|基本粒子2｜神奇的真空玻璃管，如何让人类发现电子和放射性？( 二 )

它在阳极末端的玻璃管前放置了一个金属箔片，并且在末端玻璃管内壁上涂了荧光粉，可以看到金属箔片的阴影投在了末端玻璃管上，这充分的证明了有一种看不见的东西是从阴极发射出来的，然后打在了末端玻璃管上，出现了绿色的辉光。也可以看出这种东西，它的穿透能力有限。所以才被金属箔片给挡住了。
鉴于它是从阴极发射出来的，所以以后人们就叫它阴极射线，这种管子就叫阴极射线管。所以接下来的问题是，阴极射线到底是啥？
普吕克曾经说，阴极射线是阴极材料飞溅出来的小颗粒，因为它在末端的玻璃管上看到了一层薄薄的阴极材料，克鲁克斯曾经说，阴极射线是带电气体离子，瓦尔利曾经说，阴极射线是带负电的粒子，因为它用磁场偏转了阴极射线。
后两个都是英国人，虽然他俩说法不一，但是有一个共同点，都是带电实物粒子。而在德国就出来了不同的理论，代表人物就是赫赫有名的赫兹，它在1888年证实了电磁波的存在。
当他给阴极射线施加电场的时候，发现阴极射线好像没有偏转，所以他断定这东西不带电，是一种类似于电磁波的东西。在1891的时候，赫兹就进一步证明了阴极射线具有一定能力的穿透性，可以穿过很薄的金箔，更加确认了阴极射线是电磁波的理论。
所以德国人就认为这是电磁波，英国人就说这是带负电的粒子，那么到底是啥东西？关键在于这东西为什么可以被磁场偏转，但不能被电场偏转呢？
可以很明确说，肯定有一方的实验出现了问题，现在我们知道是赫兹的实验不够严谨，他之所以不能用电场偏转阴极射线，是因为他的真空管中的气体没有抽干净，导致电场力变弱，再加上阴极射线的速度很快，所以他才没有看到阴极射线的偏转。
气体没有抽干净主要影响的是带电金属板上电荷的数量，前面我们说了阴极射线可以电离气体，那么被电离的气体，就会被吸引到带电金属板上，导致金属板之间的电场强度变低，从而不能有效的偏转阴极射线。
汤姆逊是第一个用电场偏转阴极射线的人，他当时就是用了更好的真空泵，才偏转了阴极射线，进而证明了阴极射线就是一种从阴极发射出来的带负电的粒子流。
所以现在的问题就变成了这个带负电的粒子所具有的性质，那么接下来汤姆逊研究的方法也很简单，就是在真空管中，给阴极射线分别施加电场和磁场，看阴极射线被偏转的情况，然后就计算出了阴极射线粒子的荷质比。
接下来，我们就说下阴极射线在力的作用下、和它的质量、速度、飞行距离、偏转距离之间的关系。
上图就是汤姆逊当时所使用的阴极射线管，可以看出C接的是负极， AB接的是正极， C和A之间有很大的电势差，所以电子就在C处受到了排斥力飞出了负极直奔正极，在正极的中心留有小孔，所以就在AB处形成一道阴极射线。
阴极射线从B出来以后会经过DE ， DE可以施加电场或者是施加磁场，总之在DE这里阴极射线会受到一个垂直于运动方向的力的作用，产生一个向上或者向下的加速度。
加速度的大小就等于作用力除以粒子的质量，然后我们在用这个加速度乘以粒子在偏转区飞行的时间，就能够算出粒子在飞出偏转区以后向上或者向下获得的速度。那这个时间怎样算？其实就是用偏转区的距离除以粒子水平上的飞行速度。
这可以理解吧，就是牛顿第二定律的内容，当粒子出了偏转区域以后，直到他撞上末端的玻璃管，飞行的这段距离叫漂移区。
由于粒子这时除了在水平方向上有速度外，还在上方或者下方有一个速度，所以当它撞在末端玻璃管的时候肯定会偏移中心位置。
【|基本粒子2｜神奇的真空玻璃管，如何让人类发现电子和放射性？】这个偏移的量怎么算？也很简单，就是用粒子向上或者向下的速度乘以它在漂移区飞行的时间，这个速度刚才我们已经算出来了，剩下的这个时间其实就是用漂移区的距离除以粒子在水平上的速度。
“汤姆逊当年用的管子”
然后我们就算出了粒子在末端偏移的距离，那么我们把以上的公式综合在一起就是这样的， “射线在末端的位移”=“作用下粒子上的力”×“偏转区长度”×“漂移区长度”/粒子的质量×粒子水平速度^2 。
公式就是这样的，非常的简单，在这个公式中，粒子在末端偏转的距离可以量出来，是已知的，偏转区和漂移区的长度是已知的，设计印记射线管的时候可以量出来，未知的量是粒子的质量和速度。