伦琴射线问题

1、 “ “被扔进废纸篓被扔进废纸篓的科学发现的科学发现” 伦琴发现伦琴发现X X射线的射线的实验、意义及反思实验、意义及反思李李 鸣（鸣（026863 026863 英语语言文学）英语语言文学）陈林峰（陈林峰（029011 029011 国际法学国际法学 ）宋树强（宋树强（026829 026829 教育技术学）教育技术学） 内内 容容 提提 要：要：q伦琴生平及伦琴生平及X X射线简介射线简介q伦琴发现伦琴发现X X射线的实验过程及意义射线的实验过程及意义q对伦琴发现对伦琴发现X X射线的反思射线的反思 一、伦琴生平及X射线简介（一）伦琴生平（一）伦琴生平q 1845年3月27日出生于德国的莱

2、因省贝尔吉施的伦内普(Lennep)。q 伦琴三岁时随父母迁居荷兰。 q 1862年他进入乌得勒支(Utrecht)一所技术实科学校,但被学校开除,这使他在上大学的道路上遇到了严重障碍。q 1865年以旁听生的身份进入乌得勒支大学，同年转到瑞士苏黎世工业大学学习机械工程专业,1868年获得工程学毕业证书,1869年获博士学位。 q 1870年孔脱(AugustKundt)担任维尔茨堡(Wu.rzburg)大学的物理教授,伦琴作为助手随同前往。q 1872年随孔脱转到斯特拉斯堡(Strassburg)新创立的帝国大学任讲师。q 1875年到霍恩海姆(Hohenheim)农业学院任数学和物理学教授

3、,第二年又回到斯特拉斯堡。q 1879年任吉森(Giessen)大学物理学教授。q 1888年来到维尔茨堡大学, 同年伦琴做了玻璃板等电介质在带电的电容器极板间移动时产生磁效应的著名实验。在维尔茨堡工作期间,他继续进行在压力作用下固体和液体不同物理性质的研究。1895年在这里进行了导致发现X射线的实验。q 1900年到慕尼黑大学任物理研究所所长。q 1901年获诺贝尔物理学奖。q 1923年2月10日因患肠癌逝世。 一、伦琴生平及X射线简介（一）伦琴生平（一）伦琴生平q 才华横溢的科学家才华横溢的科学家q 精湛的实验大师精湛的实验大师q 远见卓实的教育家远见卓实的教育家q 淡薄名利，热爱生活的

4、典型学者淡薄名利，热爱生活的典型学者 “他的突出性格是绝对的正直他的突出性格是绝对的正直, ,我们可以这样说我们可以这样说, ,从从哪种意义上讲哪种意义上讲, , 他都是他都是1919世纪理想的化身世纪理想的化身: :坚强、诚坚强、诚实而有魄力，献身科学实而有魄力，献身科学, ,从不怀疑科学的价值从不怀疑科学的价值; ;他对人他对人民民, ,对记忆中的事物以及对理想具有一种少有的忠诚对记忆中的事物以及对理想具有一种少有的忠诚和牺牲精神和牺牲精神” 鲍维利鲍维利( (）一、伦琴生平及X射线简介（二）（二）X X射线简介射线简介性质：性质： 射线是一种波长极短的电磁波。是由高速运动的带射线是一种波

5、长极短的电磁波。是由高速运动的带电粒子与物质原子中的内层电子相作用而产生的电粒子与物质原子中的内层电子相作用而产生的, ,它的波它的波长比紫外线更短，与红外线、紫外线及可见光一样长比紫外线更短，与红外线、紫外线及可见光一样, ,具有具有波动性的一切特点波动性的一切特点, ,即反射、折射、衍射、干涉等现象即反射、折射、衍射、干涉等现象, ,且能量更大且能量更大, ,波长更短波长更短. .同时具有粒子性。同时具有粒子性。应用：应用： 医学：医学： X X光透视诊断光透视诊断 工业：工业： X X光工业探伤光工业探伤 天文：天文： X X射线望远镜、射线望远镜、X X射线探测卫星射线探测卫星二、伦琴

6、发现X射线的实验过程及意义F1895年：年：F一叠未曝过光的底片放在放电管附近，变成一叠未曝过光的底片放在放电管附近，变成了灰黑色，有些地方已坏了。了灰黑色，有些地方已坏了。F有射线？有射线？实验（1895年11月8日）：F用黑色硬纸板把放电管严密封好。F在暗室中接通高压电流。F现象：位于实验台上的小小的荧光晶体发出奇异的闪光，距离放电管1米远的涂有铂氰酸钡的纸屏也闪耀着浅绿色的光，而切断电源后闪光就立即消失。F把荧光屏一步步移远，屏上仍有较强的荧光出现。F带着这张涂料纸走进隔壁房间，荧光屏在放电管工作时仍继续闪光。F伦琴确信，这一新奇的现象是迄今为止尚未观察过的。试验试验：F独自工作，以便证

7、实这个偶然的观察是确定的事实。独自工作，以便证实这个偶然的观察是确定的事实。F用木板、纸和书来试验，这些东西对那未知的射线来用木板、纸和书来试验，这些东西对那未知的射线来说都是透明的。说都是透明的。F希望在提出希望在提出“完美无暇的结果完美无暇的结果”之后才去享受这突如之后才去享受这突如其来的幸福其来的幸福F在七个星期之内，独自在自己的实验室里研究新的射在七个星期之内，独自在自己的实验室里研究新的射线及其特性，线及其特性，F为了排除视力的错觉，利用感光板把他在光屏上观察为了排除视力的错觉，利用感光板把他在光屏上观察到的现象记录下来，他甚至吩咐给他把饮食带到研究到的现象记录下来，他甚至吩咐给他把

8、饮食带到研究所去，并在那里安放了一张床铺，以便无须中断利用所去，并在那里安放了一张床铺，以便无须中断利用仪器、特别是利用水银空气泵进行的研究工作。仪器、特别是利用水银空气泵进行的研究工作。 1895年12月22日 ，伦琴夫人的手骨照片：伦琴对X射线的性质的概括：FX射线的穿透能力与障碍物的密度和厚度成反比F放电管的真空度越高，所发出的射线穿透能力越强F1895年12月28日，向维尔茨堡物理学医学学会递交了通讯，题目为一种新的射线，初步报告。F按代数上的未知数符号将此射线命名为“X射线”。 F1896年年初，伦琴把他的新发现公之于众，立即引起了巨大的轰动 F伦琴的论文3个月内连续印刷了5次，很快

9、被翻译为多种文字。1896年亚年内，世界各地发表了关于X射线的论文1千余篇。 F伦琴将射线的专利权毫无保留地公诸于世，让它为全人类服务。伦琴发现伦琴发现X射线的意义射线的意义 F为医学诊断提供了新的工具 F揭开了物理学微观研究的序幕,标志着物理学的研究进入了新的时代。 19世纪末另外的三大发现都是在X射线发现直接影响下发生的。 射线的发现对量子理论和相对论的诞生也产生了间接的推动作用。F“ 1895年伦琴射线的发现，标志着物理学年伦琴射线的发现，标志着物理学史上一个伟大时代的开始，标志着新、史上一个伟大时代的开始，标志着新、旧物理学自然的分水岭。旧物理学自然的分水岭。” 卢瑟福卢瑟福三、对伦琴

10、发现三、对伦琴发现X射线的反思：射线的反思：F（一）伦琴具有个性鲜明的科研风格： 善于思考、勇于创新：与时俱近的创新机制与时俱近的创新机制 u“双眼自将秋水洗，一生不受古人欺” u“科学史告诉我们，在每一项发现中，功劳和幸运独特地结合在一起，在这种情况下，许多外行人也许认为幸运是主要的因素。但是，了解您的创造个性特点的人将会懂得，正是您，一位摆脱了一切成见，把完善的实验艺术与最高的科学诚意和注意力结合起来的研究者，应该得到作出这一伟大发现的幸福”。 F锲而不舍、精益求精锲而不舍、精益求精 “告诉你使我达到目标的奥秘吧。我唯一的告诉你使我达到目标的奥秘吧。我唯一的力量就是我的坚持精神。力量就是我

11、的坚持精神。” 巴斯德巴斯德 伦琴的坚持精神伦琴的坚持精神 “我不是预言家，也不喜欢预言；我继续我我不是预言家，也不喜欢预言；我继续我的实验研究，我从不发表没有把握的结果。的实验研究，我从不发表没有把握的结果。” 伦琴伦琴奥斯特瓦尔德：奥斯特瓦尔德：F天才的自然科学家分为两大类：天才的自然科学家分为两大类：“经典经典派派”和和“浪漫派浪漫派”。 F“浪漫派第一件关心的事是解决现有的浪漫派第一件关心的事是解决现有的问题，以便为新问题腾出位置，经典派问题，以便为新问题腾出位置，经典派第一件关心的事是彻底地研究现有的问第一件关心的事是彻底地研究现有的问题，以便无论是自己还是同代人中的其题，以便无论是

12、自己还是同代人中的其他任何人，都不可能再去改善所得的结他任何人，都不可能再去改善所得的结果。果。” F伦琴：经典派伦琴：经典派F一生总共发表了一生总共发表了58篇文章篇文章F仅凭其第仅凭其第49篇论文：篇论文：一种新的射线，一种新的射线，初步报告初步报告 F“这三篇论文对事物叙述得如此详尽无遗这三篇论文对事物叙述得如此详尽无遗，以致在整整十年之中不可能补充任何，以致在整整十年之中不可能补充任何新的东西。据我所知，在所有论述发现新的东西。据我所知，在所有论述发现的文章中，疏漏如此之少者寥寥无几，的文章中，疏漏如此之少者寥寥无几，伦琴的论文写得何等精心！伦琴的论文写得何等精心！”F劳厄劳厄伦琴射线

13、发现过程中的伦琴射线发现过程中的机遇问题机遇问题 F被扔进废纸篓的诺贝尔奖？被扔进废纸篓的诺贝尔奖？机遇的作用机遇的作用F科学发现的历史，充满了到达意料之外的目的地，以及乘错了船却抵达正确的港口这类事例。 凯斯特勒 三种不同的发现类型 F各种思想的偶然结合而产生的直觉： 将表面上并无联系的思想或各种信息，突然的结合在一起，在头脑中形成了一种新的、富有意义的关系；F阿基米德式直觉 科学家看到某种司空见惯的事情，突然发现这件事与他正在苦思的问题在某些地方存在着类同，从而使他已经载有大量有关信息的头脑豁然开朗；F偶然发现 科学家碰到一个不寻常的事件或者是两个并非不常见的事件的奇特的巧合，或者得到一个

14、意外的实验结果。认出机遇的机会认出机遇的机会 F在伦琴之前，X射线进入物理学家的实验室已有多年了 X射线伴随着阴极射线产生 出现在物理学家的实验室大约已经有半个世纪 丢进废纸篓 ？ 吸取教训，把底片放到远离阴极射线管的安全地方 ？F1876年，英国科学家克鲁克斯（William Crooks，18321919）： 以底片的质量问题，去生产厂家退了货F1890年，美国费城的科学家古斯比德（AWGoodspeed）， 错误地将自己发现的射线当作阴极射线F1896年2月22日，（伦琴的发现已经公布），古斯比德： 把自己发现的射线当作阴极射线没有抓住机遇的原因：没有抓住机遇的原因：F忽视新现象 他们当

15、时正在进行着“重要的”研究工作，他们在进行计划中的研究，对意外现象没有足够的思想准备F错误地解释新现象 把它解释为已有的现象，他们不认识新现象，也就是说他们没有真正作出发现 F“在观察的领域中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”巴斯德 F真正起作用的是对机遇观察的解释。机遇只起提供机会的作用，必须由科学家去认出机会，抓住不放。 一些困难：F机会稀少 以重要线索为形式的机会并不经常出现。唯有在这个方面，完全是机遇在起作用。但即使在这一方面，科学家也并不是纯粹起被动作用的。F注意线索 需要注意到线索，往往必须具有敏锐地观察能力，特别是在注意预期事物的同时，保持对意外事物警觉性和敏感性的那种能力。F解释线索 解释线索，并抓住其可能具有的重要意义是一切方面中最困难的方面，只有“准备的头脑”才能做到。 F“偶然发现这种类型的发现是由偶然加上洞察力做出的，把这些发现纯粹归因于机遇，或者说运气，那就没有击中要害。” 沃波尔F机会往往与那些花费较多时间致力于实验室工作和野外工作的科学家有缘 F同研究中的现象保持长期的接触 F机会青睐那些对所研究的课题具有丰富知识的人 伦琴的科学素养伦琴的科学素养F他始终对实验研究有浓厚的兴趣F亲自动手的良好习惯F学习工程技术