实验 阴极射线
《电子的发现》 知识清单
《电子的发现》知识清单一、电子发现的背景在 19 世纪末，物理学界正处于一个重大变革的时期。
当时，科学家们对于物质的本质和电现象的理解还存在许多困惑和未知。
人们已经知道电流可以在导体中流动，并且对于电荷的基本性质有了一定的认识。
然而，对于构成电流的微观粒子究竟是什么，仍然没有清晰的答案。
二、关键人物1、约瑟夫·约翰·汤姆孙（J J Thomson）汤姆孙是电子发现的关键人物。
他在剑桥大学卡文迪许实验室进行了一系列开创性的实验研究。
三、实验探索1、阴极射线实验汤姆孙通过对阴极射线的研究，为电子的发现奠定了基础。
在一个抽成真空的玻璃管中，装上两个电极，阴极和阳极。
当在两极间加上高电压时，从阴极会发射出一种射线，这就是阴极射线。
汤姆孙通过改变电场和磁场的强度和方向，发现阴极射线会发生偏转。
这表明阴极射线是由带负电的粒子组成的。
2、测定粒子的荷质比汤姆孙巧妙地设计实验，测量了阴极射线粒子的荷质比（电荷与质量的比值）。
他让阴极射线通过电场和磁场，根据粒子在电场和磁场中的偏转情况，计算出了荷质比。
这个荷质比的值远远大于当时已知的任何带电粒子，这暗示着这是一种全新的、质量极小的带电粒子。
四、电子的性质1、电荷电子带有负电荷，其电荷量为基本电荷，约为1602×10^－19 库仑。
2、质量电子的质量非常小，约为 9109×10^－31 千克。
3、运动电子在原子中围绕原子核运动，遵循一定的轨道和能量规律。
五、电子发现的意义1、对原子结构的认识电子的发现打破了传统的“原子不可分割”的观念，为人们理解原子的结构提供了关键的线索。
2、开启粒子物理学的新时代电子的发现开启了粒子物理学的研究，促使科学家们进一步探索微观世界的奥秘。
3、对电学和电子技术的推动电子的发现为电学和电子技术的发展奠定了基础，推动了电子学、半导体技术等领域的巨大进步。
六、后续研究与发展1、量子力学的发展电子的行为在微观领域表现出了量子特性，这促使了量子力学的发展。
物理学发展史上的两朵乌云
Байду номын сангаас “电磁质量”的发现
在研究阴极射线并测量其荷质比时，人们遇到了一个奇特现象，电子的质量 会随速度的增加而增加，这一事实为爱因斯坦狭义相对论提供了重要依据。1878 年罗兰用实验演示了运动电荷产生磁场的事实，促使人们开始研究运动带电体的 问题。1881 年，J.J.汤姆生首先提出，既然带电体运动要比不带电体需要外界 作更多的功，带电体的动能就要比不带电体大，换言之，带电体应具有更大的质 量。后来，人们用“电磁质量”来代表这一部分增加的质量。这时，电子已经发 现，电子已被认为是物质的最小组成部分。人们开始注意在实验中研究电磁质量 问题。
1871 年，英国物理学家瓦尔利从阴极射线在磁场中受到偏转的事实，提出 这一射线是由带负电的物质微粒组成的设想。他的主张得到本国人克鲁克斯和舒 斯特的赞同。于是在19 世纪的后30 年，形成了两种对立的观点：德国学派主张 以太说，英国学派主张带电微粒说。双方争持不下，谁也说服不了谁。为了找到 有利于自己观点的证据，双方都做了许多实验。克鲁克斯证实阴极射线不但能传 递能量，还能传递动量。他认为阴极射线是由于残余气体分子撞到阴极，因而带 上了负电，又在电场中运动形成“分子流”。以太论者不同意这一说法，用实验 加以驳斥。哥尔茨坦做了一个很精确的光谱实验。他用一根特制的L 形放电管， 电极A、B 可以互换，轮流充当阴极，用光谱仪观测谱线。如果阴极射线是分子 流，它发出的光应产生多普勒效应，即光的频率应与分子流速度方向有关。可是， 不管是那一端发出阴极射线，谱线的波长都没有改变。这就证明了分子流之说站 不住脚。以太论者认为这是对以太说的一个支持。
1901 年考夫曼用β射线做实验，证实电子的质荷比确随速度的增大而增大。 第一次观测到了电磁质量。1903 年，阿伯拉罕用经典电磁理论系统地研究了电 磁质量问题，导出了电磁质量随速度变化的关系。1904 年，洛仑兹把收缩假设 用于电子，推出关系;这个关系也可以从爱因斯坦的狭义相对论推导出来，所以 叫洛仑兹-爱因斯坦公式。然而，考夫曼的进一步实验却倾向于经典理论，他宣 称：“量度结果与洛仑兹-爱因斯坦的基本假设不相容。”对此，爱因斯坦在 1907 年写道：“阿伯拉罕的电子运动理论所给出的曲线显然比相对论得出的曲 线更符合于观测结果。但是，在我看来，那些理论在颇大程度上是由于偶然碰巧 与实验结果相符。因为它们关于运动电子质量的基本假设不是从总结了大量现象 的理论体系得出来的。”果然，不久后，好几个地方做了新的实验，证明爱因斯 坦的结果符合实际。就这样，从经典物理学提出的电磁质量问题，反而成了相对
历史上注明的 科学实验例子
历史上注明的科学实验例子科学实验是科学研究的重要手段之一，通过实验可以验证和证实科学假设、探索未知领域。
下面列举了历史上一些著名的科学实验例子。
1. 托马斯·杨的双缝实验（1801年）托马斯·杨进行了一系列实验，探索光的波动性质。
他在一块板上打了两个小孔，并让光通过这两个小孔后在墙上形成干涉条纹。
这个实验表明光具有波动性质，支持了波动理论。
2. 迈克尔逊-莫雷实验（1887年）迈克尔逊和莫雷进行了一个实验，旨在测量以太的存在。
他们使用干涉仪测量光的速度，结果发现光速在不同方向上是恒定的，这与以太理论相矛盾。
这个实验为爱因斯坦的相对论提供了重要的支持。
3. 弗朗茨·雷麦制备尿素实验（1828年）弗朗茨·雷麦是第一个成功合成有机化合物尿素的人。
他通过将银氰酸和铵氢氨混合制成尿素。
这个实验打破了当时普遍认为有机化合物只能通过生物合成的观念，奠定了有机化学的基础。
4. 汤姆逊的阴极射线实验（1897年）约瑟夫·汤姆逊通过实验发现了阴极射线，这是电子的存在证据。
他在一个真空玻璃管中加入了两个电极，当加高电压时，发现从阴极射向阳极的射线。
这个实验为电子学的发展奠定了基础。
5. 门德尔的豌豆杂交实验（1865年）格雷戈尔·门德尔通过豌豆的杂交实验，提出了遗传学中的基本规律。
他观察到某些特征在杂交后会消失，但在后代中再次出现，从而推导出了遗传物质的传递规律，即基因的概念。
6. 波尔的铝实验（1911年）尼尔斯·波尔进行了一个实验，证明了原子的量子化特性。
他将气态铝蒸发到真空中，并通过测量发射的光谱线发现了能级跃迁现象。
这个实验支持了量子力学的发展。
7. 卢瑟福的金箔散射实验（1911年）欧内斯特·卢瑟福进行了一系列实验，探索原子结构。
他将α粒子轰击金箔，并观察到一些α粒子被散射的现象。
这个实验揭示了原子核的存在和原子的空间结构。
8. 布尔的氢离子实验（1913年）尼尔斯·波尔通过实验，研究了氢离子的能级结构。
电子的发现--优质获奖精品课件 (14)
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 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 1.92×105 N/C，油滴半径是 1.64×10－4 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？(g 取 9.8 m/s2)
(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 θ，求出阴极射线的比荷．
【解析】 (1)由于阴极射线向上偏转，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．
【答案】 CD
利用电场使阴极射线发生偏转计算阴极射线的比荷 阴极射线以速度 v0 沿垂直于电场线的方向进入匀强电场，粒子受 到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做匀变速曲线运动．将其 运动进行分解：沿初速度方向做匀速直线运动，沿电场力方向做初速 度为零的匀加速直线运动．然后根据牛顿第二定律和运动学公式求出 其偏转的距离，进而求出其比荷．
情境·引入 现代人已能“看到”原子的模样，而在没有先进实验设施 的过去，人们是怎样感知物质的结构的呢？汤姆孙又是怎样发 现电子的呢？电子的发现对人们认知物质世界的微观结构本质 又有什么重大意义呢？带着上述问题进入我们今天的学习．
一、阴极射线
1．演示实验：如右图所示，真空玻璃管中 K 是金属板制成的阴 极，接感应线圈的负极，A 是金属环制成的阳极，接感应线圈的正极， 接电源后，可观察管壁上亮度变化．
X射线的产生原理及其应用
X射线的产生原理及其应用1. X射线的产生原理X射线是一种高能电磁辐射，它可以穿透物体并被物体内部的结构吸收或散射。
X射线的产生原理主要包括以下几个方面：1.阴极射线产生：X射线最早是由威廉·康拉德·伦琴巴赤裸眼发现的，他在实验中使用了有阴阳极的真空管。
当在真空管中加高电压时，阴极放出高速电子射线。
这些电子射线击中阳极的金属靶上，发生急剧减速并产生浓缩在一点的电子云，这个电子云发出了非常强烈的辐射，即X射线。
2.布拉格衍射：布拉格衍射是一种通过晶体表面的定向散射来分析物质内部结构的方法。
X射线经过晶体时，由于晶格间距的规则性，X射线通过晶格后将会发生衍射现象。
这种衍射现象可以用来测定晶体的晶格常数和分子结构。
3.同步辐射：同步辐射是指将高能电子束注入到加速器中，使其具有几千万伏的能量，然后将电子束高速注入磁场中，使电子束做同步回转运动。
在电子束的运动中，会发生辐射，产生出能量非常高的X射线。
同步辐射具有狭谱、高亮度和极短脉冲等特点，广泛应用于材料科学、生物学和化学研究中。
2. X射线的应用X射线由于其穿透力强、能量高等特点，在科学研究和工业领域有着广泛的应用。
以下为X射线在不同领域的应用：2.1 医学领域•医学影像学：X射线在医学影像学中得到广泛应用，例如X射线造影、X射线摄影和计算机断层扫描（CT扫描）。
这些技术通过对人体内部的组织和器官进行X射线照射和记录，可以提供重要的诊断和治疗信息。
•放射治疗：X射线也可以用于放射治疗，即利用X射线对肿瘤进行有针对性的照射，以杀死癌细胞或减少其生长。
这种治疗方法在肿瘤学中有着重要的地位。
2.2 材料科学领域•X射线衍射：X射线衍射广泛应用于材料科学中的晶体结构分析、晶体缺陷研究和晶格畸变分析等方面。
借助X射线衍射技术，研究人员可以了解材料的晶体结构和性质。
•X射线荧光光谱：X射线荧光光谱可以用于材料的定性和定量分析。
通过照射材料样品，样品会发射出特定波长的荧光X射线，根据荧光X射线的能谱分析，可以确定样品中各元素的含量和分布情况。
伦琴发明了什么
伦琴发明了什么1895年，一位德国人因为在实验中的一项伟大发明而让人类开始了近代物理学的研究。
此人就是伦琴，曾一直致力于于物理学实验以及教学的相关工作。
下面是店铺搜集整理的伦琴的发明，希望对你有帮助。
伦琴的发明伦琴在做试验时发现了一种人类未知的射线，而在此之后，这项发明促进人类开始了近代物理学的征程。
1895年11月，物理学家伦琴将自己实验室的门紧紧关闭，开始在实验室里进行自己的阴极射线实验，伦琴为了防止光线射进来影响实验，于是把四周透光的地方全用黑布遮了起来，在实验装置上，他用了一个玻璃壁管，还用了黑色的封套将这个玻璃管套了起来，在确定玻璃管不会透光之后，伦琴开始了实验研究。
在出现了阴极射线的时候，伦琴切断了电源，他发现不远处的工作台上，在一块荧光屏上有一些蓝白色的光照射出来，但是阴极射线是不可能穿透玻璃管的，伦琴反复地利用书页、木板、橡皮等物质来做实验，他发现这些较薄的物体都被这种射线穿透了。
伦琴还让他的夫人用手来做实验，发现这种射线可以照出手掌的骨架结构，他给这种射线起了一个名字，叫作“X射线”。
此后，伦琴又创作论文阐述了这一射线的理论，之后伦琴的发明传遍了全世界，为了纪念他，人们也称之为伦琴线。
伦琴发明的X射线在各大领域引起震动，X射线现已被被应用于多个领域，意义重大。
伦琴简介伦琴(威廉·伦琴，1845年3月27日-1923年2月10日)，德国物理学家。
1895年11月8日，时为德国维尔茨堡大学校长的伦琴在进行阴极射线的实验时，观察到放在射线管附近涂有氰亚铂酸钡的屏上发出的微光，最后他确信这是一种尚未为人所知的新射线。
这种光有非常强的穿透力，为了表明这是一种新的射线，伦琴采用表示未知数的X将其命名为X射线。
并于1901年获诺贝尔物理学奖，是世界上第一位获得此殊荣的人。
伦琴1845年3月27日出生在德国尼普镇。
3岁时全家迁居荷兰并入荷兰籍。
1865年迁居瑞士苏黎世，伦琴进入苏黎世联邦工业大学机械工程系。
物理学家伦琴发现x射线的作文例子
物理学家伦琴发现x射线的作文例子篇一1895年，德国物理学家伦琴在维尔茨堡大学的实验室里捣鼓阴极射线管。
这玩意儿在当时可是新鲜货，大家都在研究它发出的神秘光线。
伦琴也不例外，他正忙着用黑纸把管子包得严严实实，生怕漏出一丝光线影响实验。
那天晚上，实验室里安静得能听见自己的心跳。
伦琴正准备收工，突然瞥见旁边涂了荧光粉的纸板在黑暗中发出微弱的光芒。
这不对劲啊，管子明明被黑纸裹得密不透风，光线怎么可能透过来？他揉了揉眼睛，确认不是幻觉。
伦琴的好奇心一下子被勾起来了。
他找来各种材料挡在管子前面，木头、纸片、金属片，结果发现这些材料对那种神秘射线的阻挡能力各不相同。
最让他惊讶的是，当他无意中把手放在射线路径上时，荧光屏上竟然出现了手骨的影子！这下可把伦琴吓坏了。
他把自己关在实验室里整整六个星期，反复验证这个发现。
为了排除干扰，他干脆把床搬进了实验室，饿了就啃几口面包，困了就打个盹。
妻子贝尔塔来送饭，他还拿她做实验，拍下了人类历史上第一张X光片——贝尔塔戴着戒指的手骨照片。
伦琴给这种神秘射线取名"X射线"，因为X在数学中代表未知数。
1895年12月28日，他发表了论文《一种新的射线》，轰动了整个科学界。
第二年，他就获得了首届诺贝尔物理学奖，但他坚持把奖金捐给了维尔茨堡大学。
X射线的发现彻底改变了科学界。
医生们终于不用开膛破肚就能看到人体内部，物理学家们开始重新思考光和物质的关系。
爱因斯坦后来研究光电效应，就是受到X射线的启发。
现代CT扫描、X光衍射技术，都源于伦琴的发现。
但你知道吗？在伦琴之前，其实已经有人遇到过类似现象。
英国物理学家克鲁克斯就曾发现实验室里的照相底片莫名其妙地曝光了，但他没当回事。
美国发明家爱迪生的助手也注意到阴极射线管附近的荧光现象，却以为是普通的光线。
只有伦琴，凭着敏锐的观察力和严谨的科学态度，抓住了这个改变历史的机会。
现在想想，要是伦琴那天晚上没注意到那块发光的纸板，或者觉得太晚了明天再说，人类认识微观世界的进程可能就要推迟好多年。
伦琴发现x射线的故事
伦琴发现x射线的故事
1895年11月8日，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴在实验
室里偶然发现了一种能够穿透物体并在屏幕上留下阴影的神秘射线。
这种射线后来被称为x射线，成为了医学、科学和工业领域的重要
工具。
伦琴当时正在研究阴极射线管，他将管子包裹在黑纸中，发现
放在管子附近的一块荧光屏上出现了一些奇怪的影子。
伦琴非常好奇，他开始进行了一系列实验，最终确定了这些影子是一种新的射线。
他称之为x射线，其中的“x”代表未知。
伦琴的发现引起了科学界的轰动。
他的实验表明，x射线可以
穿透人体组织并在照片上留下清晰的影像，这为医学影像学的发展
提供了重要的基础。
同时，x射线还被广泛应用于工业领域，用于
检测金属零件的内部缺陷。
随着对x射线的研究不断深入，人们逐渐发现了它的危险性。
长时间暴露在x射线下会导致皮肤灼伤、白内障甚至致癌。
因此，
使用x射线的人们必须采取必要的防护措施，以减少对健康的危害。
伦琴的发现改变了世界。
x射线的应用不仅使医学诊断更加准确，也为科学研究和工业生产提供了便利。
然而，我们也必须认识到x射线的危险性，采取有效的防护措施，以确保人们的健康和安全。
总的来说，伦琴发现x射线的故事告诉我们，科学发现往往是偶然的，但却能够改变世界。
我们应该珍惜每一个发现，同时也要认识到科学技术的发展需要我们保持警惕，以免造成不可挽回的伤害。
希望我们能够在科学探索的道路上越走越远，同时也能够保护好自己和他人的健康。
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实验3.观察阴极射线 实验原理：
1.19世纪末，科学家们发现了电子，从而认识到： 是可以分割是的，是由 组成的。
2.阴极射线管中的管壁上的荣耀是由于玻璃受到 发出的 撞击而引起，这种射线命名为 。
实验结论：
1. 阴极射线管中感应线圈的作用是什么？
2. 阴极射线是如何发现的？ 实验拓展：
1. 玻璃管壁上的亮度变化是由什么引起的？
2. 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。
实验器材：实验装置如图所示，
从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过C 1C 2后沿直线打在荧光屏A ＇上。
实验步骤：
（1）当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有 。
（2）为使阴极射线不发生偏转， 在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外。
当满足条件 时，则阴极射线不发生偏转。
则：
（3）根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角为： 2
tan mv qEL
=
θ 又因为：)
2
(tan L D y +=
θ
且B
E v =0 则：
L
B L D Ey
m
q 2
)2
(+=
根据已知量，可求出阴极射线的比荷。
实验结论：利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，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不变。
x
L
萤幕 D S S
O 电场E
A
y + -
e m
y 1 y 2 +
v 0
v
C
C 1
C 2
Y A '
S +
-
+
磁场
考题回放：
(2014·新课标全国卷Ⅱ)在人类对微观世界进行探索的过程中,科学实验起到了非常重要的作用。
下列说法符合历史事实的是( )
A.密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值
B.贝克勒尔通过对天然放射现象的研究,发现了原子中存在原子核
C.居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素
D.卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
E.汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验,发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的,并测出了该粒子的比荷
【解题指南】解答本题时应注意以下两个方面:
(1)熟悉有关原子物理的物理学史;
(2)了解测定带电粒子比荷的方法。
【解析】选A、C、E。
密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值为1.6×10-19C,A正确;贝克勒尔发现了天然放射现象,B错误;居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素,C正确;卢瑟福通过α粒子散射实验,得出了原子的核式结构理论,D错误;汤姆逊通过对阴极射线在电场及在磁场中偏转的实验,发现了阴极射线是由带负电的粒子组成,并测定了粒子的比荷,E正确。