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日聯科技X-RAY：什么是陰極射線
欄目：常見問題 發布時間：2021-04-13
陰極射線是德國物理學家J.普呂克爾在1858年進行低壓氣體放電研究的過程中發現的。稍后，英國物理學家克魯克斯在實驗室里研究閃電現象時，也發現了這種射線。當裝有2個電極的玻璃管里的空氣被抽到相當稀薄的時候，在2個電極間加上幾千伏的電壓，這時在陰極對面的玻璃壁上閃爍著綠色的輝光，可是并沒有看到從陰極上有什么東西發射出來。這究竟是怎么一回事呢？
這種現象引起許多科學家的濃厚興趣，進行了很多實驗研究。當在陰極和對面玻璃壁之間放置障礙物時，玻璃壁上就會出現障礙物的陰影；若在它們之間放一個可以轉動的小葉輪，小葉輪就會轉動起來。看來確實從陰極發出一種看不見的射線，而且很像一種粒子流。在人們還沒有弄清楚這種射線的廬山真面目之前，只好將它稱為“陰極射線”。
關于陰極射線的本質，當時在國際上有兩種截然不同的意見。大多數英國物理學家（如J.J.湯姆孫）認為陰極射線是一種帶電的粒子流，因為它可以被電場或磁場偏轉。湯姆孫等英國物理學家由實驗中還測得陰極射線速度比光速小2個數量級。19世紀90年代初，德國物理學家由實驗中得知，陰極射線甚至可以穿透薄金屬箔，據此他們認為陰極射線不可能是粒子流。
在陰極射線是不是帶電這個問題上，開始時英國物理學家湯姆孫和德國物理學家赫茲做了同樣的實驗，也觀察到同樣的結果。我們來聽聽湯姆孫本人對這一段經歷的回憶吧：“我使陰極射線偏轉的第一次嘗試是使它通過固定在放電管內的2個平行板之間的空間，并且在平行金屬板之間加上一個電場。結果沒有產生任何持續的偏轉。
”對于這樣一個同樣的實驗結果，赫茲簡單而錯誤地得出了以下的結論：陰極射線是不帶電的。而湯姆孫沒有簡單從事，他進行了更加深入的分析和思考，終于找到了問題的癥結所在。他在《回憶與感想》一書中繼續回憶說：“偏轉之所以沒有出現是由于氣體存在（壓力太高），因此要解決的問題是獲得更高度的真空。而這一點說起來比做起來容易得多。”
湯姆孫繼續對陰極射線進行深入的研究，1897年終于完成了他那聞名于世的實驗。
陰極射線由陰極C發出，通過狹縫A和B將陰極射線約束成細束，然后穿過D、E之間的空間，最后達到右邊帶有標尺的熒光屏上進行觀察。當D、E充電，陰極射線束會向上或向下偏轉（方向取決于D、E的極性）。湯姆孫根據實驗中陰極射線偏轉的方向確定出陰極射線是帶負電的。然后他又在D、E之間換成用通電線圈加上一個方向與簡圖平面垂直的磁場。磁場也使細束發生向上或向下的偏轉（方向與磁場的方向有關）。陰極射線細束在磁場中的偏轉方向也證明陰極射線束所帶的電荷是負的。接著湯姆孫巧妙地使磁場產生的偏轉正好抵消電場所產生的偏轉，這樣就可以計算出陰極射線細束的速度。然后分別從電場和磁場單獨產生的偏轉幅度，再計算出細束的電荷與質量的比值（荷質比）e/m。湯姆孫求得的陰極射線的荷質比e/m，比在電解過程中測得的氫離子的荷質比eH/mH大將近2000倍。因此湯姆孫認為陰極射線是由比氫離子小得多的帶負電的粒子所組成。他把這種粒子稱為“微粒”，所帶的電荷（代表電荷的基本單位）稱為“電子”。后來人們直接將組成陰極射線的粒子本身稱為“電子”。陰極射線束就是電子束，這是射線大家族中一個非常重要的成員，在現代科學技術中占有重要的地位。
從陰極射線實質的揭示過程，對我們至少有兩點極為有益的啟示：
其一，窮追不舍的探索精神和深入細致的分析與思考的習慣，對于科學技術的發明和發現是何等的重要，古今中外這樣的事例俯拾皆是，一切有志于科學技術的人們都要十分注意培養這種基本素質；
其二，技術的革新與改進和實驗科學的進展是相輔相成的，這樣的例證也是不勝枚舉的。
這種現象引起許多科學家的濃厚興趣，進行了很多實驗研究。當在陰極和對面玻璃壁之間放置障礙物時，玻璃壁上就會出現障礙物的陰影；若在它們之間放一個可以轉動的小葉輪，小葉輪就會轉動起來。看來確實從陰極發出一種看不見的射線，而且很像一種粒子流。在人們還沒有弄清楚這種射線的廬山真面目之前，只好將它稱為“陰極射線”。
在陰極射線是不是帶電這個問題上，開始時英國物理學家湯姆孫和德國物理學家赫茲做了同樣的實驗，也觀察到同樣的結果。我們來聽聽湯姆孫本人對這一段經歷的回憶吧：“我使陰極射線偏轉的第一次嘗試是使它通過固定在放電管內的2個平行板之間的空間，并且在平行金屬板之間加上一個電場。結果沒有產生任何持續的偏轉。
”對于這樣一個同樣的實驗結果，赫茲簡單而錯誤地得出了以下的結論：陰極射線是不帶電的。而湯姆孫沒有簡單從事，他進行了更加深入的分析和思考，終于找到了問題的癥結所在。他在《回憶與感想》一書中繼續回憶說：“偏轉之所以沒有出現是由于氣體存在（壓力太高），因此要解決的問題是獲得更高度的真空。而這一點說起來比做起來容易得多。”
湯姆孫繼續對陰極射線進行深入的研究，1897年終于完成了他那聞名于世的實驗。
陰極射線由陰極C發出，通過狹縫A和B將陰極射線約束成細束，然后穿過D、E之間的空間，最后達到右邊帶有標尺的熒光屏上進行觀察。當D、E充電，陰極射線束會向上或向下偏轉（方向取決于D、E的極性）。湯姆孫根據實驗中陰極射線偏轉的方向確定出陰極射線是帶負電的。然后他又在D、E之間換成用通電線圈加上一個方向與簡圖平面垂直的磁場。磁場也使細束發生向上或向下的偏轉（方向與磁場的方向有關）。陰極射線細束在磁場中的偏轉方向也證明陰極射線束所帶的電荷是負的。接著湯姆孫巧妙地使磁場產生的偏轉正好抵消電場所產生的偏轉，這樣就可以計算出陰極射線細束的速度。然后分別從電場和磁場單獨產生的偏轉幅度，再計算出細束的電荷與質量的比值（荷質比）e/m。湯姆孫求得的陰極射線的荷質比e/m，比在電解過程中測得的氫離子的荷質比eH/mH大將近2000倍。因此湯姆孫認為陰極射線是由比氫離子小得多的帶負電的粒子所組成。他把這種粒子稱為“微粒”，所帶的電荷（代表電荷的基本單位）稱為“電子”。后來人們直接將組成陰極射線的粒子本身稱為“電子”。陰極射線束就是電子束，這是射線大家族中一個非常重要的成員，在現代科學技術中占有重要的地位。
從陰極射線實質的揭示過程，對我們至少有兩點極為有益的啟示：
其一，窮追不舍的探索精神和深入細致的分析與思考的習慣，對于科學技術的發明和發現是何等的重要，古今中外這樣的事例俯拾皆是，一切有志于科學技術的人們都要十分注意培養這種基本素質；
其二，技術的革新與改進和實驗科學的進展是相輔相成的，這樣的例證也是不勝枚舉的。
