电子的发现及其性质的研究

电子的发现及其性质的研究

目　　录
中文摘要 ……………………………………………………………………………………………………1
前言 …………………………………………………………………………………………………………1
1  电子的发现 ………………………………………………………………………………………………1
1.1 阴极射线的实质 …………………………………………………………………………………1
1.2 电子的发现 ………………………………………………………………………………………3
1.2.1 电子发现的理论研究 ……………………………………………………………………3
1.2.2 电子发现的实验研究 …………………………………………………………………… 5
2  电子的性质 ………………………………………………………………………………………………8
2.1 电子在原子核内的分布及其运动规律 …………………………………………………………8
2.2 电子的波动性 ……………………………………………………………………………………11
2.3 电子的自旋 ……………………………………………………………………………………13
2.4 电子质量和速度关系 ……………………………………………………………………………14
2.5 电子的质量发散和自行加速困难 ………………………………………………………………16
3  研究意义 ………………………………………………………………………………………………18
结束语 ………………………………………………………………………………………………………20
参考文献 ……………………………………………………………………………………………………20
英文摘要 ……………………………………………………………………………………………………21
致谢 …………………………………………………………………………………………………………21

电子的发现及其性质的研究
 

摘 要：本文简要而系统地综述了电子的发现过程及其性质的研究过程。电子的发现是1个长期而复杂的科学探索过程，许多科学工作者都为此做出了杰出贡献，文章采用理论和实验相结合的方式，依据时间的先后顺序，逐步对电子的发现过程进行了详细介绍。电子发现后，科学工作者在理论和科技发展的基础上，对电子的研究不断深入，逐渐认识了具体化的电子性质，有效地描述了电子方面的现象。文章以实验介绍为重点，以理论介绍为辅助，分层次地归纳了电子各方面的性质，使对电子性质的认识更加整体化。电子性质的研究推动了电子理论的发展和现代科技的进步，文章也对电子理论的发展和应用作了简略的介绍，可从中感受电子对现代科学和社会发展的重要性。
关键词：电子；能级；波动性；自旋

前言
109世纪末，物理学在力学、热学、电磁学及光学等方面取得了巨大成就，基本上建立了完整的理论体系；物理学家普遍认为物理学已经发展到顶峰，伟大的发现不会有了，物理学家将来的任务就是对1些常数进行精确的测量。1895年伦琴(W.K.Rontgen,1845-1923)发现X射线及1897年J.J.汤姆孙(J.J.Thomson,1856-1940)发现电子从根本上打破了这种沉寂。电子的发现是109世纪和210世纪之交物理学3大重大发现之1，电子也是人类最早发现并认识的第1个基本粒子。电子的发现澄清了千百年来人们对原子不可再分的错误观念，指引着科学家们对原子结构、电子性质等诸多方面的深入研究。
1百多年来，人们对电子进行了1系列的研究，取得了举世公认的重大成就，也有力地推动了电子理论的研究和电子科学的发展，进而引起了人类社会的巨大变革。本文从阴极射线的实质争论开始，沿着科学发展的脚步，对电子的发现过程中理论和实验进行详细而系统的介绍，加深人们对人类所认识的第1个基本粒子的认识；对电子在原子核内的分布及其运动规律、电子的波动性、电子的自旋、电子质量和速度关系以及电子的质量发散疑难和运动自行加速困难等5方面作了具体介绍。在介绍的过程中，总体概括了电子各方面的发展情况，总结了对电子研究所形成的理论成果。经过近百年的发展，电子性质研究在电子的波动性、电子的自旋及电子质量和速度关系等方面的理论和实验已经成熟，有效地解释了电子的现象，而电子在原子核内的分布及其运动规律、电子的质量发散疑难和运动自行加速困难方面还存在1些疑问，有待于科学技术的进步和理论的支持。

1 电子的发现
1.1 阴极射线的实质
阴极射线是在低压气体放电过程中产生的现象。1836年英国科学家法拉第(M.Faraday,1791-1867)进行稀簿气体放电实验时,发现阴极周围的辉光区域和紫色的阳极光柱之间存在黑暗的部分即法拉第暗区[1]。由于科技的不发达和设备的简陋，法拉第没有更多的发现和更深入的研究。1858年德国物理学家普吕克尔(J.Plücker,1801—1868)进行低压气体放电实验发现,对着阴极的玻璃管壁上出现了绿色荧光。如果把磁铁放在放电管附近，荧光斑就随着磁铁的移动而改变位置。他认为荧光的出现是阴极发出的电流所致[2]。1869年普吕克尔的学生希托夫(J.Hittorf,1824—1914)在将真空度提高的基础上进1步研究发现：若将物体放在阴极和产生荧光的管壁之间，物体会投射出阴影；若用弯成直角的放电管做实验，荧光则在拐角处发生。希托夫推测，阴极发射出1种直线传播的射线，荧光是射线撞击管壁产生的[3]。1876年德国物理学家哥尔茨坦( E.Goldstein,1850—1930)用各种不同材料制成、大小和形状各异的阴极进行实验。除了以上结论外，他还证明了这种射线不依赖于阴极材料的性质，而且是从阴极垂直发出的。他把这种射线命名为“阴极射线”。
阴极射线到底是什么？它具有哪些特点和属性？这引起了许多科学家的兴趣，他们设计了许多关键实验来寻找阴极射线的特点和属性，并从中得出了许多重要结论。最后基本上形成了以德国和法国为国别的两大派别。
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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