科學技术进化论阴极射线发现过程的逻辑分析.docxVIP

【1】阴极射线——电子发现过程的逻辑分析 发现实例：?? 1834年，法拉第在研究液体导电时，发现了电解定律。1838年法拉第由研究气体导电开始转向对真空放电的研究。他用自己制作的真空度仅有千分之七个大气压的真空放电管——法拉第管（将两根黄铜棒焊到一根玻璃管的两端作为电极并用空气泵抽去管里的空气。由于当时实验技术的限制，只能获得较低的真空度）通电后，发现两极之间有暗区——法拉第暗区。 1851年，巴黎电学机械厂技师鲁姆柯夫发明了能把直流低电压（6伏）变成几千伏高电压的感应线圈。1857年，德国波恩的仪器技工盖斯勒（H.Geissler,1814～1879）用自己发明的水银真空泵和鲁姆柯夫发明的高压线圈制成了真空度达万分之一个大气压的真空放电管——盖斯勒管（他利用托里拆利真空原理制成了水银真空泵,代替了以前的空气泵。在一根玻璃管的两端封上两根白金丝，再用水银真空泵把玻璃管中的空气抽调，然后接上高压线圈）。 1858年，德国物理学家盖吕克（J.Plücker,1801～1868）在用盖斯勒管研究真空放电时，发现管中除了低压气体发光以外,正对着阴极的玻璃管壁也发出了绿色的荧光，当磁铁在管外晃动时,荧光也会随之晃动。 为了进一步观察放电管中的现象，1869年普吕克的学生希托夫（J.W.Hittorf,1824～1914）制作了一个真空度达10万分之一大气压的圆球状真空放电管（在球中间装了一片障碍物，而两个电极是垂直安装的）——希托夫管，他发现在两极之间放一片金属障碍物时，阴极对面的玻璃管壁上不仅发出荧光而且还出现了障碍物的影子；若改用透明的云母片作障碍物，同样会出现清晰的影子；在电场和磁场的作用下，障碍物的影子会发生移动。这一实验表明玻璃管中从阴极发出了一种带负电的不可见射线，而不是光线，对面玻璃管壁在它的撞击下会发出荧光。1876年，德国物理学家哥尔德斯坦（E.Goldstein,1850～1930）将这种由阴极发出的奇妙射线命名为“阴极射线”。 1878年，英国伦敦大学的化学教授克鲁克斯（W.Grookes,1832～1919）利用德国科学家本生的学生斯普伦发明的抽高真空的水银泵，设计制造了各种形状的真空度达到百万分之一个大气压的高真空放电管——克鲁克斯管。发现通电后的放电管中处于一种闪烁的黑暗状态，阴极对面的玻璃管壁依然发出清晰的荧光。克鲁克斯还制作了一个长长的高真空放电管，管中平行地安放着两根玻璃轨道，在玻璃轨道上放着一个云母片作的小风车。当用阴极射线照射上侧风翼时，小风车就沿轨道滚动起来。这表明阴极射线是一种高速带负电的粒子流。 1897年4月30日，时任卡文迪许实验室主任的汤姆逊向皇家学院做了题为《阴极射线》的报告，系统地阐述了他利用阴极射线是带电粒子、又能被电场和磁场偏转的特性来测定阴极射线粒子的速度、质量和电荷的实验：他首先精心设计了一个阴极射线管——在管子的一端装上阴极和阳极，在阳极上开了一条细缝，通电后，阴极射线就会穿过阳极成为细细的一束，折射到玻璃管的另一端。这一端的管壁上涂有莹光物质。这一实验装置实际上就是电视显像管的前身。 汤姆逊在射线管的中部装有两个电极板用以产生电场，在射线管外面加了一个磁场。调节电场和磁场的强度使它们对阴极射线的作用正好相互抵消，这样阴极射线就不会发生偏转。汤姆逊据此来测量电场和磁场的强度。他利用物理学有关定律计算出了阴极射线的速度为1.9×107cm/秒，并测出阴极射线带电粒子的电荷和质量的比值，发现这种粒子的质量非常小，仅是氢原子的质量的1/2000。汤姆逊还用金、银、铜、镍等各种金属作阴极来测定不同阴极上射出来的带电粒子，发现它们的电荷和质量的比值都一样。他又把不同的气体如H2?? 、?? O2?? 、?? N2……充到管内，阴极射出的带电粒子的电荷和质量的比值还是一样的。 这一系列实验表明不管阴极射线是由哪种物质产生的，是由电极产生的，还是管内的气体产生的，在各种物质中都有一种质量为氢原子质量的1/2000的带负电的粒子（后来人们更精密的测定其值为1/1837）。1891年，英国物理学家斯通尼（G.J.Stoney,1826～1911）把阴极射线粒子称为“电子” 英国物理学家汤姆逊所发现的电子是人类发现的第一个基本粒子，这是物理学发展史上一项具有划时代意义的重大发现,它标志着人类对物质结构的认识进入到一个新的阶段。 创新逻辑分析： ①相似推理: 已知:固体???? →?????? 可导电 联想:固体～液体（相似关系） 推论:液体???? →?????? 可导电 实验:液体???? →???? 可导电 ②相似推理: 已知:液体???? →?????? 可导电 联想:液体～气体（相似关系） 推论:气体???? →?????? 可导电 实验:气体???? →?????? 可导电 ③相反