hallwachs，augusto righi in bologna，以及莫斯科的stoletov的研究都证实了无论金属板上是否充有负电，紫外光都会从金属板上驱逐出一束带负电的微粒，当时人们普遍相信这些带负电的微粒中还包含有周围被电离的带电气体分子的原子.

Lenard（赫兹的学生）获得博士学位3年后，在海德堡做George quincke的助手时开始研究这个问题.他对于电离的解释持有怀疑态度.1887年，一名叫Robert nahrwold的体育老师通过自己的实验断定说，气体绝对不可能静态地被充电（电离）（highly probable that a gas cannot be statically electrified.）还有人认为是带电的dust从金属表面被驱逐出来，还有人认为紫外线使金属表面粗糙或磨成粉.为了驳斥这些观点，lenard设计了一些实验.lenard于1899-1900年之间的论文包含了1890-1891年就开始的实验.他的实验有几个结果，首先，据他原创性的推断，携带photoelectric discharge的大质量的微粒从负极驱逐出来是不正确的.证明包含了一条干净的铂线作为正极，磨光滑的钠汞合金金属作为负极.正负极都放在氢气中.在通过了3*10-6次方C的电量后中断光电流.如果携带电的是钠的原子，那么每一个原子携带的电量不可能超过在水解中所带的量.那么也就是最少0.7*10-6mg的钠会沉积在铂电极上，但是从电极上去除电线后通过光谱分析，没有任何的钠被detected.其次，与righi的一致，所有在空气中已知的紫外光的效应在最高真空环境下都存在，这就去除了光电放电作用于玻璃管中剩余气体上的情况.

既不是气体分子，也不是阴极金属的分子，那么光电流中带电的微粒是什么呢？这一答案要通过仔细的测量带电微粒的荷质比来确定.lenard的实验设备如图所示.

在zinc电极两端产生的紫外光通过石英玻璃窗口B抽空的tube中，然后从铝的负极U上释放带负电的微粒.负极U与直流电压供应器相连使其会变化.the cathode could be biased with an external dc aluminum supply.与地球相连的金属屏幕E中央有一个洞，这个E作为正极.E还具有使右边部分不被静电干扰.小电极α和β与静电计相连.如果U被紫外光照射并充几伏的电，则带负电的微粒将被驱逐出来加速冲向E，它们中的一小部分将通过小洞然后以恒定的速度抵达静电计α而被记录，利用一对赫姆赫兹线圈，在E和α之间就产生了指向读者的磁场，带负电的微粒就会向上转向，于是抵达β的负电就会被与β相连的静电计探测到.

e/m的计算如下，首先假设左边没有任何磁场，右边没有任何电场.让U上接有V伏的负电压，正极E始终处于0V，那么到达正极E的微粒所具有的动能的近似值可以表达为

$$eV = \frac{1}{2}m{v^2}$$

v在离开E后保持不变，则后面作用在微粒上的力只有磁场力H，由于这个力evH始终与带电微粒的运动方向垂直，带电微粒的路径将变成一个半径为r的圆，

$$evH = \frac{{m{v^2}}}{r}$$

其中H的大小只需使微粒到达β即可.通过上述两个方程，我们有

$$\eqalign{ & eU = \frac{1}{2}m{v^2},m{v^2} = 2eU, \cr & evH = \frac{{m{v^2}}}{r},eH = \frac{{mv}}{r}, \cr & {e^2}{H^2} = \frac{{{m^2}{v^2}}}{{{r^2}}}{v^2} = \frac{{{e^2}{H^2}{r^2}}}{{{m^2}}} \cr & m\frac{{{e^2}{H^2}{r^2}}}{{{m^2}}} = 2eU,\frac{{e{H^2}{r^2}}}{m} = 2U, \cr & \frac{e}{m} = \frac{{2U}}{{{H^2}{r^2}}}, \cr} $$

lenard得到的e/m的值是1.15×10-7emug-1.

这个值和Thomson的有差异，据说实验的目的不是像Thomson一样主要是测量e/m.我们暂时不考虑这点，Thomson已经证实cathode ray是电子，lenard的光电效应的深入研究有如下发现，他使用碳弧灯来研究光电子的能量如何随着光强度的变化而变化.利用三棱镜分开不同颜色的光，通过从光谱的最蓝的部分开始慢慢增加光的频率，使平均放出的电子更加具有能量.通过将碳弧灯向金属板靠近来增加光的强度来使更多的电子放出.通过在阳极上接上负电来阻碍金属板上电子的移动，使电流计的电流为零来测量电子的速度.使光强度增加2倍时电子数量增加了2倍，但是阻止电子形成电流的电压却不变.改变光的颜色会对阻止电子形成电流的电压产生影响.波长越短则电压越高.通过这些实验，lenard总结到：

借着变化紫外光源与阴极之间的距离，他发现，从阴极发射的光电子数量每单位时间与入射的辐照度（亮度）成正比.

第二，使用不同的物质为阴极材料，可以显示出，每一种物质所发射出的光电子都有其特定的最大动能（最大速度），换句话说，光电子的最大动能与光波的光谱组成有关.

第三，借着调整阴极与阳极之间的电压差，他观察到，光电子的最大动能与截止电压成正比，与辐照度无关.

由于光电子的最大速度与辐照度无关，莱纳德认为，光波并没有给予这些电子任何能量，这些电子本来就已拥有这能量，光波扮演的角色好似触发器，一触即发地选择与释出束缚于原子里的电子，这就是莱纳德著名的“触发假说”（triggering hypothesis）.

威廉•康拉德•伦琴（德语：Wilhelm Conrad Röntgen 1845年－1923年）不止一次地重复了勒那德的实验.1895年11月8日晚，他再次重复了勒那德的实验.伦琴欣喜地发现，这种阴极射线能够使一米以外的荧光屏上出现闪光.为了防止荧光板受偶尔出现的管内闪光的影响，伦琴用一张包裹相纸的黑纸，把整个管子里三层外三层地裹得严严实实.在子夜时分，伦琴打开阴极射线管的电源，当他把荧光板靠近阴极射线管上的铝片洞口的时候，顿时荧光板亮了，而距离稍微远一点，荧光板又不亮了.

伦琴还发现，前一段时间紧密封存的一张底片，尽管丝毫都没有暴露在光线下，但是因为他当时随手就把它放在放电管的附近，现在打开一看，底片已经变得灰黑，快要坏了.这说明管内发出某种能穿透底片封套的光线.伦琴发现，一个涂有磷光质的屏幕放在这种电管附近时，即发亮光；金属的厚片放在管与磷光屏中间时，即投射阴影；而比较轻的物质，如铝片或木片，平时不透光，在这种射线内投射的阴影却几乎看不见.而它们所吸收的射线的数量大致和吸收体的厚度与密度成正比.同时，真空管内的气体越少，线的穿透性就越高.为了获得更加完美的实验结果，伦琴又把一个完整的梨形阴极射线管包裹好，然后打开开关，然后他便看到了非常奇特的现象：尽管阴极射线管一点亮光也不露，但是放在远处的荧光板竟然调皮地亮了起来.

伦琴真是欣喜若狂，他顺手拿起闪闪发亮的荧光板，想吻它一下，突然，一个完整手骨的影子鬼使神差般地出现在荧光板上.

伦琴顿时吓得不知所措，他不知这到底是在做梦，还是在做实验，他狠狠地在手上咬了一口，手被咬得生疼，他意识到自己不是在做梦，这一切都是真的.伦琴立即开亮电灯，认真检查了一遍有关的仪器，又做起了这个实验.这时，天已经微微发亮，在重重云层下，一轮美丽的红日，即将喷薄而出，给整个人类带来无穷无尽的光和热.

伦琴没有时间去想别的东西.他看到，那道奇妙的光线又被荧光板捕捉到了.他又有意识地把手放到阴极射线管和荧光板之间，一副完整的手骨影子又出现在荧光板上.伦琴终于明白，这种射线原来具有极强的穿透力和相当的硬度，可以使肌肉内的骨骼在磷光片或照片上投下阴影.这时，伦琴的夫人走了过来，给伦琴披上了一件大衣，然后轻声地劝伦琴该去休息了.伦琴却一把抓住了夫人的手，放在荧光板和阴极射线管之间，荧光板上又出现了夫人那完整的手骨影子.这是事实，千真万确的事实.伦琴一下子抱住了夫人，在实验室里足足转了五个圈子，他太激动了，激动得不知如何是好，两行热泪止不住地流了下来……

次日，伦琴便开始思考这一新发现的事实，他想，这很显然不是阴极射线，阴极射线无法穿透玻璃，这种射线却具有巨大的能量，它能穿透玻璃，遮光的黑纸和人的手掌.为了验证它还能穿透什么样的物质，伦琴几乎把手边能够拿到的东西，如木片、橡胶皮、金属片等，都拿来做了实验.他把这些东西一一放在射线管与荧光板之间，这种神奇的具有相当硬度的射线把它们全穿透了.伦琴又拿了一块铅板来，这种光线才停止了它前进的脚步.然而，限于当时的条件，伦琴对这种射线所产生的原因及性质却知之甚少.但他在潜意识中意识到，这种射线对于人类来说，虽然是个未和的领域，但是有可能具有非常大的利用价值.为了鼓舞和鞭策更多的人们去继续关注它，研究它，了解它并利用它，伦琴就把他所发现的这种具有无穷魅力的射线，叫做“X射线”.

1895年12月28日，伦琴把发现X射线的论文，和用X射线照出的手骨照片一同送交维尔茨堡物理医学学会出版.这件事，成了轰动一时的科学新闻.伦琴的论文和照片，在三个月内被连续翻印5次.大家共同分享着伦琴发现X射线的巨大欢乐.X射线的发现，给医学和物质结构的研究带来了新的希望，此后，产生了一系列的新发现和与之相联系的新技术.就在伦琴宣布发现X射线的第四天，一位美国医生就用X射线照相发现了伤员脚上的子弹.从此，对于医学来说，X射线就成了神奇的医疗手段.

十九世纪末时，有的科学家说它是电磁波；有的科学家说它是由带电的原子所组成；有的则说是由带负电的微粒组成，众说纷纭，一时得不出公认的结论.英法的科学家和德国的科学家们对于阴极射线本质的争论，竟延续了二十多年.

阴极射线是带电粒子.首先，将其射在金属板上时，金属板带了负电，其次，射线束会与磁场相互作用，再次，射线束会与电场相互作用，早期的玻璃管真空度不高，导致阴极射线束被玻璃管内离子化的带电气体离子包裹，屏蔽了外加电场的作用，后来Thomson使用了真空度很高的，只有非常少空气进入的玻璃管，才使得阴极射线与电场的作用表现出来. 其次，通过测量，阴极射线的粒子质量比已知的任何元素的原子的质量都要小，无论什么物质作为负极，射出的阴极射线都是相同的.

德国科学家普遍认为阴极射线具有以太或波的特性.赫兹发现阴极射线可以穿透非常薄的金属片，比如金叶，并在后面的玻璃上产生看得见的亮光.像气体分子一样大的微粒能穿过固体层看起来是令人惊奇的.这导致我Thomson去更深入地研究组成阴极射线的粒子的本质.

我们在阴极射线运动方向的垂直方向外加磁场，使射线束改变运动方向，再外加电场，使其再次改变方向，如果磁场和电场的分别对阴极射线的力相互平衡，那么就有 Hev=Xe（H是磁场力，X是电场力），则v=X/H.

在真空度很高的玻璃管内，这个速度是光速的三分之一，或60,000 miles per second，真空度不太高的情况下，这个速度是50,000 miles per second，但是无论真空度如何，阴极射线的微粒的速度都要比我们可以获得的其他移动的物体的速度要快得多，比如说，阴极射线的平均速度是常温下氢原子的速度的几千倍，或者目前已知任何温度下的速度. 计算 e/m.

知道组成阴极射线的离子的速度，让我们只用电场作用于阴极射线，组成阴极射线的离子将受到一个恒定的力的作用，就像以速度V水平运动的子弹受到重力作用一样.

我们知道在t时间内，子弹下降的距离是$\frac{1}{2}g{t^2}$,其中g是重力引起的加速度，在我们的计算中，加速度是由于电场引起的，是$\frac{{Xe}}{m}$,m是粒子的质量，$t = l/v$,l是粒子运动距离.

射线撞击玻璃产生的荧光斑点的位移为$\frac{1}{2}\frac{{Xe}}{m} \cdot \frac{{{l^2}}}{{{v^2}}}$

我们可以很容易地测量这个位移d，则

$$\frac{e}{m} = \frac{{2d}}{X} \cdot \frac{{{v^2}}}{{{l^2}}}$$

e/m的结果显示，无论阴极射线如何产生，在阴极射线中的粒子的e/m都是一样的.比如改变玻璃管的形状或管内气压，或者使粒子的速度产生很大的变化.除非使粒子的速度接近光速，否则其他任何时候的其他情况发生变化，这个比值都几乎恒定不变.这个值不但与速度无关，还与电极的种类以及管内气体无关.

将e/m的值换算成厘米克秒单位制，大约等于1.7×10^7，如果我们把这个比值与其他已知的任何系统作比较，我们就发现他们的数量级的差异非常大.在阴极射线被研究之前，在液体的电解中带电的氢离子的e/m是十分熟知的，只有104的数量级，因此，阴极射线中的离子的这个比值是氢离子的1700倍，这种差异只可能由两种情况引起，要么是阴极射线中的粒子的质量比氢离子的质量小的多，而氢离子的质量是我们在物理学中最近已知的最小的质量，或者阴极射线中的粒子的带电量比氢原子带的电量要大得多.我接下来会简短地说一下，通过一个方法我已经知道这两种微粒的带电量是相同的.因此我们可以得出结论，那就是组成阴极射线的粒子的质量只有氢原子质量的1/1,700，因此，原子不是组成物质的最小微粒，我们应该更深入地研究阴极射线的离子，并且这种离子无论从任何物质得到的都是一样的.

我们可以在很大的范围内找到阴极射线中的离子.当金属加热至红热状态时会放出；实际上，任何物质在加热时都会一定程度地放出微粒，我们能从铷以及钠和钾的化合物中探测出这种粒子，即便他们处于冷却状态也可以探测到，这也许允许我们这样推测，就是所有物质都有这种粒子的emission，尽管我们的仪器还不够精确地探测到它们，直到量很大才行. 电子（此处使用电子代替阴极射线的粒子）也可以从其他物体和金属放出，尤其是当碱性金属暴露到光照之下时.

放射性物质铀和镭可以持续大量地放出这种离子.当食盐放在火焰上时，也会大量放出，我们有理由推断，从太阳来的电子也会达到地球接触到我们.

电子这样被大范围地发现，但是无论在何处发现，e/m的值都是常量.电子似乎是组成各种不同物质的一部分，因此，将其认为是组成原子的一个组成部分是很自然的.

我们通过威尔逊云室来测量电子所带电量e，（这里的电子是通过紫外线照射碱性金属表面产生的.）带电的微粒将作为一个核心而被水蒸气包围并形成水滴.如果我们有饱和的水蒸气的气体if we have air with saturated with water vapour并冷却它，如果没有湿气沉积，那么将形成超饱和状态，我们知道，如果此时有任何尘埃出现的话，将以这些尘埃为中心形成我们熟悉的雾气或雨滴，如果气体中没有尘埃，我们也可以在不出现任何潮气沉积的情况下冷却它.如果没有尘埃，Wilson已经指出，云不会出现直到温度降低至超饱和状态的8倍，此时即便在无尘空气中也能形成很厚的云.当带电微粒出现时，Wilson指出，非常小的冷却措施就能产生雾.处于导电状态的带电粒子出现在这样的气体中时只需要4倍超饱和状态的低温就能产生雾气.每一个带电微粒都成为水滴的核心，水滴形成云，因此无论微粒如何小，都能成为可见的并且可以观察.

室温下，一个与水接触的导管中的水蒸气是饱和的，这根导管与一个里面有很大的上下运动的活塞的圆柱相通.活塞首先处于最大的可活动量，当活塞下面突然抽空空气时，导管中的空气会很快地膨胀，当空气膨胀时就会变冷.此时，之前处于饱和状态的导管中的空气就会成为超饱和状态，如果没有dust，就不会有湿气的沉积.

现在，冷却程度以及超饱和状态取决于活塞的运动.活塞运动的越大就越冷，如果活塞做可调节的运动，使得超饱和状态处于4-8倍之间，此时我们放入有dust的空气，使其一次又一次地形成云，当云降落时它们携带dust一起降落，就好像大自然中的空气被雨水清洗干净一样.我们发现最终当我们使导管中的空气膨胀时就没有看到云出现，用这种方法将导管中的dust去除.快速的膨胀来冷却潮湿的空气，如果dust还有的话，微小的水滴（雾气，云层）将在dust上形成，并在重力作用下将这些尘埃带到容器的底部.反复地膨胀使得所有尘埃都被小droplets带至容器底部如此来形成无尘空气dust-free air.通过在导管旁放一小点镭，导管中的气体就处于导电状态了.此时导管中的气体中有大量带有正负电荷的微粒.此时气体膨胀则云将形成.

镭的放射性元素element将使空气电离，此时在无尘空气的导管中将观察到很厚的云，这个云是由于无尘气体中的带电粒子作为形成水滴的核心而产生的，我们可以使用方法将这些dust-free air中的带电粒子去除.（这里引入镭的一个作用，是为了显示dust-free air中如果有带电微粒的话，也会产生云，我们需要把这些带电微粒也事先清除，从而形成dust-free和无带电微粒的air）.

在导管内壁设置两块相互垂直（不是平行的？）的相互隔离的可以被充电的平板，如果它们被充电（应该是分别接在电源正负极），则dust-free air中产生的带电微粒将会迅速地被从其中拽出，用这种方法，我们可以完全地，或很大限度地减少气体中的带电微粒.如果我们再将镭靠近这个导管前使两块平板充电并使气体膨胀，那么就只有很少的云会形成.（也就是很大程度上减小了带电粒子的数量）.

利用活塞的运动，我们可以减小超饱和的量，从而减小形成云雾时沉积的水的量，从而使用水滴数量来找出带电粒子上的电量.水会以相同大小的水滴的形式沉积，水滴数量就等于沉积的水的体积除以一滴水滴的体积.因此，如果我们找出一滴水滴的体积，就能找出包围带电粒子的水滴的数量.如果带电粒子不太多，那么每一个都会被一颗水滴包围，我们就能找出带电粒子的数量.

我们可以从水滴缓慢下降的速度来计算水滴的大小.由于受到空气粘性或与空气的摩擦的影响，很小的水滴不会一直以同一加速度下降，很快会达到一个恒定的速度下降，物体越小，下降速度就越小.Sir George stokes已经给出了雨滴下落速度的公式

$$v = \frac{2}{9}\frac{{g{a^2}}}{\mu }$$

a是水滴的半径，g是重力加速度，μ是空气的粘性参数.如果我们带入g和μ的值，就得到$v = 1.28 \times {10^6}{a^2}$，只要测量出v就能找出a.

通过简单的方法，我们可以找出带电粒子上的总电量，又知道带电粒子数，就能算出每个粒子上的带电量e.

H.A.Wilson曾经使用一个基于以下原理的更简单的方法来计算每个带电粒子上的带电量.Wilson曾经指出水滴更易于在带负电的微粒上凝结而不是在带正电的微粒上.因此，通过修正膨胀，使水滴凝结在带负电的微粒上而不是带正电的微粒上是可能的，通过修正膨胀，所有的水滴都是带了负电的.通过上面的方法，通过测量在重力下运动的微粒的速度，就可以知道水滴的体积和质量.现在，假设我们在水滴上方放一个带正电的物体，则水滴将向带正电的物体移动，于是在重力下运动的水滴的速度将减小.如果我们调整正电的吸引力，使其与水滴受到的重力大小相等，则水滴将不再下降而像大自然中的水滴一样悬浮在空中.如果X是电场强度，e为水滴的电量，w为水滴的重力，则有

$$Xe=w$$

X容易测量，w已知，则能求出e，这种方法求出来的e是$3.0 \times {10^{ - 10}}$静电单位或$10^{ - 20}$electromagnetic units，这个值与水解中氢原子携带的电量相同，而这个氢原子携带的电量的近似值很早以前就知道了.

也许有人反对，说上述方法测量的电量是气体分子或气体分子的集合体上的电量，而不是电子上的电量.

这个否定不存在，因为电子上的电量是我通过紫外光照射金属表面产生的而不是通过镭的放射线使气体电离或使气体分子带上电.在上面的方法中，实验是在非常高的真空中进行的.产生的电是完全的负的，也就是通过从金属表面放出的形式产生.当有气体时，电子将与气体撞击并附着在它们上面.像这样，即便是分子带电，其电量也与电子相同，我们用上述方法计算出来的分子上的电量也与电子上带的电量相同.通过紫外线而得到的电量与通过镭辐射得到的电量是相同的.

我们之前已经知道e/m，于是就可以算出$m = 6 \times {10^{ - 28}}$grammes.

如果我们与氢原子的质量来对比这个质量的话，就会知道电子质量的含义.

我们已经知道电子的荷质比$e/m = 1.7 \times {10^7}$,如果E是氢原子在水解实验中的带电量，M是氢原子的质量，那么$E/M = {10^4}$; 因此 e/m = 1,700 E/M.

我们已经知道e和E相同，因此M=1700m，电子质量只有氢原子质量的1/1700.