自然科学简史论文.doc

19世纪末物理学三大发现对物理学的发展的意义 学 校：天津科技大学学 院：学 号：姓 名：指导教师姓名：苏 萍论文提交日期：学 期：19世纪末物理学三大发现对物理学的发展的意义引言：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。 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。 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！一、射线1 、X射线的发现 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，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“”射线。伦琴并不满足于发现“”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。2、伦琴成功的原因很多人都曾观察到过射线的现象，但未深究，错过了机会。而伦琴能摆脱了任何偏见、将完美的实验艺术和极端严谨自觉的态度结合起来，以及伦琴的善于观察，精心分析使他发现了“”光。并于1901年，获首届诺贝尔物理奖。 3、X射线发现的意义 X射线的发现对于自然科学的发展有极为重要的意义，它像一根导火索，引起了一连串的反应，许多科学家投身于X射线和阴极射线的研究，导致了放射性，电子，以及,射线的发明或发现，为原子物理的发展奠定了基础，同时由于科学家对X射线的探索，发现了X射线的衍射现象，由此打开了研究晶体结构的大门，根据晶体衍射的数据，可以精确的求出阿伏伽德罗常数。在研究X射线的性质时，还发现X射线具有标识谱线，其波长有特定值，这和X射线管阳极元素的原子内层电子的状态有关，由此可以确定原子序数，并了解原子内层电子的分布情况，X射线的性质也为波粒二象性提供了重要依据。同时X射线在医疗、研究物质结构等方面都有很多的实用价值。二、电子1、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。2、JJ汤姆逊(1856-1940)的研究JJ汤姆逊曾任剑桥大学卡文迪什实验室主任，属于“弦丝挂、火漆封”派。培养的学生有卢瑟福、玻尔、威尔逊等多人，荣获诺贝尔奖。JJ汤姆逊于1897年4月30 日在英国皇家学院作了“阴极射线”的报告，正式宣布发现了阴极射线的本质。在以后的不断研究中，他进一步指出，原子不是不可分割的，这些粒子应具有相同的质量并带有相同的负电荷。1899年，JJ汤姆逊正式将其命名为电子。3、JJ汤姆逊成功的原因幼年的卢瑟福与他的兄弟姐妹没有什么太明显的区别。如果说有什么不同之处，那就是喜欢思考、喜欢读书，爱动脑筋，不怕失败，要多问为什，跳出了定势思维，对任何事情都抱有好奇心等等也许正是这样造就了他成功。4、意义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。同时电子的发现打破了原子不可分的经典的物质观,向人们宣告原子不是构成物质的最小单元,它具有内部结构,是可分的.电子的发现是与微观物质组成有最直接的关系,它是组成原子的普适成分,它的质量比氢原子要小3个数量级。电子的发现开辟了原子物理学的崭新研究领域.在这以后,电子的性质,在原子中电子的运动规律,电子通过晶体的衍射等都是物理学家感兴趣的研究内容。在这些领域的不少研究成果都获得了诺贝尔物理学奖。电子的问世开辟了电子技术的新时代。从20世纪20年代开始,从电子管生产到半导体管的诞生及半导体技术的发展,再到集成电路的发明,使人类进入微电子科技时代.作为现代技术革命的重要标志的微电子技术不仅使人类的通讯技术进入高速,准确和可靠的领域,同时,也大大促进了电子计算机技术的发展,微电子技术和电子计算机技术正是现代现代信息技术的两个重要基础,使今天人类社会又步入了一个新的发展时期即信息社会三、放射性1、铀盐的放射性的发现1.铀盐的实验伦琴的发现，使贝克勒尔联想到，天然物体是否也能产生光那样的放射现象呢？由于有着家庭的背景，贝克勒尔捷足先登，从诸多发光物体中，最后选择到铀盐。最初他认为是由太阳激发铀盐的荧光，但是，由于天连续阴雨绵绵，贝克勒尔不得不把用黑纸包的感光底片与铀盐一起锁进了抽屉，结果底片仍旧被铀盐感光了，铀元素自身也能产生辐射的现象，再一次引起了人们的关注。 2.贝克勒尔成功的原因也许生长在一个家庭中有许多学者，并且祖父和父亲都是固体磷光专家这样的家庭，对贝克勒尔的成长和科研有很大的影响。当伦琴X射线的发现，使贝克勒尔联想到，天然物体是否也能产生光那样的放射现象呢？正是这样的联想使贝克勒尔从诸多发光物体中，最后选择到铀盐，并最后发现铀元素自身也能产生辐射的现象。3.意义贝克勒尔射线的发现，是人类第一次发现某些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。贝克勒尔因此获得1903年诺贝尔奖。2、钋和镭的发现1.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”。2.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?”镭矿渣非常贵，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! 3. 居里夫人成功的原因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。正是拥有如此高尚的品格，对工作的无限热情才获得了成功！3、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）发现了：射线（即氦核的离子流）射线（即高速的负电离子流）2.法国人维拉德：发现射线是一种波长极短的电磁波，比X射线的波长还要短。3.成功的原因卢瑟福和维拉德的成功是建立在前人的研究基础之上。这正是人类社会发展中，知识积累与传承的重要性。但是，仅仅有前人知识的几类也不足以让他们在这些领域取得成功，取得成功更重要的因素，是这二位科学家本身的素质。正如爱因斯坦曾玩笑说，成功是努力的汗水与很小的运气碰撞出的火花，他们能够坚持自己的想法，并且遇到困难时能够另辟蹊径解决，最终能够坚持下去，是他们取得成功的根本原因。4、意义原子核物理学起源于放射性的研究!1896-1932年