汤姆森的电子实验装置图

① 电子是如何发现的

电子是在1897年由剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·约翰·汤姆森在研究阴极射线时发现的。

1897年，英国剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·约翰·汤姆森重做了赫兹的实验。使用真空度更高的真空管和更强的电场，他观察出负极射线的偏转，并计算出负级射线粒子（电子）的质量-电荷比例，因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。

汤姆逊采用1891年乔治·斯托尼所起的名字——电子来称呼这种粒子。至此，电子作为人类发现的第一个亚原子粒子和打开原子世界的大门被汤姆逊发现了。

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1、电子的应用

电子的应用领域很多，像电子束焊接、阴极射线管、电子显微镜、放射线治疗、激光和粒子加速器等等。在实验室里，精密的尖端仪器，像四极离子，可以长时间约束电子，以供观察和测量。大型托卡马克设施，像国际热核聚变实验反应堆，借着约束电子和离子等离子体，来实现受控核聚变。

在一次美国国家航空航天局的风洞试验中，电子束射向航天飞机的迷你模型，模拟返回大气层时，航天飞机四周的游离气体。

2、电子的发现过程

19世纪末，许多科学家都研究阴极射线。原因是对它的本质还没搞清。这么多的科学家研究阴极射线，为什么他们不能发现阴极射线是带负电的颗粒呢？原因是，只要在阴极射线管内有一定的气体，当阴极射线通过时，这些气体就变成导体而使阴极射线受到屏蔽，令它不受电场或磁场的影晌。

1897年汤姆森把阴极射线管内抽到残留的气体很少，当阴极射线通过时把原来过多气体变成导体的屏蔽效应消除。他就可以看见阴极射线受到磁场（电场）的偏转。这表示阴极射线是带负电的粒子。这样，汤姆森研究阴极射线实际就是研究带负电颗粒的远动。

1899年汤姆森从电（磁）场的强度，颗粒运动的速度和偏转的角度，就可以测出电子的质量以及它所带的电荷。汤姆森得出结论是，他所发现的带负电的颗粒比最轻的原子都要轻一千倍，它是原子的组成元素。后来，科学家把它称为电子。汤姆森提出，电子是分布在正电的海中的“葡萄干布丁”原子模型。

② 汤姆森发现电子实验 具体实验是怎样的 想了解实验过程

电子束射到荧光物质上时能让它发光,汤姆森在阴极射线实验中就用了荧光物质,结果真的发光了,由此断定这是电子.

③ α粒子散射实验的卢瑟福α粒子散射实验

直线运动的α 和β 粒子在碰到物质原子时，运动方向会发生偏转。β 粒子的散射数目要比α 粒子更多，因为β 粒子的动量和能量要小得多。似乎已没有疑问，如此迅速移动的粒子以其原来的路径穿过了原子，而观察到的偏转是由于遍布于原子系统内强电场作用的结果。一般假设，一束α 或β 粒子射线在通过薄片物质时的散射，是物质原子来回多次小散射的结果。然而，Geiger 和 Marsden 对α射线散射的观察显示，某些α 粒子在单次碰撞时，一定会发生大于正常角度的偏转。例如，他们发现，一小部分入射α 粒子，大约 20000 个中有1 个，在穿过厚度约为 0.00004cm的金箔时平均偏转了 90°的角度，如此厚度的金箔阻止α 粒子的能力相当于1.6mm厚度的空气。Geiger 接着指出，一束α 粒子穿过以上厚度金箔最可能偏转的角度是 0.87°。基于概率理论的一个简单计算表明，粒子偏转 90°的机会是微乎其微的。此外，稍后可以看出，如果这种大角度偏转是由许多小的偏转组成，那么，这种大角度偏转的α 粒子对各种角度的分布并不遵守预期的概率定律。大角度偏转是由于单次原子碰撞的设想似乎是有道理的，因为第二次同样碰撞而产生大角度偏转的概率在大多数情况下是很小的。一个简单的计算显示，原子必须具有强电场的核心，才能在单次碰撞中产生如此大的偏转。
J. J. Thomson（汤姆森）提出了一种理论来解释带电粒子在通过很薄的物质时产生的散射。他假设原子是由带 N个负电荷的粒子构成，伴随着相同数量的正电荷，均匀地分布在整个球内。负电荷粒子（如β 粒子）在穿过原子时的偏转归结为两个原因——（1）分布在原子内负电荷的斥力， （2）原子内正电荷的吸引力。粒子在经过原子时的偏转假设是很小的，尽管在与一个很大质量m碰撞后的平均角度为 m θ ⋅ ， 其中θ是对于单个原子的平均偏转。这表明，原子内部的电子数N可以通过观察带电离子的散射推断出来。这个混合散射理论的精确性在后来 Crowther 的一篇论文中做了实验检验。 Crowther 的实验结果明显地确认了Thomson（汤姆森）理论的主要结论，而且 Crowther 基于正电荷的连续性假设推导出，原子中的电子数大约是原子重量的三倍。
J. J. Thomson（汤姆森）理论是基于“单次原子碰撞产生的散射是很小的”这个假设。而且对原子特殊结构的假设也不允许α 粒子在穿过单个原子时有很大的偏转，除非假设正电荷球的直径与原子球的直径相比是极小的。
由于α 和β 粒子穿过了原子，通过对偏转本质的密切研究而形成关于原子结构的某些看法，从而产生观察到的效应，这是很有可能的。事实上，高速带电粒子被物质原子散射就是解决这个问题最有希望的方法之一。开发出为单个α 粒子计数的闪烁法就提供了独特的研究优势，而 H.Geiger 正是通过这种方法的研究，已经为我们增加了很多关于α射线被物质散射的知识。 卢瑟福从1909年起做了著名的α粒子散射实验，实验的目的是想证实汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。
为了要考察原子内部的结构，必须寻找一种能射到原子内部的试探粒子，这种粒子就是从天然放射性物质中放射出的α粒子。卢瑟福和他的助手用α粒子轰击金箔来进行实验，如图是这个实验装置的示意图。
在一个铅盒里放有少量的放射性元素钋(Po)，它发出的α射线从铅盒的小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上。当α粒子穿过金箔后，射到荧光屏上产生一个个的闪光点，这些闪光点可用显微镜来观察。为了避免α粒子和空气中的原子碰撞而影响实验结果，整个装置放在一个抽成真空的容器内，带有荧光屏的显微镜能够围绕金箔在一个圆周上移动。 实验结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来，这就是α粒子的散射现象。
发生极少数α粒子的大角度偏转现象是出乎意料的。根据汤姆孙模型的计算，α粒子穿过金箔后偏离原来方向的角度是很小的，因为电子的质量不到α粒子的1/7400，α粒子碰到它，就像飞行着的子弹碰到一粒尘埃一样，运动方向不会发生明显的改变。正电荷又是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到原子内部两侧正电荷的斥力大部分相互抵消，α粒子偏转的力就不会很大。然而事实却出现了极少数α粒子大角度偏转的现象。卢瑟福后来回忆说：“这是我一生中从未有的最难以置信的事，它好比你对一张纸发射出一发炮弹，结果被反弹回来而打到自己身上……”卢瑟福对实验的结果进行了分析，认为只有原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的区域，才有可能出现α粒子的大角度散射。由此，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构模型，认为在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核(nucleus)，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。
按照这一模型，α粒子穿过原子时，电子对α粒子运动的影响很小，影响α粒子运动的主要是带正电的原子核。而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，如图14-2(b)中的1、3、4、6、7、9，只有极少数α粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转，如图14-2(b)中的2，5，8。
根据α粒子散射实验，可以估算出原子核的直径约为10-15米～10-14米，原子直径大约是10-10米，所以原子核的直径大约是原子直径的万分之一，原子核的体积只相当于原子体积的万亿分之一。 结果：大多数散射角很小，约1/8000散射大于90°； 极个别的散射角等于180°。
结论：正电荷集中在原子中心。
大多数α粒子穿透金箔：原子内有较大空间，而且电子质量很小 。
一小部分α粒子改变路径：原子内部有一微粒，而且该微粒的体积很小，带正电。
极少数的α粒子反弹：原子中的微粒体积较小，但质量相对较大。

④ 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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⑤ J.J.Thomson（约瑟夫 约翰 汤姆森）的阴极射线管实验怎么得出电子的速度 求图及解答

在阴极射线管上加反向电压，逐渐增加电压的大小，到恰好使回路中电流为0，这时的电压是截止电压，即由光电效应发射的电子恰好不能到达另一极板，则若以经典力学的模型考虑电子，则由动能定理U*e=