怎样直接测量电子的电荷量

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1、怎样直接测量电子的电荷量？电子的发现具有重大的历史意义，因为它确实打开了研究原子结构（甚至物质组成的微观结构）的大门。那么电子的发现过程是怎样的呢？就普通高中课程标准实验教科书物理 （选修 3-5 ）2019年 4 月第3 版“电子的发现”一节编写来看，这个过程是这样的：1858 年，德国物理学家普吕克尔首次捕捉到了阴极射线现象；1876 年，另一位德国物理学家戈德斯坦给出了阴极射线现象产生的原因，并把相应射线命名为阴极射线。从此旋起了对阴极射线本质的研究，未研究清楚之前有两种观点：一种认为是电磁辐射；另一种认为是带电粒子。1890 年起，英国物理学家J.J. 汤姆逊进行了一些列实验，历时 7

2、 年，通过阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定：它的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷（电荷量和质量之比） 。然后再一次更换不同材料做实验，最终推断阴极射线是各种物质的共有的成分，实际上也断定它是比原子更小的微观粒子。进一步研究了氢离子的比荷，发现阴极射线的比荷大约是氢离子的 2019 倍。 此时， 汤姆逊猜测它们的电荷量应该相等，而阴极射线的质量远小于氢离子。再“后来，汤姆逊直接测量了阴极射线粒子的电荷量，尽管测量不准确，但足以证明这种粒子电荷量的大小与氢离子大致相同，由此看出他当初的猜测是正确的。”更后一些时间，组成阴极射线的粒子被称为电子。博主以电子的发现过程为线索组织本节教学，

3、引导同学们体验这一发现过程中的智慧火花，然而就要到上面红色部分内容时，博主先提出了一个问题：到底是阴极射线的电荷比氢离子大，还是质量比氢离子小？一起交流后，大家得出结论需要采用分离变量法来研究，那么到底是先研究质量关系好，还是研究电荷量关系？大家猜测应该先研究电荷量。于是我与学生一起思考这个问题，最终感觉到：使用电场或磁场对阴极射线的偏转，只能得到比荷，未能独立测出电荷量或者质量。于是陷入了思维的困局之中博主备课时并没有预设到此情此景，一段时间沉思后，期盼直接领略科学家的智慧，于是就出现了上面红色部分内容。然而不看则已，一看更加苦恼，汤姆逊设计了怎样的实验直接测量出阴极射线的电荷量？这样一个难

4、题，博主和我的学生们都没能给出圆满答案！ 14班的廖戈剑同学出色地联想到选修 3- 1 “科学足迹”中密立根实验电子电荷量的测定 。于是我请廖戈剑同学介绍这个实验方法， 得出这个最小电荷量后， 我立刻提出问题：我们何以断定这个最小的电荷量就等于电子的电荷量呢？这一问又使大家陷入了疑惑之中这堂课，学生们自己解决了很多疑惑。但是很遗憾，电子的电荷量怎样直接测量却成为了这堂课的一个谜！这当然是一堂很遗憾的课，那么这是一堂失败的课吗？这堂课会给学生留下些什么呢？留给学生的是智慧火花，还是？附录： 课后博主查阅曾经就读过的专业书籍， 也查阅了网络，查阅结果是：没有找到汤姆逊直指测量电子电荷量的实验内容。 于是博主猜测， 当时电子是人们公认的最小的微观粒子，因此把这个最小的电荷量（元电荷）规定为电子的电荷量这是很自然的事。至于质子的电荷量，则由氢原子的不显电性推断而来，于是质子的电荷也等于元电荷。这种规定，显然具有偶然性，而且就当前的理论现状和运用现状来看，这种规定并不会带来理论上的困惑和实践上的不便。此刻，我就想，以上工作如果鼓励学生来做，将会有怎样的教育意义呢？我们的家长、我们的校长以及以升学率为政绩的长官们会指出这一做法吗？呜呼哀哉！