第五讲现代物理学革命.ppt

现代物理学革命 现代物理学 现代科学技术 第五讲 第一节 19、20世纪之交物理学三大发现 X射线的发现 放射性的发现 电子的发现 现代物理学革命的开始 1895年，物理学已经有了相当的发展，几个主要部门--牛顿力学、热力学和分子运动论、电磁学和光学，都已经建立了完整的理论，在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了，以后的任务无非是在细节上作些补充和修正而已，没有太多的事好做了。 X射线的发现唤醒了沉睡的物理学界。它像一声春雷，引发了一系列重大发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革命的序幕。 关于阴极射线本性的争论 1.X射线的发现起源于对阴极射线的研究，1856年德国盖斯勒放电管的发明为研究真空放电现象提供了实验手段；1859年德国普吕克发现了放电管阴极发出的绿色辉光，1876年德国戈尔茨坦指出绿色辉光是由阴极的某种射线引起的，命名为“阴极射线”。 2.围绕阴极射线的本性究竟是光波还是粒子，德国和英国科学家展开了争论，最终导致了物理学的三大实验发现。 一、X射线的发现 1895年11月10日，德国物理学家伦琴（Rontgen，1854-1923）在做阴极射线实验时，偶然发现了一种新的辐射，它能轻易穿透一些如纸张之类不透明的物质。伦琴把它叫做X射线。 偶然性？ X射线的发现过程在物理学史上是一个必然性通过偶然性开辟道路的典型例证。 在伦琴之前，英国克鲁克斯等人曾遇见过它，但均因疏忽而与重大发现擦肩而过。 伦琴因发现X射线荣获1901年的首次颁发的诺贝尔物理学奖。 二、放射性的发现 伦琴发现的X射线引起法国物理学家贝克勒尔（A.H. Becquerel, 1852 -1908）的兴趣。 因为伦琴是通过荧光材料所发出的荧光而发现X射线的，所以贝克勒尔想知道是否有荧光材料放出X射线。 太阳光下实验 1896年2月，贝克勒尔把感光片包在黑纸里放到太阳下，再把荧光物质的晶体压在上面。 他的设想是：太阳光照射晶体产生荧光，如果荧光中有X射线，那么它就能穿透黑纸使底片暴光。 结果：底片冲洗后，上面有了阴影。这证明有放射线穿透了黑纸，贝克勒尔断定荧光确实放出X射线。 阴天的实验 贝克勒尔只好把包好的底片放进抽屉，上面还是压着那块荧光物质的晶体。 结果：底片上有很多的阴影。显然，这阴影与太阳无关、与荧光无关，而与晶体本身有关。 贝克勒尔用的晶体是一种铀的化合物——硫酸双氧铀钾，这样他便发现了铀能自发辐射出能量。居里夫人在1898年把这种现象命名为放射性。 X射线和铀的放射性激发了居里夫人（Marie Curie，1867-1934）对放射线的研究兴趣。 居里夫人首先证实了贝克勒尔关于铀盐辐射的强度与化合物中铀的含量成正比的结论，但她不满足于局限在铀盐，决定对已知的各种元素进行普查。 钋和镭的发现 1898年7月居里夫妇从铀矿中分离出放射性比铀强数百倍的物质。向巴黎科学院提交“论沥青铀矿中的一种新物质”， 命名为“钋” Polonium（Poland) 1898年12月居里夫妇检测出了放射性更强的物质，并把它命名为镭。 1902年他们经过了无数次的结晶处理，终于成功地制出0.1克的镭。 因对放射线的研究，1903年居里夫人和她的丈夫、贝克勒尔分享了该年度的诺贝尔物理学奖； 1911年她又因发现两种新元素而获得诺贝尔化学奖。 放射性物质发现的重要意义 一是要判明放出的射线是什么？ 二是查清物质放出射线以后变成了什么？ 放射性物质发现的重要意义 1898年，卢瑟福(E. Rutherford)通过吸收实验证明铀辐射穿透力弱的称为α射线，穿透力强的称为β射线。 1899年，贝克勒尔证实ρ射线能被磁场偏转，其行为与阴极射线相似。 1900年，法国化学家维拉德(P.Villard)发现在铀辐射中还有另一种成分，穿透力更强，称为γ射线。 从1902年起，卢瑟福和索第(F．Soddy)等人研究。射线和放射性物质的规律，终于导致原子核嬗变规律和原子核的发现。 三、电子的发现 阴极射线：大的波动还是带电粒子流？ J.J.汤姆生(J.J.Thomson) 直接测阴极射线携带的电荷 使阴极射线受静电偏转 用不同方法测阴极射线的荷质比 证明电子存在的普遍性 用不同方法测阴极射线的荷质比 测量阳极的温升，因为阴极射线撞击到阳极，会引起阳极的温度升高。 J．J．汤姆生把热电偶接到阳极，测量它的温度变化。根据温升和阳极的热容量可以计算粒子的动能，再从阴极射线在磁场中偏转的曲率半径，推算出阴极射线的荷质比与速度。 第二节 量子物理学的研究 量子理论（扎扎实实的科学作风） 量子力学（现代高科技的基石之一） 原子模型 汤姆逊原子模型 ＝ 正电荷背景＋电子（正电荷背景（正电荷均匀分布），电子镶嵌