(共23张PPT)
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
4.1 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。
一、人类对物质结构研究的漫长之旅：
2、近代原子论：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。这一理论不仅为化学，也为物理学带来深远的影响。
1、古希腊原子论：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、无限小的、不可分割的微粒构成的，即原子。
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。
二、电子发现的起因
有的物理学家把阴极做的很大，在阴极和阳极之间放的障碍物又很小，结果发现管壁上出现了障碍物模糊的阴影，即阴极射线发生了明显的衍射。这是波的特点。物理学家赫兹也做了大量的实验，希望看到阴极射线在电场中偏转，但却没看到（原因是当时的阴极射线管真空度不高，低真空是电导体，其中的静电场建立不起来）因此认为阴极射线是一种电磁波。
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。
对阴极射线的本质存在两种观点的原因（阅读）
赫兹
H.Rudolf Hertz
1857 ～ 1894
德国
认为阴极射线是一种“电磁波”
J.J 汤姆孙
J.J Thomson
1857 ～ 1940
英国
认为阴极射线是一种“带电微粒”
PK
实验装置：气体放电管
由阴极C发出的带电粒子通过小孔AB形成一束细细的阴极射线，它穿过两片平行的金属板D1D2之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上P1点
汤姆孙的实验（电子发现的实验事实一）
思考：
1、实验目的是什么？
2、判断阴极射线是否是带电粒子流的基本方法是什么？
3、测阴极射线比荷的基本思路是怎样的？
4、哪些量可以当做已知量处理？
1、实验目的：
（1）判断阴极射线是否带电
（2）如果阴极射线带电，则测出其比荷。
2、判断阴极射线是否是带电粒子流的基本方法是什么？
让带电粒子通过电场或磁场，观察它是否偏转。
如果偏转则带电，否则不带电。
（1）先加电场使阴极射线偏转
（2）再加磁场，调整电场磁场的强度，使阴极射线不偏转
（3）每个阴极射线微粒受到的库仑力等于洛伦兹力，
求出阴极射线的速度
（4）只保留磁场，阴极射线只受洛伦兹力，做匀速圆周运动，
再求比荷
4、哪些量可以当做已知量处理？
场强E，磁感应强度B，圆周运动的半径r
3、测阴极射线比荷的基本思路是怎样的？
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？怎么判断的？
答：带负电，因为场强E的方向竖直向上,而射线向下偏，说明电场力F的方向竖直向下，所以射线带负电。
2. 再加磁场抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到 P1，需要在两块金
属板之间的区域再施加一个大小、方向合适的磁场。
这个磁场的方向是？根据什么判断？
写出此时每个阴极射线微粒（质量为m，速度为v）受到的洛仑兹
力和电场力。速度v的表达式是什么？
答：垂直于黑板面向外，用左手定则判断
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
V
qE
qVB
＋＋＋＋＋＋＋＋＋
－－－－－－－－－
D1
D2
F电=qE
F洛=qvB
3、 去掉D1、D2间的电场E，只保留磁场B，阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧(r可以通过P3的位置算出) 。
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
B
V
L
qVB
O
r
实验结论：
阴极射线是带负电的粒子流
还可求出这种粒子的比荷。
d
x
y
θ
θ
P3
P1
（实验事实二)汤姆孙还发现用不同材料的阴极做实验，比荷数值都相同。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
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。
（实验事实三）汤姆孙还由实验测得的阴极射线的比荷是氢离子的比荷近2000倍。后来，汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量，尽管当时测量很不准确，但足以证明这种粒子的电荷量与氢离子大致相同，质量比氢离子小得多。
正离子的轰击
紫外线照射
放射性物质
阴极射线
光电流
β射线
电子
金属受热
热离子流
发现电子以后，汤姆孙进一步研究又发现了许多新现象：
J.J 汤姆孙
J.J Thomson
1857 ～ 1940
英国
认为阴极射线是一种“带电微粒”
赫兹
H.Rudolf Hertz
1857 ～ 1894
德国
认为阴极射线是一种“电磁辐射”
我看到的是：
1、它在电场中不偏转，因此不带电
2、它能穿透薄铝片，粒子是做不到
的，但波可以!
WIN
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
1、电量：e=1.60217733×10－19 C（现代值）
e=1.6×10－19 C （近似值）
（美国科学家密立根通过著名的“油滴实验”精确测定）
2、质量：me=9.1093897×10－31 kg
3、质子质量与电子质量的比值:
mp/me = 1836（mp=1.67×10 －27kg ）
4、电子电荷是最基本的带电单位——元电荷e
即任何带电体的电荷量只能是e的整数倍。
电荷是量子化的。
四、电子的电量和质量
练习：
1、电子的发现说明（ ）
A、原子是由原子核和电子组成的
B、物质是带电的且一定带负电
C、原子可进行再分
D、原子核可再分
2、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的辉光放电现象
B、阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流
C、阴极射线是某一频率的电磁波
D、阴极射线可以直线传播，也可被电场、磁场偏转
C
BD
课堂小结：
继汤姆孙发现电子后，卢瑟福提出核式结构原子模型；20世纪初，玻尔建立了氢原子模型，这才使得原子理论趋于完善，现代原子论认为：原子包含原子核和绕原子核转动的电子，原子核含有质子和中子，电子轨道有多层，外层势能高，内层势能低，电子吸收能量就跑到外层轨道，放出能量就跌入内层轨道，放出的能量以光子的形式发射出去，能量大小不等，光波的频率就不同，原子就这样和光波，进而和颜色及色觉联系起来了。
阅读材料：
19世纪末，物理学的三项重大的实验发现：X射线、放射性和电子。电子的发现使人们认识到自然界还有比原子更小的实物。电子的发现打开了通向原子物理学的大门 ,人们开始研究原子的结构。
