发布时间 : 星期四 文章自然辩证法课程教学案例 - 图文更新完毕开始阅读ae55062e58fb770bf78a5520
物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶，伟大的发现已经不会再有了，以后的任务是在细节上进行修补和完善。然而，正在这个时候，从实验中陆续发现一系列经典物理学难以解释的事实，改变了这局面。这些新发现的事实与经典物理学的基本概念和定律发生了无法调和的矛盾。从伦琴发现X射线的1895年开始，到1905年爱因斯坦发表三篇论文为止，在这10年的世纪之交的年代里，具有重大意义的发现如下表： 19-20世纪之交的重大实验发现
年份 1895 1896 1896 1897 1898 1898 1899-1900 1900 1901 1902 1902 1903
人物 伦琴 贝克勒尔 塞曼 J．J．汤姆逊 卢瑟福 居里夫妇 卢梅尔和鲁本斯等
人 维拉德
考夫曼 勒纳德 里查森 卢瑟福和索迪
贡献 发现X射线 发现放射性 发现磁场使光谱线分裂
发现电子 发现a，?射线 发现放射性元素钋和镭
发现热辐射能量分布曲线偏离维恩分布律
发现γ射线
发现电子的质量随速度而增加
发现光电效应基本规律 发现热电子发射规律 发现放射性元素蜕变规律
这一系列发现是在电气工业广泛发展的时代下产生的。X射线、放射性和电子的发现是19-20世纪之交的三大科学发现。
电气工业的萌芽———→ ———→ 电气照明 低压气 体 放电 X射线的发现 阴极射线 的发现以太说 放射性的发现 — —————月日 微粒说 电子的发现 → 高压输电 → 1895年 1896年 1897年
阴极射线研究。
1858年 19世纪是电的世纪。发电机、变压器、和高压输电线路逐步在生产中得到广泛应用，然而，漏电和放电损耗非常严重，亟待解决。这些问题都涉及到低压气体放电现象，于是人们竟相
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原子物理学 原子核物理学 研究与低压气体放电现象有关的问题。德国物理学家和发明家盖斯勒（J.H. Geissler，1815-1879）在１８５５年发明了水银真空泵，１８５８年发明了放电管，为低压气体的放电研究创造了条件。
１８５８年德国人普鲁克尔（J. Plücker,1801-1868）在研究气体放电时，注意到在放电管正对阴极发出打到管壁所致．１８７６年，另一位德国物理学家哥尔茨坦（Eügen Goldstein,1850-1930）认为，这是从阴极发出的某种射线，并命名为阴极射线。１８７１年瓦利尔（C.F.Varley,1828-1883）发现阴极射线在磁场中会发生偏转，这与带电粒子的行为很相似．克鲁克斯（W.Crookes,1832-1919）在实验中证实阴极射线不但按直线前进、能聚焦、在磁场中会偏转，而且还可以传递能量和动量。克鲁克斯认为，阴极射线是由真空管中残余气体的分子组成，由于乱运动有些气体分子撞击到阴极，于是从阴极获得了负电荷，在电场的驱使下形成了带电的分子流。
舒斯特也认为，阴极射线是带电粒子流。这三位科学家都是英国人，故称英国学派。哥尔茨坦、赫兹（H. Hertz）勒纳德（P. Lenard,1862-1947）是德国物理学家，他们持以太论观点，故称德国学派。哥尔茨坦用光谱仪做实验，当光谱仪的两端改变极性时，他发现光的谱线没
有任何变化。这成为他驳斥带电分子流的有力证据。赫兹也做许多实验来为自己的以太学说辩护。他注意到阴极射线可以穿过金属隔板，使被挡住的玻璃壁发出微弱的荧光。这成为他反驳带电分子说的有力证据。
微粒说者也在积极寻找证据。法国物理学家佩兰（J.B.Perrin,1870-1942）将圆桶电极安装在阴极射线管中，用静电计测圆桶接收的电荷，得到的结果是负电。他支持微粒说。这一争论促使人们做了许多实验和理论研究，引出了一系列重大成果。
X射线的发现。
1895年11月8日，德国维尔茨堡大学的伦琴（Wilhelm Konard R?ntgen,1845-1923）正在实验室中研究阴极射线，突然，他的注意力被一块荧光屏的微弱闪烁吸引住了。当时房间一片漆黑，放电管用黑纸包严。亚铂氰化钡做成的荧光屏离放电管大约一米远。他移远荧光屏继续试验，只见荧的闪光，仍随放电过程的节拍断续出现。他用书本、木板、铝片放在放电管与荧光屏之间进行试，依然存在这一现象，于是他认定是有某种穿透力很强的射线从放电管发送出来。随后他持续研究这一现象达六星期，最后于1896年1月4日在柏林物理学会的会议上展览了他的X射线照片。 放射性的发现。
当伦瑟发现X射线后，直接将这一发现告知了法国著名的数学物理学家彭加勒。1896
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年1月20日，法国科学院每周一次例会，彭加勒带去了伦瑟的论文和照片并当场做了展示。当时的法国医生亨利·贝克勒尔（A. Henri Becquerel,1852-1908）很受启发，他用铀盐做实验．他用两张厚纸包了一张感光底片，纸非常厚，即使放在太阳底下晒一整天也不致使底片变色，他在黑纸上面放一层磷光物质，然后拿到太阳底下晒几个小时．显影后，他在底片上看到了磷光物质的黑影。一个星期之后，也就是3月2日，法国科学院再次召开科学院例会。亨利·贝克尔找到了正确的答案。2月26-27日这两天都是阴天，他只好将铀盐和底片一块放在抽屉里，没有想到底片的廓影更加强烈。随后他又对铀盐的晶体、溶液进行了试验。他最终肯定固体铀盐的辐射最强。
1897年，居里夫妇重复了亨利·贝克勒尔的铀盐实验，并将居里兄弟早先发现的压电效应用于测量游离电流，得到了大量精确数据，使用权放射性研究走上了定量研究的道路。最后，居里夫妇于1898年7月从沥青中提炼出了比同样质量的铀强400倍的未知物质，后来被居 里夫妇命名为钋。 电子的发现。
从1890年起，J．J．汤姆逊（Joseph John Thomson, 1856-1940）就带着学生研究阴极射线．克鲁克斯和舒斯特的思想对他很有影响．他认为，带电微粒说更符合实际．于是他从四个方面进行了实验：
（１） 直接测量阴极射线携带的电荷。 （２） 使阴极射线受静电偏转。
（３） 用不同方法测量阴极射线的荷质比。
（４） 证明电子存在的普遍性。（以上实验过程，略）
最后他同他的学生得出的结论是；阴极射线所带电量与氢离子的带电量相同。最初他用“载荷子”表示“电子”，直到1899年，J．J．汤姆逊才正式用“电子”一词表示“载荷子”。“电子”一词原是斯坦尼在1891年用于表示电的自然单位的。这样电子就被发现了。
光电效应是1887年赫兹发现的，但时隔十几年，也没有搞清楚光电流的本质。1899年J．J．汤姆逊用磁场偏转法测量光电流的荷质比。得到的结果与阴极射线相近，证明光电流也是由电子组成的。
看完材料后，请思考下列问题：
1．不同科学理论的争论对科学进步起到什么样的作用？ 2．十九至二十世纪西方科学与生产保持着何种关系？请描述之。 3．科学进步是个革命过程呢？还是个累积的渐进过程？
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4．从上述微粒假说与以太假说的双方科学家的科学实验研究中，请你阐明证明与反驳的区别。
5．请你从中思考西方科学研究的制度与我国的科学研究制度的差别何在？
青霉素的发现
弗莱明（A.Fleming,1881～1955,青霉素的发现者）是研究细菌学的。1928年9月的一天，他走进实验室偶然发现培养葡萄球菌的器皿里长满了绿霉，就是说培养基被污染了。通常认为这是实验中的小小失败，要求做重新处理。但弗莱明发现，在绿霉的周围，培养基清彻明净，而正常的葡萄球菌的繁殖区本来应当是一种讨厌的黄色。他疑惑：是不是绿霉具有杀死葡萄球菌的作用？通过对这一问题的研究，他成为青霉素的发现者并获得1945年的诺贝尔科学奖。
在此之前，著名微生物学家斯科特和日本细菌学家古在由直曾经发现过这一现象，但他们把它当作操作失误来处理了。
看完材料后,请思考下列问题: 1.科学事实的发现需要什么样的条件? 2.其他科学家错过发现的机会,其原因何在? X射线的发现
德国科学家伦琴（H.W.B.R?ntgen，1845～1923）观察到放置于阴极射线管附近的涂有亚铂氰化钡的硬纸屏上产生荧光和放置于实验室某处的照相底版莫明其妙地被感光。在伦琴之前，美国费城的古德斯比德和英国的克鲁克斯在阴极射线的实验时，都曾经发现过放置于实验室里的照相底版有异常现象。但他们两人都忽略这一现象的意义。古德斯比德，实际上于1890年2月22日无意拍下了第一张X射线照片。
看完材料后,请思考下列问题:
1.新的科学事实的发现需要发现者具有一种什么样的知识背景？ 2.伦琴射线与解释这一现象的科学理论之间有多大的距离？
爱因斯坦与玻尔论战的一则小故事
花开花落，黄叶飘零，又是深秋季节，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开了。玻尔来到会场时心中惴惴，看爱因斯坦表情似笑非笑，吃不准他三年间练成了什么新招，不知到了什么境界。不过玻尔倒也不是太过担心，量子论的兴起已经是板上钉钉的事实，现在整个体系早就站稳脚跟，枝繁叶茂地生长起来。爱因斯坦再厉害，凭一人之力也难以撼动它的根基。
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