微观世界及其探索)

微观世界及其探索

揭开研究微观世界序幕的三大发现一、X射线的发现二、放射性的发现三、电子的发现一、X射线的发现 1.阴极射线的发现及其本性的争论1858年德国物理学家普吕克尔发现阴极射线2.德国学派：波动格尔斯坦（Goldstein），赫兹（Hertz）、勒纳德（Lenard）实验表明，从铝窗发出的射线和放电管内的射线具有相同的性质，即它们都能激发荧光，都可被磁铁偏转等等。这个发现使勒纳取得了一系列丰硕的实验成果。他进一步证明了阴极射线有某些化学效应，例如使照相底片感光、使空气变成臭氧、使气体电离导电等等。还发现射线在气体中散射，散射随气体的密度而增加；射线对不同物体的穿透本领不同，吸收率和物体密度有直接的关系。勒纳证明了阴极射线即使在真空中也带负电，还发现阴极射线有不同的类型，它们在磁场中偏转的程度不同。勒纳对阴极射线的研究成果，不仅增加了

人们对这些现象的了解，而且在许多方面都成为以后电子论发展的基础。尤其是勒纳关于阴极射线可存在于放电管外的这一发现，开辟了物理学研究的新领域，它促进了对其它远未弄清的类似射线源的研究。鉴于勒纳的研究工作的科学价值和它的开创性意义，瑞典皇家科学院决定授予他1905年的诺贝尔物理学奖。英国学派：粒子流克鲁克斯（Crookes）、汤姆孙英国皇家学会会员化学家兼物理学家威廉·克鲁克斯克鲁克斯为了搞清楚阴极

射线究竟是什么，他制作了各种形状的阴极射线管，并进行了很多实验，其中有一个现象使他异常激动。他在1879年英国的一次物理学讨论会上演示了他的这一最新发现玻璃管中是高度稀薄的空气，带负电的阴极产生阴极射线，一个用薄云母片制成的十字放在射线的途中，射线在阴极对面的玻璃管壁上出现了形状清晰的十字形，这是十字形云母片投下的影子。影子的形状证明了荧光是由于阴极沿直线发射出的某种东西引起的，而薄云母片把它们挡住了。这些都是在场的物理学家们早就知道的。就在这时，克鲁克斯爵士拿起一块马蹄形磁铁跨置在管子的中部，奇迹出现了，十字形的阴影发生了偏移！克鲁克斯爵士得意地说：“由此可见，阴极射线根本不是光线，而是一种带电的原子。否则，它们怎么会受到磁场的影响呢? ”阴极射线不是光线而是带电粒子!在座的科学家们都震惊了。

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。他取来各种不同的物品，包括书本、木板、铝片等等，放在放电管和荧光屏之间，发现不同的物品效果很不一样。1895年12月22日，他邀请夫人来到实验室，用他夫人的手拍下了第一张人手X射线照片1895年12月28日，他以通信方式将这一发现公之于众。题为《一种新射线（初步报告）》1896年内，关于X射线论文1000余篇。X射线发现三个月维也纳医院首次对人体拍照。1901年，伦琴获首届诺贝尔物理奖，他是当之无愧的。

1880年，哥尔茨坦（德）1887年，克鲁克斯（英）1890年，古茨彼德（美1895年，斯密士（英）

“当真理碰到鼻子尖的时候，还是没有得到真理”的人----恩科斯

1880年，德国物理学家哥尔茨坦在研究阴极射线时就注意到阴极射线管壁上会发出一种特殊的辐射，使管外的荧光屏发光，由于哥尔茨坦一心要证明阴极射线的以太说，他认为荧光屏发出这样一种特殊的荧光，正是以太说的一个证据。他到此也就心满意足了，没有想进一步追查根源，当然也就错过了发现X射线的机会。1895年前，很多人就已经知道照相底片不能存放在阴极射线装置旁边，否则有可能变黑。例如，英国牛津有一位物理学家叫斯密士（F.Smith），他发现保存在盒中的底片变黑了，这个盒子就搁在克鲁克斯放电管附近。他只是叫助手把底片放到别的地方保存，而没有认真追究原因。1887年，克鲁克斯（W. Crookes）也曾发现过类似现象。他把变黑的底片退还厂家，认为是底片质量有问题。1894

年，J.J.汤姆生在测阴极射线速度时，就有观察到X射线的记录。他没有工夫专注于这一偶然现象，但在论文中如实地作了报道。他写道：“我察觉到在放电管几英尺远处的普通德制玻璃管道中发出荧光，可是在这一情况下，光要穿过真空管壁和相当厚的空气层才能达到荧光体。”勒纳德是研究阴级射线的权威学者之一，他在从事研究不同物质对阴极射线的吸收时，也“遇见过”X射线,他大概是由于荧光屏涂的是一种只对阴极射线敏感的材料而未获明确结论。但他绐终对伦琴占了发现的优先权而耿耿于怀。甚至1905年他获诺贝尔物理奖时还说：“其实，我曾经做过好几个观测，当时解释不了，准备留待以后研究，不幸没有及时开始，这一定是波动辐射的轨迹的效应。”

二、放射性的发现X射线发现后，1896年初在彭加勒建议下贝克勒尔开始试验荧光物质在强光照射下，会不会在发荧光的同时伴随有X射线。贝克勒尔拿两张厚黑纸，把感光底片包得很严实，即使放在太阳底下晒一天，也不会使底片感光。然后，他把铀盐放在黑纸包好的底片上，又让太阳晒几小时，底片显示了黑影。为了证实是射线在起作用，他特意在黑纸包和铀盐间夹一层玻璃，再放到太阳下晒。如果是由于某种化学作用或热效应，隔一层玻璃就应该排除，可是仍然出现了黑影。1896年2月24日，向法国科学院报告了实验结果。又过了几天，贝克勒尔正准备进一步探讨这种新现象，巴黎却连日天阴，无法晒太阳，他只好把所有器材包括包好的底片和铀盐都搁在同一抽屉里。也许是出于职业上的某种灵感，贝克勒尔突然产生了一个念头，想看看即使不经太阳照晒，底片会不会也有变黑的现象。于是他把底片洗了出来。哪里想到，底片上的黑影真的十分明显。他仔细检查了现场，肯定这些黑影是铀盐作用的结果。这种射线跟荧光完全无关，铀元素自身发出的一种射线1898年居里夫妇研究放射性，与贝克勒尔一起分享1903年诺贝尔物理学奖。居里夫人又因发现镭和钋荣获1911年诺贝尔化学奖。

在像居里夫人这样一位崇高人物结束她的一生的时候，我们不要仅仅满足于回忆她的工作成果对人类作出的贡献。第一流人物对于时代和历史进程的意义，在其道德品质方面，也许比单纯的才智成就方面还要大。我幸运地同居里夫人有20年崇高而真挚的友谊.我对她的人格伟大愈来愈感到钦佩.她的坚强、她的意志、她的严与律己、她的客观、她的公正、所有这一切都难得地集中在她一个人身上.

1898年卢瑟福研究放射性，发现α、β射线，获1908年诺贝尔化学奖。

三、电子的发现1897年，发现电子1906年诺贝尔物理学奖获得者---J.J.汤姆生英国人J.J.汤姆生敏锐地抓住X射线这一新生事物，用X射线轰击气体。从X射线能使气体电离的现象中他更加深刻地认识到阴极射线的粒子性，决心以实验来证实这一特性。为此，他做了如下实验1. 测阴极射线的电荷。2. 使阴极射线在静电场中偏转。3. 测阴极射线的荷质比。最后得到阴极射线微粒的质荷比为10-11千克／库仑, 比氢离子的质荷比10-8千克／库仑

小千倍。

阴极射线、β射线，都是电子组成的；不论是由于强电场的电离、正离子的轰击、紫外光的照射、金属受灼热、还是放射性物质的自发辐射，都发射出同样的带电粒子--电子。这种带电粒子比原子小千倍，可见，电子是原子的组成部分，是物

质的更基本的单元。

原子核的结构：一、中子的发现

1920年，卢瑟福就在著名的贝克尔演讲（Bakerian Lecture）中做出中子存在的理论预言。为了检验卢瑟福的假说，卡文迪什实验室从1921年就开始了实验工作。正当查德威克着手进一步开展探讨中子的研究时，柏林的玻特（Ｗ.Bothe）和巴黎的约里奥-居里夫妇（Joliot-Curies）相继发表了他们的实验结。玻特是德国著名物理学家，曾在盖革的研究所里工作。从1928年起，玻特和他的学生贝克尔（H.Becker）用钋发射的α粒子轰击一系列轻元素，发现α粒子轰击铍时，会使铍发射穿透能力极强的中性射线，强度比其它元素所得