新课标高中物理选修新课标高中物理选修 33 －－ 55

第十八章 原子结构第十八章 原子结构

世间万物是由原子构成的…原子是一种最后的不可分割的物质微粒…

德谟克利特Democritus 古希腊哲学家

约前 460 ～前 370

道尔顿英国化学家1766-1844

每种化学元素都有它对应的原子…原子是最微小的不可分割的实心球体 …

19 世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家发现了电子。从而认识到，原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。

8

阴极射线是什么？阴极射线是什么？

一、阴极射线一、阴极射线 18581858 年，德国物理年，德国物理学家学家普吕克尔普吕克尔研究气体研究气体放电时发现：气压很低放电时发现：气压很低时，玻璃壁上出现淡淡时，玻璃壁上出现淡淡荧光及物体的影子。 荧光及物体的影子。 18761876 年，德国物理年，德国物理学家学家戈德斯坦戈德斯坦认为：这认为：这是阴极发出的某种射线是阴极发出的某种射线的撞击玻璃引起的。他的撞击玻璃引起的。他把这种未知射线称之为把这种未知射线称之为阴极射线阴极射线。 。

阴极射线（阴极射线（ Cathode rayCathode ray ）的本质）的本质

J.J J.J 汤姆孙汤姆孙1857 1857 ～ ～ 1919

4040英国英国

赫兹 赫兹 1857 1857 ～ ～ 18941894

德国 德国

阴极射线是一种“电磁波”阴极射线是一种“电磁波” 阴极射线是一种“带电粒子流阴极射线是一种“带电粒子流””

PKPK我看到的是：我看到的是：11 、它在、它在电场电场中不偏转，因此中不偏转，因此不带电；不带电； 22 、它能穿透薄铝片、它能穿透薄铝片粒子是做不到的 但波可以粒子是做不到的 但波可以 !!

让我好好想想……让我好好想想……

问题：阴极射线真的不带电吗？问题：阴极射线真的不带电吗？

当金属板当金属板 DD11 、、 DD22 之间未加电场时，之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上射线不偏转，射在屏上 PP11 点。施加电场点。施加电场 EE 之之后，射线发生偏转并射到屏上后，射线发生偏转并射到屏上 PP22 处。处。负 电

qEqE

qVBqVB EE

BBvv

测阴极射线中带电粒子的比荷测阴极射线中带电粒子的比荷

撤去电场, 2v

m = qvBr

ff==BqvBqv ，， F=EqF=Eq ，， 有有 Eq=BqvEq=Bqv ，，得:E

v =B

∴q

=m

v

Br 2

E =

B r 2

U =

B rd

二、电子的发现二、电子的发现 18971897 年，汤姆孙得出年，汤姆孙得出阴阴极射线极射线的的本质本质是是带负电的粒带负电的粒子流子流并求出并求出粒子的比荷粒子的比荷。。 粒子的比荷为当时知道的质量最小粒子的比荷为当时知道的质量最小的氢离子的比荷的的氢离子的比荷的 20002000 倍。这有两种可能：倍。这有两种可能： ① ① 这种带电粒子的电荷量很大；这种带电粒子的电荷量很大； ② ② 它的质量很小。它的质量很小。 后来，汤姆生直接测出粒子的电荷，后来，汤姆生直接测出粒子的电荷，发现粒子的电荷发现粒子的电荷与氢离子的电荷基本相同与氢离子的电荷基本相同，说，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，后来，组成阴极射线的粒子被叫做得多，后来，组成阴极射线的粒子被叫做电子电子。。

2 2

q E U= =

m B r B rd

正离子轰击正离子轰击

紫外线照射紫外线照射

放射性物质放射性物质

阴极射线阴极射线

光电流光电流

ββ 射线射线

电子电子金属受热金属受热 热电子流热电子流

汤姆孙进一步实验发现，许多现象中汤姆孙进一步实验发现，许多现象中都有电子的存在，如：都有电子的存在，如：

密立根 密立根 (( 美国美国 ))18681868 年～年～ 19531953年年

三、电子电量的精确测量——三、电子电量的精确测量——密立根油滴实验密立根油滴实验

喷雾器喷雾器

εε EE

mgmg

xxFF 阻阻

FF 电电

油滴油滴

AA

BB

显微镜显微镜

密立根油滴实验的原理图密立根油滴实验的原理图

密立根测量出电子的电量：密立根测量出电子的电量：

e=1.6022e=1.6022×10×10-19-19CC

根据荷质比，可以精确地计算出电子的根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量：质量：

m=9.1094m=9.1094×10×10-31-31kgkg

质子质量与电子质量的比值： 质子质量与电子质量的比值： p

e

m= 1836

m

阴极射线 阴极射线 Cathode rayCathode ray 的本质的本质J.J J.J 汤姆孙汤姆孙

J.J ThomsoJ.J Thomsonn

1857 1857 ～ ～ 19419400

英国英国

赫兹 赫兹 H.Rudolf HertH.Rudolf Hert

z z 1857 1857 ～ ～ 18941894

德国 德国

认为阴极射线是一种“电磁波认为阴极射线是一种“电磁波””

认为阴极射线是一种“粒子流”认为阴极射线是一种“粒子流”

我看到的是：我看到的是： 它在电场中不偏转，因它在电场中不偏转，因此不带电它能穿透薄铝片此不带电它能穿透薄铝片 ..

粒子是做不到的，但波粒子是做不到的，但波可以可以 !!

我用实验证明了我用实验证明了 ::

带负电，且电荷量与质子相同带负电，且电荷量与质子相同

速度远小于电磁波传播速度速度远小于电磁波传播速度

质量约是最轻的原子 质量约是最轻的原子 1/2000 1/2000

WIN

J.J J.J 汤姆孙汤姆孙 (( 英国英国 ))18571857 ～～ 19401940

18891889 年年 44 月月 3030 日，日， J.J.J.J.汤姆孙正式宣布发现电子汤姆孙正式宣布发现电子 ;; 电子的发现，结束了关于电子的发现，结束了关于阴极射线本质的争论阴极射线本质的争论 ;; 从此，人类意识到，原子从此，人类意识到，原子并不是组成物质的最小单位，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探索原子结构的序幕由此拉开………… 由于由于 J.J.J.J. 汤姆生的杰出贡汤姆生的杰出贡献，献， 19061906 年他获得诺贝尔物理年他获得诺贝尔物理学奖。学奖。

1.1. 一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线在管的正下方，放一通电直导线 ABAB 时，发现时，发现射线径迹向下偏，则（ ）射线径迹向下偏，则（ ）AA ．导线中的电流由．导线中的电流由 AA 流向流向 BB

BB ．导线中的电流由．导线中的电流由 BB 流向流向 AA

CC ．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变变 ABAB 中的电流方向来实现中的电流方向来实现DD ．电子束的径迹与．电子束的径迹与 ABAB 中的电流方向无关中的电流方向无关

BBAA

BCBC

2. 图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 的小孔中射出时的速度大小为 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 2v

• B ．如果 A 、 K 间距离减半而电压仍为 U不变，则电子离开 K 时的速度仍为 v

• C ．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 v/2

• D ．如果 A 、 K 间距离和电压都减半，则电子离开 K 时的速度变为 v/4

B