最后更新: 2025-10-23 21:01 查看: 308 次反馈能力测评会员8.2元/月赞助

电子的发现

自 19、20 世纪之交，电子的发现揭开了人类探索物质微观结构的序幕，人们意识到原子并非组成物质的最小粒子。在探索原子结构的历程中，物理学家开创性地使用了许多新的实验设备和实验手段，对实验结果抽丝剥茧，提出了一些看似离经叛道的模型或假说，一步步地揭开了微观世界的神秘面纱。同时，原子的稳定性、原子光谱等一系列新问题与经典物理学理论之间产生了不可调和的矛盾，这恰恰预示着物理学正处于伟大革命的前夜。

在初中阶段我们已经学习了原子核式结构模型的基本知识，在选择性必修第二册中又学习了有关阴极射线、质谱仪和麦克斯韦电磁理论等内容。本章将在此基础上了解人类探索原子结构的历程，知道原子的核式结构模型；分析氢原子光谱并了解原子的能级结构。从电子的发现、α 粒子散射实验、玻尔理论的建立等物理学史实中，认识原子的结构，感受建立物理模型的科学思想方法，提升物质观念。通过对氢原子光谱的分析，加深能量的观念，培养科学证据意识，发展科学思维能力。本章内容是学习波粒二象性和原子核的基础。

## 电子的发现

英国化学家道尔顿（J. Dalton，1766—1844）秉承了古希腊哲学家德谟克里特（Dēmocritos，约前 460—约前 370）关于物质构成的观点，他在一系列实验的基础上于 1802 年首先提出：“气体、液体和固体都是由该物质的不可分割的原子组成的。”

19 世纪上半叶，随着人类对电磁现象认识的深入和真空技术的发展，物理学家在研究真空放电现象的过程中发现了阴极射线。

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图 13–1 阴极射线演示装置

将如图 13–1 所示的阴极射线管与高压直流电源连接，管内阴极发出的不可见射线会使涂有荧光物质的白色底板出现一条亮迹。这束从阴极射出的不可见射线便被称为**阴极射线**

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## 阴极射线的本质
阴极射线的发现引起许多物理学家的关注，他们纷纷通过实验探究阴极射线的本质。由于未能观察到阴极射线在静电场中的偏转，以德国物理学家 H. 赫兹为代表的一些学者认为，阴极射线是一种类似紫外线的波。而英国的一些物理学家却认为阴极射线是一种带电粒子流。法国物理学家佩兰（J. B. Perrin，1870—1942）在阴极射线实验中发现了负电荷，因此他也支持“带电粒子说”。

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 图 13–2 J. J. 汤姆孙（J. J.Thomson，1856—1940）
 
英国物理学家 J. J. 汤姆孙（图 13–2）认同阴极射线是带电粒子流的观点，他改进了佩兰的实验，利用磁场使阴极射线发生偏转，同时在实验中收集到更多电荷。他又认真思考了 H. 赫兹的实验，并加以改进，终于在实验中观察到阴极射线在静电场作用下的偏转。

至此，J. J. 汤姆孙已经可以确认阴极射线是一种带负电的粒子流。他通过进一步的实验确定了这种带电粒子的属性，拉开了人类认识原子结构的大幕。

## 电子的发现

阴极射线中带负电的粒子是什么？是原子还是分子？抑或是比原子或分子更小的某种物质微粒？为了回答这些问题，J. J. 汤姆孙成功地完成了三个更为精细的实验。他先后测定了阴极射线中带电粒子的比荷（带电粒子电荷量与质量的比）和电荷量大小，最终为这种粒子“验明正身”。

J. J. 汤姆孙用了两种不同的方法测定了阴极射线中粒子的比荷，所得的结果相近。其中一种方法便是利用图 13–3 所示的静电偏转管，通过分析静电场和磁场对带电粒子的偏转作用获得粒子的比荷。

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  图 13–3 静电偏转管

图 13–4 所示是实验的示意图。静电偏转管是经过改装的阴极射线管。将图中阴极 K 和阳极 A 与直流高压电源相连，阴极射线自 K 射出，并在 A、K

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