原子与元素的发展史道耳顿的原子说布朗运动爱因斯坦的推论原子.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第二章 物質的組成 2-1 原子與物質的三態 2-2 原子與原子核的組成 高中基礎物理(一) 2-1 原子與物質的三態 原子與元素的發展史 道耳頓的原子說 布朗運動 愛因斯坦的推論 原子大小與奈米 原子圖像 原子與物質三態 固體 液體 氣體 範例題 原子與元素的發展史 1.兩千多年前，希臘人德謨克利特認為萬物皆由極小的、不可再分的「原子」（atom）構成。 2.亞里斯多德認為物質是由四種少數的基本「元素」（element）─ 水、土、火、氣，以不同比例組合而成。 道耳頓的原子說 1803 年英國化學家道耳頓提出原子說： 元素皆由不可分割的原子所組成。 每一種元素的原子有各自特定的重量（atomic weight，亦可稱為質量）。 同種元素的原子重量相同；不同元素的原子重量不同。 布朗運動 1827 年植物學家布朗在觀察發現浸泡在水中花粉，會作連續不規則的移動，稱為布朗運動（Brownian motion）。 原子存在第一次有力的證據。 愛因斯坦的推論 1905 年愛因斯坦用數學方法處理水粒子對花粉所造成的碰撞效應，計算出花粉粒子隨意運動時，任兩次轉折點間的平均距離，還算出化學家所假定的亞佛加厥數。 1908 年法國物理學家佩蘭用實驗證實愛因斯坦的計算與觀測吻合。 原子大小與奈米 原子大小的尺度單位記作 ?，讀作「埃」，亦即 1 ? ＝10－10 ｍ。 以奈米（nm）來表示的話，原子尺度大約在 0.1 nm。 原子圖像 1982 年在瑞士實驗室設計出特殊的顯微鏡，提供了一項卓越的物體表面成像技術，人們可以獲得較從前明顯的原子圖像，從而第一次看到了原子。 原子與物質三態 固體 固態的物體裡粒子間的平均距離較短，稍微偏離平衡的位置就會產生很強的吸引力或排斥力，拉回到平衡位置。 固態原子(分子)在某個固定點附近，只能有小幅度的來回振盪，所以粒子間的相對位置及距離不易改變，造成有固定的形狀及體積。 液體 固體溫度升高，原子(分子)的振盪會變得愈來愈劇烈，原子(分子)粒子間的平均距離也會逐漸拉大，距離愈遠則產生的吸引力就逐漸變弱。 原子(分子)間的作用力大小已不足以維持粒子彼此之間的相對位置，從物體外觀的形狀無法保持固定，稱為液體。 原子(分子)粒子間的吸引力還足以維持間距，所以液體有固定的體積。 氣體 將液體溫度升高，原子(分子)平均距離變得更大，則原子(分子)間彼此相互束縛的力量更小，幾乎可以完全忽略，粒子可以各自單獨行動，稱為氣體。 氣體沒有固定形狀，也沒有固定體積。 範例 １　原子學說 下列何項不是道耳頓原子學說的內容？ (A)一切物質都是由原子組成，原子是最基本的粒子　 (B)不同元素之原子，其質量與性質不同　 (C)原子間能以簡單整數比結合成化合物　 (D)當原子與原子結合成化合物時，有電子得失現象　 (E)化學反應是原子間以新的方式重新結合成另一種物質。 範例 １　解答 答 (D) 解 (D)道耳頓認為原子是最基本粒子，不能再分割，當時尚無電子的概念，所以沒有電子得失的想法。 範例 １　類題 下列有關原子概念發展的敘述，哪些正確？（應選兩項） (A)道耳頓原子說完全是根據思考推論而來，沒有任何實驗佐證　 (B)道耳頓提出原子說後，獲得所有科學家的支持　 (C)布朗運動可作原子存在的依據　 (D)法國科學家佩蘭以實驗證實愛因斯坦對布朗運動的計算　 (E)現在的科學家仍認為原子是構成物質最基本的粒子。 範例 １　類題 解答 答 (C)(D) 解 (A)道耳頓原子說是根據「定比定律」之實驗結果所提出的假說。 (B)道耳頓提出原子說後，由於沒有直接的證據，未獲多數科學家支持，是個爭論激烈的問題。 (E)現在的科學家已知原子是由原子核及電子構成，原子核中含有質子及中子，而質子與中子均由夸克組成，所以原子已不是最基本的粒子。 範例 ２　布朗運動 英國人布朗在 1827 年觀察各種植物的花粉懸浮在水中時，發現這些浸泡在水中的花粉會不規則的折線移動，此種移動稱為布朗運動。下列有關布朗運動的敘述，何者正確？ (A)由於花粉本身的熱運動而產生的雜亂運動 (B)花粉質量比水分子大，所以水分子對花粉的作用可忽略　 (C)由花粉受到周圍雜亂運動的水分子撞擊，當其受力不平衡時所產生的運動　 (D)花粉質量愈大，其布朗運動愈明顯　 (E)普朗克利用數學計算出花粉在兩次轉折點的平均距離。 範例 ２ 解答 答 (C) 解 (A)(B)水分子本身會有熱運動，當撞擊花粉時，花粉受力不平衡會產生不規則的折線運動，就是布朗運動。 (D)若當花粉的質量愈大，則水分子對花粉撞擊所引起的加速度愈小，故布朗運動較不明顯。 (E)對布