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探析電子發(fā)現(xiàn)簡史

發(fā)布時間：2022-08-26 08:44:49

X射線的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了電子的發(fā)現(xiàn)。電子的發(fā)現(xiàn)可以說是40年陰極射線研究的直接結(jié)果，也最終讓我們發(fā)現(xiàn)了陰極射線的本質(zhì)。

什么是陰極射線？德國和英國物理學(xué)家就這個問題發(fā)生了激烈的爭論。赫茲在1892年聲稱，陰極射線不能是粒子，而只能是以太波。所有德國物理學(xué)家都同意這一觀點。但以克魯克斯為代表的英國物理學(xué)家堅持認(rèn)為陰極射線是一種帶電粒子流。1895年，法國物理學(xué)家佩蘭通過將陰極射線進(jìn)入法拉第籠（屏幕）的實驗，支持了陰極射線是帶負(fù)電粒子流的觀點，但他認(rèn)為這種粒子是氣體離子。

1897年，英國物理學(xué)家湯姆遜在佩蘭工作的基礎(chǔ)上，吸取射線研究成果，對陰極射線進(jìn)行了定性和定量的研究。當(dāng)時，有人反駁佩蘭的實驗，認(rèn)為他沒有提供從陰極發(fā)出的帶負(fù)電的微粒同陰極射線路徑相同的證據(jù)，湯姆遜也認(rèn)為佩蘭的實驗給以太說留下了漏洞。于是設(shè)計了一個巧妙的實驗裝置，證明陰極射線在電場和磁場作用下同帶負(fù)電的粒子路徑相同，這無可辯駁地證明了陰極射線是負(fù)電荷粒子組成的。

X射線檢測設(shè)備

湯姆遜通過陰極射線在磁場和電場中的偏轉(zhuǎn)，從而得出陰極射線粒子的質(zhì)量與電荷的比值（m/e，即荷質(zhì)比的倒數(shù)），其數(shù)值大約是氫離子的千分之一。同時，他還觀察到，陰極射線粒子的荷質(zhì)比是不變的，無論是改變放電管中氣體的成分還是改變陰極材料。這表明來自不同物質(zhì)的陰極射線粒子是相同的。根據(jù)這些事實，結(jié)合勒納德的實驗，湯姆遜得出結(jié)論，陰極射線粒子比原子小，認(rèn)為這些粒子必然是建造所有化學(xué)元素的物質(zhì)，即所有化學(xué)原子的共同組成部分。

X射線檢測設(shè)備

雖然湯姆遜得出的結(jié)論有充分的基礎(chǔ)，但這畢竟是一個推論，因為陰極射線粒子的質(zhì)荷比是氫離子的千分之一還有兩種可能，可能電荷（e）很大，也可能質(zhì)量（m）很小。為了獲得更直接的證據(jù)，湯姆遜和他的學(xué)生在1898年用云霧法測量陰極射線粒子的電荷與電解中氫離子帶來的電荷相同，這直接證明了陰極射線粒子的質(zhì)量只有氫離子的千分之一。他把這種構(gòu)成一切原子的粒子叫做微粒，后來改名為電子（這個名詞是由愛爾蘭物理學(xué)家斯托尼于1891年提出的，當(dāng)時只用于表示電荷的最小單位基元）。早在1874年，斯托尼就根據(jù)法拉第電解定律提出了基元電荷的概念，并計算出其值為3×10-11**靜電單元。

湯姆遜的研究成果在1897年4月底的第一次公開報告中公布，可能由于太新穎，它的重要性并沒有立即被人們所認(rèn)識。但在很短時間內(nèi)也引發(fā)了強(qiáng)烈的反響，他領(lǐng)導(dǎo)的卡文迪許實驗室自此成為世界上最引人注目的物理實驗中心。

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