Конспект урока и презентация по теме "Рентгеновские лучи" 11 класс
план-конспект урока по физике (11 класс) по теме

ИЗУЧЕНИЕ КАТОДНЫХ ЛУЧЕЙ

Вопрос о природе электричества возник в XVIII в., когда в области электричества был накоплен достаточно широкий круг фактов, требующих единообразного объяснения.

Ответ на вопрос о природе электричества был таким: электричество – это особая невесомая жидкость, состоящая из частичек, отталкивающихся друг от друга и притягивающихся к частицам вещества. Эту первую гипотезу о природе электричества высказал американский ученый Бенджамин Франклин. Электрические частицы Франклина -  это первые предвестники электрона.

Существовали и другие гипотезы, согласно которым имеется два рода электрических жидкостей - избыток одной из них означает наличие в теле положительного, а другой - отрицательного заряда. Несмотря на плодотворность этих гипотез, объяснявших качественно многие явления, никаких количественных выводов, проверяемых на опыте, из этих гипотез вывести не удалось.

Принципиально новый шаг в представлениях об электричестве был сделан лишь в 30-е годы XIX в. в связи с изучением явления электролиза.

В это время М. Фарадей установил экспериментально два закона электролиза, носящих его имя. Эти законы невольно наталкивали на мысль о дискретности электрического заряда и о том, что атомы наделены электрическими силами.

Мысль о дискретности электричества высказывалась еще раньше немецким физиком Вильгельмом Вебером, который считал, «что с каждым весомым атомом связан электрический атом». Но идея атомарности электричества не была популярной.

В этот период Максвеллом была создана теория электромагнитного поля. В основе ее лежала идея существования непрерывной электромагнитной среды, а заряды в ней играли второстепенную роль.

Идея атомарности электричества привлекла к себе вновь внимание лишь после знаменитой  речи Гельмгольца, авторитетнейшего физика того времени.

Итак. Изучение электролиза привело к формированию гипотезы о том, что электричество есть нечто делящееся на элементарные порции и связанное с частицами вещества. Прямых подтверждений этой гипотезы при изучении явления электролиза найти не удалось. Эти подтверждения были найдены позднее в связи с исследованием проводимости газов.

Изучение разряда в газах также было начато Фарадеем. Переход от изучения проводимости электролитов к изучению проводимости газов кажется вполне логичным: в сосуде с электролитом между электродами, соединенными с источником, возникает ток. А если то же самое осуществить, взяв сосуд с газом? Оказывается, что и через газ будет идти ток. Правда, нужен источник большого напряжения.

Немецкий ученый Юлиус Плюккер обнаруживает, что проводимость по мере разрежения газа растет. Ученик Плюккера Гитторф обнаруживает на стенках трубки тень от предмета, помещенного напротив катода. Это дает веские основания считать, что катод испускает особые лучи, так и названные «катодными». Они распространяются от катода перпендикулярно к нему и прямолинейно, вызывают флюоресценцию стекла и откланяются магнитным полем.

Катодные лучи привлекают к себе внимание английского ученого Вильяма Крукса, который был искусным экспериментатором. Дж.Дж. Томсон говорил о нем: «Это был исключительно независимый, оригинальный и мужественный ум, он смотрел на явления по-своему и не боялся высказывать мнения, в корне отличные от утверждений всех прежних ортодоксов». Крукс обнаружил механическое действие катодных лучей (известная «мельница Крукса»), прямолинейность их распространения, фокусирующее действие вогнутого зеркала на катодные лучи, их тепловое действие (расплавление фольги в фокусе зеркала), люминирующее действие лучей, отклонение их магнитным полем и влияние на них электрического поля. Опыты Крукса были не только убедительны, но и необычайно эффектны, их стали воспроизводить во всех лабораториях.

Какова же природа катодных лучей?

Крукс делает вывод, что катодные лучи - это « мельчайшие  элементарные частицы, которые с большой долей вероятности можно считать физической основой вселенной».

Английские физики приняли объяснение Крукса: катодные лучи - это отрицательно заряженные частицы, поскольку  они отклоняются магнитным полем именно так, как должны отклоняться отрицательные частицы.

Иной точки зрения придерживались немецкие физики, возглавляемые   Г. Герцем, которые считали катодные лучи электромагнитными волнами. Влияние магнитного поля на пучок лучей Герц объяснял действием поля на эфир, в котором распространяются электромагнитные волны. Все остальные свойства катодных лучей вполне можно было объяснить, считая их электромагнитными волнами.

Дискуссия между английскими и немецкими физиками длилась довольно долго, не завершаясь окончательной победой ни одной из сторон.

Сторонники корпускулярной гипотезы не могли дать уверенного и однозначного ответа на вопрос о том, что собой представляют частицы, образующие катодный пучок. Существовали разные точки зрения, хотя большинство  склонно было считать катодные лучи ионами.

Позиции волновой теории укрепляются в результате опытов немецкого физика Филиппа Ленарда, который, закрывая металлической фольгой торец катодной трубки, противоположный по отношению к катоду, обнаружил, что катодные лучи выходят из трубки без нарушения вакуума. Значит, это не ионы, ибо выход ионов означал бы нарушение вакуума. Электромагнитные же волны могут проходить через фольгу.

Ленард обнаружил, что часть вышедших наружу лучей не отклоняется магнитом и вызывает фотографическое и люминесцирующее действие. Эти лучи, как выяснилось позднее, представляли собой не что иное, как рентгеновское излучение, возникшее при ударах электронов о фольгу. Но Ленард не понял этого. Когда Рентген позже сделал свое великое открытие, Ленард упорно настаивал на своем приоритете открытия рентгеновских лучей.

Открытие Рентгена явилось важнейшим шагом на пути к обнаружению электрона.