物理学史5-2.pptVIP

* 第五章 19与20世纪之交的三大发现 * 物理学史教材图片 第 一章 力学的发展 §5-1 概 述 19世纪末，经典物理已经有了相当的发展，力学、热力学和分子动理论、电磁学以及光学，都已经建立了完整的理论体系，应用上也取得了巨大成果。这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶，以后的任务无非是在细节上作些补充和修正。正在这个时候（19世纪末），实验上陆续发现一系列经典物理学难以解释的事实，这使人们奉为信条的经典物理学理论陷入“危机”。解决这种矛盾成为物理学发展的动力，从而引起了物理学的一场伟大革命，导致现代物理学的诞生。 19与20世纪之交的三大发现 发现电子 汤姆孙 1897年 发现放射性 贝克勒尔 1896年 发现X射线 伦琴 1895年 贡 献 人 物 年 份 一幅描述1896年英国电力工业的图片 三大发现的历史渊源 三大发现都直接或间接地与阴极射线的研究有关。可用下面的流程图来表示这些关联。 §5-2 电子的发现 电子的发现起源于对阴极射线的观察与研究。 一、阴极射线的研究 1858年德国人普鲁克尔（1801~1868）在研究气体放电时发现了阴极射线。1876年，哥尔茨坦根据这一射线会引起化学作用的性质，判断它是类似于紫外线的以太波。他演示了阴极射线被障碍物挡住后，在管壁产生阴影的现象 阴极射线遇到障碍产生阴影 但是，当时权威更高的是持以太说的以哥尔斯坦、赫兹和勒纳德为代表的德国学派。以太论的观点虽然是错误的，但他们对微粒说的反驳却很有分量。P154页。 克鲁克斯演示阴极射线聚焦 1871年英国人瓦尔利（1828~1883）发现阴极射线在磁场中会发生偏转。克鲁克斯（1832~1919）证实阴极射线不但按直线前进，能聚焦，能偏转，而且还可以传递能量和动量。并认为阴极射线是一种带（负）电的粒子流。舒斯特也持这种观点，并根据阴极射线的磁偏转数据算出了带电粒子的电荷e与其质量m的比值（大约值）。他们三位形成了英国学派。 勒纳德的铝窗实验 赫兹和他的学生勒纳德（1862~1947）做了许多实验来证明阴极射线的以太理论。1894年勒纳德发表了他的“铝窗”实验，他在放电管的末端装上厚为0.000265厘米的铝箔作为窗口，发现从铝窗口会逸出射线，在空气中传播的距离大约10厘米。他们认为这是反驳微粒说的有力证据。 阴极射线问世后的50年间，对它的本性存在激烈的争论，两派的观点似乎以欧洲的莱茵河为界：德国人赞成“以太”波动论，认为阴极射线是宇宙间存在一种静止的传播光和电磁波的媒质——“以太的波动”；英国人和法国人主张带电微粒说，即认为阴极射线是粒子流动。 阴极射线的本质是什么？一时间成了科学界的热门话题，许多物理学家投入这项研究之中，希望找到问题的答案。争论持续了一二十年。这一争论促使人们做了许多实验和理论研究，引出了一系列重大成果。 二、电子的发现 关于阴极射线本性的波动说与微粒说的长期争论和不断研究，促成了英国物理学家汤姆孙（1856~1940）在19世纪发现了电子。 汤姆孙在做实验 汤姆孙的实验装置 汤姆孙是英国剑桥大学卡文迪什实验室的教授。 汤姆孙从1890年起就带领他的学生研究阴极射线，1897年他完成了著名的实验：测定了阴极射线的电荷与质量的比值 e / m（后来被称为电子的“荷质比”）。 汤姆孙从1890到1897年期间完成的著名实验包括： 佩兰测阴极射线的电荷（其中B是阳极，C是阴极，F是法拉第圆桶） 1、直接测阴极射线携带的电荷 1895年法国佩兰用如图所示的实验装置测阴极射线携带的电荷。 汤姆孙测电荷的装置 汤姆孙静电偏转管 汤姆孙对佩兰的实验作了改进P161页 2、使阴极射线受静电偏转 汤姆孙完成的著名实验 3、汤姆孙用几种不同的方法测阴极射线的荷质比 结果发现不同方法测得的荷质比都很相近。于是，汤姆孙得出结论： 阴极射线是由同样的带电微粒组成的，而这种微粒是一种小粒子，它是各种原子的组成部分。就这样汤姆孙发现了电子。1897年8月，他把这一发现写成了长篇论文《论阴极射线》，10月发表在《哲学杂志》上。 接着汤姆孙和他的学生直接测得了阴极射线载荷子所带的电荷量，但对该电荷量最有说服力的测定是美国物理学家密立根（1868~1953）在1912~1917年利用油滴实验测出的。 电子被发现了，并且证实电子是物质更基本的组成部分。它的发现打破了原子不可再分的传统观念。而且电子是人类发现的第一个基本粒子，在物理学上具有非常重要的意义。1906年汤姆孙荣获诺贝尔物理学奖。 1913年密立根宣布从油滴测得电子电荷为