Chp_15大学物理课件
大学物理 15章 第二讲PPT课件

S S'
y y'
在S' 系中测得:
u
ut '
x'
P
x'x 1u2/c2u't
x x'ut' 1u2 /c2
(2) o
o'
x
?1 xu
2
c2
xx '
河南城建学院 张凤玲
xut x' 1u2/c2 x'x 1u2/c2u't
从以上二式中消去 x' ,有:
消去 x,有:t
t
'
u c2
x
'
t
'
1u2 /c2
河南城建学院 张凤玲
例、用洛仑兹变换验证两个惯性系的时间关系:
在S’系发光和接受光这两个事件的坐标分为 (x’,t’1)和(x’,t’2)
d S’
在S系发光和接受 光这两个事件的
u
u
u
坐标分为
(x1,t1)和(x2,t2)
0 (x1,t1)
则根据洛仑兹变换可得到:
地面S系 (x2,t2)
t t2 t1
t
'2
u c2
x
'
1 u2 /c2
t '1
u c2
x
'
1 u2 /c2
t ' 1 u2 / c2
河南城建学院 张凤玲
例、北京和上海相距1000km,在某一时刻从两地各开出
一列火车。现有一艘飞船沿从北京到上海的方向在高空
掠过,速率恒为u=9km/s。求宇航员测得的两列火车开
出时间的间隔,哪一列先开出?
【大学物理】chp15-6

一、德布罗意波的统计解释
经典粒子:不被分割的整体,有确定位置和运动轨道。 经典的波:物理量的空间分布作周期性的变化,波具有相干叠加性。 波粒二象性:要求将波和粒子两种对立的属性统一到同一物体上。
2、电子衍射 从粒子的观点看,衍射图样的出现,是由于电子不均匀地射向照相底
片各处形成的,有些地方电子密集,有些地方电子稀疏,表示电子射到各 处的概率是不同的,电子密集的地方概率大,电子稀疏的地方概率小。
电子束
缝
宽
p
衍 射
p h
图
样
只考虑一级衍射:
电子可在缝宽 ∆x 范围的任意一点通过狭缝,电子坐标不确定量就 是缝宽 ∆x ,电子在 x方向的动量不确定量:
px p sin , bsin xsin ,
px p x
h, x
xpx h
若考虑次级衍射: xpx h
p 1 c
E2
E02
E c2 p
E
在时间 ∆ t 内,粒子可能发生的位移:
x vt
p t m
x p
p m
t
E c2 p
E
E mc2
t E t E
x p 2
t E 2
三、能量与时间的不确定性关系
能量和时间也存在不确定度关系,即:
Ε t 2
1)若一体系处于某状态的时间不确定量为 t 那么, 这个状态的能量也有不确定范围E。(可解释光谱线宽度)
2)原子在某激发状态的时间越长,t , Ε 该态的能级宽度就越小
3)E小的能级比较稳定,基态最稳定。
即:基态的能量是可以准确被测定的。t , Ε 0
【大学物理】chp15-10

S s (s 1) s :自旋角量子数
S.A. Goudsmit 1902-1979
S 在外磁场方向的投影:
Sz ms
ms 0 , 1, 2 , , s ms :自旋磁量子数
ms 只能取两个值, 2s +1=2, s 1 2 , ms 1 2
二、电子的自旋 Spin of Electron
电子自旋角动量的大小
S s(s 1) , s 1 2
Z 1
2
S 3 4
S s(s 1) 3 4
电子自旋角动量在 z 轴的分量
1 Sz ms, ms 2
Sz
1 2
1 2
“自旋”不是宏观物体的“自转”,只能说电子自旋是电子 的一种内部运动。电子自旋是电子的固有性质,任何经典机械运 动图像都不可能确切描述这种特性。
用
K , L , M , N , O , P , …. 表示
同一壳层中( n 相同),l 相同的电子组成同一分壳层
支壳层 l = 0, 1 , 2 , 3 , … , n-1
用
s , p , d , f , … , 表示
原子是由多个电子与原子核组成系统,系统的状态用电子状态分
布来描写 ,用n、l 标记,再指明该态中的电子数——原子组态
有相同的(n , l , m l , ms )。 (1)主量子数为 n 的壳层中最多能容纳电子数为:
n l 0, 1, 2, , n 1 ml 0, 1, 2, , l
1 ms 2
n 1
Zn 2(2l 1) l 0
2n2
W. Pauli 1900-1958
一切实物粒子都具有波粒二象性
【大学物理】chp15-1

1 (T )
2 (T )
M B (T )
表明:1)若MB(T )已知,则:Mi (T ) i (T ) M B (T )
2)好的吸收体也是好的辐射体;
3)黑体是完全的吸收体因此也是理想的辐射体。
确定黑体的单色辐出度成为研究热辐射的中心问题。
二、绝对黑体和黑体辐射的基本规律
2、基尔霍夫定律 Kirchhoff’s Law
1859年,德国物理学家基尔霍夫根据封闭容器内几个物 体处于热平衡时的特征,得出:
在同一温度 T 下,任何物体单色辐出度 M(T ) 和单色吸
收比 (T )之比值都相等,等于该温度 T 下的绝对黑体对同一
波长的单色辐出度MB(T ) , 即:
M1 (T ) M 2 (T )
1、热辐射
逐渐升温 任何物体在任何温度下都在不断地向外辐射各种波长的电磁波 的现象称为热辐射。
T不同,辐射能量集中的波长范围不同
一、热辐射 Heat Radiation
2、描述热辐射的物理量
1)单色辐出度 M (T ) 在一定温度 T 下,单位时间内,从物体表面单位面积上辐射出的
单位波长间隔内的能量。
1918年他荣获诺贝尔物理学奖
➢意义
1、首次提出微观粒子的能量是量子化的, 打破了经典物理学中能量连续的观念。
2、打开了人们认识微观世界的大门, 在物理学发展史上起了划时代的作用.
爱因斯坦评价:
“这一发现成为 20 世纪整个物理研究的基础,从那时起,
几乎完全决定了物理学的发展”。
例:地球的表面温度约为300K,算得λm约为10μm, 处在红外 波段。由于红外线不被大气所吸收,所以利用遥感技术可 对地球的表面进行遥测,分析植被、地质等信息。
大学物理PPT完整全套教学课件pptx

非弹性碰撞
碰撞后系统动能不守恒,部分机械 能转化为内能,损失了机械能。如 湿纸或橡皮泥的碰撞等。
完全非弹性碰撞
碰撞后两物体粘在一起运动,动能 损失最大,机械能损失也最大。
能量守恒定律
定律表述
自然界中的一切物质都具有能量,能量既不能创 造也不能消灭,而只能从一种形式转换成另一种 形式,从一个物体传递到另一个物体;在转化和 传递过程中能量的总量保持不变。
大学物理的学习方法和要求
掌握基本概念和基本规律
注重实验和实践
学习大学物理首先要掌握基本概念和基本 规律,理解它们的物理意义和适用范围。
大学物理实验是学习物理学的重要环节, 通过实验可以加深对物理概念和规律的理 解,培养实验技能和动手能力。
培养物理思维
拓宽知识面
学习大学物理要注重培养物理思维,即运 用物理学的方法和观点去分析和解决问题 的能力。
热力学第二定律的表述及实质
表述
实质
应用
热力学第二定律有多种表述方式,其 中最著名的是开尔文表述和克劳修斯 表述。开尔文表述指出,不可能从单 一热源吸取热量,使之完全变为有用 功而不产生其他影响。克劳修斯表述 指出,热量不可能自发地从低温物体 传到高温物体而不引起其他变化。
热力学第二定律的实质是揭示了自然 界中一切与热现象有关的宏观过程都 具有方向性,即不可逆性。这种方向 性是由系统内部的微观状态数目的变 化所决定的,也就是由系统的熵增原 理所决定的。
循环过程卡诺循环
01
02
定义
工作原理
卡诺循环是一种理想的可逆循环,由 两个等温过程和两个绝热过程组成。 它是热力学第二定律的出发点,也是 热机效率的理论极限。
卡诺循环通过高温热源吸收热量,在 低温热源放出热量,并对外作功。其 效率只与高温热源和低温热源的温度 有关,而与工作物质无关。
【大学物理】chp15-3

Quantum Physics
第三讲 康普顿效应
Compton Effect
康普顿
pton(1892---1962) 美国实验物理学家,芝加哥大学教授。 因发现康普顿效应而获得1927年诺贝尔物理学奖
一、康普顿效应的实验及其规律
1、实验装置
K-
X
射
••• •
线
源
2) 光子与实物粒子一样,能与电子等粒子作弹性碰撞。
l0
l
l0
l0
自由 电子
原子
2) X 射线光子和原子内层电子相互作用
内层电子被束缚很紧,光子相当于和整个原子发生碰撞。 光子质量远小于原子质量,碰撞时光子不会明显损失能量, 波长不变。
三、康普顿效应的理论解释
光子理论解释
1) X 射线由 h 的光子组成;
能量: 0 hν0 ,
动量:
pe0
0
动量:
p0
hν0 c
e0
e
pe
mv
(2)碰撞后 *电子 能量: E m c2, 动量:
pe
mv
m0 v 1 (v / c)2
*光子 能量: hν,
动量:
p
hν c
en
三、康普顿效应的理论解释
碰撞过程中能量守恒 hν0 m0c2 hν mc 2
现代物理学中,吴有训作出了杰出 贡献。
二、经典理论遇到的困难
康普顿散射的实验结果与光的波动说相矛盾
经典物理的解释
l0 , 0 θ
单色电 磁波
散射物体
照射
电子受 迫振动
l0 , 0
2024版《大学物理》全套教学课件(共11章完整版)
01课程介绍与教学目标Chapter《大学物理》课程简介0102教学目标与要求教学目标教学要求教材及参考书目教材参考书目《普通物理学教程》(力学、热学、电磁学、光学、近代物理学),高等教育出版社;《费曼物理学讲义》,上海科学技术出版社等。
02力学基础Chapter质点运动学位置矢量与位移运动学方程位置矢量的定义、位移的计算、标量与矢量一维运动学方程、二维运动学方程、三维运动学方程质点的基本概念速度与加速度圆周运动定义、特点、适用条件速度的定义、加速度的定义、速度与加速度的关系圆周运动的描述、角速度、线速度、向心加速度01020304惯性定律、惯性系与非惯性系牛顿第一定律动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律牛顿第二定律作用力和反作用力、牛顿第三定律的应用牛顿第三定律万有引力定律的表述、引力常量的测定万有引力定律牛顿运动定律动量定理角动量定理碰撞030201动量定理与角动量定理功和能功的定义及计算动能定理势能机械能守恒定律03热学基础Chapter1 2 3温度的定义和单位热量与内能热力学第零定律温度与热量热力学第一定律的表述功与热量的关系热力学第一定律的应用热力学第二定律的表述01熵的概念02热力学第二定律的应用03熵与熵增原理熵增原理的表述熵与热力学第二定律的关系熵增原理的应用04电磁学基础Chapter静电场电荷与库仑定律电场与电场强度电势与电势差静电场中的导体与电介质01020304电流与电流密度磁场对电流的作用力磁场与磁感应强度磁介质与磁化强度稳恒电流与磁场阐述法拉第电磁感应定律的表达式和应用,分析感应电动势的产生条件和计算方法。
法拉第电磁感应定律楞次定律与自感现象互感与变压器电磁感应的能量守恒与转化解释楞次定律的含义和应用,分析自感现象的产生原因和影响因素。
介绍互感的概念、计算方法以及变压器的工作原理和应用。
分析电磁感应过程中的能量守恒与转化关系,以及焦耳热的计算方法。
电磁感应现象电磁波的产生与传播麦克斯韦方程组电磁波的辐射与散射电磁波谱与光子概念麦克斯韦电磁场理论05光学基础Chapter01光线、光束和波面的概念020304光的直线传播定律光的反射定律和折射定律透镜成像原理及作图方法几何光学基本原理波动光学基础概念01020304干涉现象及其应用薄膜干涉及其应用(如牛顿环、劈尖干涉等)01020304惠更斯-菲涅尔原理单缝衍射和圆孔衍射光栅衍射及其应用X射线衍射及晶体结构分析衍射现象及其应用06量子物理基础Chapter02030401黑体辐射与普朗克量子假设黑体辐射实验与经典物理的矛盾普朗克量子假设的提普朗克公式及其物理意义量子化概念在解决黑体辐射问题中的应用010204光电效应与爱因斯坦光子理论光电效应实验现象与经典理论的矛盾爱因斯坦光子理论的提光电效应方程及其物理意义光子概念在解释光电效应中的应用03康普顿效应及德布罗意波概念康普顿散射实验现象与经德布罗意波概念的提典理论的矛盾测不准关系及量子力学简介测不准关系的提出及其物理量子力学的基本概念与原理意义07相对论基础Chapter狭义相对论基本原理相对性原理光速不变原理质能关系广义相对论简介等效原理在局部区域内,无法区分均匀引力场和加速参照系。
Chp-15大学物理课件
2024/8/8
P.24/93
原子核物理和粒子物理简介
1903 Nobel Prize in Physics
H.A. Becquerel P. Curie
1852-1908
1859-1906
M.P. Curie 1867-1934
主要贡献:发现放射性元素
2024/8/8
P.25/93
原子核物理和粒子物理简介
电子 e:
e
e 2me
ge,l L ge,sS
= =
1
2
2024/8/8
P.11/93
质子 p:
p
e 2mp
gp,l L gp,sS
原子核物理和粒子物理简介
=
=
1 5.5857
中子 n:
n
e 2mn
gn,l L gn.sS
存在内部结构
=
=
0 -3.8262
3. 超精细结构
2024/8/8
历史回顾——重要事件
1896:H. Becquerel发现了铀(U)放射现象; 1897:P.&M. Curie发现钋(Po)和镭(Ra); 1899:E. Rutherford发现 , 射线; 1900:P. Vilard发现 射线; 1903:E. Rutherford证实 射线为He2+, 射线
最稳定。
2024/8/8
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三、原子核的大小和形状
原子核物理和粒子物理简介
原子核的半径 (nuclear radius):
1
R r0 A3
r0 1.21015 m 1.2 fm
核密度:
m 4 πR3
1.66 1027 A 4 π(1.2 1015 A1 3 )3
PhysicsChpt15物理双语课件
15.1 Properties of Sound
Key Question: What is sound and how do we hear it?
*Students read Section 15.1 AFTER Investigation 15.1
15.1 Properties of Sound
Chapter 15 Vocabulary Terms
pressure frequency pitch superposition principle decibel speaker acoustics microphone fundamental wavelength stereo
3. Numbers correspond to the amplitude of the signal and are recorded as data. One second of compact-disk-quality sound is a list of 44,100 numbers.
15.1 Recording sound
Doppler effect supersonic frequency spectrum shock wave resonance node antinode dissonance harmonic reverberation
【大学物理】chp15-7
]Ψ
EP (x,
y, z,t)Ψ
i Ψ t
拉普拉斯算符:
2
2 x 2
2 y 2
2 z 2
一般的薛定谔方程:
[
2 2 2m
EP (x,
y, z,t)]Ψ
i Ψ t
一般定态薛定谔方程:
2
2m 2
(E
E
p
)
0
四、薛定谔方程的建立
5、薛定谔方程的意义 薛定谔方程在量子力学中的地位与牛顿方程在经
2 2m
2Ψ x2
EP (x)Ψ
i Ψ t
分离变量: Ψ (x,t) (x)Φ(t)
Φ(t )[
2 2m
d 2 (x)
dx2
EP (x)
( x)]
(x)i dΦ(t) dt
四、薛定谔方程的建立
3、一维定态薛定谔方程
1 [ 2
(x) 2m
d 2 (x)
四、薛定谔方程的建立
薛定谔(Erwin Schrödinger)(1887—1961)
奥地利著名理论物理学家,量子力学的重要奠 基人,在德布罗意物质波思想的基础上,引入波函 数来描述微观客体,提出了薛定谔方程作为量子力 学的又一个基本假设来描述微观粒子的运动规律 , 并建立了微扰的量子理论——量子力学的近似方法, 同时在固体比热、统计热力学、原子光谱及镭的放 射性等方面的研究都有很大成就。1933年与物理学 家狄拉克共同荣获诺贝尔物理学奖,薛定谔还是现 代分子生物学的奠基人。
0 , x0
求:1) 归一化的波函数; 2) 粒子的概率密度函数; 3) 在何处发现粒子的概率最大?
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2. 核磁矩 (nuclear magnetic moment)
e g e ,l L g e , s S 电子 e: e 2me
=
1
2013-7-20
P.11/93
=
2
原子核物理和粒子物理简介
e g p ,l L g p , s S 质子 p: p 2mp
历史回顾——重要事件
1896:H. Becquerel发现了铀(U)放射现象; 1897:P.&M. Curie发现钋(Po)和镭(Ra); 1899:E. Rutherford发现 , 射线; 1900:P. Vilard发现 射线; 1903:E. Rutherford证实 射线为He2+, 射线 为电子; 1911:E. Rutherford提出原子的核式模型; 1919:E. Rutherford首次实现人工核反应,发现 了质子。
1 u 1.660566 1027 kg
2) 原子核的符号表示: A X
Z
Z为质子数、N为中子数、A为核子 数 (nucleon number)
例
2013-7-20
4 2
He, 14 N, 16 O, ..., 7 8
235
U
P.8/93
原子核物理和粒子物理简介
同位素(isotope):Z相同而A不同的核素,如: 1 H,
存在内部结构
e g n ,l L g n . s S 中子 n: n 2mn
=
0
=
1
5.5857
-3.8262
=
=
3. 超精细结构
2013-7-20
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原子核物理和粒子物理简介
4. 核磁共振及成像
2013-7-20
P.13/93
原子核物理和粒子物理简介
mc2 100 MeV ~ 200me
mπ 273.3me , mπ0 264.3me
P.23/93
2013-7-20
原子核物理和粒子物理简介
§15-4 原子核的放射性
一、放射性(radioactivity)现象 绝大多数的原子 核都是不稳定的, 由一种原子核自发 的变成另一种原子 核,同时放射出各 种射线的现象称为 放射性。
原子核自发分裂成两个 质量相似或几个原子核。
Th放射系
P.27/93
2013-7-20
原子核物理和粒子物理简介
二、衰变规律
1. 指数衰变律 若:t = 0时,N = N0;在dt 内核衰变数为 -dN
则: dN Ndt
衰变常数(decay constant) : 一个原子核在单位时间内发生 衰变的概率。
A Z
2013-7-20
X e Y νe
A Z 1
P.26/93
i
原子核物理和粒子物理简介
3. 1) 衰变:
A Z
X X γ
A Z *
*
2) 内转换
(internal conversion):
A Z
X X ei
A Z *
*
4. 自发裂变
(spontaneous fission)
比结合能(Specific binding energy):原子核中每个核子的 平均结合能。 2
Eb mc A A
物理意义:比结合能越大,原子核结合越紧密。
2013-7-20
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原子核物理和粒子物理简介
比结合能图 特点:两头低、 中间高
获得原子能量的两种方法: (1) 重核裂变 (heavy nucleus fission) (2) 轻核聚变 (light nucleus fusion)
交换力(exchange force) —虚光子(virtual R.P. Feynman 1918-1988 photon)传递:两个电子交换虚光子后互 相排斥 Feynman 图
c 介子质量估算 E t x / c x
若E全部转为虚粒子的静止能 E m 2 c x c 库仑作用 — 长程力 x
2013-7-20
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原子核物理和粒子物理简介
§15-1 原子核的基本性质
一、原子核(Atomic nucleus)的组成 原子核 — 质子(proton) 、中子(neutron)组成
1) 核子(Nucleon ) 中子 mn=1.008665 u 质子 mp=1.007277 u Q=0 Q=e
放射性衰变模式:
1. 衰变(-decay):
A Z
X
A 4 Z 2
Yα
2. 衰变(-decay): 1) -衰变:
A Z A XZ 1Y e ν e
2)
+衰变:
A Z
X Y e ν e
A Z 1
3) 电子俘获 (orbital electron capture):
主要贡献:发展了核磁共振成像技术
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2003 Nobel Prize in Physiology or Medicine
原子核物理和粒子物理简介
§15-2 原子核的结合能
一、1+12 氘核(2H)的结合能 mp= 1.007277 u mp + mn= 2.015942 u 质量亏损
核磁共振成像仪(MRI)2013 Nhomakorabea7-20
脑神经胶质瘤
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原子核物理和粒子物理简介
Physicists Honored for Their Medical Insights
17 OCTOBER 2003 VOL 302 SCIENCE
Paul C. Lauterbur 1929-
Peter Mansfield 1933-
指数衰变律:
N N 0e
t
2. 半衰期(half-life period)T1/2 放射性原子核衰减到原来数目的一半所需要的时间.
2013-7-20
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原子核物理和粒子物理简介
结合能Eb:Eb
mc [( Zmp Nmn ) mX ]c
2
2
如:一个质子和一个中子组成氘核,则氘核 的结合能:
Eb [( mp mn ) md ]c
2
[1.007825 1.008665 2.014102]uc 2 2 0.002388 uc 2.224 (MeV)
2013-7-20
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原子核物理和粒子物理简介
聚变反应:
例15-1. 氘核和氚核可聚合为氦核同时放出一个中子, 计算其结合能。
Eb [ M (D) M (T) M ( 4 He) mn ]c 2 解:
[2.014102 3.016049 4.002603 1.008665 ] uc 2 2 0.018794 uc 17.6 (MeV )
2.3 1014 g cm3
2013-7-20
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原子核物理和粒子物理简介
四、原子核的自旋和磁矩 1. 核自旋 (nuclear spin)
核自旋i 0 偶偶核 质子 p 1/2 费米子 基态 奇偶核 半整数 中子 n 1/2 (fermion) 奇奇核 整数 s
I i(i 1)
2013-7-20
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原子核物理和粒子物理简介
§15-3 核 力(nuclear force)
核力:把质子和中子纠合在一起,构成一个个稳定的原
子核(也包括不稳定的原子核)的强大的束缚力。
一、核力一般性质
(1) 核力是强相互作用,主要是吸引 力,为电磁相互作用的100多倍。 (2) 核力是短程力,作用半径为3 fm。 (3) 核力与电荷无关,任何两核子 之间的吸引力一样。 (4) 核力与参与相互作用核子的自旋 取向有关。
1
2 1
H, H
3 1
同量异位素(isobar):A相同而Z 不同的核素,如: 40 Ar, 40 Ca 18 20
二、核素图 (nuclidic chart)
Z≥ 84,不稳定的放射性核; 质子数为偶数的核更稳定; 稳定轻核的中子数和质子数 之比等于1;稳定重核的中子 数和质子数之比大于1; Z或N = 2, 8, 20, 28, 50, 82,126 称为幻数,对应幻数的原子核 最稳定。
2013-7-20
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原子核物理和粒子物理简介
历史回顾——重要事件
1932:J. Chadwick发现了中子; 1934:F.&I. Joliot-Curie发现人工放射性; 1939:O. Hahn等人发现重核裂变;
1942:E. Fermi发明热中子链式反应堆;
1945:原子弹试爆成功,并在广岛上空爆炸;
2013-7-20
m0
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原子核物理和粒子物理简介
2. 核子相互作用 交换力—介子传递
与电磁作用相似,核力——质子和中子之间的相互作用,也被看 作是一种交换“虚粒子”而产生的交换力;这种“虚粒子”是质量 介于电子和质子之间的介子。介子是传递核力的媒介子。
核力 — 短程力 x 2fm 1947年实验发现:, 0
2013-7-20
P.24/93
原子核物理和粒子物理简介
1903 Nobel Prize in Physics
H.A. Becquerel 1852-1908
P. Curie 1859-1906
M.P. Curie 1867-1934
主要贡献:发现放射性元素