Номер 4, страница 187, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Электрический заряд. Электрическое поле. Параграф 47. Исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 4, страница 187.

Условие.

• История открытия электрона.

Решение.

История открытия электрона.

Открытие электрона не было единовременным актом, а стало кульминацией многолетних исследований электрических явлений, в которых участвовали многие ученые. Этот процесс можно разделить на несколько ключевых этапов.

Предпосылки и ранние наблюдения (XIX век)

Идея о существовании элементарной единицы электрического заряда возникла задолго до открытия самой частицы. В 1830-х годах английский ученый Майкл Фарадей, изучая явление электролиза, установил законы, которые указывали на то, что электричество переносится дискретными порциями. Это навело его на мысль об «атомах электричества».

Во второй половине XIX века ученые активно исследовали электрические разряды в разреженных газах. В 1870-х годах английский физик Уильям Крукс, экспериментируя с вакуумными трубками (трубками Крукса), обнаружил, что из катода (отрицательного электрода) исходят невидимые лучи, вызывающие свечение стекла трубки. Эти лучи получили название катодные лучи. Крукс установил их основные свойства: они распространяются прямолинейно, отбрасывают тень от предметов, отклоняются в магнитном поле, несут отрицательный заряд и обладают импульсом (могли вращать легкую вертушку). Природа этих лучей была предметом споров: немецкая школа физиков считала их волнами, а английская — потоком частиц.

В 1891 году ирландский физик Джордж Джонстон Стони, анализируя данные по электролизу, предложил термин «электрон» для обозначения гипотетической фундаментальной единицы электрического заряда.

Эксперименты Дж. Дж. Томсона (1897 год)

Решающий вклад в открытие электрона внес английский физик Джозеф Джон Томсон. В 1897 году он провел серию экспериментов, которые окончательно доказали, что катодные лучи — это поток частиц.

Во-первых, Томсону удалось сделать то, что не получалось у его предшественников: он смог измерить отклонение катодных лучей не только в магнитном, но и в электрическом поле. Это стало неопровержимым доказательством того, что лучи состоят из отрицательно заряженных частиц.

Во-вторых, и это было главным достижением, Томсон измерил удельный заряд этих частиц — отношение их заряда $\text{q}$ к массе $\text{m}$. Комбинируя действие электрического и магнитного полей, он смог вычислить это отношение ($q/m$). Томсон обнаружил, что значение $q/m$ не зависит ни от материала катода, ни от газа, остатки которого находились в трубке. Это означало, что обнаруженные частицы являются универсальной составляющей любого вещества.

В-третьих, полученное значение удельного заряда оказалось примерно в 1840 раз больше, чем у иона водорода (протона) — самой легкой из известных на тот момент частиц. Томсон сделал смелый и правильный вывод: поскольку маловероятно, что заряд новой частицы во столько раз больше заряда иона водорода, то, скорее всего, ее масса во столько же раз меньше. Таким образом, он открыл первую субатомную частицу, которую назвал «корпускулой».

Это открытие разрушило представление о неделимости атома и легло в основу создания первой модели атома (модель Томсона, или «пудинг с изюмом»), согласно которой атом представляет собой положительно заряженную сферу с вкраплениями отрицательно заряженных электронов. За свои исследования Дж. Дж. Томсон был удостоен Нобелевской премии по физике в 1906 году.

Дальнейшие исследования

После открытия Томсона для новой частицы был принят термин «электрон», предложенный Стони. Окончательное измерение величины заряда электрона было выполнено американским физиком Робертом Милликеном в его знаменитых опытах с масляными каплями в 1909–1913 годах. Он установил, что любой электрический заряд дискретен и кратен элементарному заряду $e \approx 1.602 \times 10^{-19}$ Кл. Зная значение заряда $\text{e}$ и отношение $e/m_e$ из опытов Томсона, удалось с высокой точностью вычислить массу электрона: $m_e \approx 9.109 \times 10^{-31}$ кг.

Ответ: Электрон был открыт в 1897 году английским физиком Дж. Дж. Томсоном в результате серии экспериментов с катодными лучами. Томсон доказал, что эти лучи являются потоком отрицательно заряженных частиц, измерил отношение их заряда к массе ($e/m_e$) и установил, что эти частицы (названные им «корпускулами») примерно в 1840 раз легче атома водорода и являются универсальными составляющими всех атомов. Это открытие опровергло представление о неделимости атома и положило начало физике элементарных частиц. Позже, в 1909-1913 годах, Роберт Милликен точно измерил величину заряда электрона.