電子的發(fā)現及其性質(zhì)的研究

目　　錄
中文摘要 ……………………………………………………………………………………………………1
前言 …………………………………………………………………………………………………………1
1  電子的發(fā)現 ………………………………………………………………………………………………1
1.1 陰極射線(xiàn)的實(shí)質(zhì) …………………………………………………………………………………1
1.2 電子的發(fā)現 ………………………………………………………………………………………3
1.2.1 電子發(fā)現的理論研究 ……………………………………………………………………3
1.2.2 電子發(fā)現的實(shí)驗研究 …………………………………………………………………… 5
2  電子的性質(zhì) ………………………………………………………………………………………………8
2.1 電子在原子核內的分布及其運動(dòng)規律 …………………………………………………………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
結束語(yǔ) ………………………………………………………………………………………………………20
參考文獻 ……………………………………………………………………………………………………20
英文摘要 ……………………………………………………………………………………………………21
致謝 …………………………………………………………………………………………………………21

電子的發(fā)現及其性質(zhì)的研究
 

摘 要：本文簡(jiǎn)要而系統地綜述了電子的發(fā)現過(guò)程及其性質(zhì)的研究過(guò)程。電子的發(fā)現是1個(gè)長(cháng)期而復雜的科學(xué)探索過(guò)程，許多科學(xué)工作者都為此做出了杰出貢獻，文章采用理論和實(shí)驗相結合的方式，依據時(shí)間的先后順序，逐步對電子的發(fā)現過(guò)程進(jìn)行了詳細介紹。電子發(fā)現后，科學(xué)工作者在理論和科技發(fā)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(zhì)，有效地描述了電子方面的現象。文章以實(shí)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)的認識更加整體化。電子性質(zhì)的研究推動(dòng)了電子理論的發(fā)展和現代科技的進(jìn)步，文章也對電子理論的發(fā)展和應用作了簡(jiǎn)略的介紹，可從中感受電子對現代科學(xué)和社會(huì )發(fā)展的重要性。
關(guān)鍵詞：電子；能級；波動(dòng)性；自旋

前言
109世紀末，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)家普遍認為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頂峰，偉大的發(fā)現不會(huì )有了，物理學(xué)家將來(lái)的任務(wù)就是對1些常數進(jìn)行精確的測量。1895年倫琴(W.K.Rontgen,1845-1923)發(fā)現X射線(xiàn)及1897年J.J.湯姆孫(J.J.Thomson,1856-1940)發(fā)現電子從根本上打破了這種沉寂。電子的發(fā)現是109世紀和210世紀之交物理學(xué)3大重大發(fā)現之1，電子也是人類(lèi)最早發(fā)現并認識的第1個(gè)基本粒子。電子的發(fā)現澄清了千百年來(lái)人們對原子不可再分的錯誤觀(guān)念，指引著(zhù)科學(xué)家們對原子結構、電子性質(zhì)等諸多方面的深入研究。
1百多年來(lái)，人們對電子進(jìn)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(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(lèi)社會(huì )的巨大變革。本文從陰極射線(xiàn)的實(shí)質(zhì)爭論開(kāi)始，沿著(zhù)科學(xué)發(fā)展的腳步，對電子的發(fā)現過(guò)程中理論和實(shí)驗進(jìn)行詳細而系統的介紹，加深人們對人類(lèi)所認識的第1個(gè)基本粒子的認識；對電子在原子核內的分布及其運動(dòng)規律、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)散疑難和運動(dòng)自行加速困難等5方面作了具體介紹。在介紹的過(guò)程中，總體概括了電子各方面的發(fā)展情況，總結了對電子研究所形成的理論成果。經(jīng)過(guò)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)驗已經(jīng)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(dòng)規律、電子的質(zhì)量發(fā)散疑難和運動(dòng)自行加速困難方面還存在1些疑問(wèn)，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
1.1 陰極射線(xiàn)的實(shí)質(zhì)
陰極射線(xiàn)是在低壓氣體放電過(guò)程中產(chǎn)生的現象。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)驗時(shí),發(fā)現陰極周?chē)�的輝光區域和紫色的陽(yáng)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(fā)達和設備的簡(jiǎn)陋，法拉第沒(méi)有更多的發(fā)現和更深入的研究。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)驗發(fā)現,對著(zhù)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(zhù)磁鐵的移動(dòng)而改變位置。他認為熒光的出現是陰極發(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上進(jìn)1步研究發(fā)現：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，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(xiàn)傳播的射線(xiàn)，熒光是射線(xiàn)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。除了以上結論外，他還證明了這種射線(xiàn)不依賴(lài)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(xiàn)命名為“陰極射線(xiàn)”。
陰極射線(xiàn)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，他們設計了許多關(guān)鍵實(shí)驗來(lái)尋找陰極射線(xiàn)的特點(diǎn)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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