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1855年，德国的玻璃技工盖斯勒（1815—1879）利用托里拆利真空原理
制成了简易的水银真空泵——盖斯勒泵，并制成了低压气体放电管——盖斯
勒管，为人们进一步研究低压气体中的放电现象及其本质创造了条件。1857
年，普吕克尔（1801—1868）利用改进了的盖斯勒管和盖斯勒泵研究气体放
电效应时发现，当管中的气压足够低并在封入管内的两极间加上高电压时，
就有一束射线从管中的阴极发生，在对面的管壁上留下了绿色的荧光。之后
的实验证明，这种射线能被磁场偏转，而且是直线传播的。
德国物理学家戈尔茨坦 （1850—1930）于1876年证实了普吕尔发现的
现象，并把这种射线称为“阴极射线”。德国的物理学家赫兹（1857—1894）
等认为，阴极射线是一种电磁辐射现象。
1879年，英国物理学家克鲁克斯（1832—1919）亲自改进了真空泵，提
高了放电管的真空度，制成“克鲁克斯管”。实验发现，阴极射线能推动放
入管中的云母风车转动，克鲁克斯认为，阴极射线实际上是一种高速带电的
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粒子流。
1892年，人们发现，阴级射线能够穿透金属片而发生漫射现象。德国物
理学家勒纳德 （1862—1974）于1894年设计制作了一种带有小窗的新型盖
斯勒管，小窗是用很薄的铝箔做成的，阴极射线可以通过小窗漫射。他研究
了从小窗飞出的射线（也称勒纳德射线）的性质，证明了阴极射线漫射的说
法，还发现其能使照相底片感光的作用。勒纳德的实验被看作是以太振动说
的证据。
“阴极射线”是“粒子流”还是“电磁辐射”？两种观点在一段时间里
相持不下。英国物理学家、剑桥著名的卡文迪许实验室的负责人J．J．汤姆
逊 （1856—1940）从1881年就开始研究阴极射线，他赞成“粒子流”的观
点。1894年，汤姆逊用实验测得阴极射线速度要比光速小得多，进一步确信，
阴极射线不是一种电磁辐射。1897年，他通过对勒纳德实验的分析认为，这
个实验恰恰证明了：阴极射线是粒子流，而且组成射线的粒子比原子小。之
后，他用实验证实了佩兰 （1870—1942）于1895年得出的关于“组成阴极
射线的粒子是带负电荷”的结论。
为了进一步搞清这种粒子的本质，汤姆逊于这一年对这种粒子的荷质比
（e/m）即粒子所带电荷e和质量m的比值，进行了一系列的测量。他分别
利用了热学的方法和电、磁场偏转法。利用电、磁场偏转法时，他重新设计
了真空管，对管中由阴极发出的射线分别施加磁场和电场的作用，通过对粒
子在电场、磁场中偏转情况的测定，计算出粒子的荷质比。实验中他还发现，
粒子的荷质比并不因为电极材料和管内气体的改变而有所变化，因此证明，
不同物质发出的阴极射线粒子是相同的。和在电解过程中测定的氢离子的荷
质比相比，阴极射线中粒子的荷质比要大得多，说明新粒子和氢原子比，要
么电荷量很大，要么质量很小，或两者兼是。但由电磁场可使阴极射线强烈
致偏来分析，新粒子的质量应比氢离子小得多。汤姆逊最后采用了英国物理
学家斯通尼（1826—1911）于1891年提出的说法，称阴极射线粒子为“电
子”。
1883年，爱迪生（1847—1931）在研究白炽灯时发现，灯泡中与灯丝相
对的金属片的表面会发出淡蓝色的亮光，即炽热的灯丝有带电粒子发出，这
种现象称为爱迪生效应。汤姆逊研究了爱迪生效应，测量了由炽热灯丝发出
的带电粒子的荷质比，发现其数值与阴极射线粒子的数值相同。
1896年，塞曼（1865—1943）和洛伦兹（1853—1928）根据洛伦兹的电
子论，对“塞曼效应”作了进一步的理论分析，并计算出电子的荷质比值，
与汤姆逊的实验测定是基本一致的。因此可以说，到1897年，电子的存在
得到了确证，汤姆逊因此获得1906年诺贝尔物理奖。
但是，电子的电荷和质量仍有待进一步确定。汤姆逊的学生汤森（1868
—1957）、汤姆逊本人以及威尔逊（1869—1959）分别对电子的电荷进行了
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测定。1898年，汤姆逊测得电子的电荷值e为3。3×10静电单位。
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美国物理学家密立根（1868—1953）分析了前人测定电子电荷实验存在
的问题，提出克服误差的若干措施，设计了著名的“密立根油滴实验”。从
1906年至1917年，他多次改进实验，以提高精度，最后测得的电子电荷值
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为4。774（±0。005）×10静电单位。 （目前的精确值是4。083×10静
电单位。）
密立根的油滴实验，是让带电小油滴在两个水平放置相距一定距离的金
属平板间上下运动，板间有空气。首先观察测定小油滴在重力作用下，自上
而下运动的速度。然后，在两板间加上恒定电场，小油滴将在重力和电场力
的合力的作用下徐徐上升，可再测得油滴上升的速度。利用测得的两种速
度、油滴与板间空气的粘滞系数以及油滴荷电数、空气密度和重力加速度等
可以计算出电子电荷e的值。密立根还证明了，电子的电荷值e是电荷的最
基本单位，其他所有带电物质的电量都是e的正整数倍或负整数倍。因此，
测得了电子电荷精确值的密立根精巧实验，还有另一重要意义，即给出了物
理学一个十分重要的物理常数。
电子是人类认识的第一个基本粒子，是原子的构成要素，电子的发现动
摇了原子不可分的经典结论，引导人们进一步去探索原子内部结构的奥秘。
（2）伦琴发现X射线——短波段的一种电磁波
1879年，英国物理学家克鲁克斯在研究阴极射线的实验时还发现，放在
放电管附近的照相底片上有被感光的迹象。但是他以为是底片的质量有问题
而未加探究，失去了发现X射线的机会。
1895年，德国物理学家伦琴（1845—1923）在研究阴极射线时偶然发现，
放在高真空放电管附近的照相底片被感光了，而且底片是用黑纸严密包着
的。伦琴当时是德国维尔茨堡大学的校长，更是一位有见识、严谨诚实的实
验家。他认为这一现象说明，放电管内发射出了某种能穿透底片包装纸的射
线。伦琴进一步的实验发现，即使把放电管用黑纸包起来，这种射线也能使
放在装置附近的涂有亚铂氰化钡的屏发生荧光，即使将屏放到离装置两米远
处，也能观察到这种荧光。伦琴确信，这种新奇现象无法用已发现的阴极射
线来解释，因为实验已经证明，阴极射线在空气中只能传播数厘米。
伦琴选用了多种物品，如2至3厘米厚的木板，几厘米厚的硬橡胶，15
厘米厚的铝片等，将它们逐一放在放电管和荧光屏之间进行实验，几乎所有
的物质都能被这种射线穿透。因此，伦琴认为，这种新射线的显著特征是具
有极强的贯穿能力。更令伦琴感到新奇的是，如果把手放在放电装置和屏之
间，那么，在淡淡的手的轮廓中可以看到透明度较差的骨骼的影象，即骨骼
处的影象较黑。伦琴的实验还表明，和阴极射线不同，这种射线在磁场中不
产生偏转。因此，他断定，这种由阴极射线引起的、在放电装置的玻璃管壁
上发生的射线和阴极射线是性质完全不同的射线。伦琴感到，这种射线的本
质和产生的原因，仍然是个谜，因此他用数学中常用来表示未知数的字母X，
命名他发现的这种新射线为X射线。后人也称这种射线为伦琴射线。
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1895年12月28日，伦琴向德国维尔茨堡物理学与医学学会递交了题为
《一种新的射线——初步报告》的论文。X射线的发现很快轰动了科学界。
阴极射线发现后，由于工业的需要，其研究受到�