电子的发现/汤姆孙发现电子
1897年约瑟夫·约翰·汤姆孙根据放电管中的阴极射线在电磁场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电,并测出其荷质比,这在一定意义上是历史上第一次发现电子,12年后美国物理学家罗伯特·安德鲁·密立根用油滴实验测出了电子的电荷。下面我们来具体阐述。
电子的发现
1858年“阴极射线”被发现,它是由什么组成的,一直众说纷纭,并引起了一场英、法、德科学家的大争论。
由德国一些物理学家组成的论战一方主张,阴极射线是以太的特殊振动;由英国、法国一些物理学家组成的论战另一方认为,阴极射线是带负电的粒子流.问题一直得不到公认。本来,克鲁克斯在1879年的几个实验就足以证明粒子论者的观点是正确的,但由于当时普遍认为原子不可再分,因而不能解释勒纳德在1893年将“阴极射线”引出阴极管外的现象,致使论战截至伦琴射线发现时还未结束。到1897年,汤姆生走上了科学实验的舞台,他用不同的方法测定了阴极射线粒子的荷质比,证明它们是一种更基本的粒子,导致了电子的发现,以致真相大白。
电子
电子是构成原子的粒子之一。电子的质量极小,带负电荷,不同的原子拥有的电子数目不同。例如,每一个碳原子中含有6个电子,每一个氧原子中含有8个电子。
电子带负电,围绕原子核旋转。能量高的电子离原子核较远,能量低的离核较近。通常将电子在离核远近不同的区域内运动称为电子的分层排布(见高中化学课本)。
电子通常用符号e来表示;电子的质量很小,为9.10938215(45) \times 10^{-31}千克。接下来,我们主要探讨的是电子的发现过程。
阴极射线
什么是阴极射线?阴极射线是在1858年利用低压气体放电管研究气体放电时发现的,阴极射线与电子的发现息息相关。
如图所示,真空玻璃管中的C与高压电源的负极相连,为阴极,金属管AB与高压电源的正极相连,为阳极。
当高压电源接通时,在C与AB间,会产生极大的高压(电场强度)。
通过观察会发现,有一束类似于光的特殊的“射线”,从C(阴极)发出,通过金属管AB后,打在图右侧的屏F上。
由于这束“射线”是从阴极释放的,我们称之为阴极射线。
进一步,可通过在金属管AB右侧施加偏转电场,我们还会观测到这束阴极射线发生明显的偏转。
阴极射线
阴极射线就是电子流。我们是在发现电子之前研究的阴极射线。在高压电场下,从阴极激发出来的射线,到底是电磁波还是一种粒子,众说纷纭。汤姆孙利用实验的方法,确定了阴极射线是一种粒子流,并通过计算得到了其比荷,这种粒子我们称之为电子。
枣糕模型
枣糕模型(又称梅子布丁模型、汤姆孙模型、葡萄干布丁模型),是物理学家汤姆孙(J.J.Thomson)在1898年提出的关于原子结构的一种假设模型。
汤姆孙枣糕模型是基于阴极射线的分析得到的,是发现电子之后,对原子结构探索的一种假设。
枣糕模型是早期科学家们在探索原子内部构造时,由汤姆生提出来的一种“原子结构”概念,其观点是:
除电子外,原子的质量与正电荷如同糕点一样均匀排布,电子则如同枣一样随机嵌入在糕点之中。具体如上图所示。
枣糕模型提出的逻辑
1,物理学者们通过对阴极射线的研究,发现这一现象:原子能够激发出来一种“物质”。
2,汤姆孙利用垂直电场,发现该物质偏转(即论证出该物质带电),且不同物质激发后的荷质比为固定值。这便彻底否定了赫兹等人的电磁波假说。
3,既然阴极能够激发出这种更小的粒子,说明阴极这种金属原子是可以分割的。
4,原子可以分割,那么原子到底是有什么组成的呢?汤姆孙提出了枣糕模型。
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