α粒子散射实验动图
#知识创作人#
提个问题:人是由什么构成的?
学过生物的大概都想说,是由细胞构成的;或者水、蛋白质、碳水化合物等物质构;再或者,可以说是由钙、镁、碳、钾、钠等化学元素构成的。
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以上这些答案都没错,但进一步往微观范围上看,所有化学元素是由无数的原子组成的。在化学反应中,原子是小到无法再分的基本微粒,构成人体的各种化学元素都是原子构成的。然后这些化学元素又组成了细胞,组装成了一个完整的人体。
原子质量非常小,而且内部还是空心的,但人体却是实实在在的,有血有肉,还能通过加强饮食和锻炼变的很壮实,这是怎么回事呢?空心的原子是怎么组成现实中客观存在的物体的?
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首先让我们从原子的构成入手,看看它的内部都有些什么东西。
原子分为正原子和负原子,正原子包含致密原子核以及围绕在它周围的负电电子。
致密原子核是什么意思呢?
致密顾名思义就是结构很紧密的意思,原子核是由质子和中子构成的,如此紧密的原子核质量占原子的99.96%以上,而体积却小到只占整个原子体积的几千亿分之一。
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负原子则刚好反过来,原子核带负电,而周围的电子带正电。不过这不会影响原子核的体积小到可怜。
原子核外的空间非常大,如果用棒球场比作原子的话,那么原子核就是场上比赛用的小棒球,所以电子可以在这个空间里自由地做高速运动。因此,原子可以说基本上是虚空的状态。
一开始,研究原子的人们认为,原子不可再分,那它肯定是实心的,就像一个西瓜一样,或者说,像一个星体,比如我们的地球,内部有固态核心,核心外面有流动的岩浆。
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后来有了量子力学,研究人员发现,原子核外的电子不是胡乱做的运动,它们有很多轨道,会在不同的轨道间来回蹦跶,并且边蹦跶边释放能量。
这个蹦跶的过程,使这些电子看起来像电子云的状态,加上它们运动的速度快,观察起来,就像实心的了。
那人们又是什么时候发现原子其实是空心的呢?
这就要提到英国物理学家欧内斯特.卢瑟福了。他率先提出放射性半衰期的概念,并做了一个颠覆传统认知的α粒子散射实验。
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他用α粒子轰击金箔,发现α粒子能直接穿过薄金箔,然后不改变方向继续前进,几乎不发生偏转行为,接着他又根据这个实验现象提出了原子核式结构模型。
这个模型表明,原子中的电子对α粒子运动的影响非常小,它内部的微粒体积也非常小,所以内部空间其实很大。
不过,原子的空心并不会影响人体的构成,因为人体的细胞实在太多了,组成细胞的原子也连接的相当紧密。
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原子先按特定的顺序和空间排列,形成一个致密的分子整体,原子在分子内部相互作用,使分子能保持稳定的结构和状态。
分子可以是气态、液态和固态,这三种形态都存在于人体中,比如细胞液、血液和水分是液态的分子,脂肪、肌肉、骨骼等是液态的分子,氧气是气态分子。
但不管是哪种形态,都有一定的密度和质量,这些物质通过强烈作用结合在一起,就有了我们看的到、摸得到的人体实体。
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这是人体看起来很实在的原因之一。
另外,我们生活在三维世界,所有的物体都是有形的,多角度的,而不是平面的。
人的眼睛在看物体时,有双眼效应,这是光进入眼睛在视网膜上的成像效果,光会发生折射和反射,使物体看起来更多面化,大脑再把接受到的画面信息整合一下,就有了立体感。
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除了视觉效果,大脑还会帮人区分接触到的物体有什么特征,比如,软硬度不同,表面纹理不同,重量不同。
因此,就算原子内部是空的,通过一定的排列组合和相互作用,重新组成的更大结构就有实在感了。而且,原子非常小,我们所谓的它是空心的,是从微观世界上来看,不知道放大了多少倍,但它的数量足够多,从宏观上来看,原子构成的物体就相对而言是实心的了。
可以想象一下气球,它的里面只有气体,没有其他实物,我们可以说它是空心的,但充满气球的气体也是物质,你能说气球里面什么都没有吗?
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如果我们往气球中充满比空气重的气体,比如二氧化碳,拿10万只这样的气球组成一个整体结构,它触碰起来也是实在的。更何况人体是多种物质构成的,当然更加实在。
把原子构成实在人体的理论再往大了看,由原子构成的宇宙也不像我们看起来的那么空旷。
宇宙中除了被人类观测到的天体,被我们认为是空旷的地方都充斥着许多物质,才让宇宙中到处都存在着引力。
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古希腊原子唯物论的创始人之一德谟克利特认为,宇宙虽然从本质上来说是由原子构成的,但原子在不停地运动,所以它们构成某种物体都是临时的,有聚集也有消散,因此宇宙也在这种无限的虚空中运动着。
按这个理论,原子虽然不可分割,但原子的结合体在几何上是可以分割的,当原子消散时,物体也消失了,那么它的引力也不存在了,于是宇宙中质量缺失,引力不平均的问题就可以解释了。
不过,现代科学提出了暗物质的概念来解释这个问题。但暗物质是什么呢?目前没有人能确实证明它的存在,它对宇宙的作用都是推断出来的。
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而且,原子是有外壳的,暗物质是什么形态,有外壳吗?按宇宙由原子组成的说法,那它必然有边界;如果宇宙中确实有暗物质,它可能就是无限的,那么这个无限的宇宙是空的还是有实体呢?
抛开不确定的暗物质不谈,即使是黑洞这么虚无的地方也是有物质存在的,并不是空的。
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把范围缩小回到人体身上,人也像一个完整的微型宇宙,而且人体有清晰的边缘,可测量,就是具有实在感最大的优势。而且生物从诞生以来就能感受到自身内部的变化,对自己非常熟悉,更加增大了实体感。
而且从习惯上来说,世界上的所有物质,只要人熟知的东西,哪怕看不见摸不着,都能确定它的存在。比如风,它的实质是空气的流动,你能说空气不存在吗?
因此,尽管原子内部几乎为虚空状态,只要构成了物质,就能实在感受到。
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参考资料:
【1】《物质的构成—原子学说》中科院高能物理研究所
庾鸿全3960卢瑟福的核式结构模型的实验过程 -
祁胞贵17066936573 ______ 在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的α粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线射到金箔上,α粒子穿过金箔后,打到荧光屏上产生一个个的闪光,这些闪光可以用显微镜观察到. 整个装置放在一个抽成真空的容器里. 荧光屏和...
庾鸿全3960帮我讲讲a粒子散射实验(化学) -
祁胞贵17066936573 ______ 向金箔射出α粒子,有一部分直接过,有一部分偏转,有一部分返回: 直接闯过:表示原子(分子)之间有很大间隙 偏转:α粒子与金原子核都带正电,相排斥 返回:金原子核质量极大(可以去查物理的碰撞试验)
庾鸿全3960图为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个 -
祁胞贵17066936573 ______ A、放在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多.说明大多数射线基本不偏折,可知金箔原子内部很空旷.故A正确;B、放在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数较少.说明较少射线发生偏折.故B正确;C、放在CD位置时,屏上仍能观察一些闪光,但次数极少.故C不正确;D、放在D位置时,屏上可以观察到闪光,只不过很少很少.说明很少很少射线发生大角度的偏折.故D正确. 故选:ABD
庾鸿全3960(2004?扬州一模)在卢瑟福的α粒子散射实验中,某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示, -
祁胞贵17066936573 ______ 卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型,正电荷全部集中在原子核内,α粒子带正电,同种电荷相互排斥,所以原子核可能在①区域,故选A.
庾鸿全3960卢瑟福通过α粒子散射实验,发现了原子中间有一个很小的核,并由此提出了原子的核式结构模型.右面平面示 -
祁胞贵17066936573 ______ 卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型,该实验的现象为:绝大多数α粒子几乎不发生偏转,少数α粒子发生了较大的角度偏转,极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°,有的甚至几乎达到180°,被反弹回来),据此可画出α粒子的运动轨迹,如图所示: 故答案为:α粒子散射,α粒子的运动轨迹如图所示.
庾鸿全3960根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型.如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景,图中实线表示α粒子运动轨迹.其中一个α粒子在从a运... -
祁胞贵17066936573 ______[选项] A. 卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子 B. α粒子出现较大角偏转的原因是α粒子接近原子核时受到的库仑斥力较大 C. α粒子出现较大角偏转的过程中电势能先减小后变大 D. α粒子出现较大角偏转的过程中加速度先变大后变小
庾鸿全3960在卢瑟福的α粒子散射实验中,当α粒子被重核散射时,如图所示的运动轨迹中,可能的是( )A.B.C.D. -
祁胞贵17066936573 ______[答案] α粒子受到原子核的斥力作用而发生散射,粒子背离重核发生偏转,离原子核越近的粒子,受到的斥力越大,散射角度越大,选项A正确,BCD错误. 故选:A.
庾鸿全3960卢瑟福散射实验 电子 -
祁胞贵17066936573 ______ 可能会撞到,但是因为电子质量很小,而且a粒子和电子的碰撞近似为完全弹性碰撞(因为这种碰撞能量很小,不会发生能级间的跃迁),根据动量守恒和能量守恒可以知道,a粒子速度几乎不变,对实验的结果影响很小. 电子如果被撞到的话,估计就会被撞飞了吧,也可能被a粒子或者靶中其他失去电子的阳离子俘获.
庾鸿全3960在卢瑟福的α粒子散射实验中,某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图所示.图中P、Q为轨迹上的点,虚线是经过P、Q两点并与轨迹相切的直线,两虚线... -
祁胞贵17066936573 ______[选项] A. 一定在①区域 B. 可能在②区域 C. 可能在③区域 D. 一定在④区域
庾鸿全3960卢瑟福的α粒子散射实验可以估测原子核的大小如何估计? -
祁胞贵17066936573 ______[答案] α粒子穿过原子时,电子对α粒子运动的影响很小,影响α粒子运动的主要是带正电的原子核.而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远,受到的库仑斥力很小,运动方向几乎没有改变,只有极少数α粒子可能与核十分接近,受到较大的库仑斥力,才会发...