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1、第四章 物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)物質(zhì)世界的空間尺度宇宙學(xué)、粒子物理奇妙銜接跨越了42個(gè)數(shù)量級(jí)宇宙中物體的質(zhì)量量級(jí)跨躍了約80個(gè)數(shù)量級(jí)問題1、物質(zhì)無限可分嗎？什么是基本粒子？2、當(dāng)今科學(xué)已經(jīng)知道物質(zhì)存在有哪些層次？3、基本粒子分哪幾類？各有多少種？4、有多少種對(duì)稱，各種對(duì)稱與物理量守恒有什么關(guān)系？5、有多少種力，各有什么特點(diǎn)？統(tǒng)一理論進(jìn)展如何？6、研究微觀粒子的工具有哪些？人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)古代中國“五行說”：金、木、水、火、土古希臘德謨克利特：“原子論”古希臘“四根說”：火、水、土、氣1661年英國波意耳(Boyle)提出元素的概念1800年英國化學(xué)家道爾頓：原子
2、是元素的最小單元1869年俄國的門捷列夫(Mendeleov)發(fā)現(xiàn)元素周期律哲學(xué)家加入了以太,煉丹士加入了水銀、硫磺、鹽。1789年拉瓦錫（Lavoisier）匯編了35個(gè)已知元素一覽表原子論古希臘的原子模型:最小的碎片德謨克利特“思想實(shí)驗(yàn)”：不可再分?德謨克利特的證據(jù)：在遠(yuǎn)處能夠聞到面包的香味?1800年道爾頓明確的證據(jù)：某些物質(zhì)化合生別種物質(zhì)時(shí)，總是按重量的簡(jiǎn)單比值組合。如H2O,mH:mO=1:8幾十年后，植物學(xué)家布朗、1905年愛因斯坦確立了物質(zhì)的原子論。物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)微觀世界是指m（分子直徑）以下的物質(zhì)世界。微觀世界的研究可分為三個(gè)量子層次：微觀
3、世界分子、原子層次原子核層次基本粒子層次什么是基本粒子?內(nèi)部沒有結(jié)構(gòu)，無法將其再分——想像成點(diǎn)粒子物質(zhì)存在的基本形式：實(shí)物和場(chǎng)分子原子原子核質(zhì)子實(shí)物中子電子場(chǎng)光子夸克實(shí)物：具有靜止質(zhì)量、不可入性，以空間間斷形式存在。場(chǎng):無靜止質(zhì)量,不具有不可入性，以連續(xù)形式存在，具有可疊加性，不能作為參考系。實(shí)物周圍存在相關(guān)的場(chǎng)，場(chǎng)傳遞實(shí)物間的相互作用，場(chǎng)和實(shí)物可以相互轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)代物理認(rèn)為場(chǎng)是更基本的，粒子只是場(chǎng)處于激發(fā)態(tài)的表現(xiàn)。宏觀客體(>)----服從因果律----服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律微觀客體(<)介觀客體----一定條件下出現(xiàn)量子效應(yīng)實(shí)物經(jīng)典原子模型(1)湯姆孫“葡萄干面包”
4、模型------1903年，J.J.湯姆孫提出原子結(jié)構(gòu)模型：原子里面帶正電的部分均勻地分布在整個(gè)原子球體中，而帶負(fù)電的電子鑲嵌在帶正電的球體之中。1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，指出“陰極射線”就是高速電子流。(2)長岡“土星型”模型物理學(xué)家長岡半太郎認(rèn)為正負(fù)電子不可能相互滲透，提出了電子均勻地分布在一個(gè)環(huán)上，環(huán)中心是一個(gè)具有大質(zhì)量的帶正電的球，被他稱為“土星型模型”結(jié)構(gòu)。（3）盧瑟福的核式模型盧瑟福1871年8月13日出生在新西蘭，1894年大學(xué)畢業(yè)，1895年到英國劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)，成為J.J.湯姆孫的研究生。1908年盧瑟福榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，同年在曼切斯特
5、大學(xué)任教，繼續(xù)指導(dǎo)他的學(xué)生蓋革等進(jìn)行?粒子散射的實(shí)驗(yàn)研究。1911年盧瑟福行星模型。盧瑟福不僅是一位偉大的科學(xué)家，而且是一位受學(xué)者尊敬的導(dǎo)師，在他的學(xué)生中有十幾位獲得了現(xiàn)代科學(xué)界最高榮譽(yù)――諾貝爾獎(jiǎng)，其中包括玻爾、查德威克、哈恩等。+-?粒子散射MFDSR玻爾原子殼層模型1913年，丹麥物理學(xué)家玻爾在盧瑟福所提出的核模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合原子光譜的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，提出原子殼層模型。原子有不連續(xù)的能級(jí)，當(dāng)能級(jí)發(fā)生躍遷時(shí)，原子就發(fā)射出一定頻率的光的假說。原子的 量子模型原子結(jié)構(gòu)：由原子核和電子組成。電子云原子核再分割——放射現(xiàn)象1896年，法國物理化學(xué)家貝克勒爾在鈾礦石
6、中發(fā)現(xiàn)了放射現(xiàn)象，此后，居里夫婦又發(fā)現(xiàn)了其他放射性元素：釷、釙、鐳。?射線：高能光子流?射線：高速運(yùn)動(dòng)的電子流?射線：帶兩個(gè)正電荷的氦核放射性元素發(fā)出的射線包含三種射線：質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)原子量始終是氫原子量的整數(shù)倍。1919年，盧瑟福用?粒子作為高速“炮彈”來轟擊氮原子核，首先實(shí)現(xiàn)了原子核的人工破裂。DS用?粒子轟擊氮原子核，能釋放氫核，用硼、氟、鈉、鋁、磷等做實(shí)驗(yàn)，也能打出氫核。盧瑟福得出結(jié)論：每個(gè)原子核都由氫核構(gòu)成。氫核定義為“質(zhì)子”。中子的發(fā)現(xiàn)1920年，盧瑟福根據(jù)測(cè)不準(zhǔn)原理推出電子在原子核內(nèi)速度將大于光速，所以核內(nèi)不可能有電子，于是預(yù)言核內(nèi)有中子。193
7、0年，德國物理學(xué)家玻特和貝克發(fā)現(xiàn)利用?粒子轟擊鈹元素時(shí)，產(chǎn)生了一種穿透力極強(qiáng)而且不受電場(chǎng)或磁場(chǎng)影響的射線。1932年，伊蓮娜和弗里德里克·約里奧發(fā)現(xiàn)，這些新射線能將運(yùn)動(dòng)速度極快的氫核從煤油中釋放出來，斷言這種射線是?射線。1932年，盧瑟福的學(xué)生查德威克重做了上面的實(shí)驗(yàn)，斷定這種射線不可能是γ射線，是質(zhì)量與質(zhì)子相近的中性粒子，并命名為“中子”。約里奧－居里 伊倫.約里奧－居里(1900～1958)(1897～1956)法國物理化學(xué)家 法國物理化學(xué)家查德威克(1891～1974)英國物理學(xué)家1932年發(fā)現(xiàn)中子，于1935年獲諾貝爾獎(jiǎng)。PO?粒子Be不可見粒子
8、氫原子或其它原子質(zhì)子或其它原子核查德威克發(fā)現(xiàn)中子實(shí)驗(yàn)1935年查德
