電子的發現及其性質的研究

電子的發現及其性質的研究

目　　錄
中文摘要 ……………………………………………………………………………………………………1
前言 …………………………………………………………………………………………………………1
1  電子的發現 ………………………………………………………………………………………………1
1.1 陰極射線的實質 …………………………………………………………………………………1
1.2 電子的發現 ………………………………………………………………………………………3
1.2.1 電子發現的理論研究 ……………………………………………………………………3
1.2.2 電子發現的實驗研究 …………………………………………………………………… 5
2  電子的性質 ………………………………………………………………………………………………8
2.1 電子在原子核內的分布及其運動規律 …………………………………………………………8
2.2 電子的波動性 ……………………………………………………………………………………11
2.3 電子的自旋 ……………………………………………………………………………………13
2.4 電子質量和速度關系 ……………………………………………………………………………14
2.5 電子的質量發散和自行加速困難 ………………………………………………………………16
3  研究意義 ………………………………………………………………………………………………18
結束語 ………………………………………………………………………………………………………20
參考文獻 ……………………………………………………………………………………………………20
英文摘要 ……………………………………………………………………………………………………21
致謝 …………………………………………………………………………………………………………21

電子的發現及其性質的研究
 

摘 要：本文簡要而系統地綜述了電子的發現過程及其性質的研究過程。電子的發現是1個長期而復雜的科學探索過程，許多科學工作者都為此做出了杰出貢獻，文章采用理論和實驗相結合的方式，依據時間的先后順序，逐步對電子的發現過程進行了詳細介紹。電子發現后，科學工作者在理論和科技發展的基礎上，對電子的研究不斷深入，逐漸認識了具體化的電子性質，有效地描述了電子方面的現象。文章以實驗介紹為重點，以理論介紹為輔助，分層次地歸納了電子各方面的性質，使對電子性質的認識更加整體化。電子性質的研究推動了電子理論的發展和現代科技的進步，文章也對電子理論的發展和應用作了簡略的介紹，可從中感受電子對現代科學和社會發展的重要性。
關鍵詞：電子；能級；波動性；自旋

前言
109世紀末，物理學在力學、熱學、電磁學及光學等方面取得了巨大成就，基本上建立了完整的理論體系；物理學家普遍認為物理學已經發展到頂峰，偉大的發現不會有了，物理學家將來的任務就是對1些常數進行精確的測量。1895年倫琴(W.K.Rontgen,1845-1923)發現X射線及1897年J.J.湯姆孫(J.J.Thomson,1856-1940)發現電子從根本上打破了這種沉寂。電子的發現是109世紀和210世紀之交物理學3大重大發現之1，電子也是人類最早發現并認識的第1個基本粒子。電子的發現澄清了千百年來人們對原子不可再分的錯誤觀念，指引著科學家們對原子結構、電子性質等諸多方面的深入研究。
1百多年來，人們對電子進行了1系列的研究，取得了舉世公認的重大成就，也有力地推動了電子理論的研究和電子科學的發展，進而引起了人類社會的巨大變革。本文從陰極射線的實質爭論開始，沿著科學發展的腳步，對電子的發現過程中理論和實驗進行詳細而系統的介紹，加深人們對人類所認識的第1個基本粒子的認識；對電子在原子核內的分布及其運動規律、電子的波動性、電子的自旋、電子質量和速度關系以及電子的質量發散疑難和運動自行加速困難等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展情況，總結了對電子研究所形成的理論成果。經過近百年的發展，電子性質研究在電子的波動性、電子的自旋及電子質量和速度關系等方面的理論和實驗已經成熟，有效地解釋了電子的現象，而電子在原子核內的分布及其運動規律、電子的質量發散疑難和運動自行加速困難方面還存在1些疑問，有待于科學技術的進步和理論的支持。

1 電子的發現
1.1 陰極射線的實質
陰極射線是在低壓氣體放電過程中產生的現象。1836年英國科學家法拉第(M.Faraday,1791-1867)進行稀簿氣體放電實驗時,發現陰極周圍的輝光區域和紫色的陽極光柱之間存在黑暗的部分即法拉第暗區[1]。由于科技的不發達和設備的簡陋，法拉第沒有更多的發現和更深入的研究。1858年德國物理學家普呂克爾(J.Plücker,1801—1868)進行低壓氣體放電實驗發現,對著陰極的玻璃管壁上出現了綠色熒光。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。他認為熒光的出現是陰極發出的電流所致[2]。1869年普呂克爾的學生希托夫(J.Hittorf,1824—1914)在將真空度提高的基礎上進1步研究發現：若將物體放在陰極和產生熒光的管壁之間，物體會投射出陰影；若用彎成直角的放電管做實驗，熒光則在拐角處發生。希托夫推測，陰極發射出1種直線傳播的射線，熒光是射線撞擊管壁產生的[3]。1876年德國物理學家哥爾茨坦( E.Goldstein,1850—1930)用各種不同材料制成、大小和形狀各異的陰極進行實驗。除了以上結論外，他還證明了這種射線不依賴于陰極材料的性質，而且是從陰極垂直發出的。他把這種射線命名為“陰極射線”。
陰極射線到底是什么？它具有哪些特點和屬性？這引起了許多科學家的興趣，他們設計了許多關鍵實驗來尋找陰極射線的特點和屬性，并從中得出了許多重要結論。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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