湯姆生與電子的發(fā)現(xiàn) 由物理網(wǎng)資料整理

1884年,劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室主任瑞利因年老體衰而宣告辭職,他推薦年僅27歲的湯姆生做他的繼承人.盡管人們對此行動感到驚奇和不安,但是事實很快證明了這一決定是非常正確和明智的.人們隨即又贊楊起瑞利來了,說他具有識才的慧眼!

約瑟夫。約翰。湯姆生1856年12月18日生于英國曼徹斯特，父親是一個專印大學(xué)課本的著書商，由于職業(yè)的關(guān)系，他父親結(jié)識了曼徹斯特大學(xué)的一些教授。湯姆生從小就受到學(xué)者的影響，學(xué)習(xí)很認(rèn)真，十四歲便函進(jìn)入了曼徹斯特大學(xué)。在大學(xué)學(xué)習(xí)期間，他受到了司徒華教授的精心指導(dǎo)，加上他自已的刻苦鉆研，學(xué)業(yè)提高很快。

1876年，即二十一歲時，他被報送進(jìn)了劍橋大學(xué)三一學(xué)院深造，1880年他參加了劍橋大學(xué)的學(xué)位考試，以第二名的優(yōu)異成績?nèi)〉脤W(xué)位，隨后被選為三一學(xué)院學(xué)員，兩年后又被任命為大學(xué)講師。他在數(shù)物理學(xué)方面具有很高修養(yǎng)的第一批成果是《論渦旋環(huán)的運動》和《論動力學(xué)在物理學(xué)和化學(xué)中的應(yīng)用》

1884年，湯姆生在瑞利的推薦下，擔(dān)任了卡文迪許實驗室物理學(xué)教授。1897年湯姆生在研究稀薄氣全放電的實驗中，證明了電子的存在，轟動了整個物理學(xué)界。

我們在做稀薄氣體放電的實驗中，如果繼續(xù)抽出利害內(nèi)的空氣。在真空度較高的情況下接上高壓電源后，陰極就會發(fā)出一種射擊線來，它能使用權(quán)面對陰極的管壁發(fā)出錄色的熒光，這種射擊線被命名為“陰極射線”。陰極射線是由什么組成的?十九世紀(jì)末時，有的科學(xué)家說它是光波;有的科學(xué)家說它是由帶電的原子所驗成;有的則說是由帶陰電的微粒組成，眾主紛紜，一時得不公認(rèn)的結(jié)論。英法的科學(xué)家和德國的科學(xué)家們對于陰極射擊線本質(zhì)的爭論，竟延續(xù)了二十多年。最后到1897年，湯姆生的出色實驗結(jié)果面前，真相才得以大白。

湯姆生的實驗過程是這樣的，他將一塊涂有硫化鋅的小玻璃片，放在陰極射線所經(jīng)過的路途上，看到硫化鋅會發(fā)閃光。這說明硫化鋅能顯示出陰極射線的“徑跡”。他發(fā)現(xiàn)在一般情況下，陰極射線是直線行進(jìn)的，但當(dāng)在射擊線管的外面加上電場，或用一塊蹄形磁鐵跨放在射線管的外面，結(jié)果發(fā) 現(xiàn)陰極躬一都發(fā)生了偏折。根據(jù)其偏折的方向，不難判斷出帶電的性質(zhì)。湯姆生在1897年得出結(jié)論：這些“射線”不是以太波，而是帶負(fù)電的物質(zhì)粒子。但他反問自已：“這些粒子是什么呢?它們是原子還是分子，還是處在更細(xì)的平衡狀態(tài)中的物質(zhì)?“這需要作更精細(xì)的實驗.當(dāng)時還不知道比原子更小的東西，因此湯姆生假定這是一種被電離的原子，即帶負(fù)電的”離子“。他要測量出這種”離子“的質(zhì)量來，為此，他充計了一第列即簡單又巧妙的實驗：首先，單獨的電場或磁場都能使用權(quán)業(yè)子偏轉(zhuǎn)，而磁場對粒子施加的力是與粒子的速度有關(guān)的。湯姆生對粒子同時施加一個電場和磁場，并調(diào)節(jié)到電場和磁場所造成的粒子的偏聽偏信轉(zhuǎn)互相抵消，即粒子仍作直線運動。這樣，從電場和磁場的強度比值就能算出粒子運動速度。而速度一量找到后，單靠磁偏轉(zhuǎn)或者電偏轉(zhuǎn)就可以測出粒了的電荷與質(zhì)的比值，湯姆生又在陰極身線管的末端，放一個刻度標(biāo)尺的硫化鋅小屏，使陰極身坶的偏聽偏信折量可以在屏上讀出來。當(dāng)所加的磁場強：離了解”的速成電量和速度一定時，離子的質(zhì)量越大，則偏折量反而越小。

湯姆生用這種方法來測定"微粒"電荷與質(zhì)量之比值.他發(fā)現(xiàn)這個比值和氣體的性質(zhì)無關(guān),并且它的值107比起電解質(zhì)中氫離子的值104這個以前已知的最大量要大得多.這說明這種粒子的質(zhì)量比氫原子的質(zhì)量要小得多.前者大約是后者的二千分之一.后來,美國的物理學(xué)家羅伯特.密立根在1913年到1917年考察了荷 電油滴在相反的靜電場和引力場之間的運動.精確地測出了新的結(jié)果:前者是后者的1836分之一.

湯姆生測得的結(jié)果肯定地證實了陰極射線是由電子組成的,人類首次用實驗證實了一種"基本粒子"----電子的存大."電子"這一名稱是由物理學(xué)家斯通尼在1891年采用的,原意是定出的一個電的基本單位的名稱,后來,這一詞被應(yīng)用來表示湯姆生的"微粒".

自從發(fā)現(xiàn)電子以后,湯姆生就成為國際上知名的物理學(xué)者.在這之前,一般都認(rèn)為原子是"不能分割的"的東西,湯姆生的實驗指出,原子是由許多部分組成的,這個實驗標(biāo)志著科學(xué)的一個新時代.人們稱他是"一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人".1905年,被任命為英國皇家學(xué)院的教授;1906年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎;1916年任皇家學(xué)會主度;1919年被選為科學(xué)院外籍委員會首腦.他并沒有因此而停步不前,仍一如既往,兢兢業(yè)業(yè),繼續(xù)攀登科學(xué)的高峰.

湯姆生既是一位理論物理學(xué)家,又是一位實驗物理學(xué)家,他一生所做過的實駔,是無法計算的.正是通過反復(fù)的實駔,他測定了電子的確良荷質(zhì)比,發(fā)現(xiàn)了電子;雙在實驗中,創(chuàng)造了把質(zhì)量不同的原子分離開來的方法,為后人發(fā)現(xiàn)同位素,提供了有效的方法.

湯姆生在擔(dān)任卡文迪許實驗物理教授及實驗室主任的34年間,培培養(yǎng)了眾多的人才。在他的學(xué)生中，有九位獲得了諾貝爾獎金。湯姆生對自已的學(xué)生要求非常嚴(yán)格，他要求學(xué)生在開始做研究之前，必須學(xué)好所需要的實驗技術(shù)。進(jìn)行研究所用的儀器全要自已動手制作。他認(rèn)為大學(xué)應(yīng)是培養(yǎng)會思考、有獨立工作能力的人才的場所，不是用“現(xiàn)成的機器”投影造成出“死的成品”的工廠。因此，他堅持不讓學(xué)生使用現(xiàn)成的儀器，他要求學(xué)生不僅是實驗的觀察者，更是做實驗的創(chuàng)造者。

湯姆生的著述很多。如《電與磁的現(xiàn)代研究》、電與磁數(shù)學(xué)基本理論》等。在他成名之后，好多國家邀他去講學(xué)，但他從不輕易應(yīng)允。如美國著名的普林斯頓大學(xué)曾幾度請他去講學(xué)，最后他才答案應(yīng)去講六個小時。他講授的內(nèi)容相當(dāng)重要，對核物理有一定的價值。這足以說明他治學(xué)十分嚴(yán)謹(jǐn)，不講則已，講則要有新的創(chuàng)見。

1940年8月30日，湯姆生逝世于劍橋。他的骨灰被安葬在西敏寺的中央，與牛頓，達(dá)爾文、開爾文等偉大科學(xué)家的骨灰安放在一起。

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