第七章 物理學(xué)革命,2009.2.4

1、第七章 物理學(xué)革命序言：序言：19世紀(jì)末由于光學(xué)、電磁學(xué)、力學(xué)的統(tǒng)一世紀(jì)末由于光學(xué)、電磁學(xué)、力學(xué)的統(tǒng)一使物理學(xué)顯示出一種形式上的完整，被譽(yù)為使物理學(xué)顯示出一種形式上的完整，被譽(yù)為“一一座莊嚴(yán)雄偉的建筑體系和動(dòng)人心弦的美麗的廟座莊嚴(yán)雄偉的建筑體系和動(dòng)人心弦的美麗的廟堂堂”。1900年月年月27日，英國(guó)物理學(xué)家日，英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文開(kāi)爾文作了作了題為題為熱和光的動(dòng)力理論上空的熱和光的動(dòng)力理論上空的19世紀(jì)之烏云世紀(jì)之烏云的長(zhǎng)篇講演，指出經(jīng)典物理學(xué)本來(lái)十分晴朗的天的長(zhǎng)篇講演，指出經(jīng)典物理學(xué)本來(lái)十分晴朗的天空上出現(xiàn)了兩朵烏云空上出現(xiàn)了兩朵烏云以太漂移以太漂移和和黑體輻射黑體輻射。第一節(jié)物理學(xué)革命的發(fā)端

2、第一節(jié)物理學(xué)革命的發(fā)端一射線的發(fā)現(xiàn)：一射線的發(fā)現(xiàn)：起源于對(duì)陰極射線的研究起源于對(duì)陰極射線的研究起因：起因：電磁學(xué)建立之后，人們對(duì)氣體放電現(xiàn)象進(jìn)電磁學(xué)建立之后，人們對(duì)氣體放電現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究。當(dāng)時(shí)，人們首先想到的是在實(shí)驗(yàn)室條行了深入研究。當(dāng)時(shí)，人們首先想到的是在實(shí)驗(yàn)室條件下如何模擬大自然中的雷電現(xiàn)象。起初，人們把玻件下如何模擬大自然中的雷電現(xiàn)象。起初，人們把玻璃管中的氣體加上高電壓進(jìn)行觀察，果然得到了放電璃管中的氣體加上高電壓進(jìn)行觀察，果然得到了放電現(xiàn)象。現(xiàn)象。實(shí)際上，物理學(xué)天空上的烏云何止兩朵。大量的實(shí)際上，物理學(xué)天空上的烏云何止兩朵。大量的新現(xiàn)象與已成的完美體系的經(jīng)典理論之間的矛盾新現(xiàn)象與

3、已成的完美體系的經(jīng)典理論之間的矛盾日漸突出。也正是這兩朵烏云帶來(lái)了世紀(jì)之交的日漸突出。也正是這兩朵烏云帶來(lái)了世紀(jì)之交的一場(chǎng)物理學(xué)革命，在這場(chǎng)革命中誕生了一場(chǎng)物理學(xué)革命，在這場(chǎng)革命中誕生了相對(duì)論相對(duì)論和和量子力學(xué)。量子力學(xué)。(2)1859年，德國(guó)物理學(xué)家呂克（年，德國(guó)物理學(xué)家呂克（18011868）用）用“蓋斯蓋斯勒真空管勒真空管”進(jìn)行真空放電實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行真空放電實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)高壓電荷通過(guò)放當(dāng)高壓電荷通過(guò)放電管時(shí)電管時(shí),陰極一端出現(xiàn)放電現(xiàn)象陰極一端出現(xiàn)放電現(xiàn)象,而對(duì)著陰極的管壁會(huì)發(fā)而對(duì)著陰極的管壁會(huì)發(fā)出綠色的輝光出綠色的輝光,成功地實(shí)現(xiàn)了人工放電成功地實(shí)現(xiàn)了人工放電.(3)1869年，德國(guó)物理學(xué)家

4、希托夫（年，德國(guó)物理學(xué)家希托夫（18241914）證）證明，放在陰極與玻璃壁之間的障礙物，可以在玻璃明，放在陰極與玻璃壁之間的障礙物，可以在玻璃壁上投射陰影。壁上投射陰影。(1)1854年，德國(guó)玻璃工蓋斯勒（年，德國(guó)玻璃工蓋斯勒（18141879）發(fā)明）發(fā)明了以他的名字命名的真空管了以他的名字命名的真空管,為研究真空放電、發(fā)為研究真空放電、發(fā)光現(xiàn)象提供了物質(zhì)手段光現(xiàn)象提供了物質(zhì)手段(4)1876年年,德國(guó)物理學(xué)家戈?duì)柎奶沟聡?guó)物理學(xué)家戈?duì)柎奶?18501931)對(duì)對(duì)“綠色輝光綠色輝光”作了解釋作了解釋 ,認(rèn)為這是由陰極上認(rèn)為這是由陰極上產(chǎn)生的某種射線引起的，稱為產(chǎn)生的某種射線引起的，稱為“陰極射

5、線陰極射線”。關(guān)于關(guān)于“陰極射線陰極射線”的本質(zhì)，當(dāng)時(shí)德國(guó)一些科學(xué)的本質(zhì)，當(dāng)時(shí)德國(guó)一些科學(xué)家認(rèn)為，它是一種家認(rèn)為，它是一種光波光波。而英國(guó)物理學(xué)家克魯。而英國(guó)物理學(xué)家克魯克斯（克斯（18321919)等人則認(rèn)為，陰極射線可能等人則認(rèn)為，陰極射線可能是某種是某種微粒微粒。(5)1879年，克魯克斯自制了一種比蓋斯勒真空管真年，克魯克斯自制了一種比蓋斯勒真空管真空度更高的空度更高的“克魯克斯管克魯克斯管”，再次進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，再次進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，由于這種真空管真空度高，放電時(shí)沒(méi)有輝光，克魯由于這種真空管真空度高，放電時(shí)沒(méi)有輝光，克魯克斯發(fā)現(xiàn)，從陰極射線射出的一種射線碰到玻璃管克斯發(fā)現(xiàn)，從陰極射線射出的

6、一種射線碰到玻璃管壁或硫化鋅等物質(zhì)時(shí)會(huì)壁或硫化鋅等物質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)出熒光發(fā)出熒光，特別是發(fā)現(xiàn)了陰，特別是發(fā)現(xiàn)了陰極射線在磁場(chǎng)中會(huì)極射線在磁場(chǎng)中會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而斷定陰極射線是，從而斷定陰極射線是某種某種粒子流粒子流。關(guān)于陰極射線的本質(zhì)的爭(zhēng)論，持續(xù)了關(guān)于陰極射線的本質(zhì)的爭(zhēng)論，持續(xù)了20年之久，結(jié)果導(dǎo)致了幾項(xiàng)轟動(dòng)世界的重大發(fā)年之久，結(jié)果導(dǎo)致了幾項(xiàng)轟動(dòng)世界的重大發(fā)現(xiàn)，首先是現(xiàn)，首先是射線射線的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)（）發(fā)現(xiàn)過(guò)程（）發(fā)現(xiàn)過(guò)程：1895年，倫琴也選用了克魯克年，倫琴也選用了克魯克斯管重新進(jìn)行陰極射線實(shí)驗(yàn)，目的是為了準(zhǔn)確觀斯管重新進(jìn)行陰極射線實(shí)驗(yàn)，目的是為了準(zhǔn)確觀察陰極射線的熒光作用。察陰極射線的熒光

7、作用。X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)（）倫琴簡(jiǎn)介：（）倫琴簡(jiǎn)介：倫琴倫琴（18451923）生于德）生于德國(guó)（略）國(guó)（略）倫琴用黑紙將實(shí)驗(yàn)用的放電管嚴(yán)密地包倫琴用黑紙將實(shí)驗(yàn)用的放電管嚴(yán)密地包裹起來(lái)，以免放電管受到外界環(huán)境干擾。準(zhǔn)裹起來(lái)，以免放電管受到外界環(huán)境干擾。準(zhǔn)備就緒后，他接通了放電管的高壓電源，在備就緒后，他接通了放電管的高壓電源，在黑暗中，他發(fā)現(xiàn)米以外的實(shí)驗(yàn)屏上閃爍著黑暗中，他發(fā)現(xiàn)米以外的實(shí)驗(yàn)屏上閃爍著綠色的微光。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)倫琴斷定它是一種綠色的微光。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)倫琴斷定它是一種新的射線。新的射線。射線的特點(diǎn)：射線的特點(diǎn)：（）這種射線能激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光。（）這種射線能激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光。（）能通過(guò)

8、密封的黑色紙使照相底片感光。（）能通過(guò)密封的黑色紙使照相底片感光。（）可以顯示出衣袋里的錢(qián)幣和手掌的骨骼，穿（）可以顯示出衣袋里的錢(qián)幣和手掌的骨骼，穿透力極強(qiáng)。透力極強(qiáng)。（）不在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明它不是陰極射（）不在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明它不是陰極射線。X射線發(fā)現(xiàn)的科學(xué)價(jià)值和意義射線發(fā)現(xiàn)的科學(xué)價(jià)值和意義:第一第一,它迅速被用于外科診斷它迅速被用于外科診斷,X射線發(fā)現(xiàn)后的射線發(fā)現(xiàn)后的第第4天天,美國(guó)人就用于透視腳部彈片的位置。后來(lái)又美國(guó)人就用于透視腳部彈片的位置。后來(lái)又應(yīng)用到冶金學(xué)，成為研究晶體物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一種手段。應(yīng)用到冶金學(xué)，成為研究晶體物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一種手段。第二第二，射線被譽(yù)為，射線被譽(yù)為“領(lǐng)路鳥(niǎo)領(lǐng)路

9、鳥(niǎo)”，它的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了，它的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了元素放射性元素放射性和和電子電子的發(fā)現(xiàn)。的發(fā)現(xiàn)。提問(wèn)提問(wèn):倫琴的成功說(shuō)明了什么倫琴的成功說(shuō)明了什么?二元素放射性的發(fā)現(xiàn)二元素放射性的發(fā)現(xiàn)原由：原由：元素放射性的發(fā)現(xiàn)源于人們對(duì)元素放射性的發(fā)現(xiàn)源于人們對(duì)射線源射線源的探究的探究2貝克勒爾簡(jiǎn)介貝克勒爾簡(jiǎn)介：貝克勒爾（：貝克勒爾（18521906)是是法國(guó)物理學(xué)家法國(guó)物理學(xué)家,出生在巴黎出生在巴黎.他受過(guò)良好的教育，他受過(guò)良好的教育，18921892年獲得博士學(xué)位。年獲得博士學(xué)位。18921892年他開(kāi)始在巴黎自年他開(kāi)始在巴黎自然博物館擔(dān)任應(yīng)用物理學(xué)教授。然博物館擔(dān)任應(yīng)用物理學(xué)教授。18951895年貝克勒年貝克勒

10、爾成為巴黎綜合工科學(xué)校的物理學(xué)教授。爾成為巴黎綜合工科學(xué)校的物理學(xué)教授。18961896年就是在這所學(xué)校他做出了使他成名的偉大發(fā)年就是在這所學(xué)校他做出了使他成名的偉大發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)。 3貝克勒爾的實(shí)驗(yàn)研究貝克勒爾的實(shí)驗(yàn)研究（）實(shí)驗(yàn)方法（）實(shí)驗(yàn)方法：采用：采用硫酸鉀鈾硫酸鉀鈾作實(shí)驗(yàn)材料，將其作實(shí)驗(yàn)材料，將其包好，放在包好，放在用黑紙包好的底片用黑紙包好的底片上，一起放在太陽(yáng)光上，一起放在太陽(yáng)光下爆曬下爆曬（）實(shí)驗(yàn)結(jié)果（）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：底片上顯示出鈾鹽包的輪廓，：底片上顯示出鈾鹽包的輪廓，即底片感光了即底片感光了（）初步結(jié)論（）初步結(jié)論：該熒光物質(zhì)能發(fā)射出該熒光物質(zhì)能發(fā)射出穿透不透光穿透不透光的紙的紙的輻射

11、，同時(shí)認(rèn)為：底片感光是伴隨熒光而產(chǎn)的輻射，同時(shí)認(rèn)為：底片感光是伴隨熒光而產(chǎn)生的射線引起的生的射線引起的（）意外收獲（）意外收獲：因連續(xù)陰天，鈾鹽包無(wú)法在太陽(yáng)：因連續(xù)陰天，鈾鹽包無(wú)法在太陽(yáng)底下爆曬發(fā)出熒光，但鈾鹽照樣可以使底片感光底下爆曬發(fā)出熒光，但鈾鹽照樣可以使底片感光（）推斷結(jié)果（）推斷結(jié)果：底片感光與鈾鹽是否經(jīng)過(guò)爆曬而：底片感光與鈾鹽是否經(jīng)過(guò)爆曬而發(fā)熒光無(wú)關(guān)這種現(xiàn)象必定是鈾鹽連續(xù)發(fā)出的一種發(fā)熒光無(wú)關(guān)這種現(xiàn)象必定是鈾鹽連續(xù)發(fā)出的一種類似射線的類似射線的神秘射線神秘射線穿透黑紙所致穿透黑紙所致（）進(jìn)一步研究（）進(jìn)一步研究：發(fā)現(xiàn)：不論是熒光物質(zhì)還是：發(fā)現(xiàn)：不論是熒光物質(zhì)還是非熒光物質(zhì)，只要是含鈾

12、的化合物，都能自動(dòng)發(fā)非熒光物質(zhì)，只要是含鈾的化合物，都能自動(dòng)發(fā)出這種射線，而放出這種射線的物質(zhì)就是鈾出這種射線，而放出這種射線的物質(zhì)就是鈾人們把這種天然放射線稱為人們把這種天然放射線稱為“貝克勒爾貝克勒爾射線射線”居里夫婦的研究居里夫婦的研究（）放射性僅僅是鈾元素的一種性質(zhì)（）放射性僅僅是鈾元素的一種性質(zhì)法國(guó)物理法國(guó)物理學(xué)家皮埃爾學(xué)家皮埃爾居里居里(18591906)和瑪麗和瑪麗居里居里(18671934)發(fā)現(xiàn)鈾的輻射強(qiáng)度正比于化合物中鈾發(fā)現(xiàn)鈾的輻射強(qiáng)度正比于化合物中鈾的含量，與化合物中其它元素?zé)o關(guān)，這說(shuō)明放射性的含量，與化合物中其它元素?zé)o關(guān)，這說(shuō)明放射性僅僅是鈾的一種性質(zhì)僅僅是鈾的一種性質(zhì)（

13、）尋找放射性元素（）尋找放射性元素1898年年4月月2日日,居里夫人居里夫人宣布發(fā)現(xiàn)宣布發(fā)現(xiàn)釷釷元素具有放射性元素具有放射性,這說(shuō)明放射性決不是這說(shuō)明放射性決不是某個(gè)元素獨(dú)有的性質(zhì)。之后又通過(guò)異常艱苦而繁重某個(gè)元素獨(dú)有的性質(zhì)。之后又通過(guò)異常艱苦而繁重的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了放射性比鈾強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了放射性比鈾強(qiáng)400倍倍的新元素的新元素釙（釙（Po),接著同年接著同年12月又發(fā)現(xiàn)了放射性比鈾強(qiáng)月又發(fā)現(xiàn)了放射性比鈾強(qiáng)200萬(wàn)倍萬(wàn)倍的的鐳鐳（Ra）最后用最后用“分步結(jié)晶法分步結(jié)晶法”提煉出提煉出0.12克的濃克的濃縮鐳化合物縮鐳化合物氯化鐳氯化鐳,并測(cè)定了鐳的原子量為并測(cè)定了鐳的原子量為225（現(xiàn)在已知鐳的原子

14、量是（現(xiàn)在已知鐳的原子量是226）5元素放射性的發(fā)現(xiàn)的科學(xué)意義元素放射性的發(fā)現(xiàn)的科學(xué)意義（）（）它打破了以道爾頓為首的原子不可再分的它打破了以道爾頓為首的原子不可再分的陳舊觀念，證明原子不是組成物質(zhì)的最小單位，陳舊觀念，證明原子不是組成物質(zhì)的最小單位，它還可以再分它還可以再分（）（）它預(yù)示人類將獲取一種新能源原子它預(yù)示人類將獲取一種新能源原子能元素在放出射線的同時(shí)產(chǎn)生大量的熱能，即：能元素在放出射線的同時(shí)產(chǎn)生大量的熱能，即：用很少的物質(zhì)，可以獲得很高的能量展示了能用很少的物質(zhì)，可以獲得很高的能量展示了能源的美好前景源的美好前景天然射線的本質(zhì)的研究（）問(wèn)題（）問(wèn)題：天然射線的本質(zhì)是什么？元素放出

15、：天然射線的本質(zhì)是什么？元素放出射線后變成了什么？射線后變成了什么？（）盧瑟福簡(jiǎn)介（）盧瑟福簡(jiǎn)介：盧瑟福（盧瑟福（18711937）是新西蘭籍英）是新西蘭籍英國(guó)物理學(xué)家他生于新西蘭的納爾國(guó)物理學(xué)家他生于新西蘭的納爾遜附近的泉林村，父親是農(nóng)民和工遜附近的泉林村，父親是農(nóng)民和工匠，母親是鄉(xiāng)村教師匠，母親是鄉(xiāng)村教師1894年從坎年從坎特布雷學(xué)院畢業(yè)，特布雷學(xué)院畢業(yè)，1895年考取了大年考取了大英博覽會(huì)獎(jiǎng)學(xué)金，進(jìn)英國(guó)劍橋大學(xué)英博覽會(huì)獎(jiǎng)學(xué)金，進(jìn)英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)開(kāi)始時(shí)以研卡文迪許實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)開(kāi)始時(shí)以研究無(wú)線電為主，究無(wú)線電為主，1896年接受卡文迪年接受卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任湯姆遜的建議，把研許實(shí)

16、驗(yàn)室主任湯姆遜的建議，把研究方向轉(zhuǎn)到放射性上究方向轉(zhuǎn)到放射性上（）天然射線的本質(zhì)（）天然射線的本質(zhì)：1899年，盧瑟福等人年，盧瑟福等人通過(guò)把鈾放在強(qiáng)磁鐵環(huán)境中，令鈾射線偏轉(zhuǎn)，通過(guò)把鈾放在強(qiáng)磁鐵環(huán)境中，令鈾射線偏轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：天然射線是由兩種帶電的射實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：天然射線是由兩種帶電的射線組成的一種是帶正電的射線（稱為線組成的一種是帶正電的射線（稱為 射射線），一種是帶負(fù)電的射線（稱為線），一種是帶負(fù)電的射線（稱為 射）后射）后來(lái)證明來(lái)證明 射線就是氦核，射線就是氦核， 射線就是負(fù)電子流射線就是負(fù)電子流1900年法國(guó)化學(xué)家維拉德（年法國(guó)化學(xué)家維拉德（18601934）又發(fā)）又發(fā)現(xiàn)天然射線中

17、還包括一種不帶電的射線，命名為現(xiàn)天然射線中還包括一種不帶電的射線，命名為 射線射線1914年，盧瑟福等人證明，年，盧瑟福等人證明， 射線和射線射線和射線相似，也是一種電磁波，只是波長(zhǎng)比射線短得相似，也是一種電磁波，只是波長(zhǎng)比射線短得多多放射性元素的蛻變放射性元素的蛻變：經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，原來(lái)的放：經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，原來(lái)的放射性元素放出射線后，變蛻變成其它元素，比如射性元素放出射線后，變蛻變成其它元素，比如“鐳鐳”放射出放射出 射線后變成射線后變成“氡氡” “鐳鐳”的同的同位素放射出位素放射出 射線后變成釙射線后變成釙三電子的發(fā)現(xiàn)三電子的發(fā)現(xiàn)兩種觀點(diǎn)兩種觀點(diǎn)：第一種第一種是以赫茲、勒納德是以赫茲、勒納德（1

18、8621947）為首的以太波派）為首的以太波派1892年，他們年，他們將放電管的壁上開(kāi)個(gè)薄鋁窗，發(fā)現(xiàn)陰極射線像將放電管的壁上開(kāi)個(gè)薄鋁窗，發(fā)現(xiàn)陰極射線像陽(yáng)光一樣穿透鋁窗，射入空氣中，故認(rèn)為陰極陽(yáng)光一樣穿透鋁窗，射入空氣中，故認(rèn)為陰極射線是一種以太波。射線是一種以太波。第二種第二種觀點(diǎn)是以克魯克斯觀點(diǎn)是以克魯克斯和法國(guó)的佩蘭為代表的微粒說(shuō)，克魯克斯曾用和法國(guó)的佩蘭為代表的微粒說(shuō)，克魯克斯曾用磁鐵使陰極射線偏轉(zhuǎn)，預(yù)示它是一種粒子流。磁鐵使陰極射線偏轉(zhuǎn)，預(yù)示它是一種粒子流。1895年，佩蘭發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁極倒轉(zhuǎn)時(shí)，射線就向年，佩蘭發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁極倒轉(zhuǎn)時(shí)，射線就向反向偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明它帶有電荷，后來(lái)又證明它是反向偏轉(zhuǎn)，

19、說(shuō)明它帶有電荷，后來(lái)又證明它是從陰極發(fā)出的帶負(fù)電的微粒流。從陰極發(fā)出的帶負(fù)電的微粒流。湯姆遜簡(jiǎn)介湯姆遜簡(jiǎn)介：湯姆遜湯姆遜（18561940）是英國(guó)物理學(xué)家。出生）是英國(guó)物理學(xué)家。出生于英國(guó)的曼徹斯特，他的父親以售書(shū)于英國(guó)的曼徹斯特，他的父親以售書(shū)為業(yè)，他是因?yàn)闊o(wú)錢(qián)學(xué)工程而學(xué)習(xí)物為業(yè)，他是因?yàn)闊o(wú)錢(qián)學(xué)工程而學(xué)習(xí)物理的。在他取得學(xué)位之前，他的父親理的。在他取得學(xué)位之前，他的父親就去世了，他只能靠助學(xué)金維持學(xué)業(yè)。就去世了，他只能靠助學(xué)金維持學(xué)業(yè)。1876年，他獲得了劍橋的數(shù)學(xué)獎(jiǎng)學(xué)金年，他獲得了劍橋的數(shù)學(xué)獎(jiǎng)學(xué)金而進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院深造；而進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院深造；1906年，由于他在年，由于他在“氣體

20、導(dǎo)電方面的理論氣體導(dǎo)電方面的理論和實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)驗(yàn)研究”而獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)而獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)學(xué)金。學(xué)金。 1897年年,英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜重新設(shè)計(jì)了克魯英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜重新設(shè)計(jì)了克魯克斯管，令陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中均發(fā)生偏轉(zhuǎn)，克斯管，令陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中均發(fā)生偏轉(zhuǎn)，證實(shí)了陰極射線是帶電的微粒子流，并測(cè)得了微證實(shí)了陰極射線是帶電的微粒子流，并測(cè)得了微粒子的速度與它的荷子比之間的關(guān)系，同粒子的速度與它的荷子比之間的關(guān)系，同時(shí)荷子比與電極材料無(wú)關(guān)，說(shuō)明這種粒子是各種時(shí)荷子比與電極材料無(wú)關(guān)，說(shuō)明這種粒子是各種物質(zhì)的共同組成后來(lái)湯姆遜和美國(guó)物理學(xué)家米物質(zhì)的共同組成后來(lái)湯姆遜和美國(guó)物理學(xué)家米利肯（

21、利肯（18681953)等人作了精密的測(cè)定和計(jì)算等人作了精密的測(cè)定和計(jì)算,得得出了這種物質(zhì)的電荷為出了這種物質(zhì)的電荷為(？)利用所測(cè)得的荷質(zhì)比利用所測(cè)得的荷質(zhì)比的數(shù)值，可以算出這種粒子的質(zhì)量為（？），約的數(shù)值，可以算出這種粒子的質(zhì)量為（？），約為氫原子質(zhì)量的這表明，這種粒子不再為氫原子質(zhì)量的這表明，這種粒子不再是一種是一種陰極射線的本質(zhì)是帶電的微粒子流陰極射線的本質(zhì)是帶電的微粒子流me18301假設(shè)，而是一種實(shí)實(shí)在在的物質(zhì)粒子，它是原子假設(shè)，而是一種實(shí)實(shí)在在的物質(zhì)粒子，它是原子的組成部分，這種粒子就采用了的組成部分，這種粒子就采用了1891年英國(guó)物理年英國(guó)物理學(xué)家斯通尼（學(xué)家斯通尼（18261

22、911)的定名的定名,稱為稱為“電子電子”.電電子的發(fā)現(xiàn)實(shí)際上也是一個(gè)國(guó)際性的發(fā)現(xiàn)子的發(fā)現(xiàn)實(shí)際上也是一個(gè)國(guó)際性的發(fā)現(xiàn),但湯姆遜但湯姆遜起了決定性的作用起了決定性的作用.電子的發(fā)現(xiàn)的科學(xué)意義電子的發(fā)現(xiàn)的科學(xué)意義：電子的發(fā)現(xiàn)及其性：電子的發(fā)現(xiàn)及其性質(zhì)的研究，打開(kāi)了原子世界的大門(mén)，開(kāi)創(chuàng)了物理質(zhì)的研究，打開(kāi)了原子世界的大門(mén)，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新時(shí)代，為量子力學(xué)的創(chuàng)立奠定了理論基礎(chǔ)，學(xué)的新時(shí)代，為量子力學(xué)的創(chuàng)立奠定了理論基礎(chǔ)，成為通向這一王國(guó)的序曲，同時(shí)也揭開(kāi)了電的本成為通向這一王國(guó)的序曲，同時(shí)也揭開(kāi)了電的本質(zhì)，打消了人們對(duì)電的神秘感質(zhì)，打消了人們對(duì)電的神秘感第二節(jié)量子理論的創(chuàng)立第二節(jié)量子理論的創(chuàng)立一一“紫

23、外災(zāi)難紫外災(zāi)難”和普朗克量子論的誕生和普朗克量子論的誕生“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”：1900年，英國(guó)物理學(xué)家瑞利年，英國(guó)物理學(xué)家瑞利(18431912)根據(jù)經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)和電磁理論，推出了根據(jù)經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)和電磁理論，推出了黑體輻射的能量分布公式該公式在長(zhǎng)波部分與實(shí)黑體輻射的能量分布公式該公式在長(zhǎng)波部分與實(shí)驗(yàn)比較符合，但在短波部分卻出現(xiàn)了無(wú)窮值，而實(shí)驗(yàn)比較符合，但在短波部分卻出現(xiàn)了無(wú)窮值，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果在短波部分趨于零在短波部分理論與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果在短波部分趨于零在短波部分理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的嚴(yán)重背離，被稱之為結(jié)果的嚴(yán)重背離，被稱之為“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”維恩公式維恩公式：1893年，德國(guó)物理學(xué)家維恩年，德國(guó)物理學(xué)家

24、維恩（18641928）發(fā)現(xiàn)黑體的溫度）發(fā)現(xiàn)黑體的溫度(絕對(duì)溫度絕對(duì)溫度)同所發(fā)同所發(fā)射能量最大的波長(zhǎng)成反比射能量最大的波長(zhǎng)成反比,稱為稱為維恩位移定律維恩位移定律,這一這一定律是由麥克斯韋電磁理論推出來(lái)的定律是由麥克斯韋電磁理論推出來(lái)的.1896年他又年他又通過(guò)半理論半經(jīng)驗(yàn)的辦法，找到了一個(gè)用來(lái)描述通過(guò)半理論半經(jīng)驗(yàn)的辦法，找到了一個(gè)用來(lái)描述能量分布曲線的輻射定律，也叫能量分布曲線的輻射定律，也叫維恩公式維恩公式，這個(gè)，這個(gè)定律在短波部分與實(shí)驗(yàn)相符，但在長(zhǎng)波那部分卻定律在短波部分與實(shí)驗(yàn)相符，但在長(zhǎng)波那部分卻偏離很大偏離很大瑞利愛(ài)因斯坦金斯定律：瑞利愛(ài)因斯坦金斯定律：1905年月英年月英國(guó)物理學(xué)

25、家國(guó)物理學(xué)家金斯金斯（18771946）修正了瑞利定律）修正了瑞利定律,以以后人們將其通稱為后人們將其通稱為瑞利金斯定律瑞利金斯定律不過(guò)經(jīng)考證不過(guò)經(jīng)考證愛(ài)因斯坦在金斯前三個(gè)月就提出了這一定律的正愛(ài)因斯坦在金斯前三個(gè)月就提出了這一定律的正確形式故這一定律應(yīng)該稱為瑞利愛(ài)因斯坦確形式故這一定律應(yīng)該稱為瑞利愛(ài)因斯坦金斯定律這一定律是從經(jīng)典理論推出來(lái)的，它金斯定律這一定律是從經(jīng)典理論推出來(lái)的，它在長(zhǎng)波部分漸近于實(shí)驗(yàn)曲線，但在短波部分卻相在長(zhǎng)波部分漸近于實(shí)驗(yàn)曲線，但在短波部分卻相差甚遠(yuǎn)，對(duì)此差甚遠(yuǎn)，對(duì)此,1911年猶太血統(tǒng)的物理學(xué)家埃倫菲年猶太血統(tǒng)的物理學(xué)家埃倫菲斯特（斯特（18801933)將其稱為將其

26、稱為“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”.這場(chǎng)這場(chǎng)“災(zāi)難災(zāi)難”是經(jīng)典物理無(wú)法克服的是經(jīng)典物理無(wú)法克服的.普朗克量子論的誕生（）普朗克公式的建立：（）普朗克公式的建立：普朗克早期從事熱力普朗克早期從事熱力學(xué)研究，學(xué)研究，1894年，開(kāi)始把注意力轉(zhuǎn)向了年，開(kāi)始把注意力轉(zhuǎn)向了黑體輻射黑體輻射問(wèn)題問(wèn)題.1899年，他從熱力學(xué)導(dǎo)出了維恩的輻射定律，年，他從熱力學(xué)導(dǎo)出了維恩的輻射定律，同年年底得知維恩定律同實(shí)驗(yàn)有偏離同年年底得知維恩定律同實(shí)驗(yàn)有偏離1900年年10月月7日，魯本斯夫婦訪問(wèn)普朗克時(shí)，告訴他，瑞利日，魯本斯夫婦訪問(wèn)普朗克時(shí)，告訴他，瑞利于當(dāng)年月提出的輻射定律在長(zhǎng)波部分同實(shí)驗(yàn)結(jié)于當(dāng)年月提出的輻射定律在長(zhǎng)波部分同

27、實(shí)驗(yàn)結(jié)果一至果一至（）（）普朗克簡(jiǎn)介普朗克簡(jiǎn)介：普朗克：普朗克（18581947)出生于德國(guó)的基爾，出生于德國(guó)的基爾，1867年年隨全家遷居慕尼黑隨全家遷居慕尼黑1874年普朗克考入年普朗克考入慕尼黑大學(xué)慕尼黑大學(xué)1879年轉(zhuǎn)入柏林大學(xué)，取年轉(zhuǎn)入柏林大學(xué)，取得博士學(xué)位，之后開(kāi)始研究物理學(xué)得博士學(xué)位，之后開(kāi)始研究物理學(xué)普朗克受到啟發(fā)，他采用數(shù)學(xué)方法去尋找新的輻普朗克受到啟發(fā)，他采用數(shù)學(xué)方法去尋找新的輻射定律，使它既在長(zhǎng)波部分射定律，使它既在長(zhǎng)波部分漸近于瑞利定律漸近于瑞利定律，又，又在短波部分在短波部分漸近于維恩定律漸近于維恩定律當(dāng)晚他把當(dāng)晚他把1899年的年的公式加以修改得到了滿足上述要求的公

28、式公式加以修改得到了滿足上述要求的公式普普朗克公式朗克公式（）量子論的誕生）量子論的誕生問(wèn)題：?jiǎn)栴}：普朗克公式為什么在普朗克公式為什么在長(zhǎng)波長(zhǎng)波部分像瑞利公式，部分像瑞利公式，在在短波短波部分像維恩公式？部分像維恩公式？為了尋找普朗克公式的理論根據(jù)，普朗克緊為了尋找普朗克公式的理論根據(jù)，普朗克緊張地工作了兩個(gè)多月，終于發(fā)現(xiàn)要對(duì)這個(gè)公式作張地工作了兩個(gè)多月，終于發(fā)現(xiàn)要對(duì)這個(gè)公式作出合理的解釋，唯一可能的出路是做一個(gè)大膽的出合理的解釋，唯一可能的出路是做一個(gè)大膽的假設(shè)，即物體在發(fā)射和吸收輻射時(shí)，假設(shè)，即物體在發(fā)射和吸收輻射時(shí)，能量不是連能量不是連續(xù)變化的，而是以一定數(shù)量的整數(shù)倍跳躍式地變續(xù)變化的，

29、而是以一定數(shù)量的整數(shù)倍跳躍式地變化化也就是說(shuō)，在輻射的發(fā)射或吸收過(guò)程中，能也就是說(shuō)，在輻射的發(fā)射或吸收過(guò)程中，能量不是無(wú)限可分的，而是有一個(gè)最小的單元這量不是無(wú)限可分的，而是有一個(gè)最小的單元這個(gè)不可分的能量單元，普朗克稱之為個(gè)不可分的能量單元，普朗克稱之為“能量能量”或或“量子量子”它的數(shù)值為它的數(shù)值為hh普朗克恒量輻射頻率1900年年12月月14日，普朗克向德國(guó)物理學(xué)會(huì)宣讀了日，普朗克向德國(guó)物理學(xué)會(huì)宣讀了題為題為關(guān)于正常光譜的能量分布定律的理論關(guān)于正常光譜的能量分布定律的理論一一文，報(bào)告了他的大膽的假設(shè)，文，報(bào)告了他的大膽的假設(shè)，這就是量子論的誕這就是量子論的誕生生（4）“能量子假說(shuō)能量子假

30、說(shuō)”的科學(xué)意義：的科學(xué)意義： “能量子假能量子假說(shuō)說(shuō)”是對(duì)經(jīng)典物理的重大突破，它引起了物理學(xué)是對(duì)經(jīng)典物理的重大突破，它引起了物理學(xué)理論的根本變革，導(dǎo)致了光量子論、玻爾原子結(jié)理論的根本變革，導(dǎo)致了光量子論、玻爾原子結(jié)構(gòu)模型、物質(zhì)波的發(fā)現(xiàn)及量子力學(xué)的創(chuàng)立。構(gòu)模型、物質(zhì)波的發(fā)現(xiàn)及量子力學(xué)的創(chuàng)立。愛(ài)因斯坦的光量子論愛(ài)因斯坦的光量子論（）（）愛(ài)因斯坦簡(jiǎn)介：愛(ài)因斯坦簡(jiǎn)介：（略）（略）（）光量子論（）光量子論：愛(ài)因斯坦于：愛(ài)因斯坦于1905年年3月寫(xiě)了一篇月寫(xiě)了一篇論文論文關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)推測(cè)性的觀關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)推測(cè)性的觀點(diǎn)點(diǎn).在文章中在文章中,愛(ài)因斯坦認(rèn)為能量的不連續(xù)性不僅愛(ài)因斯坦認(rèn)為能

31、量的不連續(xù)性不僅表現(xiàn)在輻射的發(fā)射和吸收過(guò)程中，即使在空間傳表現(xiàn)在輻射的發(fā)射和吸收過(guò)程中，即使在空間傳播過(guò)程中輻射也是不連續(xù)的也是由不可分割的播過(guò)程中輻射也是不連續(xù)的也是由不可分割的一個(gè)個(gè)的能量子組成的即：一個(gè)個(gè)的能量子組成的即：光在傳播過(guò)程中，光在傳播過(guò)程中，能量是不連續(xù)地分布于空間，它是由分立的能量能量是不連續(xù)地分布于空間，它是由分立的能量子組成的子組成的愛(ài)因斯坦把這些能量子稱為愛(ài)因斯坦把這些能量子稱為“光量光量子子”，也稱為，也稱為“光子光子”光子的能量與它對(duì)應(yīng)的光頻率之間的關(guān)系為hE （）光的本質(zhì)：（）光的本質(zhì)：18世紀(jì)世紀(jì),物理學(xué)家們?cè)鴮?duì)此展開(kāi)物理學(xué)家們?cè)鴮?duì)此展開(kāi)一場(chǎng)激烈的爭(zhēng)論一派是以

32、牛頓為代表的微粒一場(chǎng)激烈的爭(zhēng)論一派是以牛頓為代表的微粒說(shuō)另一派是以惠更斯為代表的光的波動(dòng)說(shuō)爭(zhēng)說(shuō)另一派是以惠更斯為代表的光的波動(dòng)說(shuō)爭(zhēng)論的結(jié)果微粒說(shuō)勝利論的結(jié)果微粒說(shuō)勝利19世紀(jì)世紀(jì)，在大量事實(shí)的支，在大量事實(shí)的支持下，光的波動(dòng)說(shuō)又占了統(tǒng)治地位持下，光的波動(dòng)說(shuō)又占了統(tǒng)治地位20世紀(jì)初的世紀(jì)初的1909年年，愛(ài)因斯坦明確提出，愛(ài)因斯坦明確提出,光不僅具有粒子性光不僅具有粒子性,而而且具有波動(dòng)性且具有波動(dòng)性,即即:波粒二象波粒二象性.最終使人們對(duì)光的本質(zhì)有了全面的了解.(4)光電效應(yīng)問(wèn)題光電效應(yīng)問(wèn)題:所謂光電效應(yīng)所謂光電效應(yīng),就是指當(dāng)以一定的就是指當(dāng)以一定的頻率范圍的光頻率范圍的光照射照射金屬表面時(shí)便

33、會(huì)金屬表面時(shí)便會(huì)發(fā)射出電子發(fā)射出電子來(lái)來(lái).對(duì)這一現(xiàn)象的解釋對(duì)這一現(xiàn)象的解釋,光的波動(dòng)說(shuō)無(wú)能為力光的波動(dòng)說(shuō)無(wú)能為力,愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦用光量子論對(duì)其進(jìn)行了輕而易舉的、完美的說(shuō)明，用光量子論對(duì)其進(jìn)行了輕而易舉的、完美的說(shuō)明，用十分簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言徹底地解決了這個(gè)問(wèn)題用十分簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言徹底地解決了這個(gè)問(wèn)題（）光電效應(yīng)的解釋（）光電效應(yīng)的解釋：愛(ài)因斯坦認(rèn)為，光電效：愛(ài)因斯坦認(rèn)為，光電效應(yīng)本質(zhì)上是光子與電子交換能量的表現(xiàn)當(dāng)光子應(yīng)本質(zhì)上是光子與電子交換能量的表現(xiàn)當(dāng)光子撞擊到金屬表面時(shí)，金屬中的電子可以獲得它的撞擊到金屬表面時(shí)，金屬中的電子可以獲得它的全部能量這一能量可分為兩部分，一部分用以全部能量這一能量可分為兩部

34、分，一部分用以克服金屬表面吸引力克服金屬表面吸引力所作的功；另一部分則變?yōu)樗鞯墓?；另一部分則變?yōu)殡娮拥碾娮拥膭?dòng)能動(dòng)能2021mVwh（光電效應(yīng)方程）（）光量子論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（）光量子論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：光量子論是經(jīng)過(guò)美：光量子論是經(jīng)過(guò)美國(guó)兩位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家國(guó)兩位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家米利肯米利肯（18681953)和和康普頓康普頓（18921962)的工作得以確認(rèn)的工作得以確認(rèn).米利肯用了米利肯用了10年時(shí)年時(shí)間檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)公式間檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)公式,結(jié)果同他的結(jié)果同他的“一一切希望相反切希望相反”,光電效應(yīng)公式是成立的光電效應(yīng)公式是成立的.康普頓于康普頓于1922年發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)，并最終認(rèn)識(shí)到

35、這一效應(yīng)年發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)，并最終認(rèn)識(shí)到這一效應(yīng)只能用光量子論來(lái)解釋只能用光量子論來(lái)解釋玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論（）玻爾簡(jiǎn)介（）玻爾簡(jiǎn)介：玻爾：玻爾（18851962）是推廣、應(yīng)用與發(fā)展量）是推廣、應(yīng)用與發(fā)展量子論的又一科學(xué)家。玻爾出生在哥本子論的又一科學(xué)家。玻爾出生在哥本哈根一個(gè)頗有聲望的知識(shí)分子家庭，哈根一個(gè)頗有聲望的知識(shí)分子家庭，祖父是語(yǔ)言學(xué)家，父親是哥本哈根大祖父是語(yǔ)言學(xué)家，父親是哥本哈根大學(xué)生物學(xué)教授。玻爾學(xué)生物學(xué)教授。玻爾18歲進(jìn)入哥本哈歲進(jìn)入哥本哈根大學(xué)物理系學(xué)習(xí)。根大學(xué)物理系學(xué)習(xí)。1911年入英國(guó)劍年入英國(guó)劍橋大學(xué)和曼徹斯特大學(xué)深造，在這里橋大學(xué)和曼徹斯特大學(xué)深造，在

36、這里結(jié)識(shí)了他的良師益友盧瑟福，在他的結(jié)識(shí)了他的良師益友盧瑟福，在他的鼓勵(lì)和幫助下完成了他的原子結(jié)構(gòu)理鼓勵(lì)和幫助下完成了他的原子結(jié)構(gòu)理論。玻爾一直堅(jiān)持量子論這塊陣地，論。玻爾一直堅(jiān)持量子論這塊陣地，成為這場(chǎng)物理學(xué)革命中的風(fēng)云人物以成為這場(chǎng)物理學(xué)革命中的風(fēng)云人物以及這場(chǎng)革命的主力部隊(duì)及這場(chǎng)革命的主力部隊(duì)哥本哈根學(xué)哥本哈根學(xué)派的領(lǐng)導(dǎo)人。派的領(lǐng)導(dǎo)人。（2）盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型）盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型：1911年，他在前人年，他在前人各種模型基礎(chǔ)上，并結(jié)合各種模型基礎(chǔ)上，并結(jié)合 粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)進(jìn)行推測(cè)：原子的正電荷必定要集中在半徑為行推測(cè)：原子的正電荷必定要集中在半徑為1310厘米

37、的范圍內(nèi)，而原子的半徑卻有厘米的范圍內(nèi)，而原子的半徑卻有810這說(shuō)明原子內(nèi)部大部分是空虛的，根據(jù)這一模型他這說(shuō)明原子內(nèi)部大部分是空虛的，根據(jù)這一模型他推出了推出了 粒子散射的公式。這一模型得到了德國(guó)物粒子散射的公式。這一模型得到了德國(guó)物理學(xué)家蓋革（理學(xué)家蓋革（18821945）和英國(guó)物理學(xué)家馬斯登）和英國(guó)物理學(xué)家馬斯登通過(guò)一系列通過(guò)一系列 粒子對(duì)金屬箔的散射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，并粒子對(duì)金屬箔的散射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，并得到公認(rèn)。得到公認(rèn)。厘米。（3）盧瑟福原子模型存在的問(wèn)題）盧瑟福原子模型存在的問(wèn)題:第一第一,未能說(shuō)明未能說(shuō)明電子怎樣繞核運(yùn)動(dòng)電子怎樣繞核運(yùn)動(dòng);第二，不能解釋原子的穩(wěn)定性第二，不能解釋原子的穩(wěn)定

38、性和原子的線狀光譜。和原子的線狀光譜。（4）玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容）玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容：第一第一，1913年，他發(fā)表了三篇關(guān)于年，他發(fā)表了三篇關(guān)于原子和分子的結(jié)構(gòu)原子和分子的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)達(dá)的長(zhǎng)達(dá)71頁(yè)的論文，其中提出了頁(yè)的論文，其中提出了三條假設(shè)三條假設(shè)：電子只能在一些特定的圓形軌道上繞原子核運(yùn)電子只能在一些特定的圓形軌道上繞原子核運(yùn)行行,在這些軌道上在這些軌道上,電子的角動(dòng)量是電子的角動(dòng)量是的整數(shù)倍。不同軌道的電子能量不同。的整數(shù)倍。不同軌道的電子能量不同。電子在特定軌道上運(yùn)行時(shí)，既不發(fā)射能量，也電子在特定軌道上運(yùn)行時(shí)，既不發(fā)射能量，也不吸收能量，是穩(wěn)定的，玻爾稱這種狀態(tài)為不吸收

39、能量，是穩(wěn)定的，玻爾稱這種狀態(tài)為定態(tài)定態(tài)。2h當(dāng)電子從高能量的軌道（定態(tài)）當(dāng)電子從高能量的軌道（定態(tài)）“躍遷躍遷”到較到較低能量的軌道時(shí)，就要發(fā)出輻射，輻射的頻率滿低能量的軌道時(shí)，就要發(fā)出輻射，輻射的頻率滿足下列關(guān)系式：足下列關(guān)系式：21EEh反之，如果電子從低能量的軌道反之，如果電子從低能量的軌道“躍遷躍遷”到高能到高能量的軌道時(shí)，就是輻射的吸收過(guò)程。量的軌道時(shí)，就是輻射的吸收過(guò)程。第二，第二，玻爾不僅用玻爾不僅用“定態(tài)定態(tài)”、“躍遷躍遷”概念成功概念成功地解釋了原子的穩(wěn)定性，而且用自己的理論對(duì)簡(jiǎn)地解釋了原子的穩(wěn)定性，而且用自己的理論對(duì)簡(jiǎn)單的氫原子結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)的計(jì)算，所得結(jié)果與光單的氫原子結(jié)

40、構(gòu)作了詳細(xì)的計(jì)算，所得結(jié)果與光譜分析所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全符合，使長(zhǎng)期以來(lái)一譜分析所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全符合，使長(zhǎng)期以來(lái)一直無(wú)法解釋的經(jīng)驗(yàn)公式得到了統(tǒng)一的理論解釋。直無(wú)法解釋的經(jīng)驗(yàn)公式得到了統(tǒng)一的理論解釋。玻爾理論被愛(ài)因斯坦譽(yù)為玻爾理論被愛(ài)因斯坦譽(yù)為“最偉大的發(fā)現(xiàn)之一最偉大的發(fā)現(xiàn)之一”。玻爾也因此獲得了玻爾也因此獲得了1922年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。（5）玻爾理論的局限性）玻爾理論的局限性：玻爾沒(méi)有完全拋棄經(jīng)典：玻爾沒(méi)有完全拋棄經(jīng)典物理的力場(chǎng)。其表現(xiàn)為：物理的力場(chǎng)。其表現(xiàn)為：第一第一，他仍然把微觀粒，他仍然把微觀粒子當(dāng)作古典力學(xué)的質(zhì)點(diǎn)，仍然采用軌道概念，并子當(dāng)作古典力學(xué)的質(zhì)點(diǎn)，仍然采用軌

41、道概念，并用古典理論來(lái)計(jì)算軌道半徑。用古典理論來(lái)計(jì)算軌道半徑。第二第二，他的理論還，他的理論還不能很好地解釋比氫原子更復(fù)雜的原子譜線。不能很好地解釋比氫原子更復(fù)雜的原子譜線。德布羅意的物質(zhì)波理論德布羅意的物質(zhì)波理論（）德布羅意簡(jiǎn)介（）德布羅意簡(jiǎn)介：路易路易德布德布羅意羅意（1892189219871987年）生于法國(guó)年）生于法國(guó)塞納河畔迪埃普，出身于貴族，塞納河畔迪埃普，出身于貴族，中學(xué)畢業(yè)后，他進(jìn)入巴黎大學(xué)學(xué)中學(xué)畢業(yè)后，他進(jìn)入巴黎大學(xué)學(xué)習(xí)，最初學(xué)習(xí)歷史、法律，習(xí)，最初學(xué)習(xí)歷史、法律，19101910年獲學(xué)士學(xué)位。年獲學(xué)士學(xué)位。德布羅意-法國(guó)在學(xué)習(xí)期間受到他的哥哥在學(xué)習(xí)期間受到他的哥哥莫里斯莫

42、里斯德布羅意德布羅意研究研究X X射線射線的影響，對(duì)科學(xué)發(fā)生興趣，的影響，對(duì)科學(xué)發(fā)生興趣，大學(xué)畢業(yè)后大學(xué)畢業(yè)后改學(xué)物理，改學(xué)物理，19131913年獲得年獲得“科學(xué)證書(shū)科學(xué)證書(shū)”。第一次世界大戰(zhàn)期間，。第一次世界大戰(zhàn)期間，在埃菲爾鐵塔上的軍用無(wú)線電報(bào)站服役六年。戰(zhàn)后，在埃菲爾鐵塔上的軍用無(wú)線電報(bào)站服役六年。戰(zhàn)后，他重新鉆研物理并在他哥哥的實(shí)驗(yàn)室參加實(shí)驗(yàn)研究工他重新鉆研物理并在他哥哥的實(shí)驗(yàn)室參加實(shí)驗(yàn)研究工作。作。19241924年獲巴黎大學(xué)科學(xué)博士學(xué)位，年獲巴黎大學(xué)科學(xué)博士學(xué)位，19281928年任巴年任巴黎大學(xué)理論物理教授，黎大學(xué)理論物理教授，19291929年獲得了年獲得了諾貝爾物理學(xué)諾貝爾

43、物理學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)，19331933年被選為法國(guó)科學(xué)院院士。他研究物質(zhì)波年被選為法國(guó)科學(xué)院院士。他研究物質(zhì)波是受了愛(ài)因斯坦光量子論的啟發(fā)，他在晚年回憶中說(shuō)：是受了愛(ài)因斯坦光量子論的啟發(fā)，他在晚年回憶中說(shuō)：“經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的孤寂的思索和遐想之后，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的孤寂的思索和遐想之后，在19231923年，我年，我驀然想到：愛(ài)因斯坦在驀然想到：愛(ài)因斯坦在19051905年間作出的發(fā)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)加年間作出的發(fā)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)加以推廣，使它擴(kuò)展到包括一切物質(zhì)粒子，尤其是電子。以推廣，使它擴(kuò)展到包括一切物質(zhì)粒子，尤其是電子。（2）德布羅意的物質(zhì)波思想）德布羅意的物質(zhì)波思想：他認(rèn)為愛(ài)因斯坦的：他認(rèn)為愛(ài)因斯坦的光量子論公式光量子論公式h

44、E 不僅適用于光子，也適用于電子，也就是說(shuō)，電子不僅適用于光子，也適用于電子，也就是說(shuō)，電子不僅具有粒子性，也具有波動(dòng)性。它的波長(zhǎng)為：不僅具有粒子性，也具有波動(dòng)性。它的波長(zhǎng)為：)(107厘米mhph注：注：v為電子在為電子在1伏特電位差的電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速伏特電位差的電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度第二，他預(yù)言，電子穿過(guò)小孔時(shí)，會(huì)像光一樣顯第二，他預(yù)言，電子穿過(guò)小孔時(shí)，會(huì)像光一樣顯現(xiàn)出衍射現(xiàn)象，第三，他還進(jìn)一步提出，關(guān)于自現(xiàn)出衍射現(xiàn)象，第三，他還進(jìn)一步提出，關(guān)于自由粒子的新的動(dòng)力學(xué)和舊的動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系，由粒子的新的動(dòng)力學(xué)和舊的動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系，完全同波動(dòng)光學(xué)和幾何光學(xué)之間的關(guān)系一樣完全同波動(dòng)光學(xué)和幾何光學(xué)之間的

45、關(guān)系一樣（3）微觀粒子的波粒二象性）微觀粒子的波粒二象性：德布羅意預(yù)言的電：德布羅意預(yù)言的電子波具有衍射現(xiàn)象，子波具有衍射現(xiàn)象，1927年經(jīng)美國(guó)的戴維遜年經(jīng)美國(guó)的戴維遜（18811958）和英國(guó)物理學(xué)家）和英國(guó)物理學(xué)家G.P.湯姆遜湯姆遜(18921975)所證實(shí)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子和光子一樣，所證實(shí)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子和光子一樣，不僅具有粒子性，而且具有波動(dòng)性。后來(lái)很多實(shí)驗(yàn)不僅具有粒子性，而且具有波動(dòng)性。后來(lái)很多實(shí)驗(yàn)都證實(shí)，不僅電子而且質(zhì)子、原子、分子都具有波都證實(shí)，不僅電子而且質(zhì)子、原子、分子都具有波動(dòng)性。動(dòng)性。8.量子力學(xué)的的創(chuàng)立量子力學(xué)的的創(chuàng)立（一）海森堡的矩陣力學(xué)和測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系（一）海森堡的矩

46、陣力學(xué)和測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系（1）海森堡簡(jiǎn)介）海森堡簡(jiǎn)介：德國(guó)青年物理：德國(guó)青年物理學(xué)家海森堡（學(xué)家海森堡（19011976）早年就）早年就讀于慕尼黑大學(xué)和哥廷根大學(xué)，讀于慕尼黑大學(xué)和哥廷根大學(xué)，1923年獲博士學(xué)位后，于年獲博士學(xué)位后，于19241927年在哥本哈根物理研究年在哥本哈根物理研究所深造，在玻爾的領(lǐng)導(dǎo)下從事量子所深造，在玻爾的領(lǐng)導(dǎo)下從事量子論的研究工作，在德布羅意之后創(chuàng)論的研究工作，在德布羅意之后創(chuàng)立了矩陣力學(xué)，提出了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。立了矩陣力學(xué)，提出了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。1932年因提出原子核是由質(zhì)子和中年因提出原子核是由質(zhì)子和中子組成的理論，獲得了諾貝爾物理子組成的理論，獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，晚年

47、至力于統(tǒng)一場(chǎng)論的研究。學(xué)獎(jiǎng)，晚年至力于統(tǒng)一場(chǎng)論的研究。海森堡-德國(guó)（2）玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論的局限）玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論的局限：海森堡在考察：海森堡在考察了玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論后，認(rèn)為玻爾的軌道假說(shuō)是了玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論后，認(rèn)為玻爾的軌道假說(shuō)是一個(gè)不可觀察的假說(shuō)，實(shí)驗(yàn)依據(jù)不足，可以說(shuō)是虛一個(gè)不可觀察的假說(shuō)，實(shí)驗(yàn)依據(jù)不足，可以說(shuō)是虛構(gòu)的。構(gòu)的。第一第一，如果電子確實(shí)有軌道的話，應(yīng)當(dāng)在原，如果電子確實(shí)有軌道的話，應(yīng)當(dāng)在原子的定態(tài)特性和輻射特性中表現(xiàn)出來(lái)，但是任何實(shí)子的定態(tài)特性和輻射特性中表現(xiàn)出來(lái)，但是任何實(shí)驗(yàn)都不能說(shuō)明電子按一定軌道運(yùn)行。驗(yàn)都不能說(shuō)明電子按一定軌道運(yùn)行。第二第二，在觀察，在觀察中，人們只

48、知道原子所發(fā)出的光的頻率和強(qiáng)度這兩中，人們只知道原子所發(fā)出的光的頻率和強(qiáng)度這兩個(gè)觀察量。個(gè)觀察量。（3）海森堡的矩陣力學(xué)的建立）海森堡的矩陣力學(xué)的建立：海森堡大膽地拋：海森堡大膽地拋棄了軌道概念，在可觀察到的原子發(fā)出的光的頻棄了軌道概念，在可觀察到的原子發(fā)出的光的頻率和強(qiáng)度這些光學(xué)量的基礎(chǔ)上，以代數(shù)為工具，率和強(qiáng)度這些光學(xué)量的基礎(chǔ)上，以代數(shù)為工具，提出了一套數(shù)學(xué)方案，后經(jīng)哥廷根大學(xué)物理學(xué)家提出了一套數(shù)學(xué)方案，后經(jīng)哥廷根大學(xué)物理學(xué)家玻恩玻恩（18821970）和他的學(xué)生）和他的學(xué)生約爾丹約爾丹用數(shù)學(xué)的矩用數(shù)學(xué)的矩陣方法把海森堡的思想發(fā)展成系統(tǒng)的理論，即陣方法把海森堡的思想發(fā)展成系統(tǒng)的理論，即矩矩

49、陣力學(xué)陣力學(xué)。（4）海森堡提出的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系）海森堡提出的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系：海森堡認(rèn)為，在：海森堡認(rèn)為，在微觀世界中，對(duì)于質(zhì)量極小的粒子微觀世界中，對(duì)于質(zhì)量極小的粒子 來(lái)說(shuō)，每次觀來(lái)說(shuō)，每次觀察都意味著對(duì)它們行為的重大干涉；宏觀儀器對(duì)察都意味著對(duì)它們行為的重大干涉；宏觀儀器對(duì)微觀粒子微觀粒子 的干擾不可忽視，也無(wú)法控制，測(cè)量的的干擾不可忽視，也無(wú)法控制，測(cè)量的結(jié)果同粒子的原來(lái)狀態(tài)不完全相同，事實(shí)同測(cè)量結(jié)果同粒子的原來(lái)狀態(tài)不完全相同，事實(shí)同測(cè)量本身直接相關(guān)，于是他提出了本身直接相關(guān)，于是他提出了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。目前測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系已被認(rèn)為是微觀粒子的目前測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系已被認(rèn)為是微觀粒子的客觀客觀特性特性，是

50、表明微觀粒子，是表明微觀粒子基本性質(zhì)的一個(gè)重要原理基本性質(zhì)的一個(gè)重要原理，決不僅僅是當(dāng)初所想的測(cè)量手段問(wèn)題了。決不僅僅是當(dāng)初所想的測(cè)量手段問(wèn)題了。(二)薛定鄂的波動(dòng)力學(xué)(1)薛定鄂簡(jiǎn)介薛定鄂簡(jiǎn)介:薛定鄂薛定鄂(18871961)是奧地是奧地利物理學(xué)家利物理學(xué)家.其父是企業(yè)家其父是企業(yè)家,母親是教授的女母親是教授的女兒兒,研究過(guò)化學(xué)研究過(guò)化學(xué).薛定鄂是獨(dú)生子薛定鄂是獨(dú)生子,其父是他其父是他的的“朋友、老師和不倦的談話伙伴朋友、老師和不倦的談話伙伴”。薛。薛定鄂早年就讀于維也納大學(xué)，他興趣廣泛，定鄂早年就讀于維也納大學(xué)，他興趣廣泛，多才多藝，喜歡語(yǔ)法、詩(shī)歌、戲劇，特別多才多藝，喜歡語(yǔ)法、詩(shī)歌、戲劇

51、，特別傾心于數(shù)學(xué)和物理，是一位能說(shuō)傾心于數(shù)學(xué)和物理，是一位能說(shuō)4種語(yǔ)言，種語(yǔ)言，出過(guò)詩(shī)集的科學(xué)家。出過(guò)詩(shī)集的科學(xué)家。（2）薛定鄂方程：在愛(ài)因斯坦光量子論和德布羅）薛定鄂方程：在愛(ài)因斯坦光量子論和德布羅意的物質(zhì)波思想的啟發(fā)下，試圖找一個(gè)更為普遍的意的物質(zhì)波思想的啟發(fā)下，試圖找一個(gè)更為普遍的理論，于是他將德布羅意的物質(zhì)波理論進(jìn)行推廣，理論，于是他將德布羅意的物質(zhì)波理論進(jìn)行推廣，最終找到了一個(gè)普遍適用的公式。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：最終找到了一個(gè)普遍適用的公式。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：0)(8)(22222222VWhmzyx注：注：式中，式中，m為粒子的質(zhì)量，為粒子的質(zhì)量，w為粒子的總能量，為粒子的總能量，V為粒

52、子位于空間（為粒子位于空間（x,y,z)點(diǎn)時(shí)的位能，點(diǎn)時(shí)的位能， 為波函數(shù)。為波函數(shù)。（3）薛定鄂方程的意義）薛定鄂方程的意義：它深刻地揭示了微觀客：它深刻地揭示了微觀客體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提供了系統(tǒng)的、定量的處理原子結(jié)體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提供了系統(tǒng)的、定量的處理原子結(jié)構(gòu)問(wèn)題的理論，是原子物理中應(yīng)用最廣的公式。構(gòu)問(wèn)題的理論，是原子物理中應(yīng)用最廣的公式。(4)量子力學(xué)創(chuàng)立的重大意義量子力學(xué)創(chuàng)立的重大意義:量子力學(xué)從普朗克開(kāi)量子力學(xué)從普朗克開(kāi)始始,經(jīng)過(guò)愛(ài)因斯坦、玻爾、德布羅意、海森堡、薛經(jīng)過(guò)愛(ài)因斯坦、玻爾、德布羅意、海森堡、薛定鄂、狄拉克等人的努力，于定鄂、狄拉克等人的努力，于20世紀(jì)世紀(jì)30年代形成年代形成

53、一種完整的理論體系一種完整的理論體系,成為適用于自然界一切微觀成為適用于自然界一切微觀領(lǐng)域的普遍適用的理論領(lǐng)域的普遍適用的理論,它從根本上改變了經(jīng)典物它從根本上改變了經(jīng)典物理觀念理觀念,為物理學(xué)的發(fā)展開(kāi)辟了廣闊的前景。為物理學(xué)的發(fā)展開(kāi)辟了廣闊的前景。第三節(jié)相對(duì)論的創(chuàng)立第三節(jié)相對(duì)論的創(chuàng)立一一“以太漂移以太漂移”實(shí)驗(yàn)和相對(duì)論的先驅(qū)實(shí)驗(yàn)和相對(duì)論的先驅(qū)1.“以太以太”:該詞原于希臘該詞原于希臘,意思為高空意思為高空.1664年年笛卡爾笛卡爾首先把它用于科學(xué)首先把它用于科學(xué);胡克胡克、惠更斯惠更斯等人都假設(shè)等人都假設(shè)“以以太太”存在，并用以解釋光學(xué)現(xiàn)象；存在，并用以解釋光學(xué)現(xiàn)象；19世紀(jì)，科學(xué)家世紀(jì)，科

54、學(xué)家們把它當(dāng)做光、電、磁現(xiàn)象的傳播媒介而上升為物們把它當(dāng)做光、電、磁現(xiàn)象的傳播媒介而上升為物理學(xué)的中心研究課題，其代表人物為理學(xué)的中心研究課題，其代表人物為開(kāi)爾文開(kāi)爾文，該學(xué)，該學(xué)派認(rèn)為，派認(rèn)為，“以太以太”是一種有彈性、可壓縮的無(wú)引力、是一種有彈性、可壓縮的無(wú)引力、靜止的固體靜止的固體。牛頓、麥克斯韋。牛頓、麥克斯韋都借助于都借助于“以太以太”來(lái)來(lái)完成他們的理論體系。完成他們的理論體系。2“以太以太”遇到的困難遇到的困難：其一，既然：其一，既然“以太以太”是是彈性固體，那么，行星沉浸在彈性固體，那么，行星沉浸在“以太以太”中進(jìn)行運(yùn)中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)總會(huì)受到阻滯作用，但是動(dòng)總會(huì)受到阻滯作用，但是天文觀

55、測(cè)卻從沒(méi)有察天文觀測(cè)卻從沒(méi)有察覺(jué)出覺(jué)出天體受到這種阻滯作用。其二，既然靜止的天體受到這種阻滯作用。其二，既然靜止的“以太以太”充滿了宇宙空間，那么，處于充滿了宇宙空間，那么，處于“以太以太”海洋中的地球要以每秒海洋中的地球要以每秒30公里的速度繞太陽(yáng)運(yùn)行，公里的速度繞太陽(yáng)運(yùn)行，勢(shì)必受到勢(shì)必受到“以太以太”的阻力，地球上的的阻力，地球上的人就應(yīng)該感人就應(yīng)該感到有每秒到有每秒30公里的公里的“以太風(fēng)以太風(fēng)”迎面吹來(lái)迎面吹來(lái)。相對(duì)論就誕生于對(duì)相對(duì)論就誕生于對(duì)“以太以太”遇到的困難的克遇到的困難的克服之中服之中。3尋找尋找“以太以太”：18761887年，美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理年，美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家學(xué)家邁克爾遜邁

56、克爾遜（18521931）在美國(guó)化學(xué)家、物理）在美國(guó)化學(xué)家、物理學(xué)家學(xué)家莫雷莫雷的協(xié)助下，作了搜索的協(xié)助下，作了搜索“以太風(fēng)以太風(fēng)”的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)邁克爾遜邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)?zāi)讓?shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的精確度高達(dá)。該實(shí)驗(yàn)的精確度高達(dá)40億億分之一，觀察了分之一，觀察了5年，年，絲毫沒(méi)有絲毫沒(méi)有“以太漂移以太漂移”跡象跡象。4“以太以太”的命運(yùn)的命運(yùn)：假如放棄：假如放棄“以太以太”說(shuō)說(shuō),又難以又難以解釋麥克斯韋的電磁波理論解釋麥克斯韋的電磁波理論;假如承認(rèn)假如承認(rèn)“以太以太”說(shuō)說(shuō),又找不到證據(jù)又找不到證據(jù).對(duì)此科學(xué)家們采取了兩種不同的態(tài)對(duì)此科學(xué)家們采取了兩種不同的態(tài)度：度：一派仍維護(hù)一派仍維護(hù)“以太以太”假說(shuō)

57、假說(shuō)，但要找一個(gè)辦法，但要找一個(gè)辦法能使其自圓其說(shuō)，兩全其美；能使其自圓其說(shuō)，兩全其美；另一派則拋棄另一派則拋棄“以以太太”說(shuō)說(shuō)，另辟蹊徑。但兩派的工作結(jié)果實(shí)際上趨，另辟蹊徑。但兩派的工作結(jié)果實(shí)際上趨于一至。于一至。維護(hù)維護(hù)“以太以太”說(shuō)說(shuō)的科學(xué)家有荷蘭物理學(xué)家的科學(xué)家有荷蘭物理學(xué)家洛洛倫茲倫茲（18531928）及愛(ài)爾蘭物理家家）及愛(ài)爾蘭物理家家斐茲杰惹斐茲杰惹（18511901）等人。）等人。主張拋棄主張拋棄“以太以太”說(shuō)說(shuō)的科學(xué)的科學(xué)家有家有彭加勒彭加勒（18541921）和）和愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦。二狹義相對(duì)論（新時(shí)空觀）的創(chuàng)立二狹義相對(duì)論（新時(shí)空觀）的創(chuàng)立兩個(gè)基本假設(shè)兩個(gè)基本假設(shè)：第一個(gè)假設(shè)是：第一個(gè)假設(shè)是相對(duì)性原理相對(duì)性原理，即物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變與選擇任何一個(gè)參照系無(wú)即物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變與選擇任何一個(gè)參照系無(wú)關(guān)；第二個(gè)假設(shè)是關(guān)；第二個(gè)假設(shè)是光速不變?cè)砉馑俨蛔冊(cè)恚磳?duì)任何一個(gè)，即對(duì)任何一個(gè)參照系而言，光速都是相同的。參照系而言，光速都是相同的。愛(ài)因斯坦從兩個(gè)基本假設(shè)及愛(ài)因斯坦從兩個(gè)基本假設(shè)及“同時(shí)性同時(shí)性”的的相相對(duì)性對(duì)性出發(fā)，得出了新的結(jié)論出發(fā)，得出了新的結(jié)論狹義相對(duì)論。狹義相對(duì)論。狹義相對(duì)論第一第一，一個(gè)物體相對(duì)于觀察者是靜止的時(shí)候，它，一個(gè)物體相對(duì)于觀察者是靜止的時(shí)候，它的長(zhǎng)度測(cè)量值最大；如果相對(duì)于觀察者以速度的長(zhǎng)度測(cè)量值最大；如果相對(duì)于觀察者