汤姆发现电子的实验装置

① 汤姆生用如图所示的装置（阴极射线管）发现了电子．电子由阴极C射出，在CA间电场加速，A′上有一小孔，所

（1）粒子在加速场中：eU′=

1

2

mv₀²
得：U′=

mv02

2e

①
偏转场中：a=

eU

md

②
L=v₀t₁ ③
竖直方向位移：y₁=

1

2

at₁² ④
射出偏转场后，水平方向：D=v₀t₂ ⑤
竖直方向：y₂=at₁?t₂ ⑥
又：y₁+y₂=H ⑦
联立②③④⑤⑥⑦得：

mv02

e

=

U(L2+2DL)

2Hd

⑧
⑧代入①得：U′=

U(L2+2DL)

4Hd

⑨
（2）当偏转板中又加一磁感应强度为B垂直纸面向里的匀强磁场时，发现电子又打到荧光屏的O点，根据平衡条件：
e

U

m

=ev₀B ⑩
由①⑨⑩联立得：

e

m

=

2HU

B2Ld(2D+L)

答：（1）CA间的加速电压U′为

U(L2+2DL)

4Hd

；（2）电子的比荷

e

m

=

2HU

B2Ld(2D+L)

．

② 密立根油滴实验是怎样操作的

密立根设置了一个均匀电场，方法是将两块金属板以水平方式平行排列，作为两极，两极之间可产生相当大的电位差。金属板上有四个小洞，其中三个是用来将光线射入装置中，另外一个则设有一部显微镜，用以观测实验。喷入平板中的油滴可经由控制电场来改变位置。

为了避免油滴因为光线照射蒸发而使误差增加，此实验使用蒸气压较低的油。其中少数的油滴在喷入平板之前，因为与喷嘴摩擦而获得电荷，成为实验对象。

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实验背景

1897年汤姆生发现了电子的存在后，人们进行了多次尝试，以精确确定它的性质。汤姆生又测量了这种基本粒子的比荷（荷质比），证实了这个比值是唯一的。许多科学家为测量电子的电荷量进行了大量的实验探索工作。

电子电荷的精确数值最早是美国科学家密立根于1917年用实验测得的。密立根在前人工作的基础上，进行基本电荷量e的测量，他作了上百次测量，一个油滴要盯住几个小时，可见其艰苦的程度。密立根通过油滴实验，精确地测定基本电荷量e的过程，

实验意义

密立根的实验装置随着技术的进步而得到了不断的改进，但其实验原理至今仍在当代物理科学研究的前沿发挥着作用，例如，科学家用类似的方法确定出基本粒子──夸克的电量。

油滴实验中将微观量测量转化为宏观量测量的巧妙设想和精确构思，以及用比较简单的仪器，测得比较精确而稳定的结果等都是富有启发性的。

③ 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。

④ 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。

(4)汤姆发现电子的实验装置扩展阅读

物理学家现在已经证明可以通过电学手段控制磁性半导体中的磁性，为新型自旋电子器件铺平了道路。半导体是信息处理技术的核心，以晶体管的形式，半导体充当电荷的开关，允许在二进制状态0和1之间切换。

另一方面，磁性材料是信息存储设备的重要部件。研究利用电子的自旋自由度来实现记忆功能。磁性半导体是一类独特的材料，可以同时控制电荷和自旋，有可能在单一平台上实现信息处理和存储操作。