第六讲：现代原子论与现代微观物质组成思想.ppt

现代原子论与现代微 观物质组成理论的发展 19世纪末到20世纪初，奇异的辐射和小于原子的粒 子的发现，使几千年来人类对于原子不可分和不可变物质观的设想和框架发生了根本的变革： 一、物质观变革的原因： 1897年人类第一次发现了小于原子的电子， 1908年5月和8月，卢瑟福和Perrin前后发现原子和分子，这是人类第一次发现了原子和分子，使古代和近代关于原子和分子的设想得到证实。 3. 1903年发现放射性元素原子的衰变和分裂了，从原子内释放出能量，因而发现了新能源——原子能。 4. 原子核和原子有核结构的发现，揭开了原子内的微观宇宙。 5. 量子论的提出使能量粒子化，采用了量化处理法。波粒二象性的发现解决了300年来关于光和辐射是粒子还是波的漫长争论, 还发现基本粒子可以 波或粒子形态存在。 6. 量子态、共振态、自旋、色和魔等作为微粒子存在的特征出现了，这些是传统的物质所没有的。 7. 基本粒子的质量用电子伏表示，大小用运动截面表示，度量方法有巨大变化。 因此，由上述头六方面的发现可以得出，19世纪末以来人类的物质观发生了几千年来的根本变化，经典的物质观框架被摧毁了，新的基础科学革命产生了。 8. 质能等当定律的发现，使质量和能量的关系得到了解，使粒子的质量可用电子伏的能量法量度，打破了过去其质量大小量度的框架。 一、阴极射线的发现与组成研究 1. 1855年德国波恩大学Heinrich Geisler 和Julius Plucker 发现阴极射线， 1875-1883年英国William Crookes发现阴极射线能让叶轮旋转，从而证明它的粒子性；能在磁场中偏转，证明它是带电荷的粒子。 3. 1892年英国的Schuster实验证明，他是带负电的粒子，其质量约与氢分子相当。 4. 德国的Lenard用带铝窗口的阴极射线管，引到空气中，认为它是以太。 Rontgen用Lenard管，发现它在空气中能使感光底板感光，能照出手骨图像，发现X射线。 1897年英国J.J.Thomson用他们的阴极射线管试验：在电场和磁场中调整径迹，使其偏斜度相等，以及用热电转换法测量，发现它的粒子质量m/e= 4.35×10-7，为氢原子的1/1000，带负电，从而发现电子，称为“corpuscle”(微粒)， 直至第一次大战结束时他才改称电子。 “电子”名称是都柏林大学George Stoney在1891年将离子带的电荷、光速、万有引力常数称为三个普适常数，才提出的。 Crookes的阴极射线实验：发现阴极射线是由 带电的粒子组成，成为“物质第四态——Prototyle” 他在1897年发表的《阴极射线》论文中说： （1）对于电力、快速原子的冲击、紫外线、和热作用而言，都能将带电粒子从原子中撕裂出来； （2）不论对哪种原子而言，所有的微粒都是同质量的、带同样的电荷，并是所有原子的成分； （3）这些微粒的质量小于氢原子的1/1000。 这导致他认为电子是原子的组成成分，用电子组成原子的布丁-面包模型说明原子的结构，从而开始了原子模型的探讨和一系列假说，用以说明放射性的来源和元素周期表。 二、J.J.Thomson的物质电子结构理论 1897年剑桥大学Cavendish Laboratory主任J.J.Thomson 用实验发现了电子，在发表的《阴极射线》论文中宣布发现电子并提出物质电结构理论，1904年他正式提出物质由电子构成的原子模型：原子由分子的1/1800大小的电子沿同心环分布在带正电的原子内构成。 这个模型是在实验发现电子和用以解释化学 元素周期表及放射性后提出的，得到国际 科学界的普遍关注。 电子发现的实验基础：用了A.Schuster和F.Lenard的研究方法和阴极射线管加以改进，作出结果。 发现的思想基础：粒子说传统。J.J.Thomson说：“德国科学家除去Helmholtz之外，都把阴极射线看作波，英国人毫无例外认为他是带负电的原子，两种看法以很大精力斗争……阴极射线是带负电的粒子，不是原子和分子，而是电子，伴以波。“ 优点是：建立在电子发现的基础上，对放射性和元素周期律能作出较合理的解释，是第一个由实验基础的、敢于冲破经典原子论框架的原子模型。 缺点是：无法说明正电原子空间的来源和本质，电子镶嵌在正电原子空间的说法纯粹是逻辑推理和一厢情愿的假设，“被认证”的J.A.Crowther的实验曲线被证明是部分编造的。因而在正电原子核证实后，很快退出历史舞台。 三、原子自发分解的发现 1896年法国的Perrin发现铀盐的放射性辐射 1898年居里夫人发现钋、镭； 189