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1、东北师范大学远程与继续教育学院网络教育本科毕业论文题 目 电子 的发现 学生姓名 王 斌 专 业 物 理 年 级 053 学习中心 陕西延安教育学院奥鹏学习中心 学 号 指引教师 郑 泰 玉 通讯地址陕西省延安市安塞县建华初级中学联系电话 _ 月5日毕业论文提纲王 斌陕西省安塞县建华初级中学(7740）论 题:电子的发现摘 要:在查阅大量文献的基本上，分析了发现电子的历史背景，论述了汤姆逊发现电子的过程及其重要工作和奉献,指出电子的发现对冲破原子不可分的旧观念,引导人们对原子构造进行摸索具有革命性的意义。核心词:电子;阴极射线；汤姆逊；原子。内容提纲：1.历史背景。2、汤姆逊的奉献。3.进一步
2、的研究和影响。参 考 文 献：1宋德生,李国栋.电磁学发展史南宁：广西人民出版社，18.2关洪.物理学史选讲.北京:高等教育出版社,994.3M.H沙摩斯(美).物理学史上的重要实验.北京:科学出版社，1985.郭奕玲,沈慧君.物理学史,北京:清华大学出版社,1.电子 的 发 现王 斌陕西省安塞县建华初级中学(17400)摘要:在查阅大量文献的基本上,分析了发现电子的历史背景，论述了汤姆逊发现电子的过程及其重要工作和奉献，指出电子的发现对冲破原子不可分的旧观念,引导人们对原子构造进行摸索具有革命性的意义。核心词:电子；阴极射线;汤姆逊；原子电子是人类发现的第一种基本粒子,这一发现具有划时代的意
3、义。电子的发现打破了几千年来人们有关原子不可分的观念,揭开了研究原子构造的序幕，增进了人类对原子的进一步结识。回忆电子发现的历史过程,对我们是有一定启迪的。.历史背景人们对阴极射线的研究导致了电子的发现,因此,追溯电子的发现过程有必要回忆对阴极射线的研究。早在18年,法拉第就开始烟剂真空管中的放电现象，185年,德国物理学家普吕克尔发现的阴极射线管中，阴极附近的管壁上分布着一种特殊的荧光,这种荧光可以用磁铁变化它的位置。普吕克尔觉得，荧光是由阴极发射出的电流碰击管壁导致的。后来,希托夫再次进行实验，证明了普吕克尔的发现。1876年，德国物理学家戈德斯坦做相似的实验,她觉得实验似乎阐明阴极发射类
4、似于光的物质,并把它命名为阴极射线。阴极射线发现之后,它的性质是什么？这是人们关注的重要问题。针对这一问题，当时的物理学家开展了一系列实验研究。早在1871年阴极射线被命名之前，瓦耳雷就提出设想,阴极射线是由带负电的粒子构成的。79年，英国物理学家克鲁克斯对阴极射线进行了一系列的实验研究，她用云母做了一种十字，放在阴极射线管中阴极射线通过的途径上，在阴极对面的玻璃管壁上产生了一种边界清晰的十字阴影。她由此做出判断，阴极射线是粒子流。克鲁克斯通过进一步的实验结识到,阴极发射物不仅具有质量,并且带有电量，阴极射线粒子带有负电。通过一系列的实验研究，克鲁克斯最后得出结论:阴极射线是由带负电微粒构成的
5、。这一观点受到大多数英国物理学家的支持，最后形成了以英国物理学家为主的有关阴极射线性质的观点：阴极射线是从阴极中以很大的速度发射出的带负电的物体。与多数英国物理学家不同，多数德国物理学家觉得，阴极射线是某种电振荡或波。例如，戈德斯坦就主张阴极射线是一种电磁辐射现象。83年,赫兹在做阴极射线实验时，由于实验条件的因素,没有发现阴极射线所产生的电场和磁场，也没有观测到静电场对阴极射线的影响,她以此实验为根据，主张阴极射线是纵向振动的电磁辐射。192年,赫兹运用一块金属板把阴极射线管的阴极区和阳极区隔开，在实验中发现“阴极射线”通过了金属板，她觉得这个现象为阴极射线是电磁辐射又提供了一种实验证据。在
6、十九世纪,有关阴极射线性质的这两个观点都十分流行,它们各自都提出了自己的理论，并对有关实验作出解释。这两种流行观点也互相争论，争论吸引了更多的科学家对阴极射线进行研究，从而使对阴极射线的证认工作不断进行，增进了人们对阴极射线的结识。此外，十九世纪后半叶,物质的原子论已经稳固地建立起来，物质的带电性也很容易得到证明。但是，人们还不理解电和原子之间的真正关系。科学家们相信,研究气体导电现象，有助于对电和原子之间真正关系的结识。汤姆逊在十九世纪最后十年对气体放电及阴极射线的研究,就是在这个历史背景下进行的。2、汤姆逊的奉献十九世纪八十年代，克鲁克斯和戈德斯坦有关阴极射线的研究成果，引起了大批科学家对
7、阴极射线的关注，汤姆逊也把她的注意力投向这个领域，通过对气体放电的实验研究导致了对电子的发现。有关阴极射线的性质，汤姆逊和多数英国物理学家持相似的观点，觉得阴极射线是由带负电粒子构成的,并且带负电粒子也许以很大速度运动。对阴极射线带有负电荷。佩兰在189年所做的实验已证明了这一点。她将金属圆桶安装在阴极射线管中,用静电计测圆桶接受到的电荷。实验表白:当金属圆桶收集到阴极射线时，圆桶一定带负电;当阴极射线不进入圆桶时,圆桶就不带电。从而证明阴极射线带有负电荷,支持了阴极射线是由带电负粒子构成的观点。可是,支持阴极射线是波动说的人们却对此提出反对意见,她们觉得佩兰所用放电管的阳极同步又在外圆桶,因
8、而不能阐明验电器带电的因素，也不能阐明验电器带电与阴极射线之间存在的关系。针对这种非难，汤姆逊于897年以另一种方式反复了佩兰的实验。汤姆逊把佩兰实验中的阳极与外圆桶分开,并把外圆桶接地，将两个有裂缝的同轴置于一种与放电管连接的玻璃泡中,把圆桶裂缝与阴极射线的直线传播途径有一夹角，这样就使得阴极射线除非被磁铁偏转,不会落到圆桶中，对阴极射线的径迹汤姆逊用玻璃泡上的磷光来示迹。她的实验显示，当阴极射线不落在裂缝时，送至验电器的电荷是很小的;而当阴极射线被一磁体偏转从而落在裂缝时,就有大量的负电荷送至静电计。实验用无可辩驳的事实阐明,负电荷总是与阴极射线走同一条路线。这种负电荷同阴极射线是牢不可分
9、的。这就证明了阴极射线带有负电荷,从而不给反对者留下任何余地。支持阴极射线是带负电荷粒子观点的另一种重要实验是，汤姆逊显示了阴极射线被静电场偏转。赫兹曾在188做过静电场对阴极射线作用的实验，她让射线从放置在放电管内连接到蓄电池的两块平行金属板之间通过，没有发现静电场对阴极射线的影响。这一事实成了阴极射线是电磁辐射的一种实验证据，也成了反对阴极射线是带负电粒子的重要论据之一。汤姆逊反复赫兹的实验,她的实验显示,在高真空下,把两块铝板与蓄电池构成的电极相连，射线从铝板之间通过时，便发生了偏转。同步,汤姆逊对赫兹的实验作了对的的解释，她觉得,在赫兹的实验中,射线没有发生偏转是由于射线使稀薄气体具有
10、了导电性所致。汤姆逊把有关阴极射线的现象综合考虑,她发现带负电的阴极射线的行为和带负电的物体行为完全相似，它们既被静电力偏转，又会受磁力的作用。于是她得出结论,阴极射线就是带负电的物质粒子。然而,这些物质粒子究竟是什么呢？它们与否原子、或分子、或分得更细状态的物质?对此汤姆逊进行了一系列实验，测量这种粒子的质荷比m。她用两种不同的措施测量质荷比,在实验中发现,气体的性质不会影响射线的路线。测得的me值不仅与速度无关,并且与射线通过的气体性质毫无关系，还与使用的阴极种类无关。e值比当时已知的氢原子质荷比M/E小3个数量级。汤姆逊觉得，对阴极射线测得的m/e很故事明,也许是由于构成射线的带电粒子很
11、小，或者是e大,或者是两者兼有。汤姆逊得到阴极射线的质荷比之后,她结合当时多数化学家有关化学元素构造的观点,以及迈厄用飘浮磁体来模拟原子力的实验,对阴极射线的性质进行推论:假设阴极射线粒子所带电荷等于氢粒子所带电荷。那么,从m/e的值很小便可推出的值很小;由的值很小又可推出构成阴极射线的粒子体积很小;由于它的体积很小，因此有较好的穿透性,这就可以解释射线穿过金属箔的现象;由射线粒子的体积很小以及它与产生它的环境明显无关，可推测构成射线的粒子分布的广泛性。由于构成阴极射线的粒子在多种元素中普遍存在,因此它是原子的构成部分。如果按迈厄用飘浮磁体模拟原子力实验进行排列，我们就会对原子的周期特性用电动
12、力学进行解释,也可以阐明普劳特推测别的元素的原子都是由两个或多种氢原子构成的观点是对的的。这些是汤姆逊在197年所做的工作。通过这些工作，汤姆逊发现了构成原子的一种基本粒子电子。两年后,汤姆逊又用威尔逊云室成功地测量了电子所带的电荷,测得的数值与当时近似已知的氢离子值符合的较好。这就阐明电子所带的电荷等于氢离子所带电荷,而它的质量却比氢原子小得多。3.进一步的研究和影响汤姆逊对电子的发现是物理学发展史上的一种里程碑。自她的开拓性工作以来,人们提出多种各样的措施对电子电荷进行精确测量。在直接测量电子电荷的措施中，密立根获得了巨大成功。她在19进行了油滴实验,第一次给出了电子电荷的精确数值，并且肯
13、定了电荷的“量子化”,肯定了不存在比电子电荷的绝对值更小的电荷。这一工作的意义十分重大,正如A.加尔斯特兰德说，密立根“对单位电荷的精确求值是对物理学的不可估计的奉献，它能使我们以较高的精密度计算大量最重要的物理常数”。密立根由于这一奉献和研究光电效应而荣获了1923年诺贝尔物理学奖。电子的发现具有革命性的意义，它打破了自古希腊以来人们有关原子不可分的观念,并以无可辩驳的事实展示:原子是可分的，电子是原子的构成部分,是不原子更小的粒子。这就鼓励并引导人类对原子构造进行摸索，增进原子物理学的建立和不断向前发展。参考 文 献:宋德生，李国栋.电磁学发展史.南宁:广西人民出版社,198.2关洪.物理学史选讲.北京:高等教育出版社,943M.H沙摩斯(美).物理学史上的重要实验.北京:科学出版社,1985.4郭奕玲,沈慧君物理学史,北京:清华大学出版社,193
