導(dǎo)語(yǔ)：陰極射線是什么意思？陰極射線是一種由陰極發(fā)射的高速帶電粒子流，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和重要的科學(xué)意義，在物理學(xué)和電子學(xué)領(lǐng)域的研究中，陰極射線的研究將繼續(xù)發(fā)揮重要的作用，那么大家知道陰極射線的產(chǎn)生原理嗎？下面就一起去了解了解吧！
陰極射線是什么意思
克魯克斯陰極射線管在倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的過(guò)程中起了重要的作用，那么陰極射線是一種什么射線呢?陰極射線是德國(guó)物理學(xué)家J.普呂克爾在1858年進(jìn)行低壓氣體放電研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的 。稍后，英國(guó)物理學(xué)家克魯克斯在實(shí)驗(yàn)室里研究閃電現(xiàn)象時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了這種射線 。當(dāng)裝有2個(gè)電極的玻璃管里的空氣被抽到相當(dāng)稀薄的時(shí)候 ， 在2個(gè)電極間加上幾千伏的電壓 ， 這時(shí)在陰極對(duì)面的玻璃壁上閃爍著綠色的輝光，可是并沒有看到從陰極上有什么東西發(fā)射出來(lái) 。這究竟是怎么一回事呢?這種現(xiàn)象引起許多科學(xué)家的濃厚興趣，進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)研究 。
當(dāng)在陰極和對(duì)面玻璃壁之間放置障礙物時(shí)，玻璃壁上就會(huì)出現(xiàn)障礙物的陰影;若在它們之間放一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的小葉輪，小葉輪就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái) 。看來(lái)確實(shí)從陰極發(fā)出一種看不見的射線 ， 而且很像一種粒子流 。在人們還沒有弄清楚這種射線的廬山真面目之前，只好將它稱為“陰極射線” 。關(guān)于陰極射線的本質(zhì)，當(dāng)時(shí)在國(guó)際上有兩種截然不同的意見 。大多數(shù)英國(guó)物理學(xué)家(如J.J.湯姆孫)認(rèn)為陰極射線是一種帶電的粒子流，因?yàn)樗梢员浑妶?chǎng)或磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn) 。湯姆孫等英國(guó)物理學(xué)家由實(shí)驗(yàn)中還測(cè)得陰極射線速度比光速小2個(gè)數(shù)量級(jí) 。
19世紀(jì)90年代初，德國(guó)物理學(xué)家由實(shí)驗(yàn)中得知 ， 陰極射線甚至可以穿透薄金屬箔，據(jù)此他們認(rèn)為陰極射線不可能是粒子流 。在陰極射線是不是帶電這個(gè)問題上，開始時(shí)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫和德國(guó)物理學(xué)家赫茲做了同樣的實(shí)驗(yàn) ， 也觀察到同樣的結(jié)果 。我們來(lái)聽聽湯姆孫本人對(duì)這一段經(jīng)歷的回憶吧：“我使陰極射線偏轉(zhuǎn)的第一次嘗試是使它通過(guò)固定在放電管內(nèi)的2個(gè)平行板之間的空間 ， 并且在平行金屬板之間加上一個(gè)電場(chǎng) 。結(jié)果沒有產(chǎn)生任何持續(xù)的偏轉(zhuǎn) ?！睂?duì)于這樣一個(gè)同樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，赫茲簡(jiǎn)單而錯(cuò)誤地得出了以下的結(jié)論：陰極射線是不帶電的 。
而湯姆孫沒有簡(jiǎn)單從事，他進(jìn)行了更加深入的分析和思考，終于找到了問題的癥結(jié)所在 。他在《回憶與感想》一書中繼續(xù)回憶說(shuō)：“偏轉(zhuǎn)之所以沒有出現(xiàn)是由于氣體存在(壓力太高)，因此要解決的問題是獲得更高度的真空 。而這一點(diǎn)說(shuō)起來(lái)比做起來(lái)容易得多 ?！睖穼O繼續(xù)對(duì)陰極射線進(jìn)行深入的研究，1897年終于完成了他那聞名于世的實(shí)驗(yàn) 。圖2.3就是湯姆孫實(shí)驗(yàn)中所使用的儀器的簡(jiǎn)圖 。陰極射線由陰極C發(fā)出，通過(guò)狹縫A和B將陰極射線約束成細(xì)束，然后穿過(guò)D、E之間的空間，最后達(dá)到右邊帶有標(biāo)尺的熒光屏上進(jìn)行觀察 。
當(dāng)D、E充電，陰極射線束會(huì)向上或向下偏轉(zhuǎn)(方向取決于D、E的極性) 。湯姆孫根據(jù)實(shí)驗(yàn)中陰極射線偏轉(zhuǎn)的方向確定出陰極射線是帶負(fù)電的 。然后他又在D、E之間換成用通電線圈加上一個(gè)方向與簡(jiǎn)圖平面垂直的磁場(chǎng) 。磁場(chǎng)也使細(xì)束發(fā)生向上或向下的偏轉(zhuǎn)(方向與磁場(chǎng)的方向有關(guān)) 。陰極射線細(xì)束在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)方向也證明陰極射線束所帶的電荷是負(fù)的 。接著湯姆孫巧妙地使磁場(chǎng)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)正好抵消電場(chǎng)所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)，這樣就可以計(jì)算出陰極射線細(xì)束的速度 。然后分別從電場(chǎng)和磁場(chǎng)單獨(dú)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)幅度，再計(jì)算出細(xì)束的電荷與質(zhì)量的比值(荷質(zhì)比)e/m 。
電荷
湯姆孫求得的陰極射線的荷質(zhì)比e/m，比在電解過(guò)程中測(cè)得的氫離子的荷質(zhì)比eH/mH大將近2000倍 。因此湯姆孫認(rèn)為陰極射線是由比氫離子小得多的帶負(fù)電的粒子所組成 。他把這種粒子稱為“微?！?，所帶的電荷(代表電荷的基本單位)稱為“電子” 。后來(lái)人們直接將組成陰極射線的粒子本身稱為“電子” 。陰極射線束就是電子束，這是射線大家族中一個(gè)非常重要的成員 ， 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中占有重要的地位 。從陰極射線實(shí)質(zhì)的揭示過(guò)程，對(duì)我們至少有兩點(diǎn)極為有益的啟示：其一，窮追不舍的探索精神和深入細(xì)致的分析與思考的習(xí)慣，對(duì)于科學(xué)技術(shù)的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)是何等的重要，古今中外這樣的事例俯拾皆是，一切有志于科學(xué)技術(shù)的人們都要十分注意培養(yǎng)這種基本素質(zhì);其二，技術(shù)的革新與改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)科學(xué)的進(jìn)展是相輔相成的 ， 這樣的例證也是不勝枚舉的 。
陰極射線的產(chǎn)生原理
電子的發(fā)射過(guò)程
陰極射線的產(chǎn)生原理主要涉及電子的發(fā)射過(guò)程，這一過(guò)程可以在不需要高電壓的情況下發(fā)生 。陰極射線是電子從陰極發(fā)出的 ， 這些電子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下高速運(yùn)動(dòng)形成的，主要來(lái)自陰極本身，但如果管內(nèi)真空度不高，也有一部分來(lái)自管中的氣體 。陰極材料一般選用電子逸出功小的金屬，這樣在加熱陰極(通電即可加熱)和外加加速電場(chǎng)的雙重作用下，陰極就能發(fā)射電子了 。加熱使電子動(dòng)能加大，便于它克服陰極材料的束縛引力而溢出 。外加加速電場(chǎng)降低了外部的電勢(shì)能，減小了起阻礙作用的勢(shì)壘的寬度，這都便于電子以隧道效應(yīng)(一種典型的量子效應(yīng))的方式逸出陰極 。
【陰極射線是什么意思，陰極射線的產(chǎn)生原理】陰極射線管的工作原理基于陰極射線，即從陰極射出的電子流 。這些電子在電場(chǎng)加速下形成的高速電子流 ， 具有帶負(fù)電的粒子特性 。陰極射線管的應(yīng)用非常廣泛，包括電子示波器中的示波管、電視的顯像管、電子顯微鏡等，都是利用陰極射線在電磁場(chǎng)作用下偏轉(zhuǎn)、聚焦以及能使被照射的某些物質(zhì)，如硫化鋅發(fā)熒光的性質(zhì)工作的 。