高中物理 第5章 磁場(chǎng) 第4節(jié) 磁與現(xiàn)代科技 陰極射線素材 魯科版選修3-1（通用）

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1、陰極射線 陰極射線是在1858年利用低壓氣體放電管研究氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)的。1897年J.J.湯姆孫（J.J Thompson)根據(jù)放電管中的陰極射線在電磁場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下的軌跡確定陰極射線中的粒子帶負(fù)電，并測(cè)出其荷質(zhì)比，這在一定意義上是歷史上第一次發(fā)現(xiàn)電子，12年后R.A.密立根用油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出了電子的電荷。 簡(jiǎn)介 陰極射線 cathode ray 從低壓氣體放電管陰極發(fā)出的電子在電場(chǎng)加速下形成的電子流。陰極可以是冷的也可以是熱的，電子通過(guò)外加電場(chǎng)的場(chǎng)致發(fā)射、殘存氣體中正離子的轟擊或熱電子發(fā)射過(guò)程從陰極射出。 應(yīng)用 陰極射線應(yīng)用廣泛。電子示波器中的示波管、電視的顯像管、電子顯微

2、鏡等都是利用陰極射線在電磁場(chǎng)作用下偏轉(zhuǎn)、聚焦以及能使被照射的某些物質(zhì),如硫化鋅發(fā)熒光的性質(zhì)工作的.高速的陰極射線打在某些金屬靶極上能產(chǎn)生X射線，可用于研究物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)。陰極射線還可直接用于切割、熔化、焊接等。 資料 克魯克斯陰極射線管在倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的過(guò)程中起了重要的作用，那么陰極射線是一種什么射線呢？陰極射線是德國(guó)物理學(xué)家J.普里克（J.Plucker）在1858年進(jìn)行低壓氣體放電研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的。稍后，英國(guó)物理學(xué)家克魯克斯在實(shí)驗(yàn)室里研究閃電現(xiàn)象時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了這種射線。當(dāng)裝有2個(gè)電極的玻璃管(cathode ray tube)里的空氣被抽到相當(dāng)稀薄的時(shí)候，在2個(gè)電極間加上幾千伏的電

3、壓，這時(shí)在陰極對(duì)面的玻璃壁上閃爍著綠色的輝光，可是并沒(méi)有看到從陰極上有什么東西發(fā)射出來(lái)。這究竟是怎么一回事呢？ 這種現(xiàn)象引起許多科學(xué)家的濃厚興趣，進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)研究。當(dāng)在陰極和對(duì)面玻璃壁之間放置障礙物時(shí)，玻璃壁上就會(huì)出現(xiàn)障礙物的陰影；若在它們之間放一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的小葉輪，小葉輪就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。看來(lái)確實(shí)從陰極發(fā)出一種看不見的射線，而且很像一種粒子流。在人們還沒(méi)有弄清楚這種射線的廬山真面目之前，只好將它稱為“陰極射線”。 關(guān)于陰極射線的本質(zhì)，當(dāng)時(shí)在國(guó)際上有兩種截然不同的意見。大多數(shù)英國(guó)物理學(xué)家（如J.J.湯姆孫）認(rèn)為陰極射線是一種帶電的粒子流，因?yàn)樗梢员浑妶?chǎng)或磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)。湯姆孫等英國(guó)物理學(xué)家由

4、實(shí)驗(yàn)中還測(cè)得陰極射線速度比光速小2個(gè)數(shù)量級(jí)。19世紀(jì)90年代初，德國(guó)物理學(xué)家由實(shí)驗(yàn)中得知，陰極射線甚至可以穿透薄金屬箔，據(jù)此他們認(rèn)為陰極射線不可能是粒子流。 在陰極射線是不是帶電這個(gè)問(wèn)題上，開始時(shí)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫和德國(guó)物理學(xué)家赫茲做了同樣的實(shí)驗(yàn)，也觀察到同樣的結(jié)果。我們來(lái)聽聽湯姆孫本人對(duì)這一段經(jīng)歷的回憶吧：“我使陰極射線偏轉(zhuǎn)的第一次嘗試是使它通過(guò)固定在放電管內(nèi)的2個(gè)平行板之間的空間，并且在平行金屬板之間加上一個(gè)電場(chǎng)。結(jié)果沒(méi)有產(chǎn)生任何持續(xù)的偏轉(zhuǎn)?！? 對(duì)于這樣一個(gè)同樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，赫茲簡(jiǎn)單而錯(cuò)誤地得出了以下的結(jié)論：陰極射線是不帶電的。而湯姆孫沒(méi)有簡(jiǎn)單從事，他進(jìn)行了更加深入的分析和思考，終于找到了問(wèn)題的癥結(jié)所在。他在《回憶與感想》一書中繼續(xù)回憶說(shuō)：“偏轉(zhuǎn)之所以沒(méi)有出現(xiàn)是由于氣體存在（壓力太高），因此要解決的問(wèn)題是獲得更高度的真空。而這一點(diǎn)說(shuō)起來(lái)比做起來(lái)容易得多。” 湯姆孫繼續(xù)對(duì)陰極射線進(jìn)行深入的研究，1897年終于完成了他那聞名于世的測(cè)定出電子比荷的實(shí)驗(yàn)。 性質(zhì) 陰極射線有兩個(gè)性質(zhì)，一是垂直于陰極，二是帶有負(fù)電，并且總是從陰極出發(fā)，終點(diǎn)與陽(yáng)極無(wú)關(guān)。