负极和正极上。管中十字状物 体是个金属片。接通电源时，感应圈产生的近万伏的高电压加 在两个电极之间，观察管端玻璃壁上亮度的变化。
实验现象：看到十字架的影子。 结论：说明有光照射。
一、阴极射线
早在1858 年，德国物理学家普吕克尔就发现了 气体导电时的辉光放电现象。
思考与讨论
根据带电粒子在电场、磁场中的运动规律，哪些 方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号?
答 带电粒子垂直于电场线或磁感线进入电 场（磁场），根据它们在场区内运动的偏转 情况进行判定。
二、电子的发现
英国物理学家汤姆孙认为阴极
射线是带电粒子流。为了证实这点， 从1890年起他进行了一系列实验研 究。
+ 汤姆孙的气体放_电 管的示意图
D1
p3
_
k AB
D2
p1 P2
①K产生阴极射线；
+
②A、B形成一束细细射线；
③D1、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。
思考与讨论
1.电粒子的电荷量与其量之比一比荷q/m，是一个重要
的物理量。根据带电粒子在电场和场中受力的情况，可以得 出它的比荷。假设你是当年“阴极射线是带电微粒”观点的支 特者，请你依照下面的提示思考计算阴极射线微粒的比荷的 方法。
纸面的磁均。这个磁场B应该向纸外还是向纸内?写出此时每
个阴板射线微粒(质量为m、速度为)受到的洛伦兹力和库仑屏カ
。两个力之间应该有什么关系?
幕
m q ʋ0
P1
人教版高中物理选修3-5课件：18-1 电子的发现(共51张PPT)
4．密立根油滴实验取得了哪些成就？ 提示：1913 年美国科学家密立根通过“油滴实验”精确测 定了电子电荷量，目前测定的元电荷的电荷量是 e＝ 1.602176462(63)×10 C. 该实验还发现：电荷是量子化的，即任何电荷只能是电子电 荷量(元电荷)e 的整数倍． 由比荷及 e 的数值确定电子的静质量为 me＝9.109×10－31 kg.
1．汤姆孙对阴极射线的探究 (1)让阴极射线分别通过电场或磁场，根据 偏转 现象，证明 它是 带负电 的粒子流并求出了其比荷． (2)换用不同材料的阴极做实验，所得粒子的 比荷数值 相 同，是氢离子比荷的近两千倍． (3)结论：粒子带 负电 ，其电荷量的大小与 氢离子 大致相 同，而质量远小于氢离子的质量，后来组成阴极射线的粒子被称 为 电子 ．
2．比荷(或电荷量)的测定 根据电场、磁场对电子 (带电粒子 )的偏转测量比荷(或电荷 量)，分以下两步：
(1)让粒子通过正交的电磁场(如图)，让其做直线运动，根据 E 二力平衡，即 F 洛＝F 电(Bqv＝qE)得到粒子的运动速度 v＝B.
(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图)，保留磁场让 mv 2 粒子单纯地在磁场中运动， 由洛伦兹力提供向心力即 Bqv＝ r ， v2 根据轨迹偏转情况， 由几何知识求出其半径 r， 则由 qvB＝m r 得 q v E m＝Br＝B2r.
提示：带电微粒在电场中受到电场力的作用，能够发生电偏 转，同样在磁场中受到洛伦兹力的作用，能够发生磁偏转．若阴 极射线是带电微粒，则加上合适的电场或磁场后会发生偏转；若 阴极射线是电磁波， 则在任何情况下加上电场或磁场都不会发生 偏转．
2．如何判断阴极射线的带电性质？ 提示：方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧 光屏上的亮点的位置变化和电场的情况确定带电的性质． 方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据荧光屏上亮点 位置的变化和左手定则确定带电的性质． 3．元电荷就是单位电荷，就是电子，对吗？ 提示：元电荷是最小的电荷量单元，但并不是说电子就是元 电荷．
人教版高二物理选修3-518.1电子的发现课件
二、电子的发现
2.发现电子的意义
以前人们认为物质由分子组成,分子由原子组成,原子是不可再分的最小微粒,
现在人们发现了各种物质里都有电子,而且电子的质量比最轻的氢原子质量小得多,
这说明电子是原子的组成部分.
电子是带负电的,而原子是电中性的,可见原子内还有带正电的物质,这些带正
电的物质和带负电的电子是如何构成原子的呢?
理学家、物理实验及其作用的描述中正确的是（
D
）
A．汤姆孙通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型
B．科学家发现的光电效应现象证明光具有波粒二象性
C．卢瑟福対阴极射线的研究发现了电子，进一步实验证明电子是原子的组成部分
D．密立根通过“油滴实验”测出了电子的电荷量
三、密立根“油滴实验”
例5.密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性．如图所示
是密立根实验的原理示意图，设小油滴质量为m，调节两板间电势差为U，当小油
滴悬浮在两板间电场中不动时，测出两板间距离为d．可求出小油滴的电荷量
q＝
．
四、测定阴极射线中粒子的比荷的方法
1.如图所示,质量为m、电荷量为q的带电粒子以速率 垂直进入电场中，如果粒子
仅受电场力作用，将做类平抛运动。只要确定了粒子运动的速率及偏转角与电场
,则
=
。
.
四、测定阴极射线中粒子的比荷的方法
3.如图所示,设平行板Y Y’间的距离为h,板的水平长度为d. 第一使阴极射线仅受电
场力作用并到达最大偏转,测出此时的场强E,随后保持E不变,外加磁场使阴极射线
恢复水平不再偏转,测出此时的磁感应强度B.
高中物理 第18章 第1节 电子的发现课件 新人教版选修3-5
液滴编号 1 2 3 4 …
电荷量/C 6.41×10－19 9.70×10－19 1.6×10－19 4.82×10－19
…
答案：电荷是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷e的整 数倍
解析：根据表格中的数据与电子电量的比值关系：
qe1＝61..461××1100－－1199＝4
qe2＝91.7.60××1100－－1199＝6
b．小油滴由于摩擦而带负电，调节 A、B 两板间的电压， 可以使小油滴静止在两板之间，此时电场力和重力平衡即 mg ＝Eq，则电荷的电量 q＝mEg。
他测定了数千个带电油滴的电量，发现这些电量都是某个 最小电量的整数部，这个最小的电量就是电子的电量。
(2)密立根实验更重要的发现是：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 子或质子所带的电荷量e。
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 答案：D 解析：因为阴极射线是带负电的电子流，电子从负极端射 出，由左手定则可判定阴极射线(电子)向上偏转。
电子电荷量的测定
如图所示为美国物理学家密立根测量油滴所带 电荷量装置的截面图，两块水平放置的金属板间距为 d。油滴 从喷雾器的喷嘴喷出时，由于与喷嘴摩擦而带负电。油滴散布 在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔 进入平行金属板间，当平行金属板间不加电压时，由于受到气 体阻力的作用，油滴最终以速度 v1 竖直向下匀速运动；当上板 带正电，下板带负电，两板间的电压为 U 时，带电油滴恰好能 以速度 v2 竖直向上匀速运动。
解析：(1)步骤 B 中电子在 M1、M2 两极板间做类平抛运动， 当增大两极板间电压时，电子在两极板间的偏转位移增大。
高中物理：新人教版选修3-5 18.1电子的发现(教案)
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本； 亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
★教学重点
阴极射线的研究
★教学难点
汤姆孙发现电子的理论推导
★教学方法
实验演示和启发式综合教学法
★教学用具：
投影片，多媒体辅助教学设备
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
教师：很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是 原子，原子是一种不可再分割的粒子。这种认识一直统治了人类思想近两千年。直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。电 子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大 发现之一。
电子的电荷量 e＝1.60217733×10－19C
第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。
密立根通过实 验还发现，电荷具有量子化的特 征。即任何电荷只能是e的整数倍。
电子的质量 m＝9.1093897×10－31kg
（三）课堂小结
科学家在对阴极射线的研究中发现了电子，使人们对微观世界的认识进入了一个新的时代，电子的发现是19世纪末物理学史上的三大发现之一。在物理学的发展中具有比较重要的作用。了解科学家是如何发现电子的，应用了哪些研究方法，对 我们学好物理有重要的帮助作用。
电子的发现
（一）知识与技 能
1．了解阴极射线及电子发现的过程
2．知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导
（二）过程与方法
培养学生对问题的分析和解决能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子。
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本； 亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
★教学重点
阴极射线的研究
★教学难点
汤姆孙发现电子的理论推导
★教学方法
实验演示和启发式综合教学法
★教学用具：
投影片，多媒体辅助教学设备
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
教师：很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是 原子，原子是一种不可再分割的粒子。这种认识一直统治了人类思想近两千年。直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。电 子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大 发现之一。
电子的电荷量 e＝1.60217733×10－19C
第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。
密立根通过实 验还发现，电荷具有量子化的特 征。即任何电荷只能是e的整数倍。
电子的质量 m＝9.1093897×10－31kg
（三）课堂小结
科学家在对阴极射线的研究中发现了电子，使人们对微观世界的认识进入了一个新的时代，电子的发现是19世纪末物理学史上的三大发现之一。在物理学的发展中具有比较重要的作用。了解科学家是如何发现电子的，应用了哪些研究方法，对 我们学好物理有重要的帮助作用。
电子的发现
（一）知识与技 能
1．了解阴极射线及电子发现的过程
2．知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导
（二）过程与方法
培养学生对问题的分析和解决能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子。
【新人教版】高中物理选修3-5《181+电子的发现》(共28张PPT)
2．荧光的产生：玻璃管内气体接近真空，辉 光消失，却在阴极孔外玻管壁上观察到荧光，
并且能使不透明物体产生阴影，后来认定产生
这种现象的原因是阴极发出的某种射线撞击玻 璃的结果，即阴极射线．
3．阴极射线的应用：如示波管、电视显像管 、电子显微镜，高速的阴极射线打在某些金属 靶上能产生X射线，还能用于研究物质晶体结 构，直接用于切割、熔化、焊接等．
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___1_.6_×__1_0_－__19__C， 电子的质量约为___9_._1_×__1_0_－_3_1 __kg.任何带电体 所带电量只能是电子电量的__整__数__倍__．
核心要点突破
一、发现阴极射线的过程 1．辉光放电现象 (1)放电管若有稀薄气体，在放电管两极加上高 压可看到辉光放电现象．但若管内气体非常稀 薄即接近真空时，辉光现象消失． (2)辉光放电的应用：利用其发光效应(如霓虹灯、 日光灯)以及正常辉光放电的稳压效应(如氖稳 压管)．
数倍． 答案：带电荷量都为e的整数倍
油滴编 号
电荷量 /C
1
2
3
6.41×10 9.70×1 1.6×10
－19
0－19
－19
4
4.82×10
－19
解析：由表中电荷量一栏中的数据可以看出， 6.41×10－19大约为1.6×10－19的4倍，9.70×10 － 19 大 约 为 1.6×10 － 19 的 6 倍 ， 1.6×10 － 19 为 1.6×10－19的1倍，4.82×10－19约为1.6×10－19 的3倍．故可以得出油滴的带电荷量都为e的整
偏转 解析：选BD.阴极射线是在真空管中由阴极发出 的电子流，B正确，C错．电子可被电场、磁场偏 转，D正确．
高中物理 18.1 电子的发现 新人教版选修3-5
R m BR
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 y1 2at21 2 ·m q U d(L v)2,故 m q2 U y d L v 22. 所以在偏转电场U、d、L已知时，只需测量v和y即可.
ppt课件
【典例】一束电子流在经U=5 000 V 的加速电压加速后，在距两极板等距 处垂直进入平行板间的匀强电场，如 图所示.若两板间距d=1.0 cm，板长l= 5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两极板上最多 能加多大电压？
2
m
轨迹如图所示.
设圆周半径为R，在三角形Ode中，
有 L R 2 （ L ） 2 R 2 ， 整 理 得 ： R 5 L
2
8
洛伦兹力充当向心力：qvB m v2
R
联立上述方程，解得
q m
128U 25B2L2
.
ppt课件
【规律方法】
测比荷的方法
测量带电粒子的比荷，常见的测量方法有两种：
(1)利用磁偏转测比荷，由 qvBmv2得q v， 只需知道磁
ppt课件
【解题指导】解答本题应明确以下三点: (1)电子在加速电场中，可由动能定理求出粒子进入偏转电场 的初速度. (2)电子在偏转电场中做类平抛运动，即水平方向上做匀速运 动，竖直方向做匀加速运动. (3)粒子恰好能飞出极板与恰不能飞出极板是一临界状态，由 临界状态来确定极值.
ppt课件
【标准解答】在加速电压一定时，偏转电压U′越大，电子在极
ppt课件
2.(2011·无锡高二检测)关于空气导电性能，下列说法正确 的是( ) A.空气导电，是空气分子中有的带正电，有的带负电，在强 电场作用下向相反方向运动的结果 B.空气能够导电，是空气分子在射线或强电场作用下电离的 结果 C.空气密度越大，导电性能越好 D.空气密度变得越稀薄，越容易发出辉光
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 y1 2at21 2 ·m q U d(L v)2,故 m q2 U y d L v 22. 所以在偏转电场U、d、L已知时，只需测量v和y即可.
ppt课件
【典例】一束电子流在经U=5 000 V 的加速电压加速后，在距两极板等距 处垂直进入平行板间的匀强电场，如 图所示.若两板间距d=1.0 cm，板长l= 5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两极板上最多 能加多大电压？
2
m
轨迹如图所示.
设圆周半径为R，在三角形Ode中，
有 L R 2 （ L ） 2 R 2 ， 整 理 得 ： R 5 L
2
8
洛伦兹力充当向心力：qvB m v2
R
联立上述方程，解得
q m
128U 25B2L2
.
ppt课件
【规律方法】
测比荷的方法
测量带电粒子的比荷，常见的测量方法有两种：
(1)利用磁偏转测比荷，由 qvBmv2得q v， 只需知道磁
ppt课件
【解题指导】解答本题应明确以下三点: (1)电子在加速电场中，可由动能定理求出粒子进入偏转电场 的初速度. (2)电子在偏转电场中做类平抛运动，即水平方向上做匀速运 动，竖直方向做匀加速运动. (3)粒子恰好能飞出极板与恰不能飞出极板是一临界状态，由 临界状态来确定极值.
ppt课件
【标准解答】在加速电压一定时，偏转电压U′越大，电子在极
ppt课件
2.(2011·无锡高二检测)关于空气导电性能，下列说法正确 的是( ) A.空气导电，是空气分子中有的带正电，有的带负电，在强 电场作用下向相反方向运动的结果 B.空气能够导电，是空气分子在射线或强电场作用下电离的 结果 C.空气密度越大，导电性能越好 D.空气密度变得越稀薄，越容易发出辉光
高中物理人教版选修35《18.1电子的发现》(共15张PPT)
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。2021/9/62021/9/62021/9/62021/9/69/6/2021 14、谁要是自己还没有发展培养和教育好，他就不能发展培养和教育别人。2021年9月6日星期一2021/9/62021/9/62021/9/6 15、一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。2021年9月2021/9/62021/9/62021/9/69/6/2021 16、教学的目的是培养学生自己学习，自己研究，用自己的头脑来想，用自己的眼睛看，用自己的手来做这种精神。2021/9/62021/9/6September 6, 2021 17、儿童是中心，教育的措施便围绕他们而组织起来。2021/9/62021/9/62021/9/62021/9/6
实验结论：电子是原子的组成部分，是比原子更基本的 物质单元。
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。
You have to believe in yourself. That's the secret of success. 人必须相信自己，这是成功的秘诀。
2.运动分析 （1）未加电场和磁场时；
D1
-
k AB
p1 P2
+
D2
阴极射线不受力，做匀速直线运动到P1 （2）加电场、未加磁场
阴极射线只受电场力，做类平抛运动；
实验结论：电子是原子的组成部分，是比原子更基本的 物质单元。
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。
You have to believe in yourself. That's the secret of success. 人必须相信自己，这是成功的秘诀。
2.运动分析 （1）未加电场和磁场时；
D1
-
k AB
p1 P2
+
D2
阴极射线不受力，做匀速直线运动到P1 （2）加电场、未加磁场
阴极射线只受电场力，做类平抛运动；
人教版高中物理选修3-5课件： 18.1 电子的发现 (共23张PPT)
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。
历史上的两种观点的辩论
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，J.J.汤姆孙。认为这种 射线的本质是一种高速粒子流。
思考与讨论 根据带电粒子在电场、磁场中的运动规律，哪些
电子
原子核
金属原子
问题与练习解答：
1、汤姆孙是怎样发现电子的?
解： 汤姆逊根据阴极射线在电场和磁场中的偏转现象， 确定了其本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比 荷；
进一步的实验发现，不同物质做成的阴极发出的射 线的粒子都有相同的比荷，说明这种带电粒子是构成物 质的共同成分；
用这种粒子的比荷与氢离子比荷比较，并用实验测 出了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量相同，质量又比 氢原子的质量小得多。根据这些，汤姆逊发现了电子。
18.1电子的发现
在欣赏这美丽的灯光时，你何曾意识到，这 里发光的多是通电后的气体？
很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子 是原子，原子是一种不可再分割的粒子。这种认识 一直统治了人类思想近两千年。19 世纪末，在对 气体放电现象的研究中，科学家发现了电子。从而 得出：原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。 使人类对微观世界有了新的认识。电子的发现是19 世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。
电磁波的发现者赫兹是“阴极射线是电磁波”观点的支持者。
他也曾在阴极射线管中施加垂直于阴极射线的电场，但是没有看 到偏转。因此，他认为阴极射线是不带电的。其实这是由于管中 真空度不高造成的。汤姆孙在重复赫兹的这个实验时，起初也看 不到偏转。后经仔细分析，发现了问题，于是改善真空条件，终 于如愿以偿。
历史上的两种观点的辩论
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，J.J.汤姆孙。认为这种 射线的本质是一种高速粒子流。
思考与讨论 根据带电粒子在电场、磁场中的运动规律，哪些
电子
原子核
金属原子
问题与练习解答：
1、汤姆孙是怎样发现电子的?
解： 汤姆逊根据阴极射线在电场和磁场中的偏转现象， 确定了其本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比 荷；
进一步的实验发现，不同物质做成的阴极发出的射 线的粒子都有相同的比荷，说明这种带电粒子是构成物 质的共同成分；
用这种粒子的比荷与氢离子比荷比较，并用实验测 出了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量相同，质量又比 氢原子的质量小得多。根据这些，汤姆逊发现了电子。
18.1电子的发现
在欣赏这美丽的灯光时，你何曾意识到，这 里发光的多是通电后的气体？
很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子 是原子，原子是一种不可再分割的粒子。这种认识 一直统治了人类思想近两千年。19 世纪末，在对 气体放电现象的研究中，科学家发现了电子。从而 得出：原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。 使人类对微观世界有了新的认识。电子的发现是19 世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。
电磁波的发现者赫兹是“阴极射线是电磁波”观点的支持者。
他也曾在阴极射线管中施加垂直于阴极射线的电场，但是没有看 到偏转。因此，他认为阴极射线是不带电的。其实这是由于管中 真空度不高造成的。汤姆孙在重复赫兹的这个实验时，起初也看 不到偏转。后经仔细分析，发现了问题，于是改善真空条件，终 于如愿以偿。
2022-2021学年高中人教版物理选修3-5课件：18.1 电子的发现 （共25张PPT）
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，汤姆孙。认为这种射线的本 质是一种高速粒子流。
根据带电粒子在电场、磁场中的运动规律，哪 些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？
答 带电粒子垂直于电场线或磁感线进入电场（磁 场），根据它们在场区内运动的偏转情况进行判定。
？ 想一想
为使阴极射线不发生偏转，在平行金属极板区域 应采取什么措施？
在平行金属板区域加一磁场且磁场方向垂直纸面向外，当 满足条件 qʋB = qE 时，阴极射线不发生偏转，即ʋ= E/B。
方法一：若撤去磁场，阴极射线由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， 你能算出阴极射线微粒的比荷吗？
屏
L
D
幕
m q ʋ0
P1
y
P2
L
m q v0 θ
D
屏
幕
R L
P1
cos
θ
y
R m0 qB
R θ
0
E B
P2
q E cos
m
B2L
O
只要测出粒子打到屏上的速度方向(与水平方向的夹角 θ )
小结
比荷求法
1. 用“电偏转”测定组成阴极射线的粒子的比荷
的表达式
q
Ey
m (D L)B2L
2
2. 用“磁偏转”测定组成阴极射线的粒子的比荷
演示实验
新课讲授
一、阴极射线
早在1858 年，德国物理学家普吕克尔就发现了气体导电 时的辉光放电现象。
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。
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，汤姆孙。认为这种射线的本 质是一种高速粒子流。
根据带电粒子在电场、磁场中的运动规律，哪 些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？
答 带电粒子垂直于电场线或磁感线进入电场（磁 场），根据它们在场区内运动的偏转情况进行判定。
？ 想一想
为使阴极射线不发生偏转，在平行金属极板区域 应采取什么措施？
在平行金属板区域加一磁场且磁场方向垂直纸面向外，当 满足条件 qʋB = qE 时，阴极射线不发生偏转，即ʋ= E/B。
方法一：若撤去磁场，阴极射线由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， 你能算出阴极射线微粒的比荷吗？
屏
L
D
幕
m q ʋ0
P1
y
P2
L
m q v0 θ
D
屏
幕
R L
P1
cos
θ
y
R m0 qB
R θ
0
E B
P2
q E cos
m
B2L
O
只要测出粒子打到屏上的速度方向(与水平方向的夹角 θ )
小结
比荷求法
1. 用“电偏转”测定组成阴极射线的粒子的比荷
的表达式
q
Ey
m (D L)B2L
2
2. 用“磁偏转”测定组成阴极射线的粒子的比荷
演示实验
新课讲授
一、阴极射线
早在1858 年，德国物理学家普吕克尔就发现了气体导电 时的辉光放电现象。
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。
人教版高中物理选修3-5《18.1电子的发现》课件
三、阴极射线的本质
1、阴极射线的本质是电子。
2、电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
3、电子的电荷量与氢离子的电荷量相同。
发现电子以后，汤姆孙进一步研究又发现了许多新现象：
正离子的轰击 金属受热
紫外线照射
阴极射线 热离子流 光电流
电子
放射性物质
β射线
赫兹 H.Rudolf Hertz
四、电子的电量和质量
1、电量：e=1.60217733×10－19 C（现代值） e=1.6×10－19 C （近似值）
二、电子发现的起因
19世纪也是电磁学大发展的时期, 电气照明吸引了许多科学 家的注意。人们竞相研究与低压气体放电现象有关的问题。
早在1858年，德国物理学家普吕克尔利用气体放电管研究 气体放电时发现一种奇特的现象：在玻璃管壁上看到淡淡的荧 光及管中物体在玻璃壁上的影子。
1876年德国物理学家戈德斯坦研究后认为：管壁上的荧光 是受到阴极发出的某种射线撞击而引起的，因此命名为阴极射 线。
物理选修3-5 第十八章 原子的结构
18.1 电子的发现
科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验。有时一条腿走在 前面，有时另一条腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前进。
————密立根
学习目标：
1、知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的 组成部分，是比原子更基本的物质单元。
2、体会电子的发现过程中蕴含的科学方法。 3、知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的
对阴极射线的本质存在两种观点的原因（阅读）
有的物理学家用点状的阴极发出阴极射线，并在阴极和阳极之间 放置障碍物进行试验，在产生荧光的管壁上就出现障碍物清晰的影子， 证明了阴极射线是直线传播的，并且根据阴极射线在磁场中偏转的事 实，提出阴极射线是由带电的“微粒”组成的假说。
1、阴极射线的本质是电子。
2、电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
3、电子的电荷量与氢离子的电荷量相同。
发现电子以后，汤姆孙进一步研究又发现了许多新现象：
正离子的轰击 金属受热
紫外线照射
阴极射线 热离子流 光电流
电子
放射性物质
β射线
赫兹 H.Rudolf Hertz
四、电子的电量和质量
1、电量：e=1.60217733×10－19 C（现代值） e=1.6×10－19 C （近似值）
二、电子发现的起因
19世纪也是电磁学大发展的时期, 电气照明吸引了许多科学 家的注意。人们竞相研究与低压气体放电现象有关的问题。
早在1858年，德国物理学家普吕克尔利用气体放电管研究 气体放电时发现一种奇特的现象：在玻璃管壁上看到淡淡的荧 光及管中物体在玻璃壁上的影子。
1876年德国物理学家戈德斯坦研究后认为：管壁上的荧光 是受到阴极发出的某种射线撞击而引起的，因此命名为阴极射 线。
物理选修3-5 第十八章 原子的结构
18.1 电子的发现
科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验。有时一条腿走在 前面，有时另一条腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前进。
————密立根
学习目标：
1、知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的 组成部分，是比原子更基本的物质单元。
2、体会电子的发现过程中蕴含的科学方法。 3、知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的
对阴极射线的本质存在两种观点的原因（阅读）
有的物理学家用点状的阴极发出阴极射线，并在阴极和阳极之间 放置障碍物进行试验，在产生荧光的管壁上就出现障碍物清晰的影子， 证明了阴极射线是直线传播的，并且根据阴极射线在磁场中偏转的事 实，提出阴极射线是由带电的“微粒”组成的假说。
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3. 由以上两式确定粒子的比荷表达式：mq ＝BE2r，最后经定 量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子。
1．实验过程中，哪些物理量是可控并且可以直接测量的？ 提示：电场强度电粒子速度垂直磁场方向进入磁场，粒子做什么运 动？ 提示：匀速圆周运动。
倍。 质子的质量与电子的质量的比值： 1836∶1 。
1．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。
2．汤姆孙的进一步研究 汤姆孙进一步研究发现，不论是阴极射线、β 射线、光电效 应中的光电流还是热离子发射效应中的离子流，它们都包含 电子 。 结论：电子是从原子中发射出来的，它的质量只比最轻原子 的质量的两千分之一稍多一点，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。
3．对电子的认识 电子电荷量 e＝ 1.602×10－19 C ，是由密立根通过著名的 “ 油滴实验 ”测出来的。 密立根发现，电荷是 量子化 的，任何电荷只能是 e 的整数
解析：阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故 A、 B 错；阴极射线最早由德国物理学家戈德斯坦在 1876 年提出并 命名，故 C 对；阴极射线本质是电子流，故 D 错。
答案：C
1．阴极射线是如何产生的？ 提示：在研究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，这种射线为阴极射线。 2．阴极射线的本质是什么？ 提示：电子流。
2．只有阴极射线中包含电子吗？ 提示：不是只有阴极射线中包含电子。β 射线、光电效应中 的光电流、热离子发射效应中的离子流，都包含电子。
课堂合作探究
要点一 阴极射线
1. 演示实验：如图所示，真空玻璃管中，K 是金属板制成 的阴极，接在感应线圈的负极上，金属环制成的阳极 A，接感应 线圈的正极，接通电源后，观察管端玻璃壁上亮度的变化。
难点：电子比荷的推导。
课前自主学习
一、阴极射线
在充有稀薄气体的玻璃管两端安装电极，当两极间加上一定 电压时，阴极便发出一种看不见的射线，这种射线叫做 阴极射线。
二、电子和发现 1．汤姆孙的探究方法及结论 汤姆孙根据阴极射线在 电场 和 磁场 中的偏转判定，它 的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。 汤姆孙用不同材料的阴极做实验，所得的比荷都是 相同 的，是氢离子比荷的近两千倍。 汤姆孙直接测量了阴极射线粒子的电荷量，得到这种粒子的 电荷量大小与 氢离子 大致相同。后来把组成阴极射线的粒子 称为 电子 。
要点二 带电粒子比荷的测定
1. 让粒子通过正交的电磁场(如图所示)，让其做直线运动， 根据二力平衡，即 F 洛＝F 电(Bqv＝qE)得到粒子的运动速度 v＝EB。
2. 在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图所示)，保留磁 场让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦力提供向心力即 Bqv＝ mrv2，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径 r。
第十八章 原子结构
第1节 电子的发现
[学习目标] 1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子 的组成部分，是比原子更基本的物质单元。 2.体会电子的发现 过程中蕴含的科学方法。 3.知道电荷是量子化的，即任何电荷 只能是 e 的整数倍。 4.领会电子的发现对揭示原子结构的重大 意义。
[知识定位] 重点：1.电子的发现和认识过程。 2.电子的 电荷量和质量、比荷。
对阴极射线的理解 1．阴极射线实际上就是电子束。 2．辉光现象产生的条件是：气体稀薄。 3．阴极射线的来源：若真空度高，阴极射线的粒子主要来 自阴极；若真空度不高，粒子可能来自管中气体。 4．阴极射线不是 X 射线。
5．阴极射线带电性质的判断方法 阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中所受电场力(或洛 伦兹力)远大于所受重力，故研究电磁力对电子运动的影响时， 一般不考虑重力的影响，其带电性质的判断方法如下： (1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光 屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质。 (2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置 的变化和左手定则确定带电的性质。
2. 实验现象：德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到 了玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
3. 实验分析：荧光的实质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。
4．对阴极射线本质的认识 对于阴极射线的本质，科学家做了大量的科学研究，主要形 成了两种观点。 (1)电磁波说 代表人物——赫兹，他认为这种射线的本质是一种电磁辐 射。 (2)粒子说 代表人物——汤姆孙，他认为这种射线的本质是一种带电粒 子流。
1．阴极射线管发出荧光的原因是什么？ 提示：阴极射线是带负电的粒子流，它高速运动打到玻璃壁 上，使管壁发出荧光。 2．如何判断阴极射线是电磁波还是带电粒子？ 提示：使阴极射线垂直进入偏转电场或偏转磁场，通过打在 荧光屏上的亮点的位置，判断是带电粒子还是电磁波。
例 1 关于阴极射线，下列说法正确的是( ) A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象 B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流 C．阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的 D．阴极射线就是 X 射线
例 2 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：阴极射线是原子受到激发而射出的电子流。关于阴极 射线是电磁波、X 射线等都是研究阴极射线过程中的一些猜想， 后来经证明都是错的。
答案：C
例 3 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′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 L1，极板间距为 b，极板右端到荧光屏的距离为 L2。