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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, 不論哪種元素, 含有同一數量的原子數, 這個數稱為阿伏伽德羅常數。

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, 原子所發出的光的頻率就相當於這些振動的頻率。

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

盧瑟福

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