2015-2016学年18.1《电子的发现》 课件
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《电子的发现》课件
电子束加工
电子束加工简介
电子束加工是一种利用高 能电子束对材料进行加工 和制造的技术。
工作原理
电子束加工通过聚焦高能 电子束到材料表面，实现 切割、熔炼、焊接等加工 操作。
应用领域
在微电子、纳米科技、航 空航天等领域，电子束加 工技术具有广泛的应用前 景。
电子束焊接
电子束焊接简介
电子束焊接是一种利用高能电子 束实现材料连接的焊接技术。
点。
电子束热处理的原理是利用高能电子束 对材料进行快速加热，使其达到熔化、 凝固、相变等所需的温度和条件，从而 实现材料的表面强化、合金化、晶体生
长等。
电子束热处理的关键技术包括电子加速 器、材料加热和冷却技术、真空环境控 制等，目前已在航空、航天、汽车等领
域得到广泛应用。
电子束在医疗领域的应用
电子束在医疗领域的应用主要包括电 子束消融、放射治疗和放射诊断等。
电子束驱动推进器的工作原理是利用高能电子束与工质分子相互作用， 将电子束的动能传递给工质分子，使其获得足够的速度来产生推力。
电子束驱动推进器的关键技术包括电子加速器、工质供应和排放系统等 ，目前仍处于研究和发展阶段，未来有望在航天器推进领域得到广泛应 用。
电子束热处理
电子束热处理是一种利用高能电子束对 材料进行加热处理的技术，具有加热速 度快、加热效率高、加热均匀性好等优
静电的早期研究
16世纪末期，英国科学家威廉·吉尔伯特（William Gilbert） 对静电进行了详细的研究，并首次使用了“电”这个词来描 述这种自然现象。
电子的发现过程
阴极射线管的发现
1857年，德国物理学家尤利乌斯·普 吕克（Julius Plücker）发现了阴极 射线管，这是电子发现的先驱。
18-1电子的发现31张ppt
继而，他采用静电偏转力和磁场偏转力相抵 消等方法确定阴极射线粒子的速度，测量出 这些粒子的荷质比，并进一步测出它们的质 量约为氢原子质量的1/1 837。由此推断，阴 极射线粒子比原子要小得多，可见这种粒子 是组成一切原子的基本材料。汤姆孙于1807 年4月30日宣布了他的发现。后来人们命名 这种粒子为电子。电子是人类所认识的第一 种基本粒子。此后，他又提出了“电子浸浮 于均匀正电球”的原子结构模型(汤姆孙模 型)。该模型虽然在后来被卢瑟福的核原子模
图18－1－1
2．阴极射线
在两极间加有高压时，阴极会发生一种射线， 这种射线称为阴极射线。
3．阴极射线的特点 阴极射线能够使荧光物质发光。
4．对阴极射线的本质的认识： 19世纪后期的两种观点：(1)认为是电磁辐射，
类似X射线；(2)是带电粒子。
【例1】关于阴极射线的本质，下列说法正 确的是
答案： 1．负电 比荷 电荷量 2．电子 原子 3．密立根 “油滴实验” 1.6×10－19 4．量子化 整数倍 1 836
1．阴极射线的产生
阴极射线由阴极射线管产生，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，它们分别连接在感 应圈的负极和正极上。管中十字状物体是一 个金属片，玻璃壁上涂有荧光。
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
( )
【答案】C
【解析】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。
知识点2电子的发现
1．汤姆孙对阴极射线的实验研究
得 v＝EB，即 v＝BUb。 (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＝meUb。 电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间 t1 ＝Lv1。
电子的发现完整版课件
答案 见解析
借题发挥 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 qvB＝mvR2得mq ＝BvR，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＝12at2＝12·mqUdLv2，故mq ＝2UydLv22.所以在偏转电场 U、d、L 已知时，只需测量 v 和 y 即可．
辉光 放电现象；
(3)当气体压强很低时，从阳极射出的粒子打在玻璃上发出 的荧光，实际上是 电子 打在管壁上发光．
阴极射线的产生
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， 实 验 装 置 如 图 18 － 1 － 1 所 示 ， 阴 极 便发出一种射线，叫 阴极射线 ．
阴极射线的特点 (1)在真空中沿 直线 传播． (2)碰到物体可使物体发出 荧光 ．
根据射线偏转方向和D1、D2电性知阴极射线带负电．
(2)为了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合适、方向垂直于纸面 的磁场．这个磁场B应该向纸外还是向纸内？写出此时每个 阴极射线微粒(质量为m，速度为v)受到的洛伦兹力和库仑 力．两个力之间应该有什么关系？
F＝qvB，洛伦兹力方向始终与速度
方向垂直，利用左手定则即可判断
图18－1－3
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．
二、带电粒子比荷的测定方法
让粒子通过正交的电磁场(如图 18 －1－4 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.
借题发挥 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 qvB＝mvR2得mq ＝BvR，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＝12at2＝12·mqUdLv2，故mq ＝2UydLv22.所以在偏转电场 U、d、L 已知时，只需测量 v 和 y 即可．
辉光 放电现象；
(3)当气体压强很低时，从阳极射出的粒子打在玻璃上发出 的荧光，实际上是 电子 打在管壁上发光．
阴极射线的产生
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， 实 验 装 置 如 图 18 － 1 － 1 所 示 ， 阴 极 便发出一种射线，叫 阴极射线 ．
阴极射线的特点 (1)在真空中沿 直线 传播． (2)碰到物体可使物体发出 荧光 ．
根据射线偏转方向和D1、D2电性知阴极射线带负电．
(2)为了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合适、方向垂直于纸面 的磁场．这个磁场B应该向纸外还是向纸内？写出此时每个 阴极射线微粒(质量为m，速度为v)受到的洛伦兹力和库仑 力．两个力之间应该有什么关系？
F＝qvB，洛伦兹力方向始终与速度
方向垂直，利用左手定则即可判断
图18－1－3
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．
二、带电粒子比荷的测定方法
让粒子通过正交的电磁场(如图 18 －1－4 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.
(完整版)18.1电子的发现课件
1、实验验证
英国物理学家J.J.汤姆孙自1890年起开始研究，对阴极射线进 行了一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。
汤姆孙的气体__放_电__管__的示意图
在真空度高的放电管中，阴极射线中的粒子主要来 自_____阴_极。对于真空度不高的放电管来说，粒子还可 能来自管中的气体。
带电粒子的电荷量与其质量之比——比荷q/m，是 一个重要的物理量。根据带电粒子在电场和磁场中受 力的情况，可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。建 议你依照下面的提示自己算一算。
汤姆孙猜这测可：能表示阴极射线粒子电荷量的大小 与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。
证实汤：姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电
荷量大致相同，由此可以看出他当初的猜测是正 确的。后来阴极射线的粒子被称为电子
4、扩展：电子
进一步拓展研究对象：用不同的材料做成的阴 极做实验，做光电效应实验、热离子发射效应实 验、β射线（研究对象普遍化）。
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？
负电
汤姆孙的气体放电管的示意图
•2. 如果要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Fra bibliotek的区域再施加一个大
二、阴极射线的本质
一种认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射
一种认为阴极射线是带电微粒
思考1：电磁辐射和带电微粒最大的区别是什么？ 是否带有电荷
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？
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屏
L
D
幕
m q v0
P1
y
P2
L
m q v0 θ
D
屏
幕
R L
P1
cos
θ
y
R mv0 qBR θE v0 Fra bibliotekBP2
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 )
1. 用“电偏转”测定阴极射线比荷的表达式
q
Ey
m (D L)B2L
2
2. 用“磁偏转”测定阴极射线比荷的表达式
比荷的两种求法 3. 密立根油滴实验
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 ( BC )
A. 导线中的电流由 A 流向 B B. 导线中的电流由 B 流向 A 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
电子的发现具有伟大的意义，因为这一事件使 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。
汤姆孙被科学界誉为“一位最先打开通向基本 粒子物理学大门的伟人”。
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。
1. 阴极射线 2. 电子的发现
电子发现的本身是一个很好的培养学生分析问题和解决 问题能力的内容，认识电子发现的重大意义，体会电子的发 现过程中蕴含的科学方法是教学中的重点。通过演示实验和 历史资料介绍，使学生通过观察，阅读理解，达到教学目标。
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。
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。
本节由阴极射线和电子的发现两部分内容组成。重点是 电子的发现过程蕴含的科学方法。首先通过实验说明阴极射 线的存在，然后指出科学家对阴极射线的认识，最后仍然通 过实验研究发现了电子。电子的发现说明原子不是组成物质 的最小微粒，对揭示原子结构有重大意义，是近代物理三大 发现之一。
英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。 实验装置如图所示：
金属板 D1、D2 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
我们已经知道阴极射线是带负电荷的粒子流， 那么，如何求阴极射线微粒的比荷？
A
B
2. 有一电子(电荷量为 e )经电压为 U0 的电场加速后， 进入两块间距为 d，电压为 U 的平行金属板间，若电
子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电
场，求：
(1) 金属板 AB 的长度;
(2) 电子穿出电场时的动能。
(1) d 2U0 U
A－ － － －B v0
U
(2)
e(U0
) 2
U0 + + + +
1858 年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时 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。
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。
q E cos
m
B2L
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。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。汤姆孙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， 证明了他当初的猜测是正确的。后来，物理学家把新 发现的这种组成阴极射线的粒子称之为电子。
屏
L
D
幕
m q v0
P1
y
P2
屏
L
D
幕
m q v0
P1
θ
y
P2
tan
vy vx
at v0
qEL mv02
且
v0
E B
又因为：
tan
D
y
L
2
化简得： q m
(D
Ey L)B2L
2
方法二：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？
为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域应 采取什么措施？
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 qvB = qE 时，则阴极射线不发生偏转，即：v = E/B。
方法一：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？