汤姆生发现电子的实验装置

① 约瑟夫·汤姆生如何发现电子

汤姆生（１８５６～１９４０）汤姆生，英国物理学家，出生于英格兰曼彻斯特。

１８８０年他毕业于剑桥大学三一学院。１９１８年他任三一学院的院长，后辞去卡文迪许实验室教授职务，任名誉教授，继续在卡文迪许实验室工作，并指导青年研究生。

汤姆生在气体放电方面进行过不少研究。１８９７年，通过对阴极射线的研究，他测定了电子的荷质比（电荷ｅ／质量ｍ），从实验中发现了电子的存在，这是汤姆生在科学上的最大贡献。后来他又发现电子的许多性质，指出电子既像气体中的导电体，又像原子中的组分。１９１２年，他通过对某些元素的极隧射线研究，指出存在同位素。汤姆生由于在物理学方面有重大贡献，于１９０６年获诺贝尔物理学奖。人类对基本粒子的认识可以追溯到２４００多年前。从古希腊的“原子论”到近代道尔顿的“新原子论”，都认为原子是构成物质的最小单位，是永恒不变而且不可分割的。千百年来，人们对此深信不疑。

然而，１８７９年，英国物理学家约瑟夫·汤姆生却发现了比原子更小的单位——电子。这一石破天惊的发现，打开了人类通往原子科学的大门，标志着人类对物质结构的认识进入了一个新的阶段。

在汤姆生发现电子之前，物理学家们在研究真空放电现象时发现了阴极射线。当时，对于阴极射线的本质是“光波”还是“微粒”，科学界展开了激烈的争论。２０多年之后，汤姆生以其杰出的实验令人信服地表明阴极射线是带负电的微粒。因为它在真空管中产生了偏移，被负极板排斥，为正极板所吸引。

１８７９年，汤姆生在皇家学会讲演中，介绍了他的实验背景。

首先，汤姆生认为“在气体中的电荷载体一定比普通的原子或分子要小”，因为它们比起原子或分子来更容易且更多地穿过气体。

其次，汤姆生认为“放电管中不管用什么气体，而电荷载体却都是一样的”。这一点也为事实所证明，不论真空管里是什么气体，射线在标准磁场作用下产生的偏移是一样的。

根据这些假说，汤姆生大胆推测，阴极射线中的电荷载体是一种普通的物质成分，它比元素原子还要小。

同年，汤姆生创造性地设计了一个杰出的实验。这项实验包括一个阴极作为射线源，两个金属栓带缝隙，以便产生良好的射线来。然后，通过保险丝连接玻璃管和两个金属板以及电池，使两板之间形成电场，并在玻璃管的圆球形一端产生阴极射线冲击的闪光。

实验的核心是测出了阴极射线的电荷与质量的比值（后来被称为电子的“荷质比”）。他所得到的数值比法拉第所测的最轻原子的荷质比大２０００倍。这就一举结束了长达２０多年的对阴极射线本质的争论，并合理地做出假说：存在着比元素原子还要小的一种物质状态。

汤姆生将这种带负电的阴极射线粒子称为“原始原子”，它的质量仅为氢离子质量的千分之一。

后来的物理学成果证明，汤姆生关于“比原子小”的“原始原子”的假说是对的。另一位著名的物理学家卢瑟福对此做了更科学具体的阐述，他用“核化原子”来解释，正电荷集中在原子的中心，形成沉重的原子核，而电子则环绕着它沿轨道旋转。最后，根据斯托尼的建议，将汤姆生发现的“物质的原始电子”普遍称做“电子”。

电子的发现，打开了现代物理学研究领域的大门，标志着人类对物质结构的认识进入了一个新的阶段。这不仅是物理学发展史上的一项划时代的重大发现，而且还具有极其深远的哲学意义。

电子的发现，使汤姆生获得了１９０６年度诺贝尔物理学奖。

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② 汤姆孙发现电子的实验是什么实验他是如何完成的

汤姆孙“发现”电子实际上只是较准确（其实也有一定误差）地测出了阴极射线的荷质比，从而证明构成阴极射线的粒子是带一个单位负电荷但质量是氢原子的近2000分之一，他把构成阴极射线的粒子命名为电子。

③ （2010天津）质谱分析技术已广泛应用于各前沿科学领域．汤姆孙发现电子的质谱装置示意如图，M、N为两块

（1）离子在电场中受到的电场力F_y=q₀E…①
离子获得的加速度ay＝