1、物質是否可以無限分割？物質是由什么構成的？ATOM STRUCTURETAOM主講人 ： #原子結構發展史CONTENTS哲學時代希臘哲學家德謨克利特提出：萬物是由大量不可分割的微粒構成，即原子近代歷經道爾頓、湯姆生、盧瑟福、玻爾、佩蘭等科學家的不懈研究，人類對原子結構有了進一步認識。現代薛定諤在海森堡提出的德布羅意關系式的基礎上，對電子的運動做了適當的數學處理，提出了二階偏微分的的著名的薛定諤方程式。原子概念的提出CHAPTER ONECHAPTER ONE 原子概念原子概念的提出 公元前5世紀，希臘哲學家德謨克利特提出：萬物是由大量不可分割的微粒構成，即原子。CHAPTER ONE 原子概

2、念上古時代的原子論不是科學理論，它只是一種哲學的推測。CHAPTER TWO近代原子學說CHAPTER TWO 近代原子學說道爾頓11803實心球模型湯姆生21904棗糕模型陰極射線實驗盧瑟福31911行星模型粒子散射實驗玻爾31913玻爾量子化軌道量子論CHAPTER TWO 道爾頓原子說 英國化學家，道爾頓，1803年繼承古希臘樸素原子論和牛頓微粒說，提出原子學說：原子都是不能再分的粒子;同種元素的原子的各種性質和質量都相同;原子是微小的實心球體。 雖然，經過后人證實，這是一個失敗的理論模型，但道爾頓第一次將原子從哲學帶入化學研究中，明確了今后化學家們努力的方向，化學真正從古老的煉金術中擺

3、脫出來，道爾頓也因此被后人譽為近代化學之父CHAPTER TWO 湯姆生棗糕模型陰極射線實驗 驗證道爾頓的原子說時，湯姆生發現在做散射實驗中氣體在X射線照射下會變成電的導體。 據湯姆生的推測：這種導電性，可能是由于在X射線的作用下，產生了某種帶正電的和帶負電的微粒所引起的。 可是怎么往稱量那么小的粒子呢？CHAPTER TWO 湯姆生棗糕模型陰極射線實驗湯姆生利用電場和磁場來丈量這種帶電粒子流的偏轉程度，以推測粒子的重量。他說，粒子愈重，愈不易被偏折；磁場愈強，粒子被偏折愈厲害。丈量這些粒子被偏折的程度和磁場強度，就能間接地測出它們的質量，亦即能得出粒子所帶電荷與其質量之比。CHAPTER T

4、WO 湯姆生棗糕模型陰極射線試驗結論：（1）陰極射線由極小的帶負電的電子組成（2）電子應該來自管中氣體的原子內部或者金屬電極中的原子內（3）由于任何材料的射線之荷質比相同，所以電子是所有原子內的一種基本粒子（4）由于荷質比很大，所以電子一定非常小。這種原子模型很像棗糕葡萄干，所以也叫作棗糕模型。是人類第一次發現并命名電子！缺陷：保留了道爾頓認為原子是實心的觀點，認為原子像西瓜一樣，電子好比西瓜子帶負電荷，西瓜瓤帶正電荷。CHAPTER TWO 盧瑟福行星模型散射實驗 實驗用準直的射線轟擊厚度為微米的金箔，發現絕大多數的粒子都照直穿過薄金箔，偏轉很小，但有少數粒子發生角度比湯姆生模型所預言的大得

5、多的偏轉，大約有1/8000 的粒子偏轉角大于90，甚至觀察到偏轉角等于150的散射，稱大角散射，這種大角度偏轉的 粒子對各種角度的分布并不遵守預期的概率定律。更無法用湯姆森模型說明。因此盧瑟福提出了另一種原子模型行星模型 粒子是某些放射性物質衰變時放射出來的氦原子核，由兩個中子和兩個質子構成，質量為氫原子的4倍，速度每秒可達兩萬公里，帶正電荷。穿透力不大，在遇到物體時會發生偏轉或反彈。CHAPTER TWO 盧瑟福行星模型散射實驗實驗結果： 絕大多數粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，但有少數粒子發生了較大的偏轉，并有極少數粒子的偏轉超過90，有的甚至幾乎達到180而被反彈回來，這就是粒子的散

6、射現象。實驗結論：（1）原子內大部分是空的，所以粒子可以穿過原子（2）原子所有正電荷和質量幾乎全部集中在一個很小的區域，即原子核。CHAPTER TWO 盧瑟福行星模型散射實驗缺陷： 雖然行星模型能夠很好的解釋散射實驗，也提出了原子核的概念，但是沒有很好的解釋核外電子的排布。因為物理學家們很快就指出，帶負電的電子繞著帶正電的原子核運轉，這個體系是不穩定的。兩者之間會放射出強烈的電磁輻射，從而導致電子一點點地失去自己的能量。作為代價，它便不得不逐漸縮小運行半徑，直到最終“墜毀”在原子核上為止，整個過程用時不過一眨眼的工夫。顯然原子在常態下是穩定的，這一推論與現實不符。CHAPTER TWO 玻爾

7、行星模型的修正者 在盧瑟福模型的基礎上，玻爾通過研究氫光譜，他提出了電子在核外的量子化軌道，解決了原子結構的穩定性問題，描繪出了完整而令人信服的原子結構學說。波爾模型的三條假設： 定態原子只能處于一系列不連續的能量狀態中，在這些狀態中原子是穩定的，電子雖然作加速運動，但并不向外輻射能量。躍遷原子從一種定態躍遷到另一種定態時，它輻射一定頻率的光子。軌道量子化原子的不同能量狀態與電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應，電子的軌道分布不連續。CHAPTER TWO 玻爾行星模型的修正者 但這個理論本身仍是以經典理論為基礎，且其理論又與經典理論相抵觸。它只能解釋氫原子的光譜，在解決其他原子的光譜是就遇到了

8、困難，如把理論用于非氫原子時，理論結果與實驗不符，且不能求出譜線的強度及相鄰譜先之間的寬度。這些缺陷主要是由于把微觀粒子(電子,原子等)看作是經典力學中的質點，從而把經典力學規律強加于微觀粒子上(如軌道概念)而導致的。 “玻爾理論”的提出，打破了經典物理學一統天下的局面，開創了揭示微觀世界基本特征的前景，為量子理論體系奠定了基礎，這是一種了不起的創舉。CHAPTER THREE現代原子學說不確定原理CHAPTER THREE 海森堡電子云模型 一個微觀粒子的某些物理量（如位置和動量，或方位角與動量矩，還有時間和能量等），不可能同時具有確定的數值，其中一個量越確定，另一個量的不確定程度就越大。即

9、p* Xh/2（h是普朗克常數），它反映了微觀粒子運動的基本規律，是物理學的重要原理。這也就是說明了在原子中，電子沒有確定的運行軌跡，顯然行星模型違背了這一點。 因此薛定諤在德布羅意關系式的基礎上，對電子的運動做了適當的數學處理，提出了二階偏微分的的著名的薛定諤方程式。這個方程式的解，如果用三維坐標以圖形表示的話，就是電子云。不確定原理CHAPTER THREE 海森堡電子云模型電子有波粒二象性，我們不能預言它在某一時刻究竟出現在核外空間的哪個地方，只能知道它在某處出現的機會有多少。就以單位體積內電子出現幾率，即幾率密度大小，用小白點的疏密來表示。看上去好像一片帶負電的云狀物籠罩在原子核周圍，因此叫電子云。夸克CHAPTER THREE 更小的微粒夸克1967年，三位科學家用此加速器進行實驗，并最終證明夸克的存在。質子和中子的組成:一個質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成。SUMMARY總結SUMMARY科學的探索和研究永無止境德謨克利特道爾頓湯姆生波爾海森堡盧瑟