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第四章 原子结构
第1节 电子的发现与汤姆孙原子模型
一、物质结构的早期探究
大千世界是由什么构成的？自古以来，人们坚持不懈地追寻着答案。
一、物质结构的早期探究
古人曾将自然界的某些具体物质视为构成世界万物的元素
我国古代的“五行说”认为:
万物是由金、木、水、火、土五种基本“元素”组成的；
一、物质结构的早期探究
古希腊的亚里士多德认为:
万物的本质是土、水、火、空气四种“元素”，天体则由第五种“元素”--“以太”构成。
古人曾将自然界的某些具体物质视为构成世界万物的元素
一、物质结构的早期探究
我国春秋时期的老子讲“道生一，一生二，二生三，三生万物”；
古人曾将自然界的某些具体物质视为构成世界万物的元素
一、物质结构的早期探究
古希腊的毕达哥拉斯则认为自然界中的一切都服从于一定比例的数。
古人曾将自然界的某些具体物质视为构成世界万物的元素
一、物质结构的早期探究
人们很早就在探索构成物质的最小微粒
古希腊哲学家德谟克利特等人建立了早期的原子论，认为宇宙间存在一种或多种微小的实体，即“原子”（在希腊语中，原子的含义是“不可分割的东西”），这些“原子”在虚空中运动，并可按照不同的方式重新结合或分散；
一、物质结构的早期探究
人们很早就在探索构成物质的最小微粒
我国战国时期的思想家墨子认为物体是由不可分割的最小单元——“端”构成的。
大约在17世纪中叶，人们开始通过实验来了解物质的结构
一、物质结构的早期探究
1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论。18世纪一系列重要的实验结果，如化学反应遵循质量守恒定律，元素形成化合物须遵循定比定律、倍比定律等，启示人们推想物质是由一些不可毁灭的微粒构成的，而且各种不同的元素微粒按照一定的比例形成化合物。在此基础上，19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单元。1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可由多个相同的原子组成。
道尔顿
阿伏伽德罗
19世纪初期形成的分子一原子论认为：在物质的结构中存在着分子、原子这样的层次；宏观物质的化学性质决定于分子，而分子则由原子构成；原子是构成物质的不可再分割的最小颗粒，它既不能创生，也不能消灭。
一、物质结构的早期探究
原子真不可再分了吗？
二、电子的发现
19世纪后半叶，科学家发现了阴极射线。
19世纪后半叶，科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极会发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，人们把这种射线称为阴极射线。
1890年开始，英国科学家汤姆孙对阴极射线进行研究。
二、电子的发现
汤姆孙设计了一个巧妙的实验，通过使阴极射线粒子受到的静电力和洛伦兹力平衡等方法，确定了阴极射线粒子的本质是带负电的粒子流，并确定了其速度，测量出了这些粒子的比荷。
当带电粒子受到的静电力与洛伦兹力平衡时，有
由此确定带电粒子的运动速率。然后使电场为零，带电粒子在磁场区内做圆周运动，有
由以上两式可得带电粒子的比荷
汤姆孙发现这些粒子电荷量的大小与氢离子大致相同，而比荷却是氢离子的近两千倍。
二、电子的发现
汤姆孙认为，阴极射线粒子是电荷量大小与氢离子相同、而质量比氢离子小得多的粒子，他把这种带电粒子称为电子。
电子电荷量的精确测定是由密立根于1909～1913年通过油滴实验完成的。
电子的发现说明原子具有一定的结构，也就是说原子是由电子和其他物质组成的。
电子的发现与当时伦琴X射线的发现以及贝可勒尔物质放射性的发现被称为19世纪末三大发现。
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19世纪末物理学的三大发现
19世纪末物理学的三大发现
19世纪末，X射线、放射性和电子的发现揭开了研究微观世界的序幕。
X射线的发现应归功于伦琴。1895年，他在进行阴极射线实验时，发现在距离放电管较远的荧光屏上出现荧光，伦琴将这种具有很强穿透力的未知射线称为X射线。接着，他发表了关于X射线的论文，并公布了他妻子手骨的X射线照片，在世界上引起轰动。伦琴由于X射线的发现获得了首届诺贝尔物理学奖。
X射线发现后不久，法国科学家贝可勒尔通过实验发现铀盐能自发辐射出一种使底片感光的射线，这就是铀的天然放射现象。此后，皮埃尔·居里夫妇从沥青铀矿渣和钡盐中分别提取出放射性更强的钋和镭。放射现象的发现进一步揭开了微观世界的奥秘。
英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线本质时，发现了电子的存在。他通过实验证明，阴极射线是带负电的粒子流，并测定了它的比荷。1897年，汤姆孙在论文中指出，电子是一切原子所共有的组成成分。电子是人类认识的第一种组成原子的微观粒子。
伦琴
贝可勒尔
三、汤姆孙原子模型
原子呈中性，电子带负电，意味着原子内部存在着带正电的组成部分；电子质量很小，原子的质量集中在正电部分；那么这两部分又是怎样合为一体的呢？
电子
正电荷
“葡萄干面包”模型

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