高中物理 第5章 磁場 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和磁場作用下的軌跡確定陰極射線中的粒子帶負(fù)電，并測出其荷質(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)測出了電子的電荷。 簡介 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，電子通過外加電場的場致發(fā)射、殘存氣體中正離子的轟擊或熱電子發(fā)射過程從陰極射出。 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程中發(fā)現(xiàn)的。稍后，英國物理學(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)在陰極對面的玻璃壁上閃爍著綠色的輝光，可是并沒有看到從陰極上有什么東西發(fā)射出來。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)在陰極和對面玻璃壁之間放置障礙物時(shí)，玻璃壁上就會出現(xiàn)障礙物的陰影；若在它們之間放一個(gè)可以轉(zhuǎn)動的小葉輪，小葉輪就會轉(zhuǎn)動起來。看來確實(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)在國際上有兩種截然不同的意見。大多數(shù)英國物理學(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梢员浑妶龌虼艌銎D(zhuǎn)。湯姆孫等英國物理學(xué)家由

4、實(shí)驗(yàn)中還測得陰極射線速度比光速小2個(gè)數(shù)量級。19世紀(jì)90年代初，德國物理學(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)問題上，開始時(shí)英國物理學(xué)家湯姆孫和德國物理學(xué)家赫茲做了同樣的實(shí)驗(yàn)，也觀察到同樣的結(jié)果。我們來聽聽湯姆孫本人對這一段經(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。結(jié)果沒有產(chǎn)生任何持續(xù)的偏轉(zhuǎn)?！? 對于這樣一個(gè)同樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，赫茲簡單而錯誤地得出了以下的結(jié)論：陰極射線是不帶電的。而湯姆孫沒有簡單從事，他進(jìn)行了更加深入的分析和思考，終于找到了問題的癥結(jié)所在。他在《回憶與感想》一書中繼續(xù)回憶說：“偏轉(zhuǎn)之所以沒有出現(xiàn)是由于氣體存在（壓力太高），因此要解決的問題是獲得更高度的真空。而這一點(diǎn)說起來比做起來容易得多?！? 湯姆孫繼續(xù)對陰極射線進(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)與陽極無關(guān)。