湯姆生發現電子的實驗裝置

① 約瑟夫·湯姆生如何發現電子

湯姆生（１８５６～１９４０）湯姆生，英國物理學家，出生於英格蘭曼徹斯特。

１８８０年他畢業於劍橋大學三一學院。１９１８年他任三一學院的院長，後辭去卡文迪許實驗室教授職務，任名譽教授，繼續在卡文迪許實驗室工作，並指導青年研究生。

湯姆生在氣體放電方面進行過不少研究。１８９７年，通過對陰極射線的研究，他測定了電子的荷質比（電荷ｅ／質量ｍ），從實驗中發現了電子的存在，這是湯姆生在科學上的最大貢獻。後來他又發現電子的許多性質，指出電子既像氣體中的導電體，又像原子中的組分。１９１２年，他通過對某些元素的極隧射線研究，指出存在同位素。湯姆生由於在物理學方面有重大貢獻，於１９０６年獲諾貝爾物理學獎。人類對基本粒子的認識可以追溯到２４００多年前。從古希臘的「原子論」到近代道爾頓的「新原子論」，都認為原子是構成物質的最小單位，是永恆不變而且不可分割的。千百年來，人們對此深信不疑。

然而，１８７９年，英國物理學家約瑟夫·湯姆生卻發現了比原子更小的單位——電子。這一石破天驚的發現，打開了人類通往原子科學的大門，標志著人類對物質結構的認識進入了一個新的階段。

在湯姆生發現電子之前，物理學家們在研究真空放電現象時發現了陰極射線。當時，對於陰極射線的本質是「光波」還是「微粒」，科學界展開了激烈的爭論。２０多年之後，湯姆生以其傑出的實驗令人信服地表明陰極射線是帶負電的微粒。因為它在真空管中產生了偏移，被負極板排斥，為正極板所吸引。

１８７９年，湯姆生在皇家學會講演中，介紹了他的實驗背景。

首先，湯姆生認為「在氣體中的電荷載體一定比普通的原子或分子要小」，因為它們比起原子或分子來更容易且更多地穿過氣體。

其次，湯姆生認為「放電管中不管用什麼氣體，而電荷載體卻都是一樣的」。這一點也為事實所證明，不論真空管里是什麼氣體，射線在標准磁場作用下產生的偏移是一樣的。

根據這些假說，湯姆生大膽推測，陰極射線中的電荷載體是一種普通的物質成分，它比元素原子還要小。

同年，湯姆生創造性地設計了一個傑出的實驗。這項實驗包括一個陰極作為射線源，兩個金屬栓帶縫隙，以便產生良好的射線來。然後，通過保險絲連接玻璃管和兩個金屬板以及電池，使兩板之間形成電場，並在玻璃管的圓球形一端產生陰極射線沖擊的閃光。

實驗的核心是測出了陰極射線的電荷與質量的比值（後來被稱為電子的「荷質比」）。他所得到的數值比法拉第所測的最輕原子的荷質比大２０００倍。這就一舉結束了長達２０多年的對陰極射線本質的爭論，並合理地做出假說：存在著比元素原子還要小的一種物質狀態。

湯姆生將這種帶負電的陰極射線粒子稱為「原始原子」，它的質量僅為氫離子質量的千分之一。

後來的物理學成果證明，湯姆生關於「比原子小」的「原始原子」的假說是對的。另一位著名的物理學家盧瑟福對此做了更科學具體的闡述，他用「核化原子」來解釋，正電荷集中在原子的中心，形成沉重的原子核，而電子則環繞著它沿軌道旋轉。最後，根據斯托尼的建議，將湯姆生發現的「物質的原始電子」普遍稱做「電子」。

電子的發現，打開了現代物理學研究領域的大門，標志著人類對物質結構的認識進入了一個新的階段。這不僅是物理學發展史上的一項劃時代的重大發現，而且還具有極其深遠的哲學意義。

電子的發現，使湯姆生獲得了１９０６年度諾貝爾物理學獎。

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② 湯姆孫發現電子的實驗是什麼實驗他是如何完成的

湯姆孫「發現」電子實際上只是較准確（其實也有一定誤差）地測出了陰極射線的荷質比，從而證明構成陰極射線的粒子是帶一個單位負電荷但質量是氫原子的近2000分之一，他把構成陰極射線的粒子命名為電子。

③ （2010天津）質譜分析技術已廣泛應用於各前沿科學領域．湯姆孫發現電子的質譜裝置示意如圖，M、N為兩塊

（1）離子在電場中受到的電場力F_y=q₀E…①
離子獲得的加速度ay＝