湯姆發現電子的實驗裝置

① 湯姆生用如圖所示的裝置（陰極射線管）發現了電子．電子由陰極C射出，在CA間電場加速，A′上有一小孔，所

（1）粒子在加速場中：eU′=

1

2

mv₀²
得：U′=

mv02

2e

①
偏轉場中：a=

eU

md

②
L=v₀t₁ ③
豎直方向位移：y₁=

1

2

at₁² ④
射出偏轉場後，水平方向：D=v₀t₂ ⑤
豎直方向：y₂=at₁?t₂ ⑥
又：y₁+y₂=H ⑦
聯立②③④⑤⑥⑦得：

mv02

e

=

U(L2+2DL)

2Hd

⑧
⑧代入①得：U′=

U(L2+2DL)

4Hd

⑨
（2）當偏轉板中又加一磁感應強度為B垂直紙面向里的勻強磁場時，發現電子又打到熒光屏的O點，根據平衡條件：
e

U

m

=ev₀B ⑩
由①⑨⑩聯立得：

e

m

=

2HU

B2Ld(2D+L)

答：（1）CA間的加速電壓U′為

U(L2+2DL)

4Hd

；（2）電子的比荷

e

m

=

2HU

B2Ld(2D+L)

．

② 密立根油滴實驗是怎樣操作的

密立根設置了一個均勻電場，方法是將兩塊金屬板以水平方式平行排列，作為兩極，兩極之間可產生相當大的電位差。金屬板上有四個小洞，其中三個是用來將光線射入裝置中，另外一個則設有一部顯微鏡，用以觀測實驗。噴入平板中的油滴可經由控制電場來改變位置。

為了避免油滴因為光線照射蒸發而使誤差增加，此實驗使用蒸氣壓較低的油。其中少數的油滴在噴入平板之前，因為與噴嘴摩擦而獲得電荷，成為實驗對象。

(2)湯姆發現電子的實驗裝置擴展閱讀：

實驗背景

1897年湯姆生發現了電子的存在後，人們進行了多次嘗試，以精確確定它的性質。湯姆生又測量了這種基本粒子的比荷（荷質比），證實了這個比值是唯一的。許多科學家為測量電子的電荷量進行了大量的實驗探索工作。

電子電荷的精確數值最早是美國科學家密立根於1917年用實驗測得的。密立根在前人工作的基礎上，進行基本電荷量e的測量，他作了上百次測量，一個油滴要盯住幾個小時，可見其艱苦的程度。密立根通過油滴實驗，精確地測定基本電荷量e的過程，

實驗意義

密立根的實驗裝置隨著技術的進步而得到了不斷的改進，但其實驗原理至今仍在當代物理科學研究的前沿發揮著作用，例如，科學家用類似的方法確定出基本粒子──誇克的電量。

油滴實驗中將微觀量測量轉化為宏觀量測量的巧妙設想和精確構思，以及用比較簡單的儀器，測得比較精確而穩定的結果等都是富有啟發性的。

③ 電子是如何發現的

電子是在1897年由劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·約翰·湯姆森在研究陰極射線時發現的。

1897年，英國劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·約翰·湯姆森重做了赫茲的實驗。使用真空度更高的真空管和更強的電場，他觀察出負極射線的偏轉，並計算出負級射線粒子（電子）的質量-電荷比例，因此獲得了1906年的諾貝爾物理學獎。

湯姆遜採用1891年喬治·斯托尼所起的名字——電子來稱呼這種粒子。至此，電子作為人類發現的第一個亞原子粒子和打開原子世界的大門被湯姆遜發現了。

(3)湯姆發現電子的實驗裝置擴展閱讀

1、電子的應用

電子的應用領域很多，像電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、激光和粒子加速器等等。在實驗室里，精密的尖端儀器，像四極離子，可以長時間約束電子，以供觀察和測量。大型托卡馬克設施，像國際熱核聚變實驗反應堆，借著約束電子和離子等離子體，來實現受控核聚變。

在一次美國國家航空航天局的風洞試驗中，電子束射向太空梭的迷你模型，模擬返回大氣層時，太空梭四周的游離氣體。

2、電子的發現過程

19世紀末，許多科學家都研究陰極射線。原因是對它的本質還沒搞清。這么多的科學家研究陰極射線，為什麼他們不能發現陰極射線是帶負電的顆粒呢？原因是，只要在陰極射線管內有一定的氣體，當陰極射線通過時，這些氣體就變成導體而使陰極射線受到屏蔽，令它不受電場或磁場的影晌。

1897年湯姆森把陰極射線管內抽到殘留的氣體很少，當陰極射線通過時把原來過多氣體變成導體的屏蔽效應消除。他就可以看見陰極射線受到磁場（電場）的偏轉。這表示陰極射線是帶負電的粒子。這樣，湯姆森研究陰極射線實際就是研究帶負電顆粒的遠動。

1899年湯姆森從電（磁）場的強度，顆粒運動的速度和偏轉的角度，就可以測出電子的質量以及它所帶的電荷。湯姆森得出結論是，他所發現的帶負電的顆粒比最輕的原子都要輕一千倍，它是原子的組成元素。後來，科學家把它稱為電子。湯姆森提出，電子是分布在正電的海中的「葡萄乾布丁」原子模型。

④ 電子是如何發現的

電子是在1897年由劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·約翰·湯姆森在研究陰極射線時發現的。

1897年，英國劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·約翰·湯姆森重做了赫茲的實驗。使用真空度更高的真空管和更強的電場，他觀察出負極射線的偏轉，並計算出負級射線粒子（電子）的質量-電荷比例，因此獲得了1906年的諾貝爾物理學獎。

湯姆遜採用1891年喬治·斯托尼所起的名字——電子來稱呼這種粒子。至此，電子作為人類發現的第一個亞原子粒子和打開原子世界的大門被湯姆遜發現了。

(4)湯姆發現電子的實驗裝置擴展閱讀

物理學家現在已經證明可以通過電學手段控制磁性半導體中的磁性，為新型自旋電子器件鋪平了道路。半導體是信息處理技術的核心，以晶體管的形式，半導體充當電荷的開關，允許在二進制狀態0和1之間切換。

另一方面，磁性材料是信息存儲設備的重要部件。研究利用電子的自旋自由度來實現記憶功能。磁性半導體是一類獨特的材料，可以同時控制電荷和自旋，有可能在單一平台上實現信息處理和存儲操作。