文档介绍：第一节物质微观结构的探索茫茫玉宇,寥廓江天,沧海桑田,巍巍山峦。仰望太空,斗转星移,俯察大地,声、光、热、电,这就是展现在我们面前的物质世界。世界是由物质构成的,没有物质也就没有世界。可是,世界上那形形色色、千变万化的物质,又是由什么构成的呢?它的结构层次怎样?本源是什么?千百年来,人类一直在思考着,探索着。物质结构科学是自亘古以来人们最为关注的重大科学命题之一。一、对物质微观组成的漫长探索几千年来,人类祖先对于物质结构的探讨,就十分活跃。水受热化成汽,遇冷凝成冰;木材燃烧后成为炭;花香四处飘散……这些物质的变化和扩散现象使古代的哲学家们推测到,物质是由少数的基本元素所组成。古希腊人认为水、火、泥土和空气是构成世间万物的基本元素。中国古代也有“五行说”,即世界是由金、木、水、火、土五种元素组成。但是经过历史的筛选和实验证实,堪称最伟大的古代学说的是古希腊的原子论。古希腊的哲学家德谟克里特(公元前460~370年)对大量的自然现象加以分析和推测之后,得出了这样的结论:物质都是由一些坚硬的、不可再分的微粒构成的。他给这种小微粒起名叫做原子(按照希腊文的原意,就是不可再分的意思)。但是,德谟克里特的原子概念提出后,并未得到重视和发展。因为,这种朴素的古代原子论,是靠观察、推测而得出的结论,并没有被科学实验所证实,未能得到公认。到了17世纪中叶,由于科学实验的兴起,积累了一些物质变化的定性和定量测定的资料后,才初步获得关于原子的正确概念。为探索物质结构奠定了科学基础,最先在物质结构方面做出卓越贡献的,是著名的英国化学家道尔顿。他把古代思辨的、模糊的原子假说发展为科学的原子理论,提出了著名的道尔顿原子论。道尔顿原子论的重大意义,不在于他重申了两千多年前就提过的原子概念,而在于他提出:一切物质都是由极小的微粒——原子组成的,但原子并不都是一模一样的小球;不同的物质含有不同的原子;不同的原子具有不同的性质、大小和不同的原子量。在这里,他首先创立了原子量的概念,不同原子具有不同原子量的观点。正因为如此,当1803年道尔顿在一次学术会上宣读论文之后,便立刻引起了科学界的震动。人们听了他的论述,思想豁然开朗,因为有了原子量,使化学上一些定量的实验现象和基本定律都得到了合理的解释。这是化学发展史上的一个重要里程碑。恩格斯曾高度评价这一成就,他说,化学的新时代开始于道尔顿的原子论,并称他为“近代化学之父”。揭示微观物质组成的底蕴,是意义及其重大的探索,它不但有助于了解宇宙万象的变化和演进,而且极大地推动了现代科学和技术的发展。例如,若想了解太阳能的来源,就可以从原子核的裂变和聚变原理得到解答;如果要知道现代信息技术,就必须了解电子和光子的运动规律。正是由于这些重要原因,在20世纪中凡是发现过一种新元素或重要粒子的,几乎都获得了诺贝尔奖。早在古代后期和近代前期,有些科学家和炼金术士就大胆地设想原子可以分解,在那种人类技术还很低下的情况下,这些实际上都是幻想,甚至被说成巫术。到了19世纪,科学有了较大发展。1887~1900年,英国科学家洛奇尔(1836~1920)利用光谱仪观察太阳表面,发现不同温度时太阳谱线展示了元素的演化过程,就像达尔文进化论反映的生物进化过程一样。那么无机物是否也像生物一样,有着进化的漫长过程呢?如果是,那么它们的内在原因又是什么?要解答这个问题,只有从研究物质的微观组成及其变化的规律着手。直到十九世纪末期,原子一直都被认为是构成物质的不可再分割的最小微粒,原子的大门一直在禁锢着,谁也不知道,原子的内部世界,究竟是个什么样子。二、敲开原子世界的大门人们常说,19世纪末的三大发现(X射线、放射性、电子)揭开了现代科学革命的序幕。1895年伦琴发现了X射线,1896年贝克勒尔发现了放射性,1897年汤姆逊发现了电子。这些发现揭示了原子存在内部结构,从此人们开始真正步入了对原子微观世界的研究。在这三大发现中,以电子的发现最为重要,因为比原子小的东西的存在意味着原子的分裂及其组成,对不久后原子模型的提出准备了实验的基础。电子的发现是和阴极射线的研究密切相关的。在充有稀薄气体的玻璃管两端加上高压电后,玻璃管内就发生放电现象。如果提高真空度,玻璃管内的光线反而逐渐消失,在阴极对面的管壁上却会出现荧光。经研究,这荧光是从阴极发出的某种射线,因而命名为“阴极射线”。阴极射线是什么?在19世纪最后的20到30年内对阴极射线的认识,就形成了完全对立的两种观点。一种是德国学派主张的射线波动说,一种是英国学派主张的带电微粒说。1878年,英国科学家克鲁克斯研究发现,当管内阴极前面放有障碍物时,对面发光的玻璃上便会出现阴影;若放一个可以转动的小叶轮,那叶轮就会转动起来。这就证明,从阴极发射出来的,是一束看不见的、具有一定质量和速度的粒子流。人们从实验中还发