湯姆孫氣體放電管實驗裝置

Ⅰ 陰極射線

資料抄一：
陰極射線
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從低壓氣體放電襲管陰極發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射、殘存氣體中正離子的轟擊或熱電子發射過程從陰極射出。
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。1897年J.J.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，並測出其荷質比，這在一定意義上是歷史上第一次發現電子，12年後R.A.密立根用油滴實驗測出了電子的電荷。
陰極射線應用廣泛。電子示波器中的示波管、電視顯像管、電子顯微鏡等都是利用陰極射線在電磁場作用下偏轉、聚焦以及能使被照射的某些物質

Ⅱ 焦耳-湯姆孫效應的概述

實驗裝置類似如圖1所示。C1、C2為兩個可移動的絕熱活塞。多孔塞一邊維持一定的較高的壓強p1，另一邊維持在較低壓強p2。緩慢地推動C1,氣體從p1一邊經多孔塞流向p2一邊,同時亦緩慢地使C2向右移動,但保持p1,p2不變。這種過程叫節流過程。由於這過程是在絕熱系統中進行，所作的凈功應等於系統內能的改變。 於是在過程的前後有：U1+p1V1=U2+p2V2=恆量,即過程前後焓H相等。在這過程中，系統溫度隨壓強改變的現象稱為焦耳－湯姆孫效應，並把氣體溫度T隨壓強p的變化率定義為焦耳－湯姆孫系數

Ⅲ 揭開原子的秘密

人類一直有兩個問題沒有搞清，一是宇宙有多大，二是微觀世界有多小。 今天我們就來探討微觀世界--原子 。

「原子」這個詞來源於古希臘，意思就是「不可分」。英國自然科學家約翰·道爾頓1803年提出了第一個原子結構模型，認為原子是一個堅硬的、不能再分的、實心的球體。然而隨著X 射線和放射性的發現，人們逐漸進入了對微觀粒子世界的研究，而原子的秘密也即將被揭開。

電子的發現

科學家在研究稀氣體放電時發現，當玻璃管內的氣體足夠稀薄時，陰極就發出一種射線，使對著陰極的玻璃管壁發出熒光。由於這種射線是從陰極發出的，因此被稱為「陰極射線」。對這種射線本質的認識有兩種觀點：一種觀點認為，它是一種電磁輻射；另一種觀點認為，它是帶電微粒。如何用實驗判斷哪一種觀點正確呢？

英國物理學家J.J湯姆孫認為陰極射線是帶電粒子流。為了證實這一點，湯姆孫設計了一個陰極射線管，在管子一端裝上陰極和陽極，在陽極上開了一條細縫，這樣一來，通電後陰極射出的陰極射線就穿過陽極的細縫成為細細的一束，一直射到玻璃管的另一端。這一端的管壁上塗有熒光物質，根據射線產生的熒光的位置，可以研究射線的徑跡。然後湯姆孫又在陰極射線管上加上電場和磁場，通過研究陰極射線在電場和磁場中的偏轉情況斷定，它的本質是帶負電的粒子流，並求出了這種粒子的比荷。他進一步發現，用不同材料的陰極做實驗，所得比荷的數值都是相同的。這說明不同物質都能發射這種帶電粒子，它是構成各種物質的共有成分。人們把組成陰極射線的粒子稱為電子。後來人們精確測出了電子的電荷量與質量，發現電子的質量是質子質量的約1/2000。

湯姆孫的實驗裝置實際上就是電視顯像管的前身。盡管電視顯像管十分復雜，但基本原理卻是一樣的。

通常情況下，物質是不帶電的，因此，原子應該是電中性的。既然電子是帶負電的，質量又很小，那麼，原子中一定還有帶正電的部分，它具有大部分的原子質量。這些物質在原子中又是如何分布的呢？

湯姆孫本人提出了一種模型。他認為，原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內，電子鑲嵌其中。這種模型被人形象地稱為「西瓜模型」或「棗糕模型」。這個模型能夠解釋一些實驗現象。但德國物理學家勒納德做了一個實驗，使電子束射到金屬膜上，發現較高速度的電子很容易穿透原子。這說明原子不是一個實心球體，這個模型可能不正確。之後不久，α粒子散射實驗完全否定了這個模型。

α粒子散射實驗與核式結構模型

α粒子是從放射性物質（如鈾和鐳）中發射出來的快速運動的粒子，質量為氫原子質量的4倍、電子質量的7300倍。

（α粒子散射實驗模擬）

1909年，英國物理學家盧瑟福指導他的助手蓋革和馬斯頓進行了著名的「α粒子散射實驗」。他們用α粒子去轟擊很薄的金箔做的靶子，並通過熒光屏記數來觀測穿過金箔的α粒子被金原子散射的情況。實驗表明，絕大多數α粒子筆直地穿過金箔，有少數α粒子發生了偏折，只有極少數α粒子發生了大角度的偏折，甚至被反彈回來。如果根據湯姆孫的模型來計算，根本不可能出現向後反彈的α粒子。於是盧瑟福提出了自己的原子結構模型：原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎佔有全部質量，被稱為原子核；電子在原子核的外面運動。這一模型很好地解釋了α粒子散射實驗，被稱為核式結構模型。

（核式結構模型）

盧瑟福根據「α粒子散射實驗」發現了原子核，這件事具有重大科學意義。他因為開創了原子核物理學這一新領域，被人們尊稱為原子核物理學之父。

盧瑟福還利用α粒子轟擊氮原子核，從中發現了質子，並預言了中子的存在。1932年，盧瑟福的學生查德威克利用α粒子轟擊鈹後產生的射線轟擊石蠟，計算出這種射線是一種質量跟質子差不多的中性粒子，也就是中子，成為第一個實驗驗證中子的人。從此，人們對原子的認知逐步完善。

波爾的原子模型

α粒子散射實驗讓我們知道原子具有核式結構，但電子在原子核的周圍怎樣運動？這些需要根據其他事實才能認識。

在研究氣體發光時的光譜時，科學家們發現氣體中中性原子的發光光譜都是線狀譜，說明原子只發出幾種特定頻率的光。但是根據經典電磁理論，用盧瑟福的原子模型去分析，卻會得出大量原子發光的光譜中應該包含一切頻率的連續光譜，與事實不符，說明盧瑟福的核式結構模型有待改進。

丹麥物理學家玻爾在普朗克關於黑體輻射的量子論和愛因斯坦關於光子的概念啟發下，把微觀世界中物理量取分立值的觀念應用到原子中，在盧瑟福模型的基礎上，他提出了電子在核外的量子化軌道，解決了原子結構的穩定性問題和氫原子光譜的實驗規律。

電子雲模型

隨著量子力學的發展和完善，現在，人們逐漸認識到原子中電子的坐標並沒有確定的值，只能說某時刻電子在某點附近單位體積內出現的概率是多少。當原子處於不同的狀態時，電子在各處出現的概率是不一樣的。如果用疏密不同的點子表示電子在各個位置出現的概率，畫出圖來就像雲霧一樣，人們形象地把它叫作「電子雲」。這就是德國物理學家海森堡提出的著名的「不確定性原理」：對於具有波粒二象性的微觀粒子，在一個確定時刻其空間坐標與動量不能同時測准。

隨著質子和中子的發現，許多人認為光子、電子、質子和中子是組成物質的不可再分的最基本的粒子。然而，隨著科學的進一步發展，科學家們逐漸發現了數以百計的不同種類的新粒子。同時，許多實驗事實表明，質子和中子也是有內部結構的，並提出了誇克模型。目前為止，科學家們已經從實驗中發現了所有6種誇克及其反誇克存在的證據。微觀世界如同浩渺的宇宙，還在等待著我們繼續不斷地去 探索 。

Ⅳ 電子是如何發現的

電子是在1897年由劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·約翰·湯姆森在研究陰極射線時發現的。

1897年，英國劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·約翰·湯姆森重做了赫茲的實驗。使用真空度更高的真空管和更強的電場，他觀察出負極射線的偏轉，並計算出負級射線粒子（電子）的質量-電荷比例，因此獲得了1906年的諾貝爾物理學獎。

湯姆遜採用1891年喬治·斯托尼所起的名字——電子來稱呼這種粒子。至此，電子作為人類發現的第一個亞原子粒子和打開原子世界的大門被湯姆遜發現了。

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1、電子的應用

電子的應用領域很多，像電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、激光和粒子加速器等等。在實驗室里，精密的尖端儀器，像四極離子，可以長時間約束電子，以供觀察和測量。大型托卡馬克設施，像國際熱核聚變實驗反應堆，借著約束電子和離子等離子體，來實現受控核聚變。

在一次美國國家航空航天局的風洞試驗中，電子束射向太空梭的迷你模型，模擬返回大氣層時，太空梭四周的游離氣體。

2、電子的發現過程

19世紀末，許多科學家都研究陰極射線。原因是對它的本質還沒搞清。這么多的科學家研究陰極射線，為什麼他們不能發現陰極射線是帶負電的顆粒呢？原因是，只要在陰極射線管內有一定的氣體，當陰極射線通過時，這些氣體就變成導體而使陰極射線受到屏蔽，令它不受電場或磁場的影晌。

1897年湯姆森把陰極射線管內抽到殘留的氣體很少，當陰極射線通過時把原來過多氣體變成導體的屏蔽效應消除。他就可以看見陰極射線受到磁場（電場）的偏轉。這表示陰極射線是帶負電的粒子。這樣，湯姆森研究陰極射線實際就是研究帶負電顆粒的遠動。

1899年湯姆森從電（磁）場的強度，顆粒運動的速度和偏轉的角度，就可以測出電子的質量以及它所帶的電荷。湯姆森得出結論是，他所發現的帶負電的顆粒比最輕的原子都要輕一千倍，它是原子的組成元素。後來，科學家把它稱為電子。湯姆森提出，電子是分布在正電的海中的「葡萄乾布丁」原子模型。