電子的發現者:湯姆孫

2020-12-05 教育點評員

01個人生平

湯姆孫,英國物理學家,電子的發現者。1856年12月18日生於曼徹斯特郊區齊山姆的一個出版商家庭。14歲進歐文學院學習。他原想成為工程師,在一位物理教師的影響下決心專攻物理學。1876年成為劍橋大學三一學院的數學研究生。1880年,他通過了一項艱難而榮譽的考試,繼1854年麥克斯韋以後第二位取得數學優等榮譽學位。次年,成為劍橋大學三一學院研究院。

J.J.湯姆孫

1884年春當選為英國皇家學會會員,隨後轉入卡文迪許實驗室工作。1884年2月他完成精確測定電荷量絕對單位與電磁單位比值等實驗研究,即被評為卡文迪許實驗室教授,接替瑞利的主任職位,這時他年僅27歲。1905年接替瑞利擔任皇家學院自然哲學教授。1911年-1913年人英國皇家學會副會長,1915年-1920年任會長。1918年擔任三一學院院長。1919年他辭去長達34年的卡文迪許實驗室教授職位,推薦他的學生盧瑟福繼任,而自己留在實驗室繼續進行研究工作長達21年。1940年8月30日在劍橋逝世。

卡文迪許實驗室

02電子的發現

湯姆孫最重要的貢獻是發現了電子。最初,由於對麥克斯韋的電磁理論感興趣,他進行了陰極射線的研究。X射線的發現使人們對氣體電離行為的考察更加深入,在陰極射線本質的爭論中他明確支持粒子說。接著他用一個巧妙的實驗成功證實了陰極射線在電場和磁場發生偏轉——這是判定陰極射線確實是帶電粒子的決定性證據。繼而,他採用靜電偏轉力和磁場偏轉力相抵消等方法確定陰極射線粒子的速度,測量出這些粒子的比荷,並進一步測出它們的質量約為氫原子的1/1837。由此判斷,陰極射線粒子比原子要小得多,可見這種粒子是組成一切原子的基本材料。

陰極射線管

湯姆孫於1837年4月30日宣布了他的發現。後來人們命名這種粒子為電子,電子是人類認識的第一種基本粒子。此後,他又提出了「電子浸浮於均勻正電球」的原子模型。該模型雖然後來被盧瑟福的核原子模型所代替,但它是建立原子結構模型的開端。1906年,由於湯姆孫對電子的研究而被授予諾貝爾物理學獎,1908年又被冊封為爵士。

03質譜儀的研究

湯姆孫的另一個重要貢獻是研究極隧射線時發展了質譜方法。他的方法經過同事阿斯頓的改進和完善,發展為今天的質譜儀。在極隧射線的研究中。他根據實驗現象最先指出。普通元素也可能有同位素。1913年首次用物理方法成功地分離出了穩定元素的同位素,從而確立了這一事實。他也是經典金屬電子理論的創始人之一。

04卓越的教師與科研領導者

此外,湯姆孫還是一位卓越的教師和科研事業領導人,他在擔任卡文迪許實驗室教授期間,創建了完整的研究生培養制度,並培育了良好的學術風氣。他理論與實驗並重,特別提倡自製儀器,又善於抓住要害,進行精確的理論分析,他的博學、敏捷、科學直覺、想像力與創造力,帶領著一大批學者前進在科學前沿上,使卡文迪許實驗室成為國際物理前沿研究中心之一。他的學生有7人獲諾貝爾獎,27人取得英國皇家學會會員資格,他還努力促進大學與中學物理教學的提高,寫出了幾本出色的教材。英國能夠在20世紀前30年在原子物理學領域保持重要的領先地位,湯姆孫的有力指導和優秀教學能力起了相當作用。

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