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第十一章 小粒子与大宇宙
第一节 走进微观
新课引入
新课讲授
课堂小结
随堂练习
新课引入
宇宙到底有多大?
自然是有物质组成。
粒子到底有多小?
新课讲授
知识点
一
自然尺度
除太阳外,距离我们最近的恒星也有4.21光年。
“量天尺”的单位一光年
天体之间相距遥远,用米、千米作为距离单位
很不方便。为此,天文学中采用了一些特殊的长度
做距离单位。例如,人们将光在真空中传播一年所
经过的距离作为长度单位,称为1光年(1.y.)。
1 l.y.=9.461×1015 m
信息窗
在人们不能直接看到的世界里,同样奥秘无穷。那里
有细胞、病毒、分子、原子……
目前,科学家的研究已深入到了10-15 m的微观领域。
知识点
二
物质的组成
物质是由什么组成的呢?
古希腊人认为宇宙万物由水、火、土、气组成,称为“四元素说”。
我们的祖先认为宇宙万物由金、木、水、火、土组成,称为“五行说”。
1811年,意大利物理学家阿伏伽德罗最早把这种颗粒命名为“分子”。后来,人们又发现分子也有结构,它们是由原子构成的。
阿伏加德罗
后来,人们认识到若将物质无限地分下去,所得颗粒越分越小,小到这种颗粒能保持物质的性质不变为止,通常所说的物质就是由这种颗粒构成的。
知识点
二
物质的组成
物质是由什么组成的呢?
知识点
二
物质的组成
物质是由什么组成的呢?
通常,物质是由分子或原子组成的。
(1)分子“很小”:氢分子是最小的分子,其尺度相当于一根头发丝直径的十万分之一,质量只有10-27 kg左右。
(2)分子“很多”:每个组成生命的基本组元DNA分子都含有几百万个原子。1 cm3的水中就含有3.34×1022个水分子;一个水分子的质量只有3×10-26 kg。
信息窗
知识点
二
物质的组成
知识点
三
微观粒子
嘿!
哈!
嘿嘿哈嘿!
原子
在德谟克利特看来,随便一个什么东西,都是可以切的,切到最后,不能再切了的就是原子。所以,他认为原子是不可再分的,它们在虚空中运动着,它们一起构成了万物。
大约在2400年前,古希腊哲学家德谟克利特相信一切东西都是由微小的粒子组成的。
19世纪初,英国科学家道尔顿证明了原子的存在。
1803年,道尔顿继承了古希腊朴素原子论和牛顿微粒说,提出原子论,他认为,化学元素由不可分的微粒——原子构成,他认为原子在一切化学变化中是不可再分的最小单位。
道尔顿最先从事测定原子量工作,并发表第一张原子量表,为后来测定元素原子量工作开辟了光辉前景。
知识点
三
微观粒子
知识点
三
微观粒子
19世纪70年代,人们通过对气体放电现象的进一步研究,发现了阴极射线。1897年,英国物理学家J.J.汤姆孙发现阴极射线是由速度很高的带负电的粒子组成,这种粒子就是“电子”。
知识点
三
微观粒子
1911年,卢瑟福在α粒子散射实验的基础上,提出了原子核式结构模型。原子的中心叫原子核,带正电,占很小的体积,但其密度很大,几乎集中了原子的全部质量;带负电的电子在不同的轨道上绕着原子核运动,就像地球绕着太阳运动一样。
知识点
三
微观粒子
20世纪初,科学家在探索物质结构的历程中,相继发现原子核可以释放出质子和中子,质子带正电荷,中子不带电。原子核是由质子和中子组成的。
20世纪60年代,科学家发现质子和中子都是由被称为“夸克”的更小的粒子组成。
20世纪中叶起,人类为了探索微观世界的奥秘,制造了各种类型的加速器。借助于不断完善的粒子加速器,又发现了μ子、π介子、Κ介子、Λ超子、Σ超子及τ子等400余种粒子。
知识点
三
微观粒子
知识点
三
微观粒子
微观粒子的空间尺度
结构
每一个点表示一个原子
大分子
原子
原子核
质子
夸克
绕原子核运动的电子
原子核
中子
质子
夸克
大小
(m)
10-8-10-9
-10-10
-10-15
-10-15
<10-19
信息窗
课堂小结
走进微观
自然的尺度
微观粒子
原子核式结构模型
分子→原子→原子核、电子→质子、中子→夸克
物质的组成
随堂练习
B