(
课件网) 第十章 从粒子到宇宙 10.1 探索微观 人类对微观世界的探索经历了漫长的历程。自然界中的物质是由什么构成的 物质内部有着怎样的结构 奇妙的微观世界有哪些奥秘 我们就从古代对物质结构的猜想谈起。 水滴石穿 关于物质结构的猜想 古代的思想家曾对物质的结构做过许多猜想，其中有影响力的是古希腊的哲学家德谟克里特 (Democritus，约前 460—约前 370)。 德谟克里特经过长期观察，不断地思考： 屋檐滴水时间长了，为什么能水滴石穿 年代久远的铜像的手被人摸多了，为什么会变小 铁铲用久了，为什么会变薄 走近花园，为什么能闻到花香 ······ 德谟克里特认为，石块、铜像的手、铁铲、花粉······是很微小地一点一点散失的。因此，他猜想，大块物体是由极小的物质粒子构成的。 德谟克里特把这种物质微粒叫做“原子”这个词在希腊语里的意思是“不可再分割的颗粒”。尽管德谟克里特猜想的“原子”不是现代意义上的原子概念但这是人类探索微观世界的开始。 我国古代思想家对物质结构曾提出过很多猜想。 早在公元前 11世纪，我国古代就有一种“五行说”，认为自然界是由金、木、水、火、土五种基本物质构成的(图 10-1-1)。战国时期成书的《中庸》里写道：“语小，天下莫能破焉。”意思是说，世界上存在着很小很小、不可能再分割的东西。其实，这就是原子思想的萌芽。 图10-1-1 我国古代的“五行说” 物质是由分子和原子构成的 继德谟克里特的猜想之后，历史的脚步又跨越了两千多年，化学家终于从实验中发现，自然界中确实存在着能保持物质化学性质不变的最小微粒。1811 年意大利物理学家阿伏伽德罗(A. Avogadro，1776-1856) 首先把它叫做分子。 物理学中，把构成物质的仍能保持其化学性质不变的最小微粒叫做分子(molecule)。图10-1-2是DNA(脱氧核糖核酸)的分子结构模型。我们常见的物质，例如固体、液体和气体，无论大小、轻重有何不同，也无论是否有生命，都是由分子构成的。 分子很小，用普通显微镜无法看到，需要用电子显微镜进行观察。 研究指出，大多数分子直径的数量级为 10－10m (0.1nm)。分子的质量也很小。 例如，一个水分子的质量约为 3×10－26 kg。 电子显微镜 分子的发现并没有终止科学家探究物质结构的步伐。很快，人们发现分子是由原子(atom)构成的。 大多数分子是由多个原子构成的，叫做多原子分子。 例如，水分子是由一个氧原子和两个氢原子构成的，二氧化碳分子是由一个碳原子和两个氧原子构成的(图10-1-3)。 有些分子则是由单个原子构成的，叫做单原子分子。铁、铜、金、铂等大多数金属的分子也就是原子(图10-1-4)。 图10-1-4 电子显微镜下的原子 科学家发现原子以后的很长一段时间里，人们都认为原子是物质的最小单元，是“宇宙之砖”。那么，原子究竟能不能再分呢 把原子“ 切开 ” 19 世纪末，科学家用真空管进行放电实验时，发现真空管的阴极能发出一种射线(图10-1-5)。 图10-1-5 阴极射线实验 图10-1-5 阴极射线实验 1897年，英国科学家汤姆孙 (J. J. Thomson，1856-1940) 进行了认真的实验研究，确定这种射线是由一种带负电的微粒构成的，它们来自原子的内部，他把这种微粒叫做电子 (electron)。 电子是比分子、原子更小的物质粒子。它的质量约为 9.11× 10－31 kg，约等于氢原子质量的 ，半径小于 10－16 m。电子的发现否定了原子不可再分的理论，使人们对物质结构有了更深入的认识。 原子内部有带负电的电子，整个原子却不对外显示电性，并且十分稳定。原子的这种特性启示人们，原子内部一定还有带正电的部分。因此，电子的发现，使人们认识到原子也是有复杂结构的。 原子结构的两种模型 由于原子、电子都很小，在无法用仪 ... ...
