电子的发现源于巧合

10　电子的发现源于巧合

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电子是人们最早发现的带有单位负电荷的一种基本粒子，质量极小，带负电，在原子中围绕原子核旋转。由电子与中子、质子所组成的原子，是物质的基本单位。相对于中子和质子所组成的原子核，电子的质量显得极小。

1897年，英国物理学家汤姆逊是第一个用实验证明电子存在的人。电子的发现打破了原子不可分的经典的物质观，是与微观物质组成有最直接的关系，也向人们宣告了原子不是构成物质的最小单元，它具有内部结构，是可分的。

英国物理学家汤姆逊

汤姆逊是一位非常有成就的物理学家，28岁就成为了英国皇家学会的会员，并且担任七了有名的卡文迪许实验室的主任。对于阴极射线的本质研究，英国卡文迪许实验室的研究人员感到了极大的兴趣，包括汤姆逊在内，汤姆逊则倾向于克鲁克斯的观点，即认为它是一种带电的原子。

1858年，阴极射线是德国物理学家普里克在利用低压气体放电管研究气体放电时发现的。到了1897年，汤姆逊根据阴极射线在电磁场和磁场作用下放电管中的轨迹，确定阴极射线中的粒子是带负电的，这也在一定意义上代表了人类历史上第一次发现了电子。

然而在汤姆逊发现电子之前，关于阴极射线性质地研究，德国和英国物理学家之间却出现了激烈地争论。1892年，德国的物理学家赫兹宣称阴极射线不可能是粒子，而只是一种以太波，当时许多知名的德国物理学家也附和赫兹这个观点，但以克鲁克斯为代表的一些英国物理学家却坚持认为阴极射线是一种带电的粒子流。从此，思路敏捷的汤姆逊积极投身到了这场有关阴极射线性质的争论之中，这才有了后来汤姆逊对阴极射线性质地研究和确定。

德国物理学家赫兹

1895年，法国年轻的物理学家佩兰在他的论文中，谈到了有关阴极射线电量测定的实验。他的实验结果明确表示支持阴极射线是带负电粒子流的这一观点，但当时他认为这种粒子是气体离子，而不是电子。他的相关论文发表后，立即受到了坚持阴极射线是以太波的德国物理学家地反驳，德国物理学家们认为即使从阴极射线中发出了带负电的粒子，但是实验证据并不充分，所以佩兰在实验中的静电计上显示的电荷，不一定是由阴极射线传入的。汤姆逊得知佩兰的实验后，也认为这个实验的缺陷为“以太说”留下了反驳的筹码。于是，他特意设计了一个巧妙的实验装置，决心重做佩兰实验。

现代静电计

知识拓展

生活中有哪些有趣的电现象呢？

在我们的日常生活中，我们一定会遇到一些有趣的现象，下面我来给大家介绍几种现象。

第一种现象：干燥的天气里，如果早上起来你用梳子梳头发时，你会发现头发会随着梳子飘起来；第二种现象：当我们晚上睡觉脱毛衣时，会听到一种“噼噼啪啪”的响声，有时还会伴有火花出现；第三种现象：如果我们用塑料尺子或者笔套，在头皮上反复摩擦数下后，然后靠近一些碎纸屑，就会看到那些碎纸屑被塑料尺“吸”了起来。

我们遇到的这些都属于电现象。我们无论是用梳子梳头发还是在脱毛衣时，都是因为互相摩擦，使物体之间带上了电。像这样用摩擦的方法使物体带电的现象，就被叫作摩擦起电。如果物体带上电荷后，电荷不流动，那么我们就称它是“静电”。

指针验电器

最后，汤姆逊做的“佩兰实验”表明：不管我们怎样用磁场去干扰、扭曲或偏转阴极射线的轨迹，那些在实验中通过验电器或静电计发现的带负电的粒子，始终和阴极射线有着密不可分的联系。实验证明了阴极射线和带负电的粒子在磁场作用下遵循着同样的运动路径，由此证实了阴极射线是由带负电荷的粒子组成，从而结束了这场激烈地争论，更重要的是为电子的发现奠定了基础。

后来，汤姆逊又进行了更为细致地验证和实验。他发现无论时改变阴极射线放电管中的气体成分，还是改变发射阴极射线的材料，放电管中发出的阴极射线粒子的荷质比都是不发生改变的。这就表明了，通过不同物质发射的阴极射线粒子都是一模一样的，没有特殊地变现类型。因此，这种带电的粒子必定是一种“建造一切化学元素的物质”，汤姆逊当时把它叫做“微粒”，后来改称为“电子”，并且做出了相关的原子模型。

1898年，汤姆逊安排他的研究生汤森德和威尔逊进行测量阴极射线粒子（电子）电荷值的实验，他自己也亲自参与了这项研究工作。他和自己的学生运用“云雾法”测定了阴极射线粒子的电荷，发现阴极射线粒子的电荷和电解后氢离子所带的电荷属于同一数量级，从而直接证明了阴极射线粒子的质量只有氢离子的0.1%。

汤姆逊和他的原子模型

知识解码

静电计

你们知道什么是静电计吗？我们通常把静电计又叫作电势差计或者是指针验电器，它主要是应用在实验中。我们在做静电实验时，就是常用的半定量测量仪器——静电计。

静电计的用途有两类，第一类就是它可以用作是验电器用。当带电物体移近不带电的静电计时，因为存在静电感应，它的指针就会慢慢张开。如果带电体所带电量比较多、距离也较近，这个张开的角度就会越大。将带电体移去后，这个指针就会回到原来的位置。因此，我们可以通过这种感应法来检验物体是否带电以及带电多少等静电感应现象。静电计的第二类用途就是它可以用作电势差计。因为它经常被用来测量电势差，因此，它被叫作电势差计。