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1、第五章 打开微观世界的三大发现,经典物理学经过三百多年的发展，到19世纪末已经有了完整的体系，在应用的推广上也硕果累累。,著名物理学家开尔文就说:“19世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这所大厦。”开尔文的话代表了不少物理学家的固步自封的思想。,1.经典物理学的危机,然而，正是在这个时候，物理实验有了重大发现，打破了沉闷的空气，向物理学家的自满情绪提出挑战!,物 理 革 命 的 新 曙 光,“江山代有才人出，各领风骚数百年。”,妙手偶得,19世纪末，阴极射线的研究正方兴未艾，德国的维尔芝堡大学，治学严谨的伦琴（1845-1923）教授，也致力于这个问题的研究。,伦琴像,2.
2、神秘之光X射线,1895年11月8日晚,伦琴用黑的厚纸板把阴极射线管子包起来，意外地发现1米以外的荧光屏在闪光，而这绝不是阴极射线，因阴极射线穿不透玻璃，只能行进几厘米远。,伦琴断定这是一种新射线，一种从未曾记载过的东西。伦琴用它拍出了一张肉淡骨浓的手掌照片，有人用它鉴别古画，一时引起轰动，伦琴将这具有非凡魅力的射线命名为“X”射线。,伦琴夫人手指骨的X射线照片,X 射线,冷却液,X射线装置,对本质的探求,伦琴不满足于发现“X”光，还想进一步了解其本质。1895年12月28日，向物理医学学会提出论一种新的射线报告，在三个月被印行了五次，第五版同时用英、法、意、俄等文印出。,1896年3月送出第
3、二篇论一种新的射线（续）。,1897年3月又送出第三篇关于X射线性质的进一步观察。,1、X射线在空气中的射程有2米多而且是直线传播的，不反射也不会折射；2、外界磁场不会使X射线发生偏转；3、X射线来自克鲁克斯管的对阴极，即接受阴极射线轰击的那个电极；4、X射线具有非常强的穿透性.,X射线的性质,由于X射线与原子中内层电子的跃迁有关，这说明了物理学还存在亟待搜索的未知领域。,伦琴射线发现的意义,物 理 革 命 的 新 曙 光,有15项诺贝尔的课题与X射线有关，涉及20多位科学家,劳厄：X射线衍射，1914年获奖,布拉格父子：X射线分析晶体结构，于1915年获奖,康普顿散射，1927年获奖,生物学
4、家沃森和物理学家克里克，用X射线方法获得DNA分子结构的实验数据，发现DNA螺旋结构，1962年获奖,都曾观察到过X射线的现象，但未深究，错过了机会。而伦琴善于观察，精心分析，因此他发现了“X”光。,严谨的科学态度所结出的丰硕之果,1901年，伦琴获首届诺贝尔物理奖，他是当之无愧的。,诺贝尔物理奖章图,3 电子的发现,对阴极射线的众说纷纭,19世纪末，阴极射线是一个热门话题，有人认为这是一种以太波，有人认为是一种电磁波，而第一个确认它是粒子流，并由此发现基本粒子电子的是JJ汤姆逊。,德国物理 学家的以太说,1858年普吕克尔(Julius Pliicker，18011868)在观察放电管中的放
5、电现象时发现管壁发出绿色的荧光。1876年，哥尔茨坦(Etigen Goldstein，18501930)认为这是从阴极发出的某种射线，并命名为阴极射线。他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。在1887年曾发现电磁波的赫兹，把阴极射线看成是电磁辐射，支持以太说。这样就形成了以太说。,英国物理学家的粒子说,1871年，瓦尔利(CFVarley，18281883)从阴极射线在磁场中受到偏转的事实，提出这一射线是由带负电的物质微粒组成的设想。克鲁克斯(William Crookes，18321919)和舒斯特赞同这一设想。,于是在19世纪的后30年，形成了两种对立的观点：
6、德国学派主张以太说，英国学派主张带电微粒说。双方争持不下，谁也说服不了谁。,争论的终结者：英国剑桥大学卡文迪什实验室教授JJ汤姆生(Joseph John Thomson，l8561940)。,1）直接测阴极射线携带的电荷。,J.J.汤姆逊像,2）使阴极射线受静电偏转。,3）用不同方法测阴极射线的荷质比。,荷质比都是em1011库仑千克,以论阴极射线为题发表论文，其中写道(JJ Thomson，PhilMag(5)44，1897，p.293)“阴极射线的载荷子比起电解的氢离子，me值小得多。me小的原因可能是m小，也可能是e大，或两者兼而有之。我想，阴极射线的载荷子要比普通分子小。这可从勒纳德
7、的结果看出。”,1899年，JJ汤姆生采用斯坦尼(G.TStoney，18261911)的“电子”一词来表示他的“载荷子”。“电子”原是斯坦尼在1891年用于表示电的自然单位的。,宣告了原子是可分的。,为进行电子和原子的研究开创了新的实验技术。,JJ汤姆逊于1906年获诺贝尔奖。,意义,电子问世开辟了电子技术的新时代。,贝克勒尔惊人的意外发现,生长在法国巴黎，家庭中有许多学者。祖父和父亲都是固体磷光专家，从事研究工作有60年的历史，贝克勒尔早期从事光学研究，43岁开始研究放射现象。,贝克勒尔像,4.天然放射性的发现,意义,贝克勒尔获1903年诺贝尔奖。,贝克勒尔射线的发现，是人类第一次发现某些
8、元素自身也具有自发辐射现象，引起了人们对原子核问题的关注。,波兰中学毕业获金质奖章，由于波兰当时女子不能上大学，做了8年家庭教师，筹了费用，于1891年到巴黎大学学习。1893年获物理硕士学位。1894年与法国物理学家皮埃尔居里相恋。1903年获诺贝尔物理奖，1911年获诺贝尔化学奖。,居里夫人的突破,居里夫人像,铀矿渣非常贵，奥地利送了一吨，在低矮的棚屋里，居里夫妇工作了四年，在1902年，终于从8吨矿渣中提炼出0.1克的镭盐，从中找到了两根特征光谱线，并宣布镭的原子量为225!,居里夫妇在工作,1898年12月，又宣布发现了镭(radium)!,1898年7月，居里夫人宣布发现了“钋”。,
9、我追求的是一种创造之乐，这才是永远的幸福。居里夫人,科学属于全人类,镭可以治狼疮和癌肿，0.1克镭就值75万金法郎!一个美国公司想收买专利，都被生活并不富裕的居里夫妇谢绝了。,他们认为:我们发现了科学，又把它据为己有，这违反科学精神，再说镭能治病，我们就更应该无条件地献出它的秘密!然而，居里夫人由于长期接触放射性物质，患了恶性贫血症，她的丈夫和战友居里1906年死于车祸，居里夫人在精神打击和身体折磨的双重压力下，仍然初衷不改，献身于科学事业。她的高风亮节，赢得了人们的敬重。,由于镭的引人瞩目的放射性，卢瑟福等科学家对镭的放射性进行了研究。,天 然 放 射 性 的 发 现,卢瑟福像,5、射线的发现,卢瑟福(1871-1937)发现了,射线(即氦核的离子流）射线(即高速的负电离子流）,法国人维拉德：射线，它是一种波长极短的电磁波，比X射线的波长还要短。,原子核物理学起源于放射性的研究!,1896-1932年，是核物理学的前期，1933年中子发现，核物理学诞生，核能的开发利用，大大促进了核物理和高能物理的发展。,原子核物理学的兴起,从1895-1897年，出现的三大发现，揭开了物理学革命的序幕，给予物理学界的刺激是兴奋的，它标志着物理学的研究由宏观进入到微观。尽管充满着疑惑和争论，但也预示着希望。,列宁曾谈到：现代物理学是在临产中，它正在产生辩证唯物主义。,
