世紀(jì)之交的三大發(fā)現(xiàn)

1、 到到1919世紀(jì)末，經(jīng)典物理學(xué)已達(dá)到了完整、成熟的階世紀(jì)末，經(jīng)典物理學(xué)已達(dá)到了完整、成熟的階段當(dāng)時不少物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣一種思想段當(dāng)時不少物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣一種思想: :物理學(xué)的大廈物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成；物理學(xué)上的基本的、原則的問題都己經(jīng)解決；剩已經(jīng)建成；物理學(xué)上的基本的、原則的問題都己經(jīng)解決；剩下來的只是進(jìn)一步精確化的問題，即在下來的只是進(jìn)一步精確化的問題，即在一些細(xì)節(jié)上作些補(bǔ)充一些細(xì)節(jié)上作些補(bǔ)充和修正和修正，使已知公式中的，使已知公式中的各個常數(shù)測得更加精確一些各個常數(shù)測得更加精確一些正當(dāng)正當(dāng)物理學(xué)家們?yōu)閼c賀物理學(xué)大廈的落成嘖嘖嘆賞之際，物理學(xué)家們?yōu)閼c賀物理學(xué)大廈的落成嘖嘖嘆賞之際，19

2、19世世紀(jì)末，紀(jì)末，在實(shí)驗(yàn)上卻發(fā)現(xiàn)了一系列經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的事在實(shí)驗(yàn)上卻發(fā)現(xiàn)了一系列經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的事實(shí)實(shí)這些事實(shí)與經(jīng)典物理學(xué)的基本概念以及一系列基本規(guī)律這些事實(shí)與經(jīng)典物理學(xué)的基本概念以及一系列基本規(guī)律產(chǎn)生了尖銳的矛盾，從而引起了物理學(xué)的一場偉大的革命，產(chǎn)生了尖銳的矛盾，從而引起了物理學(xué)的一場偉大的革命，導(dǎo)致了現(xiàn)代物理學(xué)的誕生導(dǎo)致了現(xiàn)代物理學(xué)的誕生 在在1919世紀(jì)末和世紀(jì)末和2020世紀(jì)初的一系列新發(fā)現(xiàn)中，世紀(jì)初的一系列新發(fā)現(xiàn)中，電子的發(fā)電子的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)、X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)和和放射性現(xiàn)象放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)具有根本的意義，被的發(fā)現(xiàn)具有根本的意義，被人們稱為世紀(jì)之交物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)，而它

3、們的發(fā)現(xiàn)起源于人們稱為世紀(jì)之交物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)，而它們的發(fā)現(xiàn)起源于對陰極射線的觀察與研究對陰極射線的觀察與研究 1818世紀(jì)中葉，人們曾提出過世紀(jì)中葉，人們曾提出過“電流質(zhì)說電流質(zhì)說”；1818世紀(jì)世紀(jì)末、末、1919世紀(jì)初動電發(fā)現(xiàn)后，世紀(jì)初動電發(fā)現(xiàn)后，“電流質(zhì)說電流質(zhì)說”已為人們所普遍已為人們所普遍接受，即認(rèn)為電流是一種沒有機(jī)械重量的流質(zhì)；在麥克斯韋接受，即認(rèn)為電流是一種沒有機(jī)械重量的流質(zhì)；在麥克斯韋電磁場理論建立之后，人們又把電現(xiàn)象看做是連續(xù)以太中的電磁場理論建立之后，人們又把電現(xiàn)象看做是連續(xù)以太中的應(yīng)變產(chǎn)生的；應(yīng)變產(chǎn)生的；液體和氣體導(dǎo)電現(xiàn)象的研究，液體和氣體導(dǎo)電現(xiàn)象的研究，促進(jìn)了對電本質(zhì)

4、促進(jìn)了對電本質(zhì)的認(rèn)識的認(rèn)識 早在早在18341834年，法拉第已發(fā)現(xiàn)了年，法拉第已發(fā)現(xiàn)了電解當(dāng)量定律電解當(dāng)量定律盡管法盡管法拉第本人堅(jiān)持電的流體說，但是，這個定律卻是基本電荷存拉第本人堅(jiān)持電的流體說，但是，這個定律卻是基本電荷存在的有力證據(jù)，使不少物理學(xué)家受到啟示，產(chǎn)生了電的在的有力證據(jù)，使不少物理學(xué)家受到啟示，產(chǎn)生了電的“原原子性子性”的觀念的觀念 18531853年，年，希托夫希托夫(Johann Wilhelm Hit+orf(Johann Wilhelm Hit+orf，1824-1824-1914)1914)在研究離子遷移率時，就運(yùn)用了電的原子性觀念在研究離子遷移率時，就運(yùn)用了電的原

5、子性觀念. . 1874 1874年，年，斯通尼斯通尼 (G.J.Stoney(G.J.Stoney，1826-1911)1826-1911)根據(jù)法拉根據(jù)法拉第電解定律，主張把電解中的一個氫離子所帶的電荷作為一第電解定律，主張把電解中的一個氫離子所帶的電荷作為一個個“基本電荷基本電荷”，并認(rèn)為，并認(rèn)為任何電荷都是由一些任何電荷都是由一些 “ “基本電基本電荷荷”組成的組成的 1878 1878年后，拉摩年后，拉摩(JoSeph Larmor(JoSeph Larmor，1857-1942)1857-1942)和洛倫和洛倫茲茲(Hendrik Antoon Lorentz(Hendrik Ant

6、oon Lorentz，1853-1928)1853-1928)在創(chuàng)立的在創(chuàng)立的“電電子論子論”中，也曾賦予物質(zhì)中電荷的負(fù)荷體以一個基本的電中，也曾賦予物質(zhì)中電荷的負(fù)荷體以一個基本的電量量 18901890年，斯通尼引入年，斯通尼引入“電子電子”(electron)(electron)來表示負(fù)的來表示負(fù)的基本電荷的負(fù)荷體基本電荷的負(fù)荷體 應(yīng)該指出的是，此時，人們還并不清楚電的物質(zhì)基應(yīng)該指出的是，此時，人們還并不清楚電的物質(zhì)基礎(chǔ)礎(chǔ) 低壓氣體放電現(xiàn)象早在低壓氣體放電現(xiàn)象早在1717世紀(jì)就被觀察到了，直到世紀(jì)就被觀察到了，直到1919世紀(jì)，為了解決新的電光源問題，促進(jìn)了真空技術(shù)的發(fā)展，世紀(jì)，為了解決

7、新的電光源問題，促進(jìn)了真空技術(shù)的發(fā)展，為氣體放電的研究創(chuàng)造了條件為氣體放電的研究創(chuàng)造了條件 18381838年，法拉第發(fā)現(xiàn)年，法拉第發(fā)現(xiàn)，“空氣的稀薄極其有利于輝光空氣的稀薄極其有利于輝光現(xiàn)象現(xiàn)象”，在陰極和陽極輝光之間在陰極和陽極輝光之間“總有一個暗區(qū)總有一個暗區(qū)”( (這個暗這個暗區(qū)后來被稱為法拉第暗區(qū)區(qū)后來被稱為法拉第暗區(qū)) )由于法拉第當(dāng)時所能獲得的真由于法拉第當(dāng)時所能獲得的真空只有空只有干分之七個大氣壓干分之七個大氣壓，所以他沒有能做出更多的發(fā)現(xiàn)，所以他沒有能做出更多的發(fā)現(xiàn) 蓋斯勒蓋斯勒 (Heinrich GeiSSler(Heinrich GeiSSler，1814-1879)1

8、814-1879)利用托里拆利用托里拆利真空原理制造了水銀真空泵，并制造出了可達(dá)萬分之一個利真空原理制造了水銀真空泵，并制造出了可達(dá)萬分之一個大氣壓的低壓氣體放電管大氣壓的低壓氣體放電管 早在早在18911891年，年，戴維戴維曾發(fā)現(xiàn)曾發(fā)現(xiàn)電弧光焰受磁場偏轉(zhuǎn)電弧光焰受磁場偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)的現(xiàn)象普呂克由此得到啟發(fā)，他將磁鐵靠近真空管進(jìn)行試象普呂克由此得到啟發(fā)，他將磁鐵靠近真空管進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)18591859年他報告說，年他報告說，在放電管對著陰極的管壁上看到了在放電管對著陰極的管壁上看到了綠色熒光，綠色熒光，在磁鐵的影響下，熒光光斑的位置會發(fā)生移動在磁鐵的影響下，熒光光斑的位置會發(fā)生移動 18691869年

9、，普呂克的學(xué)生年，普呂克的學(xué)生希托夫希托夫進(jìn)一步將真空管的真空進(jìn)一步將真空管的真空度提高到度提高到十萬分之一個大氣壓十萬分之一個大氣壓用用點(diǎn)狀的陰極點(diǎn)狀的陰極發(fā)出陰極射發(fā)出陰極射線，并在陰極和陽極之間放置障礙物進(jìn)行試驗(yàn)，在產(chǎn)生熒光線，并在陰極和陽極之間放置障礙物進(jìn)行試驗(yàn)，在產(chǎn)生熒光的管壁上就會出現(xiàn)障礙物的清晰的影子，這就證明了陰極射的管壁上就會出現(xiàn)障礙物的清晰的影子，這就證明了陰極射線是直線傳播的線是直線傳播的 1871 1871年，年，瓦萊瓦萊(Cromwell Fleetwood Varley(Cromwell Fleetwood Varley，1828-1828-1883)1883)根據(jù)

10、陰極射線為磁場偏轉(zhuǎn)的事實(shí)，提出陰極射線是由根據(jù)陰極射線為磁場偏轉(zhuǎn)的事實(shí)，提出陰極射線是由帶負(fù)電的帶負(fù)電的“粒子粒子”組成的假說組成的假說 1 8 7 61 8 7 6 年 ， 德 國 物 理 學(xué) 家年 ， 德 國 物 理 學(xué) 家 哥 爾 德 斯 坦哥 爾 德 斯 坦 ( E u g e n ( E u g e n GoldsteinGoldstein，1850-1930)1850-1930)用各種材料做成各種形狀、大小的用各種材料做成各種形狀、大小的陰極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證實(shí)這種射線是從陰極表面垂直發(fā)出的，陰極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證實(shí)這種射線是從陰極表面垂直發(fā)出的，陰極射線的性質(zhì)與材料無關(guān)他把這種射線命名為陰極

11、射線的性質(zhì)與材料無關(guān)他把這種射線命名為“陰極陰極射線射線” 哥爾德斯坦還認(rèn)為，陰極射線和紫外線沒有什么區(qū)別，哥爾德斯坦還認(rèn)為，陰極射線和紫外線沒有什么區(qū)別，他把陰極射線看成是以太的某種振動他把陰極射線看成是以太的某種振動 18791879年，英國的年，英國的克魯克斯克魯克斯(William Crooks(William Crooks，1832-1832-1919)1919)制成了高真空的制成了高真空的“克魯克斯管克魯克斯管”，其真空度達(dá)到了，其真空度達(dá)到了百百萬分之一個大氣壓萬分之一個大氣壓, ,他利用這種真空管做了一系列實(shí)驗(yàn)他利用這種真空管做了一系列實(shí)驗(yàn): :在在真空管的陰極和與它相對的玻璃

12、壁之間，放置一個用云母片真空管的陰極和與它相對的玻璃壁之間，放置一個用云母片做成的做成的“馬耳他十字架馬耳他十字架”，通電后在玻璃壁上可觀察到邊界，通電后在玻璃壁上可觀察到邊界清晰的十宇架的陰影；他把一塊磁鐵移近真空管，十字架陰清晰的十宇架的陰影；他把一塊磁鐵移近真空管，十字架陰影就會發(fā)生移動；他還在真空管中安上一水平玻璃軌道，并影就會發(fā)生移動；他還在真空管中安上一水平玻璃軌道，并在軌道上放置一個插有云母翼片的風(fēng)輪，當(dāng)用陰極射線照射在軌道上放置一個插有云母翼片的風(fēng)輪，當(dāng)用陰極射線照射風(fēng)翼時，輪子就會轉(zhuǎn)動起來風(fēng)翼時，輪子就會轉(zhuǎn)動起來 克魯克斯根據(jù)這些事實(shí)認(rèn)為，陰極射線是由帶負(fù)電的克魯克斯根據(jù)這些

13、事實(shí)認(rèn)為，陰極射線是由帶負(fù)電的“分子流分子流”(moleCularcurrent)(moleCularcurrent)組成，是管中殘留氣體分組成，是管中殘留氣體分子碰到陰極上，從陰極得到了負(fù)電荷而形成的子碰到陰極上，從陰極得到了負(fù)電荷而形成的“分子分子流流”他稱這種帶電的他稱這種帶電的“分子流分子流”為為物質(zhì)的第四態(tài)物質(zhì)的第四態(tài) 勒納德的勒納德的“鋁窗鋁窗” 1894 1894年，德國的年，德國的勒納德勒納德 (Philipp Lenard(Philipp Lenard，1862-1862-1947)1947)發(fā)表了他的發(fā)表了他的“鋁窗鋁窗”實(shí)驗(yàn)在最初研究陰極射線時，實(shí)驗(yàn)在最初研究陰極射線時，

14、勒納德曾經(jīng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，觀察陰極射線是否能像紫外線一樣勒納德曾經(jīng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，觀察陰極射線是否能像紫外線一樣通過放電管壁的通過放電管壁的石英窗石英窗他發(fā)現(xiàn)陰極射線不能穿過后他發(fā)現(xiàn)陰極射線不能穿過后來，受到赫茲的一個實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，他想到用來封閉放電管來，受到赫茲的一個實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，他想到用來封閉放電管的石英板可以用一塊的石英板可以用一塊鋁箔鋁箔代替，鋁箔的厚度要可以使管內(nèi)代替，鋁箔的厚度要可以使管內(nèi)保持真空，但又要薄到能讓陰極射線通過這樣就能研究保持真空，但又要薄到能讓陰極射線通過這樣就能研究陰極射線在放電管外引起的熒光現(xiàn)象陰極射線在放電管外引起的熒光現(xiàn)象 勒納德發(fā)現(xiàn)，勒納德發(fā)現(xiàn)，陰極射線在空氣中傳播的距離

15、大概是幾厘陰極射線在空氣中傳播的距離大概是幾厘米的量級米的量級 “陰極射線到底是什么？陰極射線到底是什么？”這個問題引起了科學(xué)家們的這個問題引起了科學(xué)家們的很大興趣，圍繞這個問題出現(xiàn)了一場爭論有趣的是，這很大興趣，圍繞這個問題出現(xiàn)了一場爭論有趣的是，這場爭論幾乎是以國界劃分的在場爭論幾乎是以國界劃分的在德國德國以赫茲為首的多數(shù)物以赫茲為首的多數(shù)物理學(xué)家理學(xué)家 ( (亥姆霍茲除外亥姆霍茲除外) )都認(rèn)為陰極射線是一種電磁波，即都認(rèn)為陰極射線是一種電磁波，即類似于紫外輻射的類似于紫外輻射的“以太的某種表現(xiàn)以太的某種表現(xiàn)”哥爾德斯坦、韋哥爾德斯坦、韋德曼德曼(GuStav Heinh Wiedema

16、nn(GuStav Heinh Wiedemann，1826-1899)1826-1899)、勒納德等都、勒納德等都支持這種觀點(diǎn)在支持這種觀點(diǎn)在英國和法國英國和法國以英國物理學(xué)家克魯克斯為以英國物理學(xué)家克魯克斯為主的大多數(shù)物理學(xué)家則堅(jiān)持認(rèn)為陰極射線是帶電的粒子主的大多數(shù)物理學(xué)家則堅(jiān)持認(rèn)為陰極射線是帶電的粒子流，瓦萊、開爾文、佩蘭流，瓦萊、開爾文、佩蘭 (JeanBaptiStePerrin(JeanBaptiStePerrin，1870-1870-1942)1942)、J.J.J.J.湯姆孫等人都支持粒子說這一爭論持續(xù)了一湯姆孫等人都支持粒子說這一爭論持續(xù)了一二十年，促使人們進(jìn)行了許多很有意義

17、的實(shí)驗(yàn)，推動了物二十年，促使人們進(jìn)行了許多很有意義的實(shí)驗(yàn)，推動了物理學(xué)的發(fā)展理學(xué)的發(fā)展 18951895年，年，佩蘭佩蘭曾用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，支曾用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，支持陰極射線是帶電的粒子流陰極射線從陰極持陰極射線是帶電的粒子流陰極射線從陰極C C射出，經(jīng)過射出，經(jīng)過H H孔進(jìn)入到陽極內(nèi)的金屬筒孔進(jìn)入到陽極內(nèi)的金屬筒( (法拉第筒法拉第筒)F)F上，再用靜電計(jì)檢上，再用靜電計(jì)檢測電量及其正負(fù)，實(shí)驗(yàn)證明是負(fù)電對于這個實(shí)驗(yàn)，堅(jiān)持測電量及其正負(fù)，實(shí)驗(yàn)證明是負(fù)電對于這個實(shí)驗(yàn)，堅(jiān)持陰極射線是以太振動說的人認(rèn)為，即使陰極發(fā)出的是帶負(fù)陰極射線是以太振動說的人認(rèn)為，即使陰極發(fā)出的是帶負(fù)電

18、的微粒，但它同陰極射線路徑相同的證據(jù)并不充分電的微粒，但它同陰極射線路徑相同的證據(jù)并不充分 1897 1897年，湯姆孫對佩蘭的年，湯姆孫對佩蘭的上述實(shí)驗(yàn)裝置作了改進(jìn)，他把上述實(shí)驗(yàn)裝置作了改進(jìn)，他把陰極和金屬筒陰極和金屬筒 ( (法拉第筒法拉第筒) )分別分別放在各自的玻璃管內(nèi)，只在兩放在各自的玻璃管內(nèi)，只在兩個 玻 璃 管 的 接 合 處 留 一 狹個 玻 璃 管 的 接 合 處 留 一 狹縫不加磁場時，沒有電荷進(jìn)縫不加磁場時，沒有電荷進(jìn)入金屬筒，當(dāng)加上磁場并達(dá)到入金屬筒，當(dāng)加上磁場并達(dá)到某一量值時，金屬筒接收到的某一量值時，金屬筒接收到的電荷將猛增電荷將猛增 由此證明了陰極射線和帶負(fù)電荷的

19、粒子在磁場作由此證明了陰極射線和帶負(fù)電荷的粒子在磁場作用下遵循同樣的路徑，即證明了陰極射線是帶負(fù)電的用下遵循同樣的路徑，即證明了陰極射線是帶負(fù)電的 粒子組成的粒子組成的 1897 1897年，湯姆孫采用以下兩種方法，測定了陰極射線年，湯姆孫采用以下兩種方法，測定了陰極射線 “微粒微?！钡乃俣群秃少|(zhì)比的速度和荷質(zhì)比e/ /m 第一種方法第一種方法是是: :讓陰極射線通過一條狹縫進(jìn)入法拉第讓陰極射線通過一條狹縫進(jìn)入法拉第筒，測算電量、能量，并用磁場使其偏轉(zhuǎn)，測算軌道半筒，測算電量、能量，并用磁場使其偏轉(zhuǎn)，測算軌道半徑，以求得徑，以求得 “ “微粒微?！钡乃俣群退暮少|(zhì)比的速度和它的荷質(zhì)比e/ /m

20、. . 設(shè)微粒的質(zhì)量為設(shè)微粒的質(zhì)量為m, ,微粒的速度為微粒的速度為v, ,微粒所帶的電量為微粒所帶的電量為e, ,N為一定時間內(nèi)進(jìn)入法拉第筒內(nèi)的微粒數(shù)顯然，法拉第為一定時間內(nèi)進(jìn)入法拉第筒內(nèi)的微粒數(shù)顯然，法拉第筒所獲得的電量為筒所獲得的電量為QNe 若進(jìn)入法拉第筒內(nèi)的微粒的動能因碰撞全部轉(zhuǎn)變成熱若進(jìn)入法拉第筒內(nèi)的微粒的動能因碰撞全部轉(zhuǎn)變成熱能，則微粒流的動能的大小可由溫度計(jì)溫度變化測算得能，則微粒流的動能的大小可由溫度計(jì)溫度變化測算得到，并且其量值應(yīng)為到，并且其量值應(yīng)為然后，用磁場使射線偏轉(zhuǎn)，以然后，用磁場使射線偏轉(zhuǎn)，以R R表示微粒軌道的曲率半徑，表示微粒軌道的曲率半徑，則有則有由以上三式不

21、難得到由以上三式不難得到 212WNmv2HevmvR222eWmH R QJ.J.J.J.湯姆孫用這樣的方法測得湯姆孫用這樣的方法測得: : 第二種方法第二種方法是是: :利用靜電場和磁場使陰極射線發(fā)生偏利用靜電場和磁場使陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)先加上一定強(qiáng)度的電場使射線向一方偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)先加上一定強(qiáng)度的電場使射線向一方偏轉(zhuǎn); ;然后再加一然后再加一垂直磁，使射線向相反方向偏轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度使光斑回垂直磁，使射線向相反方向偏轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度使光斑回到原來的位置，通過測算即可求出到原來的位置，通過測算即可求出v和和e/ /m 提高了放電管的真空度，用圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提高了放電管的真空度，用圖所示的裝置

22、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得了成功他用這樣的方法測得獲得了成功他用這樣的方法測得975 102 10ve m厘米 秒電磁單位 克972.7 100.8 10ve m厘米 秒電磁單位 克 在諾貝爾獎演講在諾貝爾獎演講負(fù)電的載荷者負(fù)電的載荷者中，湯姆孫總結(jié)了中，湯姆孫總結(jié)了他的研究和思考過程他指出他的研究和思考過程他指出: :通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的認(rèn)真的分通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的認(rèn)真的分析，對于粒子的速度，可以得到，析，對于粒子的速度，可以得到，“在真空度極高的管子在真空度極高的管子中，粒子的速度可能是光速的中，粒子的速度可能是光速的1/31/3，或大約是，或大約是6000060000英里英里/ /秒；如果真空度不很高，速度

23、不會大于秒；如果真空度不很高，速度不會大于5000050000英里英里/ /秒但秒但是不論怎樣，在真空管中產(chǎn)生的陰極射線，其速度要比我們是不論怎樣，在真空管中產(chǎn)生的陰極射線，其速度要比我們已知的任何其他運(yùn)動物體的速度都大得多已知的任何其他運(yùn)動物體的速度都大得多”對于粒子的對于粒子的e/ /m，“不論射線是怎樣產(chǎn)生的，對射線中的全部粒子來不論射線是怎樣產(chǎn)生的，對射線中的全部粒子來說，我們得出相同的說，我們得出相同的e/ /m ”湯姆孫還給放電管分別充以湯姆孫還給放電管分別充以各種氣體，并各種氣體，并用鉛和鐵等不同金屬做電極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得用鉛和鐵等不同金屬做電極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得e/ /m值都大致相同

24、值都大致相同 這樣，湯姆孫就大膽指出這樣，湯姆孫就大膽指出:“:“粒子是廣泛分布的，但不粒子是廣泛分布的，但不論在何處發(fā)現(xiàn)，它總是保持其個性論在何處發(fā)現(xiàn)，它總是保持其個性) ) e/ /m值總是等于某一常值總是等于某一常數(shù)不論物質(zhì)所處的條件是多么不同，看來粒子是各種物數(shù)不論物質(zhì)所處的條件是多么不同，看來粒子是各種物質(zhì)的組成部分因此粒子很自然地被認(rèn)為是建造原子的基質(zhì)的組成部分因此粒子很自然地被認(rèn)為是建造原子的基磚磚” 于是，湯姆孫得出結(jié)論說：于是，湯姆孫得出結(jié)論說：陰極射線是由同樣的帶電陰極射線是由同樣的帶電微粒組成，而這種微粒是一種小粒子，它是各種原子的組微粒組成，而這種微粒是一種小粒子，它是

25、各種原子的組成部分成部分這樣，這樣，J.J.J.J.湯姆孫做出了電子的發(fā)現(xiàn)湯姆孫做出了電子的發(fā)現(xiàn)18971897年年8 8月，月，J.J.J.J.湯姆孫把他的發(fā)現(xiàn)寫成長篇論文湯姆孫把他的發(fā)現(xiàn)寫成長篇論文陰極射線陰極射線，1010月發(fā)表在月發(fā)表在哲學(xué)雜志哲學(xué)雜志上上 為了證實(shí)基本電荷的存在，在測出為了證實(shí)基本電荷的存在，在測出e/ /m之后，還要之后，還要測出測出e值值J.J.湯姆孫的研究生湯姆孫的研究生湯森德湯森德(J.S.Townsend)、H.A.威爾遜威爾遜、C.T.R.威爾遜威爾遜等和其他一些人都做出了重等和其他一些人都做出了重要的貢獻(xiàn)對要的貢獻(xiàn)對e值最有說服力的測定是值最有說服力的測

26、定是羅伯特羅伯特密立根密立根 (Robert Millikan，1868-1953)在在1912-1917年間利用油滴年間利用油滴實(shí)驗(yàn)做出的實(shí)驗(yàn)做出的 密立根在密立根在1906年重復(fù)年重復(fù)H.A.威爾遜的實(shí)驗(yàn)時，就測得威爾遜的實(shí)驗(yàn)時，就測得 靜電單位靜電單位 1913年，他利用油滴實(shí)驗(yàn)測得年，他利用油滴實(shí)驗(yàn)測得 靜電單位靜電單位104.03 10e10(4.7740.009) 10e后來，他又不斷改進(jìn)和重復(fù)進(jìn)行測量，后來，他又不斷改進(jìn)和重復(fù)進(jìn)行測量，1917年公布的結(jié)果年公布的結(jié)果為為 靜電單位靜電單位 于是，由荷質(zhì)比可求得電子的質(zhì)量為于是，由荷質(zhì)比可求得電子的質(zhì)量為即為氫原子質(zhì)量的即為氫原子

27、質(zhì)量的1/18301/1830倍倍 10(4.7700.009) 10e1 1830eHmm X X射線的發(fā)現(xiàn)起源于對射線的發(fā)現(xiàn)起源于對陰極射線的研究陰極射線的研究 德國物理學(xué)家德國物理學(xué)家倫琴倫琴(Wilhelm Konrad Rontgen(Wilhelm Konrad Rontgen，1845-1845-1923)1923)為了探明陰極射線的性質(zhì)，重復(fù)做了赫茲、勒納德等人為了探明陰極射線的性質(zhì)，重復(fù)做了赫茲、勒納德等人的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn) 18951895年年1111月月8 8日晚，為了防止外界對放電管的影響，同時日晚，為了防止外界對放電管的影響，同時也不使管內(nèi)的可見光線漏出管外，他用黑紙板把放

28、電管完全也不使管內(nèi)的可見光線漏出管外，他用黑紙板把放電管完全包了起來，房間也是完全遮光的暗室實(shí)驗(yàn)時，他意外地發(fā)包了起來，房間也是完全遮光的暗室實(shí)驗(yàn)時，他意外地發(fā)現(xiàn)在一米以外的涂有亞鉑氰化鋇的熒光屏發(fā)出了微弱的熒現(xiàn)在一米以外的涂有亞鉑氰化鋇的熒光屏發(fā)出了微弱的熒光光 這一現(xiàn)象使他十分驚奇他全神貫注地繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)這一現(xiàn)象使他十分驚奇他全神貫注地繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn): :把屏反轉(zhuǎn)過來把屏反轉(zhuǎn)過來; ;使沒有涂氰化鋇的一面朝著管子，屏仍然發(fā)使沒有涂氰化鋇的一面朝著管子，屏仍然發(fā)出熒光出熒光; ;將屏逐漸移遠(yuǎn)，即使移到遠(yuǎn)離管子兩米以外，仍有將屏逐漸移遠(yuǎn)，即使移到遠(yuǎn)離管子兩米以外，仍有熒光，只是稍弱一些而已那時己

29、經(jīng)查明，陰極射線在空熒光，只是稍弱一些而已那時己經(jīng)查明，陰極射線在空氣中只能穿過幾厘米，而在遠(yuǎn)離管子兩米以外的屏上仍有氣中只能穿過幾厘米，而在遠(yuǎn)離管子兩米以外的屏上仍有熒光，熒光，所以，倫琴確信這種現(xiàn)象是無法用陰極射線的性質(zhì)所以，倫琴確信這種現(xiàn)象是無法用陰極射線的性質(zhì)來解釋的來解釋的 倫琴確信他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了倫琴確信他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新的射線一種新的射線，為了進(jìn)一步研，為了進(jìn)一步研究這種射線的性質(zhì)，他連續(xù)究這種射線的性質(zhì)，他連續(xù)6 6個星期吃住在實(shí)驗(yàn)室，廢寢忘個星期吃住在實(shí)驗(yàn)室，廢寢忘食地用各種方法反復(fù)迸行實(shí)驗(yàn)食地用各種方法反復(fù)迸行實(shí)驗(yàn) 他發(fā)現(xiàn)，這種射線他發(fā)現(xiàn)，這種射線能穿透千頁的書、能穿透千頁的書

30、、2 23 3厘米厚的木厘米厚的木板、幾厘米厚的橡膠板、板、幾厘米厚的橡膠板、1515毫米厚的鋁板毫米厚的鋁板等等這表明這等等這表明這種人眼看不見的射線具有很強(qiáng)的穿透能力，但對不同物質(zhì)種人眼看不見的射線具有很強(qiáng)的穿透能力，但對不同物質(zhì)的穿透程度是不同的的穿透程度是不同的1.51.5毫米厚的鉛片幾乎就能完全把這毫米厚的鉛片幾乎就能完全把這種射線擋住種射線擋住當(dāng)他進(jìn)一步用鉛片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，又意外地發(fā)當(dāng)他進(jìn)一步用鉛片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，又意外地發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)了自己手的骨鉻的圖像自己手的骨鉻的圖像1212月月2222日，倫琴的夫人到實(shí)驗(yàn)日，倫琴的夫人到實(shí)驗(yàn)室來，倫琴為她拍攝了一張戴著戒指的左手的照片室來，倫琴為她拍攝

31、了一張戴著戒指的左手的照片 18951895年年1212月月2828日，倫琴將他一個多月悉心研究得到的日，倫琴將他一個多月悉心研究得到的結(jié)果寫在結(jié)果寫在論一種新的射線論一種新的射線的論文里，遞交給了維爾茨的論文里，遞交給了維爾茨堡物理學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)會文章記述了實(shí)驗(yàn)的裝置及方法，并初堡物理學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)會文章記述了實(shí)驗(yàn)的裝置及方法，并初步總結(jié)出新射線的以下性質(zhì)步總結(jié)出新射線的以下性質(zhì): : 新射線來自于被陰極射線擊中的固體，固體元素越新射線來自于被陰極射線擊中的固體，固體元素越重，產(chǎn)生出來的新射線越強(qiáng)；重，產(chǎn)生出來的新射線越強(qiáng)； 新射線是直線傳播的，不被棱鏡反射和折射，也不被新射線是直線傳播的，不被棱鏡反射

32、和折射，也不被磁場偏轉(zhuǎn)；磁場偏轉(zhuǎn)； 所有物體對新射線幾乎都是透明的；所有物體對新射線幾乎都是透明的； 新射線可使熒光物質(zhì)發(fā)光，使照相底片感光，能顯示新射線可使熒光物質(zhì)發(fā)光，使照相底片感光，能顯示出裝在盒子里的砝碼、獵槍的彈膛和人手指骨的輪廓出裝在盒子里的砝碼、獵槍的彈膛和人手指骨的輪廓 X射線射線這個名稱是倫琴最先采用的人們?yōu)榱思o(jì)念這個名稱是倫琴最先采用的人們?yōu)榱思o(jì)念他，又稱為他，又稱為“倫琴射線倫琴射線” 1901年，倫琴成為第一個諾貝爾物理學(xué)獎的獲得者年，倫琴成為第一個諾貝爾物理學(xué)獎的獲得者 倫琴發(fā)現(xiàn)倫琴發(fā)現(xiàn)X射線是有一定的偶然性的，但是，射線是有一定的偶然性的，但是，只有有心而細(xì)心的觀察

33、者，才可能利用這種偶然性只有有心而細(xì)心的觀察者，才可能利用這種偶然性做出重大的發(fā)現(xiàn)做出重大的發(fā)現(xiàn) 在倫琴之前，克魯斯克、勒納德等人都曾碰到在倫琴之前，克魯斯克、勒納德等人都曾碰到過陰極射線管附近的照片底片感光或物體發(fā)出熒光過陰極射線管附近的照片底片感光或物體發(fā)出熒光的現(xiàn)象，但是，他們都沒有抓住發(fā)現(xiàn)的的現(xiàn)象，但是，他們都沒有抓住發(fā)現(xiàn)的“機(jī)遇機(jī)遇” X X射線的發(fā)現(xiàn)很快導(dǎo)致了天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)很快導(dǎo)致了天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 由于當(dāng)時發(fā)現(xiàn)由于當(dāng)時發(fā)現(xiàn)X X射線來自于玻璃管壁的熒光部分，因而射線來自于玻璃管壁的熒光部分，因而就使一些物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣的想法就使一些物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣的想法:

34、 X: X射線可能來源于熒射線可能來源于熒光或磷光物質(zhì)光或磷光物質(zhì) 首先進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的是法國物理學(xué)家首先進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的是法國物理學(xué)家貝克勒爾貝克勒爾(Henri (Henri Antoine BecquerelAntoine Becquerel，1852-1908)1852-1908)18961896年年1 1月月2121日，他開日，他開始研究有哪些熒光物質(zhì)能產(chǎn)生始研究有哪些熒光物質(zhì)能產(chǎn)生X X射線，做了一些實(shí)驗(yàn)，但沒射線，做了一些實(shí)驗(yàn)，但沒有得出什么結(jié)果有得出什么結(jié)果 1896 1896年年1 1月月3030日，日，龐加菜龐加菜 (HenriPoinCar6(HenriPoinCar6，18

35、54-1854-1912)1912)在法國在法國大眾科學(xué)雜志大眾科學(xué)雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于上發(fā)表了一篇關(guān)于X X射線的射線的文章，文章提出文章，文章提出“是不是所有熒光足夠強(qiáng)的物體，不管它的是不是所有熒光足夠強(qiáng)的物體，不管它的熒光起因如何，都能發(fā)射可見光又發(fā)射熒光起因如何，都能發(fā)射可見光又發(fā)射X X射線？射線？” 貝克勒爾再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)他恰巧選擇了貝克勒爾再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)他恰巧選擇了硫酸鉀鈾酰硫酸鉀鈾酰做做實(shí)驗(yàn)材料，他用實(shí)驗(yàn)材料，他用兩張厚黑紙包住照相底片，在紙包上放一層兩張厚黑紙包住照相底片，在紙包上放一層磷光物質(zhì)鈾鹽，再放在日光下曝曬幾小時，然后把底片取出磷光物質(zhì)鈾鹽，再放在日光下曝曬幾小時，然后

36、把底片取出來進(jìn)行沖洗來進(jìn)行沖洗他發(fā)現(xiàn)了他發(fā)現(xiàn)了“磷光物質(zhì)在底片上的黑色輪磷光物質(zhì)在底片上的黑色輪廓廓”他又他又在磷光物質(zhì)和紙之間放一塊玻璃，繼續(xù)進(jìn)行實(shí)在磷光物質(zhì)和紙之間放一塊玻璃，繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也得到了同樣的結(jié)果驗(yàn)，也得到了同樣的結(jié)果 2月月24日，貝克勒爾向科學(xué)院作報告說日，貝克勒爾向科學(xué)院作報告說:“磷光物質(zhì)射出磷光物質(zhì)射出能穿透不透光的紙的輻射能穿透不透光的紙的輻射” 會后，貝克勒爾繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，正巧遇到一連幾個陰會后，貝克勒爾繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，正巧遇到一連幾個陰天，他只好把準(zhǔn)備好的鈾鹽和底片一起放進(jìn)抽屜天，他只好把準(zhǔn)備好的鈾鹽和底片一起放進(jìn)抽屜 3月月1日，貝克勒爾本想預(yù)先檢查一下底片質(zhì)量

37、是否完日，貝克勒爾本想預(yù)先檢查一下底片質(zhì)量是否完好再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但沖洗后，發(fā)現(xiàn)底片上好再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但沖洗后，發(fā)現(xiàn)底片上已明顯感光已明顯感光，有一有一個很深的黑色的鈾鹽的影子個很深的黑色的鈾鹽的影子 對這一情況，貝克勒爾很快得出結(jié)論，對這一情況，貝克勒爾很快得出結(jié)論，這種使照相底這種使照相底片感光的射線與磷光無任何因果聯(lián)系，而是鈾鹽本身發(fā)出片感光的射線與磷光無任何因果聯(lián)系，而是鈾鹽本身發(fā)出的一種神秘的射線的一種神秘的射線 第二天，他在科學(xué)院舉行的例會上公布了這一重大發(fā)第二天，他在科學(xué)院舉行的例會上公布了這一重大發(fā)現(xiàn)他說現(xiàn)他說:“:“因?yàn)樘枎滋於紱]露面，所以我在因?yàn)樘枎滋於紱]露面，所以我在3 3

38、月月1 1日才把日才把照相底片顯影，照相底片顯影，本指望看到非常微弱的影像本指望看到非常微弱的影像但恰恰相但恰恰相反，反，一個極深的黑色輪廓出現(xiàn)了一個極深的黑色輪廓出現(xiàn)了我立刻想到這一反應(yīng)可我立刻想到這一反應(yīng)可能在黑暗中也能進(jìn)行能在黑暗中也能進(jìn)行” 貝克勒爾集中精力對鈾元素和鈾的化合物進(jìn)行研究，貝克勒爾集中精力對鈾元素和鈾的化合物進(jìn)行研究，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，鈾鹽所發(fā)出的射線進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，鈾鹽所發(fā)出的射線不僅能使照相底片感光不僅能使照相底片感光，它，它還能還能像像X X射線一樣穿透幾乎一切物質(zhì)射線一樣穿透幾乎一切物質(zhì)，能使氣體電離能使氣體電離他還他還發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)，溫度的變化、放電等對放射現(xiàn)象都沒有影響溫度的變

39、化、放電等對放射現(xiàn)象都沒有影響，各種，各種鈾的化合物都具有這一性質(zhì)，純鈾所產(chǎn)生的輻射比他所用鈾的化合物都具有這一性質(zhì)，純鈾所產(chǎn)生的輻射比他所用的硫酸鈾鹽的輻射強(qiáng)的硫酸鈾鹽的輻射強(qiáng)3 34 4倍倍 在在1896年年5月月18日，貝克勒爾宣布日，貝克勒爾宣布:發(fā)射穿透射線的能發(fā)射穿透射線的能力，是鈾的一種特殊性質(zhì)，而與采用哪一種鈾化合物無力，是鈾的一種特殊性質(zhì)，而與采用哪一種鈾化合物無關(guān)，它完全不受外界條件的影響，它的強(qiáng)度似乎也不隨時關(guān)，它完全不受外界條件的影響，它的強(qiáng)度似乎也不隨時間衰減間衰減 貝克勒爾認(rèn)識到這是一種與貝克勒爾認(rèn)識到這是一種與X射線不同的、穿透力很射線不同的、穿透力很強(qiáng)的另一種輻

40、射，他稱為強(qiáng)的另一種輻射，他稱為鈾輻射鈾輻射，別人把它稱為，別人把它稱為“貝克勒貝克勒爾射線爾射線” 1897 1897年，居里夫人決定選擇年，居里夫人決定選擇貝克勒爾射線貝克勒爾射線作為博士論作為博士論文研究課題在對鈾鹽的放射強(qiáng)度進(jìn)行測量之后，居里夫文研究課題在對鈾鹽的放射強(qiáng)度進(jìn)行測量之后，居里夫人提出了一個有重要意義的問題：人提出了一個有重要意義的問題：是否還有別的元素也具是否還有別的元素也具有這種性質(zhì)有這種性質(zhì) 于是，居里夫人系統(tǒng)地研究了當(dāng)時已知的各種元素和于是，居里夫人系統(tǒng)地研究了當(dāng)時已知的各種元素和化合物在放射性的測量中，她采用了居里兄弟創(chuàng)制的化合物在放射性的測量中，她采用了居里兄弟

41、創(chuàng)制的石石英晶體壓電秤英晶體壓電秤等精密測量儀器，測量放射性物質(zhì)使空氣電等精密測量儀器，測量放射性物質(zhì)使空氣電離產(chǎn)生的微弱電流，代替貝克勒爾用離產(chǎn)生的微弱電流，代替貝克勒爾用驗(yàn)電器驗(yàn)電器來測量的方來測量的方法，獲得了大量物質(zhì)放射性相對強(qiáng)度的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)法，獲得了大量物質(zhì)放射性相對強(qiáng)度的準(zhǔn)確數(shù)據(jù) 1898 1898年，在貝克勒爾的發(fā)現(xiàn)年，在貝克勒爾的發(fā)現(xiàn)2 2年以后，居里夫人發(fā)現(xiàn)年以后，居里夫人發(fā)現(xiàn)釷釷 也 具 有 和 鈾 同 樣 的 性 質(zhì) ， 德 國 科 學(xué) 家也 具 有 和 鈾 同 樣 的 性 質(zhì) ， 德 國 科 學(xué) 家 施 米 特施 米 特(G.C.Schmidt(G.C.Schmidt，1

42、856-1949)1856-1949)在德國也做出了同樣的發(fā)在德國也做出了同樣的發(fā)現(xiàn)居里夫人建議把這種性質(zhì)叫做現(xiàn)居里夫人建議把這種性質(zhì)叫做 “放射性放射性” 在對鈾和釷的混合物進(jìn)行測量時，居里夫人觀察到有在對鈾和釷的混合物進(jìn)行測量時，居里夫人觀察到有些鈾和釷的混合物的放射性輻射強(qiáng)度比其中鈾和釷的含量些鈾和釷的混合物的放射性輻射強(qiáng)度比其中鈾和釷的含量所應(yīng)發(fā)射的強(qiáng)度高很多她認(rèn)為這些礦石中必定含有少量所應(yīng)發(fā)射的強(qiáng)度高很多她認(rèn)為這些礦石中必定含有少量還沒有被發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素，且這種元素是具有放射性的還沒有被發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素，且這種元素是具有放射性的 皮埃爾皮埃爾居里居里意識到這一研究的重要性，放下自己的意

43、識到這一研究的重要性，放下自己的研究課題，和居里夫人一起投入到尋找新元素的艱巨的化研究課題，和居里夫人一起投入到尋找新元素的艱巨的化學(xué)分析工作中學(xué)分析工作中 他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，瀝青鈾礦中確實(shí)含有新的放射他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，瀝青鈾礦中確實(shí)含有新的放射性元素，但是它們的含量甚至還沒有達(dá)到性元素，但是它們的含量甚至還沒有達(dá)到百萬分之一百萬分之一! ! 他們所采用的研究方法，是建立在放射性基礎(chǔ)上的一他們所采用的研究方法，是建立在放射性基礎(chǔ)上的一種新的化學(xué)分析方法種新的化學(xué)分析方法. .首先首先用普通的化學(xué)分析法將組成瀝青用普通的化學(xué)分析法將組成瀝青鈾礦的各種物質(zhì)分開，鈾礦的各種物質(zhì)分開，然后然后在適

44、宜的情況下，測量已經(jīng)分在適宜的情況下，測量已經(jīng)分開的各種物質(zhì)的放射性，用這種方法可以觀察到要尋我的開的各種物質(zhì)的放射性，用這種方法可以觀察到要尋我的放射性元素的化學(xué)特性放射性元素的化學(xué)特性 隨著分離過程的進(jìn)行，這種元素會逐漸濃縮起來，因隨著分離過程的進(jìn)行，這種元素會逐漸濃縮起來，因而放射性就會變得越來越強(qiáng)而放射性就會變得越來越強(qiáng) 18981898年年7 7月，他們宣布發(fā)現(xiàn)了一種放射性元素，為了紀(jì)念月，他們宣布發(fā)現(xiàn)了一種放射性元素，為了紀(jì)念瑪麗瑪麗居里被俄國占領(lǐng)的祖國波蘭，他們將這種元素命名為居里被俄國占領(lǐng)的祖國波蘭，他們將這種元素命名為釙釙 18981898年年1212月，他們又宣布了月，他們

45、又宣布了鐳鐳的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 釙是和鉍伴隨在一起的，而鐳是和鋇伴隨在一起釙是和鉍伴隨在一起的，而鐳是和鋇伴隨在一起 要讓化學(xué)家承認(rèn)這兩種新元素的存在，必須將它們分離要讓化學(xué)家承認(rèn)這兩種新元素的存在，必須將它們分離出來出來 居里夫婦所得到的最具放射性的物質(zhì)中居里夫婦所得到的最具放射性的物質(zhì)中(放射性比鈾強(qiáng)幾放射性比鈾強(qiáng)幾百倍百倍)，所含的釙和鐳的成分還是極其稀少的，要完成分離工，所含的釙和鐳的成分還是極其稀少的，要完成分離工作必須擁有大量的瀝青鈾礦，要有一個合適的工作地方，還作必須擁有大量的瀝青鈾礦，要有一個合適的工作地方，還要進(jìn)行大量繁重的提取分離工作和精細(xì)的測量工作要進(jìn)行大量繁重的提取分離工作和精細(xì)的測量工作 在維也納科學(xué)院的幫助下，他們以優(yōu)惠的價格從奧地利在維也納科學(xué)院的幫助下，他們以優(yōu)惠的價格從奧地利購得了幾噸瀝青鈾礦殘?jiān)彽昧藥讎崬r青鈾礦殘?jiān)?在皮埃爾在皮埃爾居里當(dāng)時工作的巴黎理化學(xué)院的院子里，有居里當(dāng)時工作的巴黎理化學(xué)院的院子里，有一個遺棄的儲藏室，他們就在這里開始了提煉工作一個遺