十九世纪物理学的成就和危机 PPT

美国科学家密立根（R. A. Millikan，1868-1953） 在1909-1917年间利用有名 的油滴实验测得了 e 的值， 他以严谨的科学态度和追求 精确的测量而受到人们的赞 誉。
• 1909年密立根油滴实验证明一切荷电物质都只 能带有e的整数倍的电量。
• 阴极射线粒子所带的电量 e 是电荷的最小单位。
可以说，现代物理学是从1895年德国物理学家 伦琴发现X射线开始的。
• 从1914到1924年中，就有五位物理学家（劳厄，布拉格父子，巴克拉， 西格本）在研究X射线及其应用方面获得了诺贝尔物理学奖。
• 1953—1959年，小布拉格的两位助手佩鲁茨和肯德罗，用改进了的X射 线分析法测定了肌红蛋白及血红蛋白的分子结构，为此获得1962年的诺贝 尔化学奖。
第四章 十九世纪物理学的成就和危机
开尔文
麦克斯韦 伦琴
J. J.汤姆孙
居里夫人 贝克勒尔
本章内容
• 经典物理框架的完善 • 世纪之交物理学的三大发现 • 世纪之交的两朵乌云
经典物理框架的完善
19世纪物理学发展的特征
一．联系和转化的思想在物理学理论中的深刻体现，是19世纪物理学观 念上最明显的变革之一。 二．实验和数学方法更全面、深入地推广到物理学的各个学科中去，
电子的发现再一次否定了原子不可分的观念。
J. J. 汤姆逊由于发现电子 而于1906年荣获诺贝尔物理 学奖。
J. J. 汤姆逊被誉为“一位 最先打开通向基本粒子物理 学大门的伟人”
诱发人类进入电子科技时代。
现在人类进入微电子科技时代。
二.X射线的发现
德国维尔茨堡大学校长、 物理学家伦琴（W. K. Rontgen，1845-1923）
J. J. 汤姆逊
1856年12月18日生于 英国。
1884年任卡文迪许 实验室教授。
1886年，J. J. 汤姆逊 开始研究气体放电和 阴极射线。
测量核质比
FE B
-
FB
设粒子的质量为m，所带电荷为e。
电场力：
F电
eE
eV d
磁场力：
F磁 evB
v E B
撤去磁场，测出射线在平板电场右端出口处的横向偏转值S
S 1 at 2
2
S
-
加速度由牛顿第二定律得到
L
F电 eE ma
荷质比：
e 2ES m L2B2
阴极射线粒子的“荷质比”为：
e 2VS m dL2B2
1.71011
C kg1
该荷质比约为氢离子荷质比的2000倍
J. J. 汤姆逊由此断定： 这种粒子应是电极材料原子的基本组成部分
e 值最有说服力的测定
世纪之交物理学的三大发现
一.电子的发现
德国物理学家普鲁克（J. Plueker，1801-1868）于1858年利用 盖斯勒放电管研究气体放电时发现了对着阴极的管壁上出现了美丽 的绿色光辉。
1876年德国物理学家哥尔德斯 坦证实这种绿色光辉是由阴极上 所产生的某种射线射到玻璃上产 生的，他把这种射线命名为 “阴 极射线”。
三大发现揭开了现代物理学的序幕！
世纪之交的两朵乌云
开尔文：“在物理学晴朗天空的远处，还存在两朵 小小的、令人不安的乌云”。
两朵乌云:
搜寻“以太”存在证据的迈克耳孙–莫雷实验 研究物体热辐射性质的“黑体辐射”实验
3.1 “以太漂移”的探索
一．“超距作用”与“媒递作用”
牛顿的“超距作用” 观点：作用力以无限大的速度 “超”越空间“距”离，一下子从一个物体传到另一 个物体 。 笛卡儿的“媒递作用”：这种作用是由一种相应的 媒质“以太”来传递的。
• 1962年诺贝尔生理学奖及医学奖授予英国生物物理学家克里克、威尔金 森、美国生物学家沃森，表彰他们发现DNA的双螺旋结构，这是20世纪生物 学的最伟大成就，他们依靠的也是X射线分析法。
三.放射性的发现
1896年，法国物理学 家贝克勒尔（Becquerel, 1852-1908）在对一种 荧光物质（硫酸钾铀）进 行研究时发现了天然放射 线。
贝克勒尔射线
玛丽·居里（M. S. Curie，1867-1934）
居里夫人从1897年开始直 至1934年逝世的38年科学生 涯中，她以惊人的毅力、顽强 的意志、高度的智慧全心投入 放射性研究，发现了放射性元 素“镭”和“钋”。1910年 完成了她的名著《论放射性》。
• 1903年，居里夫妇和贝克 勒尔共享了诺贝尔物理奖。
伦琴在给孔特（A. Kundt， 1839-1894）的信中说：
我终于发现了一种光， 我不知道是什么光，无以 名之，就把它叫做X光吧。
伦琴的实验室
X射线是由高 速电子撞击物体时 产生，从本质上它 和可见光一样，是 一种电磁波，它的 波长约为：
-
+
KHale Waihona Puke Baidu
A
0.001~0.01(nm)
伦琴荣获1901年诺贝尔物理奖，成为诺贝尔物 理奖的第一个获奖者。
是19世纪物理学研究方法的发展特征。
三．科学假设和物理模型的方法在19世纪的物理探索中有了重要的 发展。 四．19世纪物理学表现出对生产技术的超前发展的特征。
经典物理框架的完善
在物理学的天空，一切都已明朗 洁净了，在远处只剩下两朵小小的，令 人不安的乌云。
⑴ 迈克耳逊—莫雷实验在寻找机械“以 太”时得出了否定的结果； ⑵ 运用经典物理学理论无法解释黑体辐 射的实验曲线。
• 1911年又荣获了诺贝尔化 学奖。
天然放射性核素能够自发地放出各种射线,从而衰变为 另一种核素。
α射线：带两个正电荷的氦核粒子流；
γα
β射线：带负电荷的高速电子流；
β
γ射线：的电磁波，它从原子核内放出 来实际上是一束能量极高的光子流， 它的波长比X射线还要短，穿透本领比 X射线更强。
1895-1897的三大发现，使物理学发生了深刻的变化：
电子
1917年，密立根公布的结果是：
e (4.770 0.005) 10-10 静电单位
近代精确的电子电荷量是：
e 4.8032068(15 ) 10-10 静电单位
1.60217733(49) 10-19 库仑
1库仑 3109 静电单位
电子的质量为：
me 9.1093897(54) 1031 kg
• 电子的发现否定了原子是最小物质结构单元的说法。 • 过去以为除可见光外的电磁波只有无线电波、红外线和紫外线，现在 却有了波长更短的X射线和γ射线。 • 过去以为原子是不可变的，自从发现放射性后，原子是可变的。
三大发现打开了微观世界的窗户，把物理学从十九世纪的经典物理 学阶段推进到二十世纪的现代物理学阶段。