自然科学发展简史

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1、宁波广播电视大学继续教育学院远程教育《自然科学发展简史》(5)肖国群E-MAIL：gq0127@sina.com一、20世纪初的物理学革命0.1900年英国物理家凯尔文勋爵对物理学的展望和新世纪物理学的新发展，电子、X射线、放射性等的发现所带来的冲击与兴奋。1.“电子”一词，最早使用在1891年，是英国科学家斯托内在他的研究成果中提出的。电子是人类发现的第一代基本粒子。2.     1876年，德国物理学家戈德斯坦提出，玻璃管壁上的辉光是由阴极产生的某种射线所引起的，他把这种射线命名为阴极射线。3.     20世纪的热电子发射、光电效应的实验，进一步证明了任何原子都包含着电子的结论。4

2、.德国人伦琴致力于研究阴极射线所引起的荧光现象。1895年，他发现了高真空管放电时能产生X射线的现象。它的穿透性使人们看到了许多过去没有见过的新东西。5.     1896年，法国科学家贝克勒尔在一种铀盐中发现了铀元素的天然放射性。它能使不透光的底片暴光。6.     著名的法国科学家皮埃尔·居里和他的妻子玛丽·居里，经过多年的研究和实验，发现了钍、钋、镭的放射性。7.电子、X射线和放射性现象，这三大发现是19世纪末物理学的重要成就。在此基础上，20世纪初产生了原子物理学。…8.     英国物理学家汤姆生，在证实了电子的存在以后，于1904年，提出了他关于原子结构的“面包夹葡萄干”的原子模型

3、。9.     英国人卢瑟福在1911年经过实验，得出结论：原子中有一个非常非常小的核，它集中了原子99.99%的质量。他提出了原子有核模型---行星模型。10.爱因斯坦一生最重要的贡献就是相对论。他在1905年发表的《论动体的电动力学》一文中首先创立了狭义相对论。第一，对于一切惯性系，一切自然定律都同样适用，------相对性原理。第二，对于任何惯性系，自由空间中的光速都是相同的，------光速不变原理。一系列结论：P232-233普朗克的量子理论物体在发射和吸收辐射时，能量不是连续变化的，而是以一定数值的整数倍跳跃式地变化；能量也是由一份份“能量原子”构成。普朗克常数h“能量子”e=h

4、v光电效应P23719世纪80年代，赫兹等科学家发现，当光照射到金属上会使金属表面有电子逸出，这就是光电效应。1.入射光的强度越大，它从金属表面打出的电子越多；2.被光辐射打出的电子的运动速度与入射光的频率成正比，与光的强度无关；3.如果光的频率小于某一截止频率，无论光的强度多大，照射时间多长，都不会产生光电效应。物质波和波粒二象性法国物理学家德布罗意提出了实物粒子也具有波动性---物质波的概念；1927年，美国科学家戴维逊证实了电子衍射---电子也是波；入=h/pv=E/hP是动量，E是能量，“入”是波长海森堡在1927年，推出了测不准原理和公式薛定谔和海森堡所给出的量子力学的数学方程，以令

5、人满意的逻辑方式把不表现相对论效应所有现象都概括在内。由于薛定谔、海森堡、波恩、狄拉克以及泡利等人的努力，量子力学在19世纪30年代初已经形成完整的体系。20世纪的物理革命，在时间、空间、运动、质量、能量、连续与非连续、必然与偶然、物质结构等一般的关系上都提出了许多崭新的见解。19世纪末和20世纪初，物理学发展中的另一个重大的突破是量子论的产生和在此基础上建立起来的量子力学。人们把能够全部吸收辐射而无任何发射或透射的物体叫“理想黑体”。如何从“曼哈顿工程”去理解爱因斯坦“科学是一把双刃剑”的伟大意义。P．247要点：美国政府为了研究和制造原子弹，实施了代号为“曼哈顿工程”的计划。原子弹给人类带

6、来了不幸；虽然它是20世纪以来核物理学的重要成果的应用。爱因斯坦“科学是一把双刃剑”的观点，是对科学的滥用和恶用的有力批判。第13章现代自然科学的新进展粒子世界的新发现现代物理学的两大理论基石，是量子力学和相对论。它们引起了物理学的重大变革。1930年—1932年间，发明了能够获得高速粒子的回旋加速器、静电加速器和高压倍加器，为核物理研究提供了强有力的工具。美国的费米和德国的哈恩发现了人工核裂变反应，铀裂变时又放出中子，形成链式反应，发出大量能量，由此开始了原子能的利用。“宇宙射线”是天然的“实验室”P252第一，正电子的发现第二，正负电子对与光子的相互转化第三，介子的发现，日本的汤川秀树费米

7、的中微子基本粒子第一代基本粒子：光子、轻子、重子、正负电子等，到1947年，约有14种。第二代基本粒子：反中子、反质子等，到1960年，约有30种。第三代基本粒子：是一批寿命极短的共振态的粒子。1964年，美国物理学家盖尔曼提出“夸克”的新概念。凝聚态物理－－固体物理学凝聚态物理的新进展首先是与超高压、高真空、超高温、超低温、强磁场等特殊条件的获得有关。超导现象；钕铁硼强磁铁；半导体材料和晶体管的