电子的荷质比实验.PDF

22-1 220101 電子發現的歷史背景： 1.時代背景：十九世紀末，電學的諸多原理被發現後，了解 電的本質成了當務之急，促成許多科學家研究 低壓氣體放電(gas discharge) 、陰極射線(Cathode Ray)的產生與真空技術 。 2.1879 年，英國物理學家克魯克(William Crookes ， 1832~1919) ，製成高度真空的真空管/陰極射線管(Cathode Ray Tube ，CRT)[現通稱為克魯克管(Crookes tube) ，是現 今電視映像管、日光燈、霓虹燈的祖先]認為陰極射線是 帶負電的微粒子流。 3.最早的陰極射線管的構造 高壓直流電 如圖：兩金屬板置於密封 A 的低氣壓玻璃管內，分別 接高電壓的直流電源(亦可 在陰極後方接有一燈絲， 燈絲接一單獨的電源，使 燈絲加熱，可以將陰極金 屬板加熱 ，當陰極溫度上 接真空抽氣機 升到某一值後，金屬內的 電子便會獲得足夠的能量脫離陰極) ，玻璃管內的氣壓約 10−2 mmHg~10 −4 mmHg[常溫 1atm 下氣體是絕緣體] 。當直流電壓調高到數千伏 特，正極(或稱為陽極，anode)附近的管壁會發出微弱的色光，顏色與管內氣體 的種類有關。 圖 22.1.1~2 不同的氣體放電管，顏色與管內氣體的種類有關 此外，陰極射線尚有下列特性： 被金屬片(障礙物)遮斷時，會形成陰影。 置一小輪於管中，可見轉輪轉動 具有質量 。 在電場或磁場中會產生偏折現象帶電質點進一步分析帶負電 。 4.陰極射線的本質與產生：帶負電的質點由陰極射出，往陽極運動，因空氣分子 少，在管中容易加速。 5.湯木生測量不同材質的陰極射線，發現它們的荷質比(electron-to=mass ratio)皆 相同，且電子的荷質比比氫離子的荷質比大了 1840 倍，故認為此種粒子為物 質的基本粒子，稱為「電子」(electron) ，並得到1906 年諾貝爾獎。 【附註】：1895 年，德國科學家侖 琴(W. K. Röntgen, 1845.3.27~1923.2.10)在暗室中進 行陰極射線管實驗時發現X射 線。其實，X射線的發現早於電 子的發現(1897 年) 。瞭解電子的 本質，有助於了解X射線，因此 安排順序上做了調整。 沒有知識也要有常識 1 電量有基本單位的概念由法拉第在 1834 年所提出。 1874 年英國物理學家 Geroge J. Stoney(1826~1911)建議將氫離子的電量命名為 electrine ，後於 1891 年，建議改為 electron 。琥珀(amber)的希臘字語是「electron 」， electricity(電)的相關字即源自於此字源。 220102 電子的荷質比實驗： 1.預備工作：在進入湯木生真正的實驗之前，需要有些預備知識，包括： (1)帶電質點在電場中的運動 與 (2)帶電質點在磁場中的運動。 【方法一】：帶電質點在均勻電場中的運動 【方法二】：帶電質點在磁場中的運動 2.利用方法一 、方法二 ，要得出荷質比，還差一個物理量未知--_______ 。 要如何量出呢? 3.湯木生的實驗裝置： ( _________ ) r B 678 A