课件：六十九世纪末的三大发现.ppt

第六章 十九世纪末的三大发现,江山代有才人出，各领风骚数百年。 赵翼（清）,到19世纪末，人们普遍认为物理学已到了十分完善的地步。物理学中一切最主要的规律都已找到，一切最基本的问题都已解决了，已经建立了完整的理论。 这完整的理论包括：以牛顿三定律和万有引力定律为基础的经典力学；以麦克斯韦方程组为基础的电磁场理论；热学方面有以热力学三定律为基础的宏观理论和以分子运动论及统计物理学所描述的微观理论，光是波长介于某一范围之内的电磁波。以上这些理论后来统称为经典物理学或物理学的经典理论。,一、经典物理学的危机 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。 英国皇家学会主席、著名物理学家开尔文在1900年的新年献辞有这样一段:“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。 接着他又说，在物理学晴朗的天空中还存在着两片小小的乌云，一片是以太理论的困难，另一片是能量均分定理的困难。,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!,二、神秘之光射线 背景：早在1836年，法拉第就发现了稀薄气体的放电现象。但当时只能获得千分之几个大气压的真空度，因此不能对放电现象作出进一步的研究。后来由于灯泡工业的发展，发展了真空技术，于1856年，由德国工人盖斯勒创制了放电管，这些为研究真空放电现象提供了实验手段。 1859年德国物理学家盖吕克用用放电管做真空放电实验时，发现放电管两端加上高压时，阴极一端出现放射现象。英国物理学家克鲁克斯用他改进的放电管发现了阴极射线在磁场中偏转，从而推断阴极射线是带负电的粒子流。,1.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。 1895年，用阴极射线做实验时，发现一包被黑纸包得很严的照相底片全部被感光了。换了一包，几天后一查，又都感了光。他立刻想到，这个现象一定与实验室里增加的阴极射线管有关。 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，意外的发现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，他发现这种射线能够穿透厚纸板、木纸板这类薄而轻的物质，但不易穿透金属这类厚而重的物质。他很快意识到这种射线能穿透人的肌肉、骨骼的不同程度，具有巨大的医学价值。他无法命名这种性质未知的新射线，便用X来表示，称为“”射线。 此后，于1896年1月，为了表彰伦琴的功绩，可里可尔教授建议将x射线命名为伦琴射线。,2.对本质的探求 伦琴不满足于发现“”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月送出第二篇论一种新的射线（续）。 1897年3月又送出第三篇关于射线性质的进一步观察。,3.伦琴射线发现的意义 伦琴射线的发现，不仅为医学的发展作出了巨大的贡献，而且为进一步探索物质结构之谜提供了很大的便利。 由于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。,4、严谨的科学态度所结出的丰硕之果,都曾观察到过射线的现象，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“”光。 伦琴的发现为人类造福不小，面对这一发现和随之而来的巨大收益，伦琴没有想从中获取分文之利。他不仅是位学识渊博的科学家，而且是位具有高尚情操的杰出人物。他拒绝了一切让他申请伦琴射线发明专利权的要求，他认为“科学家的发现和发明属于全世界，他们不应该以任何方式受到专利、特许和合同的羁绊，也不应该受任何集体的控制。”,正因为这样，伦琴射线的应用，特别是在医学方面的应用，迅速传遍全世界，解除了无数患者的痛苦。 由于伦琴的突出贡献，1901年，伦琴获首届诺贝尔物理奖，他是当之无愧的。但他把全部奖金他所在的学校用以发展科研工作。 他是一个把全部精力和全部心血都贡献给全人类的伟人，是科学工作者的楷模。,三、 天然放射性的发现 背景:在伦琴发现X射线后，不少科学家在实验上作了进一步的研究，以对发出射线的机理进行探讨。法国科学家彭加勒（1854-1912年）提出了一个科学家们感兴趣的新问题：既然荧光物质在阴极射线的作用下能够产生X射线，是否大多数荧光物质在太阳光的作用下，也都能够放出类似于X射线的一些射线？ （一）、铀的发现,法国的物理学家A.H.贝克勒尔 (1852-1909) 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。 他精心设计了一个研究方案。他用一张黑纸包好一张感光底片，在底片上放置两小块铀盐和钾盐的混合物。在其中一块和底片间放了一块银元。然后在阳光下放几个小时，结果底片被感光了，底片上留下了银元的像。于是他认为,这是铀盐在太阳的作用下放出了象伦琴射线一样的射线. 在1896.2.24，他向法国科学院做了报告，算是彭加勒所提问题的答案。,2019/8/30,17,可编辑,但此后，一连几天，不见阳光。等天晴后准备实验时发现，底片已明显感过光了。经过研究他得出结论：含铀的荧光物质不需要其他物质和太阳光的作用，就能不断的自动的放出看不见、穿透力强的射线来。他就在科学院的学术会议上报告了这一发现。 A.H.贝克勒尔进一步发现，所有铀的化合物，不论是不是荧光物质，都能自动发出这种射线。于是，A.H.贝克勒尔首先发现了一种天然的放射性物质.他为这种射线取名为铀射线,而很快被人们认为”贝克勒尔射线”。继伦琴后，他迈出了20世纪物理学的决定性的一步。这是通向原子核研究的第一步。由于他的贡献，1903年，获得诺贝尔物理奖。,在放射性研究的初期，人们对他的危害毫无认识，因此也谈不上防护。 A.H.贝克勒尔长期在毫无防护的条件下从事放射性研究，致使身体受到严重损害，1908年，病情恶化去世。 A.H.贝克勒尔是第一位被放射性物质夺取生命的科学家，但他的丰功伟绩，他为科学献身的精神，就象他所发现的放射性物质铀一样，永远放射着光辉。,（二）、钋和镭的发现 我追求的是一种创造之乐，这才是永远的幸福。 居里夫人 1.居里夫人(1867-1934) 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。,2.钋的发现 居里夫人认为:不应只有一种元素能自发辐射，其他元素是否也有同样的性质? 她进行了艰苦的提炼工作，终于从铀矿渣中提炼出了钋，它比纯铀放射性强400倍! 1898年7月，为纪念自己的祖国波兰，居里夫人宣布这种元素为“钋”。 居里夫人自传中写到:“为达到这样的目的，设备是极其简陋的，我们没有资金，没有适宜的实验室，没有任何帮助，就好像平地起家一样。”,3.镭的发现:1898年12月，居里夫人又宣布发现了镭 (radium) ! 有人不相信:“镭的原子量是多少?镭在哪里?” 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，其放射强度为铀的200多万倍，这种新元素取名为镭。从中找到了两根特征光谱线，并宣布镭的原子量为225! 镭的发现，迅速传遍全世界，开始没有太多人注意对放射性的研究，这时一下子在全世界形成了新的热潮。正如彭加勒所说的那样，当“伟大的革命家镭”登上科学舞台时，从根本上震撼了经典物理。,4.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，患上了恶性贫血症，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。,（三）、射线的发现 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。 1.卢瑟福（1871-1937），新西兰的科学家。他被新发现的放射性迷住了。他想弄清楚这些的本质，同样用不同的放射性元素发出的射线通过磁场与电场的方法来研究这些问题。通过实验他发现了： 射线（即氦核的离子流） 射线（即高速的负电离子流） 2.法国人化学家维拉德：发现射线中还有一种不带电的、穿透本领很大的射线，命名为射线。,四、 发现电子的JJ汤姆逊,背景:早在1834年,法拉第发现电解定律时,就已初步揭示出电可能是颗粒的东西. 1862年,德国物理学家韦伯(1804-1891)在电解实验的基础上,提出电流是带电离子流动的假说,发展了电原子结构的思想. 1879年,克鲁克斯通过实验提出了阴极射线是带负电的粒子流,这已成了电子学说的萌芽. 1890年爱尔兰物理学家斯通尼(1826-1911)第一次提出电子这个名称,用来表示电荷的单位.,（一）、电子的发现 当时的卡文迪许实验室,在J.J.汤姆逊的领导下,带领一批研究生,如卢瑟福,威尔逊等,他们设法用实验来研究阴极射线的本领. J.J.汤姆逊首先用实验证明了阴极射线是阴极发射出来的.然后他又重做了早在1893年赫兹做过阴极射线在静电场偏转的实验.于是他得出:偏转的方向表明,形成阴极射线的那些粒子是带负电的. 最后他通过实验得出: (1)原子是不可分割的,因为借助于电力的作用,快速运动原子的碰撞,紫外线或热的作用均能从原子里扯出带负电的粒子.,(2)这些粒子具有相同的质量并带有相同的负电荷,无论它是哪一种原子里得到的.并且它们是一切原子的一个组成部分. (3)这些粒子的质量小于一个氢原子质量的千分之一.后来J.J.汤姆逊认为把这种粒子称为”电子”比较合适. J.J.汤姆逊发现了电子,第一次发表于1897.4.30的一次报告会上,但没有得到与会者的认同,更谈不上对它重要意义的认识了.直到1889年,J.J.汤姆逊又明确提出电子的发现,才逐渐引起重视.,二、意义 1.宣告了原子是可分的。 2.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