講義3:28歲成為劍橋教授,他發現電子,最先打開粒子物理學大門
一、電子的發現
1833年,法拉第(M.Faraday)提出電解定律,1mol任何原子的單價離子永遠帶有相同的電量-即法拉第常數。
1811年義大利化學和物理學家阿伏伽德羅提出摩爾定律, 即一摩爾原子的物質中,
1874年,斯托尼(G.T.Stoney)指出原子所帶電荷為一個電荷的整數倍,斯托尼提出,用“電子”來命名這個電荷的最小單位。
真正從實驗上確認電子的存在,是1897年,湯姆孫(J.J. Thomson)通過陰極射線管中電子荷質比的測量,確定了電子的存在。
湯姆孫(J.J. Thomson)
JJ湯姆孫,英國物理學家,因為發現電子的粒子性成為1906年諾貝爾物理獎獲得者。有趣的是,虎父無犬子,他的兒子GP湯姆孫因為證明了電子的波動性,獲得了1937年的諾貝爾物理獎。
從小出生在書香世家,他父親就是出版大學課本的書商,和著名教授都有密切往來。湯姆孫從小就是神童級別,14歲進入曼徹斯特大學學習,28歲即成為劍橋大學卡文迪許實驗室的物理學教授。
1897年,湯姆孫通過實驗技術的改進,極大提高了陰極射線管中的真空度,獲得了高真空,從而明確觀察到了陰極射線中電子的偏轉。他敢於拋棄幾百年的傳統原子觀,大膽的第一個承認電子這個比原子更小微粒的存在,從而被譽為最先打開粒子物理學大門的偉人。
湯姆遜實驗的結果,得出了以下結論:
第一步,證明陰極射線是直線傳播的 。
第二步,證明陰極射線是由物質的粒子構成的,而不僅僅是一束光線。
第三步,證明粒子是帶負電荷的 。
第四步,陰極粒子的重量約為已知最輕的元素氫原子的兩千分之一 。
第五步,這些粒子是一切物質所共有的,而且始終是一樣的 。
二、湯姆孫原子模型
1898年湯姆孫提出 “葡萄乾麵包”式原子模型或稱為“西瓜”模型,或者棗糕模型,
主要理論就是原子中帶正電部分均勻分佈在原子體內,電子鑲嵌在其中。
西瓜模型
該模型解釋了原子電中性和原子發光現象。
對原子發光現象的解釋:電子在其平衡位置作簡諧振動,
1.成功方面:
解釋了原子電中性、電子分佈;原子發光;估計出原子大小;電子數等於原子序數。
2.失敗:
1)它所預言的原子光譜與實驗觀測的資料完全不符;
1903年,林納(P.Lenard)所做的電子在金屬膜上的散射,研究陰極射線被物質吸收實驗發現,高速度的電子很容易穿透原子。
實驗發現實際 “原子內部是十分空虛的”。並不象湯姆孫的實心球模型。
2) 盧瑟福的α粒子散射實驗否定了湯姆孫的原子模型。
下次我們就談湯姆孫的學生盧瑟福,他是如何從實驗和理論上推翻了老師的原子模型。
盧瑟福
2) 盧瑟福的α粒子散射實驗否定了湯姆孫的原子模型。
下次我們就談湯姆孫的學生盧瑟福,他是如何從實驗和理論上推翻了老師的原子模型。
盧瑟福