约瑟夫·汤姆生

约瑟夫·汤姆生 - 生平简介

约瑟夫·约翰·汤姆生（JosephJohnThomson,1856年12月18日—1940年8月30日）,英国物理学家,电子的发现者。约瑟夫·约翰·汤姆生1856年汤姆生出生于英格兰的曼彻斯特附近,苏格兰人家庭。他在曼彻斯特的欧文学院学习了工程学,搬到了剑桥大学三一学院。1884年他成为卡文迪许物理学教授,即卡文迪许实验室主任。1890年他与露丝·佩杰特结婚,并养育了两个孩

子。他的学生之一是欧内斯特·卢瑟福,卢瑟福于1919年接替汤姆生就任卡文迪许物理学教授。受到詹姆斯·克拉克·麦克斯韦工作的影响和X射线的发现,他推导出阴极射线（参见阴极射线管）存在于带负电的粒子,他称之为“微粒”,这种微粒现在认识为电子。电子曾经被约翰斯东·斯通尼提出过,作为电化学中电荷的单位,但是汤姆生认识到电子也是亚原子粒子,这一点是第一次被发现。1897年他的发现为人所知,并在科学圈内引起了骚动,并最终于1906年被授予诺贝尔物理学奖。极富戏剧性的是,他的儿子乔治·佩杰特·汤姆生（G.P.Thomson）后来因证实电子是一种波而被授予诺贝尔物理学奖.通俗演义——电子的发现转:　　

花开两朵,各表一枝。自从放电管问世以来,人们纷纷研究真空放电,无意中生出许多课题。那伦琴从管中阴极发出的射线发现了X射线,贝克勒尔又从对X射线的研究发现了铀的天然放射性,居里夫妇又进一步从对铀矿的研究发现了镭。镭可以自己发光发热,这又给物理学提出了一个无法解释的大难题。从阴极射线引出的一个链条,环环相扣,续续而生,未有穷尽。但是阴极射线本身到底是什么呢？自然有人会考虑这个问题,这个人就是英国物理学家汤姆生(1856－1940)。　　

汤姆生1856年12月18日生于英国的曼彻斯特。他父亲本是一个摆摊卖书报的小贩,后来靠着自己的奋斗成了一名专印大学课本的著名的书商。他从自己的切身经历中深知没有知识的苦衷,但发誓要教子成材,请了家庭教师指导儿子的学业,并注意培养他的艺术素养。老汤姆生虽是一名书商,可是因职业关系平时来往的却都是曼彻斯特大学的教授,屋里也还有点书香气。汤姆生有严父督教,又有这样一个环境薰陶,学业大进,十四岁便考进了曼彻斯特大学,二十岁被保送到剑桥大学三一学院,二十七岁就被选为皇家物理学会的会员。1884年卡文迪许实验室主任瑞利年老体表宣布辞职,大家都等着看谁来继任这个全欧洲学术界最引人注目的职位,结果瑞利却推荐了汤姆生,这年他才刚满28

这时一场旷日持久的大争论正在等待他的加入。六十年代英国物理学家克鲁克斯发明了一种管子——克鲁克斯管,在一个玻璃管里嵌上相对的两块金属板,两板各与一条电路相联,一块是阴极,一块是阳极,管内空气抽得越来越稀薄时,就会出现种种不同的颜色,这种光是由阴极发出的。它到底是什么呢？以德国物理学家赫兹、林纳德为首的一派认为阴极射线是类似于光的东西,是电磁波,以英国物理学家克鲁克斯为首的一派认为这是一束带负电的粒子流。赫兹说,既然是粒子流为什么它能顺利通过放在管内它们路径上的各种屏障,而又不给屏上穿出洞呢？只有波才有这种特性;克鲁克斯说,既然是光一类的波,为什么我把一块磁铁靠近管子时,它就发生偏转呢？只有带电粒子才会受磁场的影响。这简直就像当年牛顿和胡克、惠更斯争论光的波粒性一样,又是一场难断的官司。双方都是当时最知名的权威,这场辩论竟持续了20多年没有结果。就在1896年,汤姆生正好40岁时;英国科学促进会最高委员会将汤姆生召来要他的实验室来解决这桩悬案。　　

好个汤姆生,由他来担当此任真是再合适不过了,他在电磁学方面有极扎实的功底,又有一手高超的实验技术。接受任务后他先将以往的研究成果仔细回顾一番,发现其实早在1834年法拉第总结电解定律时已经初步涉及到这个问题。实验证明,所有化合价为一价的元素,电解出一克化学当量的物质,都需要96493库仑的电量。而一克当量物质所含的粒子数正是阿弗加德罗常量,即6.0238×10^23个。这样就可算出每个粒子上所带的电量为4,802×10^-10绝对静电量,它是电的最小单位。就是说电是由这么一点点的小东西集结而成的,揭示了电的粒子性。阿弗加德罗常量是1870年才确定的,七十年代、八十年代,对这个问题的研究更加深入。1874年英国物理学家斯通尼明确提出用“电子”一词来表示电的一个最小单位。但是为什么还是争论不休呢？因为到此为止也还只是一种理论计算,就像当初居里夫妇发现镭的放射性,但并没有测出镭的原子量,化学家就直摇头一样。现在只推算出电子,而不知道他的重量、性质,物理学家们自然不服,于是汤姆生毅然决定要称称电子的重量。　　

这可真是异想天开,你要捉一个原子来放在天平上都不可能,一个电子又如何称法？这个主意只有汤姆生想得到,也只

有他能做到。他既是一个理论物理学家,又是一个实验物理学家,设计实验是他的拿手好戏。他立即把学生们叫到一起,准备好一个阴极射线管,射线从阴极一端发出后,穿过两个很窄的缝,成一细束,打在管子的底部,而底部已准备好精确的刻度,以便观察射线的偏转。在射线经过的路上,上下各准备两块金属电极板,形成一个电场。当金属板不通电时射线沿直线打在管底一个点上,通电后射线受电场的影响发生偏转,并且根据偏转的方向可知它是带负电的粒子束。这时再加一个磁场,使它沿相反方向偏转,又校正到原来的位置。这真是一个极妙的实验,一丝阴极射线随着电场和磁场的强弱变化忽上忽下,就像有两只无形的手来回争着将它拉过来拉过去。汤姆生最后让它固定在正中的位置上,对他的学生说：“现在我们可以来称电子的重量了。这时磁场力和电场力的大小正好相等,方向相反。根据这个条件我们先来求出阴极射线微粒的飞行速度。知道了速度就可进一步测其他物理量。比如,我现在撤掉电场,粒子只受磁场力作曲线运动,我们就可求得它的电荷与质量之比。有了这许多数据我们就可以去推算质量。只是那法拉第等人当初是通过电解定律来推算每个粒子上所带的电量,为了证明这个数据我们最好另换一种方法。”　　

这时在座的一位学生应声答道：“我这里有一种办法可以一试。”

1940年8月30日汤姆生在剑桥逝世．

约瑟夫·汤姆生 - 成就

约瑟夫?约翰?汤姆生（1856-1940）由于在气体导电方面的理论和实验研究，荣获1906年诺贝尔物理学奖。

汤姆生出生于英国曼彻斯特郊区。他14岁进曼彻斯特欧文学院学习工程，1876年入剑桥大学三一学院。后来进入卡文迪许实验室，师从1904年度的诺贝尔物理奖得主瑞利进行电磁场理论的实验研究工作。1884年，年仅28岁便当选为皇家学会会员。

当时，关于阴极射线的研究，有两派学说，一派是克鲁克斯、佩兰等人的微粒说，认为阴极射线是带负电的“分子流”；另一派是哥德斯坦、赫兹等人的波动说，认为阴极射线是一种电磁波．汤姆生用旋转镜法测量了阴极射线的速度，否定了阴极射线是电磁波．他又通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出了阴极射线是带负电的粒子流的结论．他进一步测定了这种粒子的比荷，与当时已知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较，他假定阴极射线的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反，从而得出阴极射线粒子的质量约为氢原子的千分之一．他还给放电管中充入各种气体进行试验，发现其荷质比跟管中气体的种类无关．他又用铅和铁分别作电极，其结果也不改变．由此他得出结论，这种粒子必定是所有物质的共同组成成分．汤姆生把这种粒子叫做“电子”．1897年汤姆生的发现，使人类认识了第一个基本粒子，这在物理学史上是有划时代意义的．1906年，汤姆生由于在气体导电方面的理论和实验研究而荣获诺贝尔物理学奖．

在当时阴极射线的研究微粒说与波动说争论的背景下，汤姆生用旋转镜法测量了阴极射线的速度，否定了电磁波学说。他又通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出了阴极射线是带负电的粒子流的结论。进一步测定了这种粒子的比荷，与氢离子的荷质比相比较，证明阴极射线粒子的质量约为氢原子的千分之一。他还给放电管中充入各种气体进行试验，发现其荷质比跟管中气体的种类无关。他又用铅和铁分别作电极，其结果也不改变。由此他得出结论，这种粒子必定是所有物质的共同组成成分。汤姆生把这种粒子叫做"电子"。汤姆生1897年的这一发现，使人类认识了第一个基本粒子，在物理学史上具有划时代意义，他也被称为"最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人"。于1904年提出了一种原子模型。认为原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。

汤姆生在担任卡文迪许实验物理教授及实验室主任的34年间，培养了众多的人才，其中，有九位学生获得了诺贝尔奖金。他认为大学应是培养会思考、有独立工作能力的人才的场所，不是用"现成的机器"投影造成出"死的成品"的工厂。

他拥有《电与磁的现代研究》《电与磁数学基本理论》等众多著述。在他成名之后，好多国家邀他去讲学，但他从不轻易应允。如美国著名的普林斯顿大学曾几度请他去讲学，最后他才答应去讲六个小时。这足以说明他治学十分严谨，不讲则已，讲则要有新的创见、要有意义。

约瑟夫·汤姆生 - 成长故事

在约瑟夫?汤姆生的成长过程当中，父亲产生了十分重大的作用。父亲从自己的切身经历当中深刻体会到与学校无

缘的痛苦以及知识对于人生的重要性，所以下定决心要在儿子身上弥补自己的终生遗憾。

约瑟夫?汤姆生父亲小的时候，非常渴望学习，可是偏偏天不遂人愿，由于家境贫寒，他没有条件上学。从小就靠走街串巷地买报纸为自己谋生糊口，后来长大一些，就开始在街上摆了个书摊，经过多年的艰苦奋斗，才逐渐改变窘迫的状况，成为一位有名的书商。

为了弥补自己的遗憾，更为了儿子能有好的前途和未来。老汤姆生从儿子小时候开始，就于生活中的点点滴滴之中，让他明白学习知识的重要性，教育儿子学会利用一切机会和条件来学习知识，还努力培养小汤姆生学习的兴趣和习惯。可是，毕竟老汤姆生自己所受到的教育不多，文化水平也不高，在具体指导儿子学习知识这方面的能力是有限的，就不惜重金为儿子聘请了一位家庭教师来指导他的学习，自己则在一边加以严格督促，还不断地提出新的要求，防止儿子已取得进步就骄傲起来。如果小汤姆生感觉学习累了，他就陪着儿子弹钢琴，让儿子得到松弛和调节以后，再鼓励儿子继续坚持学习。就是在父亲这样认真的帮助和监督下，汤姆生从小就受到严格的学习训练，不仅掌握了牢固的基础知识，还养成了认真刻苦、孜孜以求的学习态度和强烈的求知欲望，他从来不把学习当作是一件辛苦的负担，而是锻炼大脑的过程，从中能够得到无限的乐趣，这一切都为汤姆生后来取得累累硕果奠定了坚实的基础。

在父亲的坚定支持下，小汤姆生在良好的基础知识学习当中得到了良好的科学素养，再加上先天的资质聪颖，他很早的时候就表现出杰出的才能。十四的时候就考入了著名的曼彻斯特大学，二十岁的时候就被免试保送到英才辈出的剑桥大学三一学院深造。

约瑟夫?汤姆生对科学研究非常入迷，一心一意地扑在研究工作上。这种着迷程度甚至把爱情都置之度外。英俊潇洒、才华横溢的他不乏众多的美丽少女向他求爱，但他都置之不理。甚至在自己心爱的露斯写信向他求婚的时候，他仍然提出当自己获得亚当斯物理奖以后再结婚的要求，所以直到他三十四岁的时候才结婚。这足以看出，小时候父亲的家教赋予了他对科学研究的多么强烈的执著精神！

约瑟夫·汤姆生 - 参考资料

http://www.1088.com.cn/gzhx/shiyanqu/chem1ziliao/1tms.doc