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電子的發(fā)現(xiàn)及其性質(zhì)的研究
目 錄
中文摘要 ……………………………………………………………………………………………………1
前言 …………………………………………………………………………………………………………1
1 電子的發(fā)現(xiàn) ………………………………………………………………………………………………1
1.1 陰極射線的實質(zhì) …………………………………………………………………………………1
1.2 電子的發(fā)現(xiàn) ………………………………………………………………………………………3
1.2.1 電子發(fā)現(xiàn)的理論研究 ……………………………………………………………………3
1.2.2 電子發(fā)現(xiàn)的實驗研究 …………………………………………………………………… 5
2 電子的性質(zhì) ………………………………………………………………………………………………8
2.1 電子在原子核內(nèi)的分布及其運(yùn)動規(guī)律 …………………………………………………………8
2.2 電子的波動性 ……………………………………………………………………………………11
2.3 電子的自旋 ……………………………………………………………………………………13
2.4 電子質(zhì)量和速度關(guān)系 ……………………………………………………………………………14
2.5 電子的質(zhì)量發(fā)散和自行加速困難 ………………………………………………………………16
3 研究意義 ………………………………………………………………………………………………18
結(jié)束語 ………………………………………………………………………………………………………20
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………………………20
英文摘要 ……………………………………………………………………………………………………21
致謝 …………………………………………………………………………………………………………21
電子的發(fā)現(xiàn)及其性質(zhì)的研究
摘 要：本文簡要而系統(tǒng)地綜述了電子的發(fā)現(xiàn)過程及其性質(zhì)的研究過程。電子的發(fā)現(xiàn)是1個長期而復(fù)雜的科學(xué)探索過程，許多科學(xué)工作者都為此做出了杰出貢獻(xiàn)，文章采用理論和實驗相結(jié)合的方式，依據(jù)時間的先后順序，逐步對電子的發(fā)現(xiàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹。電子發(fā)現(xiàn)后，科學(xué)工作者在理論和科技發(fā)展的基礎(chǔ)上，對電子的研究不斷深入，逐漸認(rèn)識了具體化的電子性質(zhì)，有效地描述了電子方面的現(xiàn)象。文章以實驗介紹為重點(diǎn)，以理論介紹為輔助，分層次地歸納了電子各方面的性質(zhì)，使對電子性質(zhì)的認(rèn)識更加整體化。電子性質(zhì)的研究推動了電子理論的發(fā)展和現(xiàn)代科技的進(jìn)步，文章也對電子理論的發(fā)展和應(yīng)用作了簡略的介紹，可從中感受電子對現(xiàn)代科學(xué)和社會發(fā)展的重要性。
關(guān)鍵詞：電子；能級；波動性；自旋
前言
109世紀(jì)末，物理學(xué)在力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)及光學(xué)等方面取得了巨大成就，基本上建立了完整的理論體系；物理學(xué)家普遍認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頂峰，偉大的發(fā)現(xiàn)不會有了，物理學(xué)家將來的任務(wù)就是對1些常數(shù)進(jìn)行精確的測量。1895年倫琴(W.K.Rontgen,1845-1923)發(fā)現(xiàn)X射線及1897年J.J.湯姆孫(J.J.Thomson,1856-1940)發(fā)現(xiàn)電子從根本上打破了這種沉寂。電子的發(fā)現(xiàn)是109世紀(jì)和210世紀(jì)之交物理學(xué)3大重大發(fā)現(xiàn)之1，電子也是人類最早發(fā)現(xiàn)并認(rèn)識的第1個基本粒子。電子的發(fā)現(xiàn)澄清了千百年來人們對原子不可再分的錯誤觀念，指引著科學(xué)家們對原子結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)等諸多方面的深入研究。
1百多年來，人們對電子進(jìn)行了1系列的研究，取得了舉世公認(rèn)的重大成就，也有力地推動了電子理論的研究和電子科學(xué)的發(fā)展，進(jìn)而引起了人類社會的巨大變革。本文從陰極射線的實質(zhì)爭論開始，沿著科學(xué)發(fā)展的腳步，對電子的發(fā)現(xiàn)過程中理論和實驗進(jìn)行詳細(xì)而系統(tǒng)的介紹，加深人們對人類所認(rèn)識的第1個基本粒子的認(rèn)識；對電子在原子核內(nèi)的分布及其運(yùn)動規(guī)律、電子的波動性、電子的自旋、電子質(zhì)量和速度關(guān)系以及電子的質(zhì)量發(fā)散疑難和運(yùn)動自行加速困難等5方面作了具體介紹。在介紹的過程中，總體概括了電子各方面的發(fā)展情況，總結(jié)了對電子研究所形成的理論成果。經(jīng)過近百年的發(fā)展，電子性質(zhì)研究在電子的波動性、電子的自旋及電子質(zhì)量和速度關(guān)系等方面的理論和實驗已經(jīng)成熟，有效地解釋了電子的現(xiàn)象，而電子在原子核內(nèi)的分布及其運(yùn)動規(guī)律、電子的質(zhì)量發(fā)散疑難和運(yùn)動自行加速困難方面還存在1些疑問，有待于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和理論的支持。
1 電子的發(fā)現(xiàn)
1.1 陰極射線的實質(zhì)
陰極射線是在低壓氣體放電過程中產(chǎn)生的現(xiàn)象。1836年英國科學(xué)家法拉第(M.Faraday,1791-1867)進(jìn)行稀簿氣體放電實驗時,發(fā)現(xiàn)陰極周圍的輝光區(qū)域和紫色的陽極光柱之間存在黑暗的部分即法拉第暗區(qū)[1]。由于科技的不發(fā)達(dá)和設(shè)備的簡陋，法拉第沒有更多的發(fā)現(xiàn)和更深入的研究。1858年德國物理學(xué)家普呂克爾(J.Plücker,1801—1868)進(jìn)行低壓氣體放電實驗發(fā)現(xiàn),對著陰極的玻璃管壁上出現(xiàn)了綠色熒光。如果把磁鐵放在放電管附近，熒光斑就隨著磁鐵的移動而改變位置。他認(rèn)為熒光的出現(xiàn)是陰極發(fā)出的電流所致[2]。1869年普呂克爾的學(xué)生希托夫(J.Hittorf,1824—1914)在將真空度提高的基礎(chǔ)上進(jìn)1步研究發(fā)現(xiàn)：若將物體放在陰極和產(chǎn)生熒光的管壁之間，物體會投射出陰影；若用彎成直角的放電管做實驗，熒光則在拐角處發(fā)生。希托夫推測，陰極發(fā)射出1種直線傳播的射線，熒光是射線撞擊管壁產(chǎn)生的[3]。1876年德國物理學(xué)家哥爾茨坦( E.Goldstein,1850—1930)用各種不同材料制成、大小和形狀各異的陰極進(jìn)行實驗。除了以上結(jié)論外，他還證明了這種射線不依賴于陰極材料的性質(zhì)，而且是從陰極垂直發(fā)出的。他把這種射線命名為“陰極射線”。
陰極射線到底是什么？它具有哪些特點(diǎn)和屬性？這引起了許多科學(xué)家的興趣，他們設(shè)計了許多關(guān)鍵實驗來尋找陰極射線的特點(diǎn)和屬性，并從中得出了許多重要結(jié)論。最后基本上形成了以德國和法國為國別的兩大派別。
Research on Discovering Electron and Its Nature
Abstract: The discovery course of electron and the research process of its nature are reviewed briefly and systematically. The discovery of electron is a long and complicated process of scientific explorations. Many scientists have made the brilliant contributions for this. This course will be instructed in detail chronologically by means of integrating theory with experiment in the article. After the discovery of electronic, scientists researched electron based on the theory combining science with technology development, and got a specific understanding of electronic nature and then made efficient descriptions on electronic phenomenon. The article focus on the introduction of experiments, with the aid of theoretical knowledge, sums up the electronic natures in different level and make a integral comprehension about electronic natures. The development of electron theory and progress of modern technology are promoted by the research of electronic nature. The article also gives a brief introduction about the development of electronic theory and application, in which we can feel the importance of the electron that contributes to the modern science and the social development.
Keyword: Electron; Energy level; Wave properties; Spinning
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