第五章-物质结构优秀PPT.ppt
《第五章-物质结构优秀PPT.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第五章-物质结构优秀PPT.ppt(79页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、v第一节第一节人类对物质结构的早期相识人类对物质结构的早期相识v其次节其次节奇异的微观世界奇异的微观世界v第三节第三节物质结构的探讨与高技术物质结构的探讨与高技术v第一节第一节人类对物质结构的相识人类对物质结构的相识v一、探究物质结构之谜一、探究物质结构之谜古代古代v人类对物质结构的探究起先于对世界本原问题的探人类对物质结构的探究起先于对世界本原问题的探讨讨v宇宙间的万物是由什么东西构成的?宇宙间的万物是由什么东西构成的?v我国古代的阴阳五行说:金、木、水、火、土我国古代的阴阳五行说:金、木、水、火、土v古希腊:火、气、水、土古希腊:火、气、水、土v原子论原子论:物质是由不行分割的、永恒的原子
2、微粒构成物质是由不行分割的、永恒的原子微粒构成 2、宇宙间的万物是否连续 惠施:一尺木棒,日取其半、万世不竭 墨翟:物质分割的最小单位是端。3、物质是否可分古代原子论v古希腊的德谟克里特和中国春秋时代的墨子等先后提出了朴实的原子论。影响最深远地是留基伯和德谟克里特的原子论。v存在着无限多个不行见且不行分割的原子。原子之间仅在大小、形态和运动方面有着量的不同。物质性质的变更是由于原子组合的变更造成的。原子本身的性质则永不变更。v罗马诗人卢克莱修的长诗物性论将其传播到拉丁语国家,并流传于世。二、近代物质结构探讨的进展二、近代物质结构探讨的进展-原子论原子论“原子原子”一词,来自希腊语一词,来自希腊
3、语,原义,原义是是“不行分割的东西不行分割的东西”,即指构成世界万物,即指构成世界万物的最终单元。的最终单元。时至今日,已没有人认为原子不能再分割了。时至今日,已没有人认为原子不能再分割了。科学的进展使人们不得不背离其原义把它看科学的进展使人们不得不背离其原义把它看作是可分的东西。作是可分的东西。v科学原子论的诞生v“科学原子论之父”道耳顿将拉瓦锡、玻意耳的探讨成果同原子论相结合,形成科学理论:v有多少种不同的化学元素就有多少种不同的原子;v同一种元素的原子在质量、形态等方面完全相同;v查清原子的相对重量以及组成一个化合物“原子”的基本原子的数目极为重要。v1803年10月下旬道尔顿发表了第一
4、张包括十四种元素在内的原子相对质量表。v科学原子论确立后,定量化学的发展导致了一系列元素的发觉。v1869年,门捷列夫发觉元素周期表。据此可以对元素的特性进行推断、预料新元素的存在等等。v此后对微观世界中原子的探讨进入了科学的轨道。重要的发觉v自然放射性的发觉(1896年贝克勒尔)示意出原子也存在内部结构v电子的发觉(1897年汤姆逊)明确地揭示了原子是可分割的三、20世纪以来的探讨状况v揭示出原子是可变、可分割的。原子由质子、中子、电子组成,质子、中子则由更小的粒子组成。v基本粒子的性质不同,且能相互结合组成较稳定的原子结构。原子间通过交换确定的组分如电子而形成分子。全部这些过程都受着已知的
5、力学和电磁定律的支配。v基本粒子可以转化为辐射,反之亦然。在组成更大的单元时,基本粒子未必保持自身不变。v至此,人们已经驾驭了原子是由电子、质子和中子组成的。到1947年人们一共发觉了包括反质子、反中子在内的14种基本粒子。其中,电子、质子和中子构成一切稳定的物质;光子是电磁力的传递者;介子是核力的传递者。这一时期发觉的基本粒子常被称为第一代基本粒子。v50年头初,一些大型加速器接连建成,使人们利用加速器所加速的粒子来轰击原子核,以探讨很多“生的快,死得慢”特点的奇异粒子。到1964年人们又接连发觉了一批奇异粒子,这些奇异粒子统称为“其次代粒子”。到了60年头,由于加速器的能量逐步提高和高能探
6、测器的快速发展,在试验上也发觉了快衰变粒子,其衰变属强作用衰变。这些寿命短的粒子被称为“共振态粒子”,也称“第三代粒子”。由于它们的出现,使粒子种类猛增到上百。v在粒子物理学的深层次探究活动中,粒子加速器、探测手段、数据记录和处理以及计算技术的应用不断发展,既带来粒子物理本身的进展,也促进整个科学技术的发展;粒子物理所取得的丰硕成果已经在宇宙演化的探讨中起着重要的作用。人们对物质结构的相识达到了前所未有的深度。其次节 奇异的微观世界一、微观粒子的基本性质一、微观粒子的基本性质v质量v寿命v电荷v自旋v大小v粒子与反粒子四种力限制着世界一切事物的状态、运动和变更 v二、基本粒子的相互作用二、基本
7、粒子的相互作用-粒子铸成物质粒子铸成物质世界的全部力气。世界的全部力气。v万有引力万有引力-重力,支配宇观世界的一种力重力,支配宇观世界的一种力v电磁力电磁力宏观、微观世界都存在宏观、微观世界都存在v强力强力-只在微观世界只在微观世界粒子领域里才表现粒子领域里才表现v弱力弱力-只在微观世界只在微观世界粒子领域里才表现粒子领域里才表现一、万有引力:F=GMm/r2 F=ma传播介质还未探测到。二、电磁力:带电体之间相互产生一种作用力。带有相同电荷的物体相互排斥,带不同电荷的物体相互吸引。电和磁存在亲密关系。电磁波的传播速度是光速。传播介质是光子。v三、弱相互作用力v弱相互作用是中子及其他粒子衰变
8、成质子、电子和反中微子时出现的,是由一种特殊的粒子即中间玻色子传递的。v传播介质:中间玻色子v四、强相互作用力v强相互作用力是夸克和反夸克粒子结合成强子,强度最大。v强相互作用的传播是夸克和反夸克粒子间通过交换胶子而产生的。v传播介质是胶子。v三、基本粒子的分类三、基本粒子的分类v规范粒子:即传递相互作用的媒介粒子。规范粒子:即传递相互作用的媒介粒子。v轻子。只参与电磁作用和弱作用的粒子,至今已轻子。只参与电磁作用和弱作用的粒子,至今已发觉的轻子有三代,共发觉的轻子有三代,共6种,分别被称为电子、电种,分别被称为电子、电子中微子、子中微子、子(谬)、子(谬)、子中微子、子中微子、子(陶子)、子
9、(陶子)、子中微子及它们的反粒子共子中微子及它们的反粒子共12种。种。v强子。干脆参与强作用,也参与电磁作用和弱作强子。干脆参与强作用,也参与电磁作用和弱作用的粒子。用的粒子。v四、粒子的基本规律四、粒子的基本规律v遵守的经典物理规律是:遵守的经典物理规律是:v1、能量守恒定律:由时间平移对称引起。在、能量守恒定律:由时间平移对称引起。在低速状况下存在质量守恒定律。低速状况下存在质量守恒定律。v2、动量守恒定律:由空间平移对称引起。、动量守恒定律:由空间平移对称引起。v3、角动量守恒定律:由空间旋转对称引起。、角动量守恒定律:由空间旋转对称引起。v4、电荷守恒定律:由电磁规范对称引起。、电荷守
10、恒定律:由电磁规范对称引起。v微观世界的基本规律是:微观世界的基本规律是:v1、重子数守恒定律:在粒子转化过程中,重子数不变。、重子数守恒定律:在粒子转化过程中,重子数不变。v2、轻数守恒定律:在粒子转化过程中,轻子数不变。、轻数守恒定律:在粒子转化过程中,轻子数不变。v3、奇异数守恒定律:在粒子强作用过程中,奇异数不变。、奇异数守恒定律:在粒子强作用过程中,奇异数不变。留意:在弱作用中可以不守恒。留意:在弱作用中可以不守恒。v4、同位旋守恒定律:在粒子强作用过程中,同位旋不变。、同位旋守恒定律:在粒子强作用过程中,同位旋不变。留意:在弱作用和电磁作用中可以不守恒。留意:在弱作用和电磁作用中可
11、以不守恒。v5、宇称守恒定律:、宇称守恒定律:v五、物质的形态五、物质的形态v物质的气体状态v物质的液体状态v物质的固定状态v等离子态v超固体状态物质的气体状态v气体分子在做无规则运动时,他们之间没有固定的平衡位置和确定的间距,可以向各个方向扩散。我们把物质所处的这种状态称为气体状态,也称气体。气体的基本特征是扩散性和可压缩性。v气体分为志向气体和真实气体气态(gas)v有流淌性,没有固定的形态和体积,能自动地充溢任何容器;简洁压缩;物理性质各向同性。v气态物质分子或原子运动更猛烈,“类晶区”不存在。由于分子或原子间的距离增大,它们之间的引力可以忽视,因此气态时主要表现为分子或原子各自的无规则
12、运动。液态(liquid)v没有确定形态,具有流淌性和确定的体积,不易压缩。v物理性质“各向同性”(不同方向上物理性质相同)v类晶区液体内部很多微小的区域内存在类似晶体的结构分子排列近程有序。v液体表面现象由于液体分子间距小,分子间相互作用力较大,当液体与气体、固体接触时,交界处由于分子力作用而产生一系列特殊现象固态(solid)v物理上的固态指“结晶态”,即晶体所具有的状态。物质在固态时的特征是:有确定的体积和几何形态,在不同方向上物理性质不同(各向异性),且具有确定的熔点。v在固体内部分子或原子有规则地、周期性地排列着,这种结构称为“空间点阵”结构。等离子状态v当对物质电离时,电子就会脱离
13、原子或分子在空间自由运动,失去电子的原子或分子就带有正电荷成为正离子。v等离子体就是带正负电荷的粒子组成的气体,净电荷数等于零。等离子态(plasma)v气体在约几百万度的极高温或在其它粒子猛烈碰撞下所呈现出的物态,这时电子从原子中游离出来而成为自由电子气体。v等离子体就是一种被高度电离的气体,但它又处于与“气态”不同的“物态”,称为“电浆”v极光、闪电、太阳超固体状态v当物质在高温高压下时,物质的原子结构被破坏,原子核外的电子被挤压到原子核范围内,这时物质称为超固态。超固态(supersolid)v在140万大气压下,物质的原子就可能被“压碎”。电子全部被“挤出”原子,形成电子气体袒露的原子
14、核紧密地排列,物质密度极大,即超固态。v一块乒乓球大小的超固态物质,其质量至少在1000吨以上。超固态可以(在保持形态的状况下)完全无摩擦运动v六、物质的结构六、物质的结构v物质结构的探讨,从广义上讲,在于探讨宇宙万物各个层次物质结构的探讨,从广义上讲,在于探讨宇宙万物各个层次的构成和变更的规律。对于宇宙,从大的方面说,在太阳系的构成和变更的规律。对于宇宙,从大的方面说,在太阳系外面,还有千千万万个太阳系,在银河系外面,还有千千万外面,还有千千万万个太阳系,在银河系外面,还有千千万万个银河系,它是无穷无尽的;从小的方面说,也是无穷无万个银河系,它是无穷无尽的;从小的方面说,也是无穷无尽的,物质
15、一般由分子组成,分子又由各种原子组成,原子尽的,物质一般由分子组成,分子又由各种原子组成,原子里面又分为原子核和电子,原子核里面又分为质子和中子,里面又分为原子核和电子,原子核里面又分为质子和中子,最新的探讨表明,质子和中子(统称为核子)是由所谓夸克最新的探讨表明,质子和中子(统称为核子)是由所谓夸克组成的。现在人们还无法把夸克从核子里面解放出来。组成的。现在人们还无法把夸克从核子里面解放出来。v现在知道有现在知道有5个层次:分子一原子一原子核一核子(质子和个层次:分子一原子一原子核一核子(质子和中子)一夸克。中子)一夸克。第三节第三节物质结构的探讨与高技术物质结构的探讨与高技术v1、物质结构
16、的探讨与其他学科v2、物质结构的探讨与高技术v3、物质结构探讨所面临的挑战v1、物质结构的探讨与其他学科、物质结构的探讨与其他学科v物质结构的探讨是与其他学科的发展交融物质结构的探讨是与其他学科的发展交融在一起的,它们相互渗透、相互影响,并形在一起的,它们相互渗透、相互影响,并形成了一些新的分支学科。成了一些新的分支学科。v2、物质结构的探讨与高技术、物质结构的探讨与高技术v(1)探讨物质结构的得力工具。是高能粒子)探讨物质结构的得力工具。是高能粒子加速器和粒子探测器。形形色色的粒子是通加速器和粒子探测器。形形色色的粒子是通过它们来产生和进行探讨的。过它们来产生和进行探讨的。v高能粒子加速器高
17、能粒子加速器粒子加速器和粒子对撞粒子加速器和粒子对撞机机v粒子探测器粒子探测器粒子加速器粒子加速器v是用人工方法产生高速带电是用人工方法产生高速带电粒子的装置。日常生活中常粒子的装置。日常生活中常见的粒子加速器有用於电视见的粒子加速器有用於电视的阴极射线管及的阴极射线管及X光管等设光管等设施。是探究原子核和粒子的施。是探究原子核和粒子的性质、内部结构和相互作用性质、内部结构和相互作用的重要工具,在工农业生产、的重要工具,在工农业生产、医疗卫生、科学技术等方面医疗卫生、科学技术等方面也都有重要而广泛的实际应也都有重要而广泛的实际应用。用。世界上最大的粒子对撞机美费米国家加速器试验室里发觉了奇异的
18、新粒子 大型强子对撞机的模拟事务v(2)物质结构探讨的技术应用)物质结构探讨的技术应用v粒子物理的发展又为相应的工业技术发展供粒子物理的发展又为相应的工业技术发展供应了机会,促进了它们在广泛的经济领域中应了机会,促进了它们在广泛的经济领域中的应用。粒子加速器在基础探讨、医疗、工的应用。粒子加速器在基础探讨、医疗、工业生产、检测分析等领域的应用特别广泛。业生产、检测分析等领域的应用特别广泛。v(3)辐射技术的应用)辐射技术的应用v低能加速器的应用低能加速器的应用医院放疗加速器医院放疗加速器v中能加速器的应用中能加速器的应用-工业辐照加工、放射治工业辐照加工、放射治疗和易用同位素的生产疗和易用同位
19、素的生产v高能加速器的应用高能加速器的应用-v低能加速器的应用是核技术应用领域的重要低能加速器的应用是核技术应用领域的重要分支,目前,在世界各地运行着的数千台加分支,目前,在世界各地运行着的数千台加速器中大多数是在工业、农业、医疗卫生等速器中大多数是在工业、农业、医疗卫生等领域内得到广泛应用的低能加速器。低能加领域内得到广泛应用的低能加速器。低能加速器在这些领域的应用,极大地变更了这些速器在这些领域的应用,极大地变更了这些领域的面貌,创建了巨大的经济效益和社会领域的面貌,创建了巨大的经济效益和社会效益。效益。低能加速器的应用低能加速器的应用v1、辐照加工辐照加工v应用加速器产生的电子束或应用加
20、速器产生的电子束或X射线进行辐照加工已成为化射线进行辐照加工已成为化工、电力、食品、环保等行业生产的重要手段和工艺,是一工、电力、食品、环保等行业生产的重要手段和工艺,是一种新的加工技术工艺。它广泛应用于聚合物交联改性、涂层种新的加工技术工艺。它广泛应用于聚合物交联改性、涂层固化、聚乙烯发泡、热收缩材料、半导体改性、木材固化、聚乙烯发泡、热收缩材料、半导体改性、木材-塑料塑料复合材料制备、食品的灭菌保鲜、烟气辐照脱硫脱硝等加工复合材料制备、食品的灭菌保鲜、烟气辐照脱硫脱硝等加工过程。过程。v经辐照生产的产品具有很多优良的特点,例如:聚乙烯电经辐照生产的产品具有很多优良的特点,例如:聚乙烯电缆经
21、缆经105Gy剂量辐照后,其电学性能、热性能都有很大提高,剂量辐照后,其电学性能、热性能都有很大提高,运用温度辐照前为运用温度辐照前为6070,辐照后长期运用温度可达,辐照后长期运用温度可达120以上。目前,我国已有用加速器进行辐照加工的生产以上。目前,我国已有用加速器进行辐照加工的生产线线40多条。多条。v2、无损检测无损检测v无损检测就是在不损伤和不破坏材料、制品或构无损检测就是在不损伤和不破坏材料、制品或构件的状况下,就能检测出它们内部的状况,判别内件的状况下,就能检测出它们内部的状况,判别内部有无缺陷。现代无损检测的方法很多,例如:超部有无缺陷。现代无损检测的方法很多,例如:超声波探伤
22、法、涡流探伤法、荧光探伤法及射线检测声波探伤法、涡流探伤法、荧光探伤法及射线检测法等。射线检测法即可检查工件表面又可检查工件法等。射线检测法即可检查工件表面又可检查工件内部的缺陷。设备可以接受放射性同位素内部的缺陷。设备可以接受放射性同位素Co60产生产生的的射线、射线、X光机产生的低能光机产生的低能X射线和电子加速器产射线和电子加速器产生的高能生的高能X射线。射线。v尤其是探伤加速器的穿透本事和灵敏度高,尤其是探伤加速器的穿透本事和灵敏度高,作为一种最终检查手段或其它探伤方法的验作为一种最终检查手段或其它探伤方法的验证手段及在质量限制中,在大型铸锻焊件、证手段及在质量限制中,在大型铸锻焊件、
23、大型压力容器、反应堆压力壳、火箭的固体大型压力容器、反应堆压力壳、火箭的固体燃料等工件的缺陷检验中得到广泛的应用。燃料等工件的缺陷检验中得到广泛的应用。这种探伤加速器以电子直线加速器为主要机这种探伤加速器以电子直线加速器为主要机型。型。v射线照相法射线照相法v这种方法与我们体检时拍这种方法与我们体检时拍X光胶片相像,射光胶片相像,射线接受器是线接受器是X光胶片。探伤时,将装有光胶片。探伤时,将装有X光胶光胶片的胶片盒紧靠在被检工件背后,用片的胶片盒紧靠在被检工件背后,用X射线对射线对工件照射后,透过工件的射线使胶片感光,工件照射后,透过工件的射线使胶片感光,同时工件内部的真实状况就反映到胶片的
24、乳同时工件内部的真实状况就反映到胶片的乳胶上,对感光后的胶片进行处理后,就可以胶上,对感光后的胶片进行处理后,就可以清晰地了解工件有无缺陷以及缺陷的种类、清晰地了解工件有无缺陷以及缺陷的种类、位置、形态和大小。位置、形态和大小。v.辐射成像法辐射成像法v这种方法的射线接受器是阵列探测器或荧这种方法的射线接受器是阵列探测器或荧光增感屏。前者就是清华高校和清华同方共光增感屏。前者就是清华高校和清华同方共同研制生产的大型集装箱检查系列产品。后同研制生产的大型集装箱检查系列产品。后者就是用于机场、铁路的行李、包袱的者就是用于机场、铁路的行李、包袱的X射线射线安检系统,也可用于工业的无损检测。这种安检系
25、统,也可用于工业的无损检测。这种方法配以图像处理系统可以在线实时显示物方法配以图像处理系统可以在线实时显示物品内部的真实状况。品内部的真实状况。v工业工业CTv与医用与医用CT原理类似,原理类似,CT技术即计算机协助层析成技术即计算机协助层析成像技术。选用加速器作为像技术。选用加速器作为X射线源的射线源的CT技术是一种技术是一种先进的无损检测手段,主要针对大型固体火箭发动先进的无损检测手段,主要针对大型固体火箭发动机和精密工件的检测而发展起来。它的密度辨别率机和精密工件的检测而发展起来。它的密度辨别率可达可达0.1%,比常规射线技术高一个数量级。在航天、,比常规射线技术高一个数量级。在航天、航
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第五 物质 结构 优秀 PPT
限制150内