11.1 走进微观.pptx

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1、第十一章第十一章 小粒子与大宇宙小粒子与大宇宙11.1 走进微观走进微观林丽婧林丽婧t西西周周五五行行说说Q1：物质是由什么组成的？：物质是由什么组成的？古古希希腊腊四四元元素素说说物物质质可可分分物质可分（肉眼可见范围）物质可分（肉眼可见范围）高山高山石头石头砂砾砂砾沙子沙子一块一块橡皮橡皮灰尘灰尘人肉眼可见极限大小为人肉眼可见极限大小为50100m人头发丝的直径大小约人头发丝的直径大小约50100mt西西周周五五行行说说古古希希腊腊四四元元素素说说物物质质可可分分Q1:物质是由什么组成的？物质是由什么组成的？从从古人古人的物的物质观质观可知，人可知，人们们很早就在探索构成物很早就在探索构成

2、物质质的最小的最小微粒微粒 古希腊古希腊哲学哲学家家德谟克利特德谟克利特认为认为宇宙宇宙间间存在一种或多种微小的存在一种或多种微小的实实体，叫做体，叫做“原子原子”(在希腊在希腊语语中，原子的含中，原子的含义义是是“不可不可分割分割的的东东西西”)，这这些些“原子原子”在虚空中运在虚空中运动动，并可按照不同的方式重新，并可按照不同的方式重新结结合合或分散或分散；我国我国战战国国时时期的思想家墨子期的思想家墨子则认为则认为物体是由不可分制的最小物体是由不可分制的最小单单元出元出“端端”构成的。构成的。大大约约在在17世世纪纪中叶，人中叶，人们们开始通开始通过实验过实验来了解物来了解物质质的的结结

3、构。构。1661年，玻意耳以化学年，玻意耳以化学实验为实验为基基础础建立了科学的元素建立了科学的元素论论。他他认为认为，只有那些不能用化学方法再分解的，只有那些不能用化学方法再分解的简单简单物物质质才是元才是元素，各种元素存在着不同的原子，元素的差异是由于原子的素，各种元素存在着不同的原子，元素的差异是由于原子的差异差异导导致的。致的。18世世纪纪一系列重要的一系列重要的实验结实验结果，如化学反果，如化学反应应遵从遵从质质量守恒定量守恒定律，元素形成化合物律，元素形成化合物时时遵从定比定律、倍比定律等，启示人遵从定比定律、倍比定律等，启示人们们推想物推想物质质是由一些不可是由一些不可毁灭的微粒

4、而且各种不同的元素微毁灭的微粒而且各种不同的元素微粒按照一定的比例形成化合物粒按照一定的比例形成化合物原子论原子论19世纪初世纪初 英国物理学家英国物理学家&化学家化学家 道尔顿道尔顿 综合已有理论结合实验基础综合已有理论结合实验基础 提出了提出了原子论原子论原子是物质的最小重复单元原子是物质的最小重复单元原子的尺度大约原子的尺度大约10-10m人头发丝的直径大小约人头发丝的直径大小约50100m,约约10-4m一根一根头发的直径相当于的直径相当于100万个原子并排！万个原子并排！分子假说分子假说1811年年 意大利物理学家意大利物理学家&化学家化学家 阿伏伽德罗阿伏伽德罗 提出提出“分子假说

5、分子假说”他发现物质的最小重复单元不是原子，是分子他发现物质的最小重复单元不是原子，是分子而分子由多个相同或不同的原子组成而分子由多个相同或不同的原子组成 单原子分子氩（氩（ArAr）氖（氖（NeNe）ArArArArArArNeNeNeNeNeNe 多原子分子氢气（氢气（H H）水水(H O)直接由原子构成物质大部分金属大部分金属 如铜（如铜（Cu)可见，可见，19世纪初期形成的分子世纪初期形成的分子原子论认为，在物质的结构原子论认为，在物质的结构中存在着分子、原子这样的层次。中存在着分子、原子这样的层次。宏观物质的化学性质决定于分子，而分子则由原子构成，原子宏观物质的化学性质决定于分子，而

6、分子则由原子构成，原子是构成物质的不可再分割的最小粒子。是构成物质的不可再分割的最小粒子。所以明确的分子所以明确的分子原子论其实是化学先建立的，而后在所有原子论其实是化学先建立的，而后在所有自然研究学科（物理化学生物等）都得到了普遍的认可自然研究学科（物理化学生物等）都得到了普遍的认可氢分子是最小的分子，氢原子是最小的原子其直径相当于头发丝直径的百万分之一质量只有10-27kg左右，相当于一颗鸡蛋质量的十亿亿亿分之一1cm3的水中含有3.34x1022个水分子食指第一指节大小里，站下全球人口总数(75亿)的百万亿倍分子的尺度大约10-910-10m，原子的尺度大约10-10mt西西周周五五行行

7、说说古古希希腊腊四四元元素素说说物物质质可可分分Q1:物质是由什么组成的？物质是由什么组成的？原子论原子论英英 道尔顿道尔顿19世纪初世纪初1811意意阿伏伽德罗阿伏伽德罗分子假说分子假说A：物质是由分子：物质是由分子或或原子组成的原子组成的Q2：原子还能再分吗？：原子还能再分吗？t1897电电子子的的发发现现汤姆孙汤姆孙电子的发现电子的发现19世纪70年代稀薄气体放电现象阴极射线阴极射线汤姆孙将其命名为电子1897 英国物理学家汤姆孙设计了一个实验，证实了阴极射线是高速的带电粒子流，并且是带负电的；氢原子原子（最小原子）（最小原子）电子子带电性不带电负电大小10-10m5x10-15m质量1

8、.674 X 10-27kg9.110 X 10-31kg这种带电粒子流不同物质都能够发射是各种物质共有成分；电子的发现意味着什么呢？电子的发现意味着什么呢？电子的发现说明原子可分，电子的发现说明原子可分，原子是由电子和其他物质组成的原子是由电子和其他物质组成的100m5mm0.911g1.674kgQ2：原子还能再分吗？：原子还能再分吗？t1897电电子子的的发发现现汤姆孙汤姆孙Q2：原子由什么组成？：原子由什么组成？1898枣枣糕糕模模型型汤姆孙汤姆孙氢原子原子（最小原子）（最小原子）电子子带电性不带电负电大小10-10m5x10-15m质量1.674 X 10-27kg9.110 X 1

9、0-31kg汤姆孙运用经典力学的理论进行了大量的计算；他认为，既然电子那么小，又那么轻，原子是一个实心球体，正电和所有质量均匀分布在这个圆球上，很小很轻的带负电的电子镶嵌在实心球体的某些固定位置汤姆孙汤姆孙 枣糕模枣糕模型型100m5mm0.911g1.674kg金原子金原子粒子粒子带电性性不不带电正正电大大小小3.48x10-9m3 x10-15m质量量 327 X 10-27kg6.68 X 10-27kg3mm6.68kg3480m327kg电子子（79个）个）负电5x10-15m9.110 X 10-31kg5mm0.911g面包面包直径直径3mm的钢珠的钢珠19091911年，卢瑟福

10、和他的合作者做了用年，卢瑟福和他的合作者做了用粒子轰击金箔的实验粒子轰击金箔的实验实验结果表明：实验结果表明：绝大多数绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是但是约约有八千分之一的入射有八千分之一的入射粒子粒子发发生大角度偏生大角度偏转转，偏，偏转转角平均角平均为为90，其中有的甚至，其中有的甚至被原路弹回；被原路弹回；换用其他金属箔重复这个实验的时候，也都观察到了同样的大换用其他金属箔重复这个实验的时候，也都观察到了同样的大角度散射现象，所以这系列实验也被称为角度散射现象，所以这系列实验也被称为粒子散射实验。粒子散射实验。粒子散射实验粒子散射实验枣糕模

11、型是错误的枣糕模型是错误的这这是我一生中碰到的最不可思是我一生中碰到的最不可思议议的事情的事情：就好像你用一就好像你用一颗颗15英寸大炮去英寸大炮去轰击轰击一一张纸张纸而你竟被反而你竟被反弹弹回的炮回的炮弹击弹击中一中一样样那么真那么真实的原子内部的原子内部应该是什么是什么样子的呢子的呢？正正电荷和几乎所有荷和几乎所有质量会是怎么分布的呢量会是怎么分布的呢？结合合实验结果果进行分析行分析讨论卢瑟福卢瑟福 原子的核式结构模型原子的核式结构模型经过严谨的理论推导，卢瑟福于经过严谨的理论推导，卢瑟福于1911年提出了年提出了原子的核式结构模型原子的核式结构模型他认为原子内部有一个很小的核，他认为原子

12、内部有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷叫做原子核，原子的全部正电荷以及几乎全部的质量都集中在原以及几乎全部的质量都集中在原子核内，带负电的电子绕核运动。子核内，带负电的电子绕核运动。行星模型行星模型原子原子=原子核原子核+核外电子核外电子卢瑟福卢瑟福 原子的核式结构模型原子的核式结构模型行星模型行星模型氢原子的核式结构模型碳原子的核式结构模型1908年卢瑟福凭借着原子的核式年卢瑟福凭借着原子的核式结构模型获得了诺贝尔奖结构模型获得了诺贝尔奖他通过对系列的他通过对系列的粒子散射实验粒子散射实验的研究，无可辩驳的论证了原子的研究，无可辩驳的论证了原子的核式结构模型，因而一举把原的核式结构

13、模型，因而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道，子结构的研究引上了正确的轨道，于是他被科学家们誉为于是他被科学家们誉为“原子物理原子物理学之父学之父”卢瑟福卢瑟福 原子的核式结构模型原子的核式结构模型行星模型行星模型t1897电电子子的的发发现现汤姆孙汤姆孙1898枣枣糕糕模模型型汤姆孙汤姆孙1911卢瑟福卢瑟福结结构构模模型型原原子子的的核核式式Q2：原子由什么组成？：原子由什么组成？A:原子原子=原子核原子核+核外电子核外电子Q3：原子：原子核核是由什么组成的？是由什么组成的？t1919质子的发现质子的发现卢瑟福卢瑟福问题：问题：轰击出来的质子的正电荷总数和氮原子核的轰击出来的质子的正电荷

14、总数和氮原子核的 正电荷总数相等，但是质量只有原子核的一半正电荷总数相等，但是质量只有原子核的一半预言：原子核内应该还存在着质量和质子差不多，预言：原子核内应该还存在着质量和质子差不多，但不带电的另一种粒子但不带电的另一种粒子粒子轰击氮原子粒子轰击氮原子核核带正电的粒子，卢瑟福将其命名为质子带正电的粒子，卢瑟福将其命名为质子卢瑟福卢瑟福 质子的发现质子的发现Q3：原子：原子核核是由什么组成的？是由什么组成的？t1919质子的发现质子的发现卢瑟福卢瑟福1932查德威克查德威克中子的发现中子的发现不带电不带电质量与质子相近质量与质子相近A：原子核原子核=质子质子+中子中子PS：质子、中子是由更小的

15、夸克组成质子、中子是由更小的夸克组成20世纪中叶起，科学家们为了更深入地探索微观世界世纪中叶起，科学家们为了更深入地探索微观世界的奥秘，制造了各种类型的粒子加速器的奥秘，制造了各种类型的粒子加速器中国四大高能物理研究装置：北京正负电子对撞机、兰州重离子加速器、合肥同步辐射装置、上海同步辐射光源利用各种各样的粒子加速器，目前已经发现了大几利用各种各样的粒子加速器，目前已经发现了大几百种微观粒子百种微观粒子高能高能（粒子）（粒子）物理的逐步发展物理的逐步发展媒介子媒介子轻子轻子强子强子引力子引力子胶子胶子光子光子中间玻色子中间玻色子电子电子电子中微子电子中微子子子子中微子子中微子子子子中微子子中微

16、子（未证实轻子的内部结构）（未证实轻子的内部结构）重子重子介子介子质子质子中子中子超子超子重子的内部结构重子的内部结构夸克夸克上夸克上夸克下夸克下夸克粲夸克粲夸克奇异夸克奇异夸克顶夸克顶夸克底夸克底夸克及及相相应应反反夸夸克克（未证实）（未证实）（未证实）（未证实）等你等你们来来证实！t五行说五行说四元素说四元素说物质可分物质可分原子论原子论分子假说分子假说Q1:物质是由什么组成的？物质是由什么组成的？A：物质是由分子物质是由分子或或原子组成的原子组成的Q2：原子是由什么组成的？：原子是由什么组成的？电子的发现电子的发现枣糕模型枣糕模型原子的核式结构原子的核式结构Q3：原子：原子核核内部是什么样的？内部是什么样的？中子的发现中子的发现质子的发现质子的发现A:原子原子=原子核原子核+核外电子核外电子A：原子核原子核=质子质子+中子中子粒子物理的逐步发展粒子物理的逐步发展tt随堂练习随堂练习