江润建田祥徐林鸿杨万祥李康微观世界10-10m-10-15m目录穷究物质结构之谜物质的微观层次结构及其规律现代科学对世
界统一性的追求1穷究物质结构之谜古代对物质本质问题的探索近代科学视野中的原子揭示原子世界的面纱古代对物质本质问题的探索
五行学说最早出现在战国末年的《尚书》中，原文是：“五行：一日水、二日火，三日木，四日金，五日土。中国的五行学说是具有实物意义的，
但有时又表现为物质的基本性质。在公元前7世纪到6世纪间，古印度哲学家卡皮拉也提出和我国五行相似的五大：地、水、火、风、气。生
于公元前6世纪20年代、死于5世纪40年代、被尊为希腊七贤之一的泰勒斯认为水是万物之母。公元前5世纪中叶活动的思想家安拉克西米尼
认为组成万物的是气。生于公元前5世纪30年代，死于4世纪70年代的辩证法奠基人之一赫拉克利特认为万物由火而生。公元前4世纪的医
生、哲学家安培杜克列综合了他以前哲学家们的见解，在他们所提出的水、气和火之外，又加上土，成为组成一切物质的四元素。古希腊的原子
论古希腊的原子论者，他们更喜欢并企图从更深的层次上来探索物质的构造。其中米利都的留基伯（LeucippcusofMilet
us）和他的继承者阿布底拉的德谟克利特（DemocritusofAbdera）是最著名的两个。留基伯认为世间万物都是由不可分
割的物质即原子组成的。宇宙间的原子数是无穷无尽的，它们的大小、形状、重量等都各自不同，不能毁灭，也不能被创造出来。所有的原子都在一
个无限的虚空中永远的运动着。德谟克利特进一步发展了留基伯的观点。他认为物质世界就是原子和虚空，虚空是原子运动的基础，原子被迫去充
满和否定虚空，所以虚空就是原子得以储存、运动和作用场所，是与原子无关的独立的存在着的。亚历士多德否定了德谟克利特的观点原因：原
子运动的动力何在？两种观点的对立导致了科学的”场”的概念和理论的建立，而场和实物粒子构成了物质存在的两种基本形式。近代科学视野
中的原子原子论的复兴牛顿原子论的思辨学说波义耳化学元素定义拉瓦锡
氧化学说道尔顿科学的原子论阿佛加德罗阿夫加德罗常数化学元素定义波义
耳，化学元素定义：元素应当是某些不由任何其他物质所构成的，原始的，简单的物质，并且是用化学方法再分解的可察觉的实物。拉瓦锡：氧化
学说拉瓦锡关于燃烧的氧化学说终于使人们认清了燃烧的本质，并从此取代了燃素学说，统一地解释了许多化学反应的实验事实，为化学发展奠定
了重要的基础。拉瓦锡的氧化学说是对燃素说的否定，他关于水的组成、空气的组成等一系列实验成果是对亚里士多德四元素说的批判，为了与新
的理论相适应，1785年，拉瓦锡和他的同行戴莫维、贝托雷、佛克罗伊合作编写了《化学命名法》。道尔顿：科学的原子论1803年，
英国物理学家、化学家约翰·道尔顿(1766-1844)提出：化学元素是由非常微小的，不可再分的微粒－原子所组成。他的原子论为许多
经验性的化学定律提供了清晰的理论解释，使人们认识到隐藏在纷纭复杂的化学现象背后的统一本质。道尔顿的原子论是继拉瓦锡的氧化学说之后
理论化学的又一次重大进步，此后，化学及其相关学科得到了蓬勃发展。阿夫加德罗常数NA＝6．02205xl023／摩尔表示1摩尔
的任何物质所含的分子数。揭示原子世界的面纱19世纪末，发生了对物理学产生深远影响的“三大发现”。1895年德国伦琴
阴极射线1896年法国贝勒尔天然放射线1897年英国汤姆逊电子1897年，物理学家汤姆逊设发现了电
子。他证实了阴极射线是由带负电荷的粒子组成的，并推算出其质量和电荷比值。得出来源于各种不同物质的阴极射线粒子都是一样的，而且是比原
子小得多的粒子，其质量只是氢离子的千分之一。汤姆逊1919年，卢瑟福用镭发射的α粒子作“炮弹”，用“闪烁法”观察被轰击的粒子
的情况。观察到氮原子核俘获一个α粒子后放出一个氢核，同时变成了氧17原子核。继而又从硼、氟、钠、铝等原子中都打出了氢核。于是卢瑟福
认为氢核是原子的组成部分，他把它命名为“质子”，意为“第一”。卢瑟福卢瑟福原子核或结构：质子，电子，中子狄拉克粒子和
反粒子自然界中一切物质的相互作用，都可以归纳为四种基本相互作用，即引力，弱力，电磁力，强力相互作用。相对论量子力学预言，电子、
质子、中子、中微子都有质量和它们相同的反粒子。第一个反粒子——正电子是1932年，安德森利用放在强磁场中的云室记录宇宙线粒子时发现
的，50年代中期以后陆续发现了其他粒子的反粒子。1932年，物理学家查德威克发现了其质量同质子相当的中性粒子，这正是1920年
卢瑟福猜想原子核内可能存在的一种中性的粒子，即中子。2物质的微观层次结构及其规律微观粒子的基本性质微观粒子的基本规律基本
粒子按照其质量、寿命、自旋以及参与的相互作用等性质，可分为轻子、强子（重子、介子），以及相互作用的传递子等。这些基本粒子所组成的基
本粒子的世界中存在着四种相互作用，即引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。引力作用在微观世界中太弱因此可以不考虑。
四种相互作用--世界所有千变万化现象，都是费米子通过玻色子在四种相互作用下惹的祸。①???引力相互作用--媒介粒子：引力子
/强度：最弱/作用距离：长②???电磁相互作用--媒介粒子：光子/强度：强/作用距离：长③???强相互作用-
---媒介粒子：胶子和介子/强度：最强/作用距离：短④???弱相互作用----媒介粒子：中间玻色子/强度：较弱/
作用距离：短微观粒子的基本性质质量E=mc2随速度的增加而增加。寿命只有59种具有寿命，差异极大理
论预言质子寿命1030年有的粒子只有10-24年电荷e电子=1.6210-19库伦自旋自旋角动量
四种基本作用力强度之比强力：电磁力：弱力：引力1：10-2：10-5：10-40原子核，质子，中子轻子1
964年，盖尔曼提出“夸克”模型夸克自旋为1/2，电荷为质子单位电荷的2/3，1/3美国科学家格拉斯曾建议，把比夸克更深层次的
粒子称为“毛粒子”微观粒子的基本规律重子数守恒轻子数守恒奇异数守恒同位旋守恒宇称守恒宇称守恒和对称性1956年，李
政道，杨振宁，宇称不守恒（弱相互作用下）。1957年，吴健雄所做的60C衰变实验证实其观点。相对于时间平移不变性，必然导致能量
守恒定律。相对于空间平移不变性，必然导致动量守恒定律。相对于空间旋转不变性，必然导致角动量守恒定律。要保证物质系统在时间平移
而不受影响，则要求物体系必须处于孤立状态中，这时候总物体能量守恒。要保证物质系统在空间任意平移而不受影响，则要求物体系必须处于无
外场空间，无外力作用中，这时候物体动量守恒。要保证物质系统在空间旋转一个角度而不受影响，则要求物体系必须处于不能产生力矩的外场，
这时候物体角动量守恒。物质的存在形式即时间和空间的均匀性和各向同性，在于物理规律在各种变换下所具有的不变性，它再次证明了物质及其
运动是与时间，空间密不可分。3现代科学对世界统一性的追求问题的提出爱因斯坦，统一的描述更多现象，引力场的统一问题。当代关于
统一场理论的不解努力20世纪40年代，大量粒子的“二象性”1954年，杨振宁和米尔斯提出崭新的“统一场理论”。四种基本作用统
一是粒子物理学发展的一个方向。总结原子分子化学元素四种基本作用力三大守恒定律作业试综述认识微观世界进程中的主要人物
及其成就。比较四种基本作用力。简述三大守恒定律。TheEnd!Thankyou!引力：引力子电磁力：光子弱力
：中间玻色子W+、W-、Z0强力：胶子和介子传播子τ子中微子ντμ子中微子νμ电子中微子νｅτ子μ子电子（ｅ）轻
子π+π-π0介子、K+K-K0K0介子介子Δ-Δ0Δ+Δ++、Σ+Σ-Σ0、Ξ-Ξ0、Ω共振态粒子Λ0、Ω
、Σ+Σ-Σ0、超子中子(neutron)：符号01n有反粒子质子(proton)：符号11H核子重子(由夸克构成)强子相对论与量子力学的建立云室，高能粒子加速器等实验手段粒子物理学原子物理学原子核物理学 |
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