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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(shí)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(shí)驗(yàn)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(dòng)規(guī)律 …………………………………………………………8
2.2 電子的波動(dòng)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(jiǎn)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(gè)長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，依據(jù)時(shí)間的先后順序，逐步對(duì)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(duì)電子的研究不斷深入，逐漸認(rèn)識(shí)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(shí)驗(yàn)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(duì)電子性質(zhì)的認(rèn)識(shí)更加整體化。電子性質(zhì)的研究推動(dòng)了電子理論的發(fā)展和現(xiàn)代科技的進(jìn)步，文章也對(duì)電子理論的發(fā)展和應(yīng)用作了簡(jiǎn)略的介紹，可從中感受電子對(duì)現(xiàn)代科學(xué)和社會(huì)發(fā)展的重要性。
關(guān)鍵詞：電子；能級(jí)；波動(dòng)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(huì)有了，物理學(xué)家將來的任務(wù)就是對(duì)1些常數(shù)進(jìn)行精確的測(cè)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(shí)的第1個(gè)基本粒子。電子的發(fā)現(xiàn)澄清了千百年來人們對(duì)原子不可再分的錯(cuò)誤觀念，指引著科學(xué)家們對(duì)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(duì)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(dòng)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(huì)的巨大變革。本文從陰極射線的實(shí)質(zhì)爭(zhēng)論開始，沿著科學(xué)發(fā)展的腳步，對(duì)電子的發(fā)現(xiàn)過程中理論和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)而系統(tǒng)的介紹，加深人們對(duì)人類所認(rèn)識(shí)的第1個(gè)基本粒子的認(rèn)識(shí)；對(duì)電子在原子核內(nèi)的分布及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律、電子的波動(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(dòng)規(guī)律、電子的質(zhì)量發(fā)散疑難和運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)驗(yàn)時(shí),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(jiǎn)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),對(duì)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(dòng)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(huì)投射出陰影；若用彎成直角的放電管做實(shí)驗(yàn)，熒光則在拐角處發(fā)生。希托夫推測(cè)，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(shí)驗(yàn)。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?cè)O(shè)計(jì)了許多關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)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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