卡文迪许(cavendish)实验室-21页PPT课件.ppt
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1、盛产诺贝尔奖的地方盛产诺贝尔奖的地方创建时间及其背景研究领域重要研究成果主要人物及历任实验室主任介绍诺贝尔奖得主在现代物理学的发展中,实验室的建设具有重要的意义。以英国物理学家和化学家H.卡文迪什(Henry Cavendish)(左图)命名的卡文迪什实验室(Cavendish Laboratory)相当于英国剑桥大学(University of Cambridge)的物理系。剑桥大学建于1209年,历史悠久,与牛津大学(University of Oxford)遥相对应。卡文迪什实验室创建于1871年,1874年建成,由当时剑桥大学校长W.卡文迪什(William Cavendish)(右图
2、)私人捐款兴建的(他是H.卡文迪什的近亲),这个实验室就取名为卡文迪什实验室。当时用捐款建了一座实验室楼,并配备了一些仪器设备。英国是19世纪最发达的资本主义国家之一。物理实验室从科学家私人住宅中扩展为研究单位,适应了19世纪后半叶工业技术对科学发展的要求,促进了科学技术的开展。随着科学技术的发展,科学研究工作的规模越来越大,社会化和专业化是必然趋势。剑桥大学校长的这一做法是有远见的。十九世纪时的剑桥大学图为当时的卡文迪什山谷卡文迪许实验室卡文迪许实验室(Cavendish Laboratory),即剑桥大学的物理系,研究领域包括了天体物理学、粒子物理学、固体物理学、生物物理学。1937年卢瑟
3、福去世后,布拉格接替他成为实验室主任。当时,核物理学需要大量资金建造新的仪器,世界核物理学的研究中心已经开始向经济实力雄厚的美国转移。布拉格上任后,实验室的主要研究方向从原本擅长的核物理转向固体物理学。此外,他还大力支持新兴的边缘学科,如用X射线衍射方法研究蛋白质和DNA等生物大分子,利用英国空军废弃的雷达改造成射电望远镜研究天体物理,后来卡文迪许实验室获得的两个诺贝尔奖都与此有关。研究领域著名物理学家麦克斯韦(著名物理学家麦克斯韦(James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell)(1831-(1831-1879)1879)负责筹建这所实验室。负责筹建这所实验室。
4、18741874年实验室建成后他担任第一年实验室建成后他担任第一任实验室主任,直到他任实验室主任,直到他18791879年因病去世。年因病去世。在他的主持下,卡文迪什实验室开展了教学和科学研究,在他的主持下,卡文迪什实验室开展了教学和科学研究,工作初具规模。按照麦克斯韦的主张,物理教学在系统讲授的工作初具规模。按照麦克斯韦的主张,物理教学在系统讲授的同时,还辅以表演实验,并要求学生自己动手。表演实验要求同时,还辅以表演实验,并要求学生自己动手。表演实验要求结构简单,学生易于掌握。麦克斯韦说过:结构简单,学生易于掌握。麦克斯韦说过:“这些实验的教育这些实验的教育价值,往往与仪器的复杂性成反比,学
5、生用自制仪器,虽然经价值,往往与仪器的复杂性成反比,学生用自制仪器,虽然经常出毛病,但他们却会比用仔细调整好的仪器,学到更多的东常出毛病,但他们却会比用仔细调整好的仪器,学到更多的东西。学生用仔细调整好的仪器易产生依赖而不敢拆成零件。西。学生用仔细调整好的仪器易产生依赖而不敢拆成零件。”从那时起,使用自制仪器就形成了卡文迪什实验室的传统。实从那时起,使用自制仪器就形成了卡文迪什实验室的传统。实验室附有工作间,可以制作很精密的仪器。麦克斯韦很重视科验室附有工作间,可以制作很精密的仪器。麦克斯韦很重视科学方法的训练,也很注意前人的经验。他在整理一百年前学方法的训练,也很注意前人的经验。他在整理一百
6、年前H.H.卡卡文迪什留下的有关电学的论著之后,亲自重复并改进卡文迪什文迪什留下的有关电学的论著之后,亲自重复并改进卡文迪什做过的一些实验。同时,卡文迪什实验室还进行了多种实验研做过的一些实验。同时,卡文迪什实验室还进行了多种实验研究,例如:地磁、电磁波的传播速度、电学常数的精密测量、究,例如:地磁、电磁波的传播速度、电学常数的精密测量、欧姆定律、光谱、双轴晶体等等,这些工作为后来的发展奠定欧姆定律、光谱、双轴晶体等等,这些工作为后来的发展奠定了基础。了基础。麦克斯韦(James Clerk Maxwell)(1831-1879)主要人物及历任实验室主任介绍1897年麦克斯韦去世后,瑞利(年麦
7、克斯韦去世后,瑞利(James William Rayleigh,1842-1919)继任卡文迪什实继任卡文迪什实验室主任。他因在气体密度的研究中发现氩而验室主任。他因在气体密度的研究中发现氩而获获1904 年度的诺贝尔物理奖。瑞利在声学和电年度的诺贝尔物理奖。瑞利在声学和电学方面很有造诣。在他的主持下,卡文迪什实学方面很有造诣。在他的主持下,卡文迪什实验室系统地开设了学生实验。验室系统地开设了学生实验。1884年,瑞利因年,瑞利因被选为皇家学院教授而辞职。被选为皇家学院教授而辞职。28岁的岁的J.J.汤姆逊(汤姆逊(J.J.Thomson,1856-1940)继瑞利之后任该实验室第三任主任。
8、他因通过气体继瑞利之后任该实验室第三任主任。他因通过气体电传导性的研究,测出电子的电荷与质量的比值获电传导性的研究,测出电子的电荷与质量的比值获1906年度的诺贝尔物理奖。汤姆逊对卡文迪什实验年度的诺贝尔物理奖。汤姆逊对卡文迪什实验室的建设有卓越贡献。在他的建议下,从室的建设有卓越贡献。在他的建议下,从1895年开年开始,卡文迪什实验室实行吸收外校及国外的大学毕始,卡文迪什实验室实行吸收外校及国外的大学毕业生当研究生的制度,建立了一整套培养研究生的业生当研究生的制度,建立了一整套培养研究生的管理体制,树立了良好的学风。一批批优秀的年轻管理体制,树立了良好的学风。一批批优秀的年轻学者陆续来到这里
9、,在汤姆逊的指导下进行学习和学者陆续来到这里,在汤姆逊的指导下进行学习和研究。他培养的研究生中,有许多后来成了著名科研究。他培养的研究生中,有许多后来成了著名科学家,例如卢瑟福、朗之万、学家,例如卢瑟福、朗之万、W.L.布拉格、布拉格、C.T.R.威尔逊、里查森、巴克拉等人,其中多人获得了诺威尔逊、里查森、巴克拉等人,其中多人获得了诺贝尔奖,对科学的发展有重大贡献,有的成了各重贝尔奖,对科学的发展有重大贡献,有的成了各重要研究机构的学术带头人。要研究机构的学术带头人。汤姆逊和卢瑟福最早证实了空气被汤姆逊和卢瑟福最早证实了空气被X射线游离。从游离现象推导射线游离。从游离现象推导出游离辐射出游离辐
10、射(放射线放射线),也就是由原子释出能量范围广大的电磁波和粒,也就是由原子释出能量范围广大的电磁波和粒子辐射。汤姆逊最负盛名的贡献是探讨阴极射线的性质,也就是电子子辐射。汤姆逊最负盛名的贡献是探讨阴极射线的性质,也就是电子的性质。他借着电场以偏转阴极射线;在过去是用磁场使它子偏转。的性质。他借着电场以偏转阴极射线;在过去是用磁场使它子偏转。他终于证实电子为带负电的粒子。接着他又测定电子的质量,约为氢他终于证实电子为带负电的粒子。接着他又测定电子的质量,约为氢原子核的二千分之一。在当时它子是被视为最小的粒子。原子核的二千分之一。在当时它子是被视为最小的粒子。电子是属于次原子级的粒子,汤姆逊是证明
11、次原子级粒子存在的电子是属于次原子级的粒子,汤姆逊是证明次原子级粒子存在的第一位,从此打开了次原子级的门户。后来汤姆逊证实电子和物质相第一位,从此打开了次原子级的门户。后来汤姆逊证实电子和物质相互作用的结果会产生互作用的结果会产生X射线,而射线,而X射线和物质相互作用的结果却会产射线和物质相互作用的结果却会产生电子。生电子。第一个原子模型也要归功于汤姆逊,也就是闻名的葡萄干布丁第一个原子模型也要归功于汤姆逊,也就是闻名的葡萄干布丁模型。他绘出原子为一球形,充满了正电荷,同时也有相同数目的模型。他绘出原子为一球形,充满了正电荷,同时也有相同数目的负电荷负电荷(电子电子)。汤姆逊因在电子和气体导电
12、两方面的卓越成就,获得。汤姆逊因在电子和气体导电两方面的卓越成就,获得1906年度的诺贝尔物理奖。年度的诺贝尔物理奖。汤姆逊领导的汤姆逊领导的35年中间,卡文迪什实验室的研究年中间,卡文迪什实验室的研究工作取得了如下成果:进行了气体导电的研究,从而工作取得了如下成果:进行了气体导电的研究,从而导致了电子的发现;放射性的研究,导致了导致了电子的发现;放射性的研究,导致了、射线射线的发现;进行了正射线的研究,发明了质谱仪,从而的发现;进行了正射线的研究,发明了质谱仪,从而导致了同位素的研究;膨胀云室的发明,为核物理和导致了同位素的研究;膨胀云室的发明,为核物理和基本粒子的研究准备了条件;电磁波和热
13、电子的研究基本粒子的研究准备了条件;电磁波和热电子的研究导致了真空管的发明和改善,促进了无线电电子学的导致了真空管的发明和改善,促进了无线电电子学的发展和应用。这些引人注目的成就使卡文迪什实验室发展和应用。这些引人注目的成就使卡文迪什实验室成了物理学的圣地,世界各地的物理学家纷纷来访,成了物理学的圣地,世界各地的物理学家纷纷来访,把这里的经验带回去,对各地实验室的建设起了很好把这里的经验带回去,对各地实验室的建设起了很好的指导作用。的指导作用。1919年,汤姆逊的职位由他的学生卢瑟福年,汤姆逊的职位由他的学生卢瑟福(Ernest Rutherford)(1871-1937)继任。卢瑟继任。卢瑟
14、福是一位成绩卓著的实验物理学家,是原子核物福是一位成绩卓著的实验物理学家,是原子核物理学的开创者。他因在揭示原子奥秘方面做出的理学的开创者。他因在揭示原子奥秘方面做出的卓越贡献获卓越贡献获1908年度的诺贝尔化学奖。年度的诺贝尔化学奖。卢瑟福更重视对年轻人的培养。在他的带领卢瑟福更重视对年轻人的培养。在他的带领下,查德威克发现了中子;考克拉夫特和沃尔顿下,查德威克发现了中子;考克拉夫特和沃尔顿发明了静电加速器;布拉凯特观测到核反应;奥发明了静电加速器;布拉凯特观测到核反应;奥里法特发现氚;卡皮查在高电压技术、强磁场和里法特发现氚;卡皮查在高电压技术、强磁场和低温等方面取得硕果,另外还有电离层的
15、研究,低温等方面取得硕果,另外还有电离层的研究,空气动力学和磁学的研究等等。空气动力学和磁学的研究等等。1937年卢瑟福去世,由年卢瑟福去世,由W.L.布拉格(布拉格(William Lawrence Bragg)继任实验室第五任主任。)继任实验室第五任主任。W.L.布拉格与其父布拉格与其父W.H.布拉格(布拉格(William Henry Bragg)因在)因在X线衍射分析晶体结构方面的成就共线衍射分析晶体结构方面的成就共获获1915年度的诺贝尔物理奖。年度的诺贝尔物理奖。在二次世界大战的时候,实验室的主攻方向在二次世界大战的时候,实验室的主攻方向由主要从事原子物理和核物理基础研究转向对雷由
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