鸡西实验中学物理教研组

物理学家

牛顿（Isaac Newton 1642-1727年）

英国伟大的物理学家、数学家、天文学家。1642年生于英国北部林肯郡的一个农民家庭。1661年考入剑桥大学，1665年毕业后留校。这年6月，剑桥因避免瘟疫而停课，他回家乡住了20个月。这是他一生创造力最旺盛的时期，孕育了微积分、万有引力定律、光的色散等。

1687年出版了《自然哲学的数学原理》。在这部著作中，他把伽利略提出，笛卡尔完善的惯性定律写下来作为第一定律；他定义了质量、力和动量，提出了动量改变与外力的关系，并把它作为第二运动定律；他写下了作用和反作用的关系作为第三运动定律。他还写下了力的独立作用定理、伽利略的相对性原理、动量守恒定律、以及绝对空间和绝对时间的概念，成为经典力学基础。

牛顿继续了哥白尼、开普勒、伽利略等对行星运动的研究，在惠更斯的向心加速度概念和他自己的运动定律的基础上得出了万有引力定律。发明了微积分解释了开普勒椭圆轨道，从而圆满的地解决了行星的运动问题。他还提出了地球表面的物体受重力与月球地球之间的引力、太阳行星之间具有相同的本质。

牛顿在光学方面也有很大贡献，他发现并研究了色散现象。设计制造了反射式望远镜。1703年出版了《光学》一书。书中讨论了颜色、色光的反射和折射，虹的形成，“牛顿环”的定量研究，冰洲石的双折射现象等。

牛顿1672年成为英国皇家学会会员，1699年当选为巴黎科学院院士，1705年被授予爵士爵位。一生的后二、三十年主要研究神学，在科学上几乎没

有贡献。

迈克尔·法拉第(Michael Faraday)

迈克尔·法拉第(Michael Faraday,1791—1867)是19世纪电磁学领域中最伟大的实验物理学家．他于1791年9月22日生于伦敦附近的纽因格顿，父亲是铁匠．由于家境贫苦，他只在7岁到9岁读过两年小学．12岁当报童，13岁在一家书店当了装订书的学徒．他喜欢读书，利用在书店的条件，读了许多科学书籍，并动手做了一些简单的化学实验．

　　1812年秋，法拉第有机会听了著名化学家戴维的四次讲演，激起对科学研究的极大兴趣．他把戴维的讲演精心整理并附上插图后寄给戴维，希望戴维帮助他实现科学研究的愿望．1813年3月，戴维推荐法拉第到皇家研究院实验室作了自己的助理实验员．1813年10月，法拉第跟随戴维到欧洲大陆进行学术考察18个月．在这期间他有机会参观了各国科学家的实验室，结交了安培、盖·吕萨克等著名科学家，了解了他们的科学研究方法．回到英国后，法拉第就开始了独立的研究工作，并于1816年发表了第一篇化学论文，以后又接连发表了几篇．

　　1820年奥斯特发现电流的磁效应，受到科学界的关注，促进了科学的发展．1821年英国《哲学年鉴》的主编约请戴维撰写一篇文章，评述奥斯特发现以来电磁学实验的理论发展概况．戴维把这一工作交给了法拉第．法拉第在收集资料的过程中，对电磁现象的研究产生了极大的热情，并开始转向电磁学的研究．他仔细地分析了电流的磁效应等现象，认为既然电流能产生磁，磁能否产生电呢?1822年他在日记中写下了自己的思想：“磁能转化成电”．他在这方面进行了系统的研究．起初，他试图用强磁铁靠近闭合导线或用强电流使另一闭合导线中产生电流，做了大量的实验，都失败了．经过历时十年的失败、再试验，直到1831年8月29日才取得成功．他接连又做了几十个这类实验．1831年11月24日的论文中，他把产生感应电流的情况概括成五类：变化着的电流；变化着的磁场；运动的恒定电流；运动的磁场；在磁场中运动的导体．他指出：感应电流与原电流的变化有关，而不是与原电流本身有关．他将这一现象与导体上的静电感应类比，把它取名为“电磁感应”．为了解释电磁感应现象，法拉第曾提出过“电张力”的概念．后来在考虑了电磁感应的各种情况后，认为可以把感应电流的产生归因于导体“切割磁力线”．在电磁感应现象发现二十年后，直到1851年才得出了电磁感应定律．

　　1833年到1834年，法拉第从实验得出了电解定律，这是电荷不连续性的最早的有力证据．

　　法拉第的另一贡献是提出了场的概念．他反对超距作用的说法，设想带电体、磁体周围空间存在一种物质，起到传递电、磁力的作用，他把这种物质称为电场、磁场．1852年，他引入了电力线(即电场线)、磁力线(即磁感线)的概念，并用铁粉显示了磁棒周围的磁力线形状．场的概念和力线的模型，对当时的传统观念是一个重大的突破．

　　法拉第从近距作用的物理图景出发，还预见了电、磁作用传播的波动性和它们传播的非瞬时性．他在1832年3月12日写给英国皇家学会的一封密封信中，信封上写着“现在应当收藏在皇家学会档案馆里的一些新观点”，这封信直到1938年才启封公布，信中法拉第说明了他的上述新观点．表现了法拉第深邃的物理洞察力和深刻的物理思想．

　　法拉第把他做过的实验整理成《电学实验研究》一书，书中收集了三千多个条目，详细记述了他做过的实验和结论，是一本珍贵的科学文献．

　　法拉第是靠自学成才的科学家，在科学的征途上辛勤奋斗半个多世纪，不求名利．1825年，他参与冶炼不锈钢材和折光性能良好的重冕玻璃工作，不少公司和厂家出重金聘请法拉第为他们的技术顾问．面对15万镑的财富和没有报酬的学问，法拉第选择了后者．1851年，法拉第被一致推选为英国皇家学会会长，他也坚决推辞掉了这个职务．把全身心献给了科学研究事业，终生过着清贫的日子．

　　1855年他从皇家学院退休．1867年8月25日在伦敦去世．遵照他“一辈子当一个平凡的迈克尔·法拉第”的意愿，遗体被安葬在海格特公墓．为了纪念他，用他的名字命名电容的单位——法拉．

王淦昌

王淦昌（1907～1998），1929年毕业于清华大学。1930年赴德国，入柏林大学，在L·迈特纳指导下从事β衰变能谱研究，1934年获博士学位。1930年他在柏林提出用云室来研究由α粒子轰击铍核时发现的一种高能射线，这一设想由于导师不支持而未能实现。一年多后，英国的查德威克就是通过这样的实验发现了中子。1941年他提出通过轻原子核俘获K壳层电子释放中微子时所产生的反冲探测中微子。一年后美国物理学家J·S·阿伦按其方法进行实验，证实了他的预言。这被认为是1942年世界物理学的重要成就之一。他另一重要成就是1959年在前苏联杜布钠联合核研究所发现反西格马负超子（Σ^－）。这一发现进一步证实了任何粒子都存在反粒子的理论预言。1960年王淦昌回国，参加了原子弹和氢弹的研制，为中国核武器的发展做出了重大贡献。

比埃尔·居里(Pierre Curie)

比埃尔·居里(Pierre Curie)1859年5月15日生于巴黎一个医生家庭里．在他的儿童和少年时期，性格上好个人沉思，不易改变思路，沉默寡言，反应缓慢，不适应普通学校的灌注式知识训练，不能跟班学习，人们都说他心灵迟钝，所以从小没有进过小学和中学．父亲常带他到乡间采集动、植、矿物标本，培养了他对自然的浓厚兴趣，学到了如何观察事物和如何解释它们的初步方法．居里14岁时，父母为他请了一位数理教师，他的数理进步极快，16岁便考得理学士学位，进入巴黎大学后两年，又取得物理学硕士学位．1880年，他21岁时，和他哥哥雅克·居里一起研究晶体的特性，发现了晶体的压电效应．1891年，他研究物质的磁性与温度的关系，建立了居里定律：顺磁质的磁化系数与绝对温度成反比．他在进行科学研究中，还自己创造和改进了许多新仪器，例如压电水晶秤、居里天平、居里静电计等．1895年7月25日比埃尔·居里与玛丽·居里结婚．

　　玛丽·居里(Marie Curie)1867年11月7日生于沙皇俄国统治下的华沙，父亲是中学教员．16岁她以金质奖章毕业于华沙中学，因家庭无力供她继续读书，而不得不去担任家庭教师达六年之久．后来靠自己的一点积蓄和姐姐的帮助，于1891年去巴黎求学．在巴黎大学，她在极为艰苦的条件下勤奋地学习，经过四年，获得了物理和数学两个硕士学位．

　　居里夫妇结婚后次年，即1896年，贝可勒耳发现了铀盐的放射性现象，引起这对青年夫妇的极大兴趣，居里夫人决心研究这一不寻常现象的实质．她先检验了当时已知的所有化学元素，发现了钍和钍的化合物也具有放射性．她进一步检验了各种复杂的矿物的放射性，意外地发现沥青铀矿的放射性比纯粹的氧化铀强四倍多．她断定，铀矿石除了铀之外，显然还含有一种放射性更强的元素．

　　居里以他作为物理学家的经验，立即意识到这一研究成果的重要性，放下自己正在从事的晶体研究，和居里夫人一起投入到寻找新元素的工作中．不久之后，他们就确定，在铀矿石里不是含有一种，而是含有两种未被发现的元素．1898年7月，他们先把其中一种元素命名为钋，以纪念居里夫人的祖国波兰．没过多久，1898年12月，他们又把另一种元素命名为镭．为了得到纯净的钋和镭，他们进行了艰苦的劳动．在一个破棚子里，日以继夜地工作了四年．自己用铁棍搅拌锅里沸腾的沥青铀矿渣，眼睛和喉咙忍受着锅里冒出的烟气的刺激，经过一次又一次的提炼，才从几吨沥青铀矿渣中得到十分之一克的镭．由于发现放射性，居里夫妇和贝可勒耳共同获得了1903年诺贝尔物理学奖．

　　1906年，比埃尔·居里因车祸不幸逝世，年仅47岁．

　　比埃尔·居里去世后，居里夫人忍受着巨大的悲痛，接任了她丈夫在巴黎大学的物理学教授职位，成为该校第一位女教授．她继续放射性的研究工作．1910年，她和法国化学家德别爱尔诺一起分析出纯镭元素，确定了镭的原子量和在元素周期表中的位置．她还测出了氡和其他一些放射性元素的半衰期，整理出放射性元素衰变的系统关系．由于这些重大成就，又荣获1911年诺贝尔化学奖，成为历史上仅有的两次获得诺贝尔奖的科学家．

　　居里夫妇亲自体验了镭的生理效应，他们曾不止一次地被镭射线烫伤．他们与医生一起研究将镭用于治疗癌症，开创了放射性疗法．第一次世界大战期间，她为了自己的祖国波兰和第二祖国法国，参加了战地卫生服务工作，组织X光汽车和X光照相室为伤兵服务，还用镭来治疗伤兵，起了很大的作用．

　　大战结束后，居里夫人回到巴黎她创建的镭学研究所，继续自己的研究工作并培养青年学者．晚年完成了钋和锕的提炼．居里夫人在无任何防护设施的情况下从事了35年的镭元素研究，加上大战期间四年建立X射线室的工作，射线严重地损害了她的健康，引起她严重贫血．1934年5月她不得不离开自己心爱的实验室，并于1934年7月4日与世长辞．

　　居里夫妇一生澹泊、谦虚，不喜欢世俗的恭维与赞扬，不关心个人的名利和地位．在发现镭和提炼成功以后，他们不请求专利，也不保留任何权利．他们认为，镭是一种元素，应该属于全人类．他们向全世界公开他们的提镭方法．对他们花费十几年制备出来的、约值十万美元的一克多镭，全部交给了镭学研究所，不取分文．对美国妇女界赠献给她的一克镭，也不据为私有，一半给了法国镭学研究所，一半给了华沙的镭学研究所．在将镭用于治疗癌症时，他们本可以一夜之间成为百万富翁，但是他们商定，不要他们的发明带来的一切物质利益．他们辛勤劳动的目的，是为人类从新发现中获得幸福．

卢瑟福(Ernest Rutherford)

卢瑟福(Ernest Rutherford,1871—1937)1871年8月30日生于新西兰纳尔逊附近的泉林村．父亲是农民和工匠，母亲是乡村教师．他在小学就对科学实验产生了兴趣．由于成绩优秀，学习期间曾获一系列奖学金．1894年从坎特布雷学院毕业时，以该校空前的数学和物理双第一名的成绩获硕士学位，还因无线电实验研究方面有成绩获理学学士学位．毕业后，留校工作一年．1895年考取大英博览会奖学金，进英国剑桥大学卡文迪许实验室学习．开始时是以研究无线电为主，用自己的发射器和检波器实现了3.2 km的收发距离．意大利人马可尼后来的成就中包括了对卢瑟福检波器的改进，但卢瑟福不计较个人名利，未与马可尼争无线电发明的优先权，还在1932年5月3日向马可尼颁发奖章时赞扬了马可尼的功绩．

　　1896年春末，卢瑟福接受卡文迪许实验室主任J.J.汤姆生的建议，把研究方向转到放射性上．1897年卢瑟福发现，铀射线由两种成分组成，一种是易被吸收的射线，他称之为α射线；另一种是穿透性强的射线，他称之为β射线．同时他还根据实验预言，可能存在一种穿透能力更强的射线，这就是后来发现的并由他命名的γ射线．

　　卢瑟福1898年在卡文迪许实验室研究生毕业后，由J.J.汤姆生推荐，到加拿大的麦吉尔大学任物理学教授．除教学之外，他继续研究放射性．与来自英国的青年化学家F.索迪合作，于1902年首先发现了放射性元素的半衰期，提出放射性是元素自发衰变现象，指出放射性和光谱实验表明，原子有一个很复杂的结构．1903年5月，他和索迪根据α射线和β射线在电场和磁场中的偏转度，辨别出它们分别由带正、负电的粒子构成．指出放射性元素的原子衰变时释放荷电粒子而变成性质不同的新元素，列出了早期的镭、钍、铀的衰变图谱，确认α射线的能量占放射性元素辐射能量的99%以上，为他们后来以α射线作为研究原子结构的炮弹提供了根据．1905年他应用放射性元素的含量及其半衰期，计算出太阳的寿命约为50亿年，开创了用放射性元素半衰期计算矿石、古物和天体年纪的先河．

　　卢瑟福在放射性研究上取得的一系列重大成果，使他扬名于世．1907年他谢绝了一些著名大学的高薪聘请，而出任英国曼彻斯特大学的物理学教授，因为该校有设备先进的实验室和优越的科研条件．卢瑟福对α、β、γ射线作了大量的研究．1908年，他测算出β射线的电荷．1913年，他提出α粒子的带电量为2e，原子量为3.84，认为α粒子失去电荷后应变成氦原子．1913～1914年，他与人合作，测定γ射线的性质和波长，确认γ射线是一种比X射线频率更高的电磁辐射．

　　卢瑟福早就有用α射线探索原子结构的想法．1903年他就发现α射线的能量比β和γ射线大99倍左右，1906年他又发现α射线通过云母片时，出现了偏转2°的小角度散射现象．1908年6月，盖革发现α射线的散射角与靶材料的原子量成正比．同年10月，布拉格写信给卢瑟福，告诉他用α粒子轰击原子时发生α粒子急转弯的现象．这些现象促使他和盖革决定用重金属靶进行散射实验．1909年3月，卢瑟福向正在实验的马斯登提出“看一看你是否能够得到从金属表面直接反射α粒子的效应?”结果，马斯登发现了等于和大于90°的大角度散射现象．卢瑟福以特有的洞察力和直觉，抓住这个反常现象，从原子内存在强电场的思想出发，1911年构思出原子的核式结构模型．1912年，盖革和马斯登用实验证实了带正电的原子核的存在．1913年莫塞莱用元素特征谱线与原子序数的关系证实了核外电子环的存在．

　　1918年，卢瑟福继J.J.汤姆生之后，担任卡文迪许实验室领导，将卡文迪许实验室发展到一个新的高峰．将物质微观结构的研究推向崭新的阶段，同时也培养出了许多青年科学家．

　　卢瑟福是20世纪初最伟大的实验物理学家，他1908年获诺贝尔化学奖．一生发表论文约215篇，著作6种，培养了10位诺贝尔奖获得者．1937年10月19日患肠阻塞并发症逝世，葬于伦敦威斯敏斯特大教堂牛顿墓旁

　　乔治·西蒙·欧姆(Georg Simon Ohm)

乔治·西蒙·欧姆(Georg Simon Ohm，1787—1845)1787年3月16日生于德国埃尔兰根城，父亲是锁匠。父亲自学了数学和物理方面的知识，并教给少年时期的欧姆，唤起了欧姆对科学的兴趣。16岁时他进入埃尔兰根大学研究数学、物理与哲学，由于经济困难，中途缀学，到1813年才完成博士学业。欧姆是一个很有天才和科学抱负的人，他长期担任中学教师，由于缺少资料和仪器，给他的研究工作带来不少困难，但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究，自己动手制作仪器。

　　欧姆对导线中的电流进行了研究。他从傅立叶发现的热传导规律受到启发，导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差。因而欧姆认为，电流现象与此相似，猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力，即现在所称的电动势。欧姆花了很大的精力在这方面进行研究。开始他用伏打电堆作电源，但是因为电流不稳定，效果不好。后来他接受别人的建议改用温差电池作电源，从而保证了电流的稳定性。但是如何测量电流的大小，这在当时还是一个没有解决的难题。开始，欧姆利用电流的热效应，用热胀冷缩的方法来测量电流，但这种方法难以得到精确的结果。后来他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来，巧妙地设计了一个电流扭秤，用一根扭丝悬挂一磁针，让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置；再用铋和铜温差电池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，并用两个水银槽作电极，与铜线相连。当导线中通过电流时，磁针的偏转角与导线中的电流成正比。实验中他用粗细相同、长度不同的八根铜导线进行了测量，得出了如下的等式：

X＝a／(b＋x)。

式中X为磁效应强度，即电流的大小；a是与激发力(即温度差)有关的常数，即电动势；x表示导线的长度，b是与电路其余部分的电阻有关的常数，b＋x实际上表示电路的总电阻。这个结果于1826年发表。1827年欧姆又在《动电电路的数学研究》一书中，把他的实验规律总结成如下公式：

Ｓ＝γE。

式中S表示电流；E表示电动力，即导线两端的电势差，γ为导线对电流的传导率，其倒数即为电阻。

　　欧姆定律发现初期，许多物理学家不能正确理解和评价这一发现，并遭到怀疑和尖锐的批评。研究成果被忽视，经济极其困难，使欧姆精神抑郁。直到1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普利金牌，才引起德国科学界的重视。

　　欧姆在自己的许多著作里还证明了：电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面积和传导性成反比；在稳定电流的情况下，电荷不仅在导体的表面上，而且在导体的整个截面上运动。