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    電子的發現|湯姆孫發現電子|陰極射線

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    電子

    電子是構成原子的粒子之一。電子的質量極小,帶負電荷,不同的原子擁有的電子數目不同。例如,每一個碳原子中含有6個電子,每一個氧原子中含有8個電子。

    電子帶負電,圍繞原子核旋轉。能量高的電子離原子核較遠,能量低的離核較近。通常將電子在離核遠近不同的區域內運動稱為電子的分層排布(見高中化學課本)。

    電子通常用符號e來表示;電子的質量很小,為9.10938215(45)×10?³¹千克。接下來,我們主要探討的是電子的發現過程。

    電子

    陰極射線

    什么是陰極射線?陰極射線是在1858年利用低壓氣體放電管研究氣體放電時發現的,陰極射線與電子的發現息息相關。

    如圖所示,真空玻璃管中的C與高壓電源的負極相連,為陰極,金屬管AB與高壓電源的正極相連,為陽極。

    當高壓電源接通時,在C與AB間,會產生極大的高壓(電場強度)。

    通過觀察會發現,有一束類似于光的特殊的“射線”,從C(陰極)發出,通過金屬管AB后,打在圖右側的屏F上。

    由于這束“射線”是從陰極釋放的,我們誠摯為陰極射線。

    進一步,可通過在金屬管AB右側施加偏轉電場,我們還會觀測到這束陰極射線發生明顯的偏轉。

    接下來,我們再來探討科學家湯姆孫發現電子的過程。

    陰極射線

    電子的發現/湯姆孫發現電子

    1897年約瑟夫·約翰·湯姆孫根據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電,并測出其荷質比,這在一定意義上是歷史上第一次發現電子,12年后美國物理學家羅伯特·安德魯·密立根用油滴實驗測出了電子的電荷。下面我們來具體闡述。

    電子的發現

    1858年“陰極射線”被發現,它是由什么組成的,一直眾說紛紜,并引起了一場英、法、德科學家的大爭論。

    由德國一些物理學家組成的論戰一方主張,陰極射線是以太的特殊振動;由英國、法國一些物理學家組成的論戰另一方認為,陰極射線是帶負電的粒子流.問題一直得不到公認。本來,克魯克斯在1879年的幾個實驗就足以證明粒子論者的觀點是正確的,但由于當時普遍認為原子不可再分,因而不能解釋勒納德在1893年將“陰極射線”引出陰極管外的現象,致使論戰截至倫琴射線發現時還未結束。到1897年,湯姆生走上了科學實驗的舞臺,他用不同的方法測定了陰極射線粒子的荷質比,證明它們是一種更基本的粒子,導致了電子的發現,以致真相大白。

    棗糕模型

    棗糕模型(又稱梅子布丁模型、湯姆孫模型、葡萄干布丁模型),是物理學家湯姆孫(J.J.Thomson)在1898年提出的關于原子結構的一種假設模型。

    湯姆孫棗糕模型是基于陰極射線的分析得到的,是發現電子之后,對原子結構探索的一種假設。

    湯姆孫棗糕模型

    棗糕模型是早期科學家們在探索原子內部構造時,由湯姆生提出來的一種“原子結構”概念,其觀點是:

    除電子外,原子的質量與正電荷如同糕點一樣均勻排布,電子則如同棗一樣隨機嵌入在糕點之中。具體如上圖所示。

    很多學生不理解電子發現的背景,在理解棗糕模型上出現困難。下面我們來重點說一下湯姆孫提出棗糕模型的邏輯:

    棗糕模型提出的邏輯

    1,物理學者們通過對陰極射線的研究,發現這一現象:原子能夠激發出來一種“物質”。這種物質到底是一種微粒,還是一種電磁波,眾說紛紜。

    請同學們仔細閱讀本文上方陰極射線的內容。

    2,湯姆孫利用垂直電場,發現該物質偏轉(即論證出該物質帶電),且不同物質激發后的荷質比為固定值。這便徹底否定了赫茲等人的電磁波假說。

    3,既然陰極能夠激發出這種更小的粒子,說明陰極這種金屬原子是可以分割的。這便原子在古希臘語中的含義就是,不可在分割的最小微粒。

    4,原子可以分割,那么原子到底是有什么組成的呢?湯姆孫提出了棗糕模型。

    湯姆孫簡介

    湯姆孫

    約瑟夫·約翰·湯姆孫,1856-1940,英國物理學家,電子的發現者。

    因通過氣體電傳導性的研究,測出電子的電荷與質量的比值,湯姆孫1906年獲諾貝爾物理學獎。

    王尚老師輔導書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高,歡迎添加微信teacherws咨詢。最初,由于對麥克斯韋的電磁輻射理論感興趣,湯姆孫進行了陰極射線的研究。X射線的發現使人們對氣體電離行為的考察更加深入,在陰極射線本質的爭論中他明確支持粒子說。接著他用一個巧妙的實驗成功地證實了陰極射線在電場和磁場中發生偏轉──這是判定陰極射線確實是帶電粒子的決定性證據。

    繼而,他采用靜電偏轉力和磁場偏轉力相抵消等方法確定陰極射線粒子的速度,測量出這些粒子的荷質比,并進一步測出它們的質量約為氫原子質量的1/1837。由此推斷,陰極射線粒子比原子要小得多,可見這種粒子是組成一切原子的基本材料。湯姆孫于1907年4月30日宣布了他的發現。后來人們命名這種粒子為電子。電子是人類所認識的第一種基本粒子。

    此后,他又提出了“電子浸浮于均勻正電球”的原子結構模型(湯姆孫模型)。該模型雖然在后來被盧瑟福的核原子模型所替代,但它是建立原子結構模型的開端。

    1906年,由于湯姆孫對電子研究的重要貢獻而被授予諾貝爾物理獎。1908年又被冊封為爵士。

    在湯姆孫逝世后,骨灰被安葬在英國西敏寺的中央,與牛頓、達爾文、開爾文等偉大科學家的骨灰安放在一起。

    陰極射線學習問題與王尚老師答疑

    王尚老師物理答疑

    學生問題:陰極射線到底是什么?

     

    王尚老師:陰極射線就是電子流。我們是在發現電子之前研究的陰極射線。在高壓電場下,從陰極激發出來的射線,到底是電磁波還是一種粒子,眾說紛紜。湯姆孫利用實驗的方法,確定了陰極射線是一種粒子流,并通過計算得到了其比荷,這種粒子我們稱之為電子。請同學們利用物理自診斷專題43和專題44典型題和我的視頻講解,來更加深入理解這個問題和原子核的其他重要考點。

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    作者:王尚,蘇陽。校正:齊思源。版權歸屬高中物理網(www.q6113.com),嚴禁轉載。

     

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