第十六章·粒子与宇宙.pptx

1、第一节探索微观世界的历程,德谟克利特 （公元前460公元前370）,德谟克利特的原子论缺少科学的实验基础，长期以来并不为人们所认同.,直到17世纪，以“化学之父”道尔顿和玻意耳为代表的科学家通过大量的实验才复活和确立了原子论.,“化学之父”道尔顿 （17661844）,1811年，意大利的科学家阿伏伽德罗进一步指出，物质一般不是直接由原子组成，而是由几个原子相结合的分子构成的。,电子的发现,1897年，英国的物理学家汤姆孙发现，阴极放射线在电场或磁场的作用下可发生偏转，方向与带负电的粒子相同，从而发现了电子。,汤姆孙 （18561940）,电子的发现， 打破了原子不可分的概念， 是人类对物质结

2、构认识上的一次飞跃， 并掀起了新一轮探索物质微观结构的热潮.,-粒子散射实验-,卢瑟福 （18711937）,进一步验证了 原子核的存在.,卢瑟福的实验让人们认识到原子虽小，里面却十分空旷.如果我们将原子放大成直径上百米的足球场，在其中央有一颗称为原子核的小米粒，其直径不到原子直径的万分之一，而它的质量却占整个原子质量的99.94以上。,19191932年，卢瑟福和他的学生先后发现了带正电的质子和不带电的中子。,1964年，美国物理学家盖尔曼在费米、杨振宁、坂田昌一的研究基础上，提出了质子、中子、介子、超子等都是由三种基础粒子组成，它们分别称为上夸克、下夸克、奇异夸克。,原子核,夸克,原子,质

3、子 中子,华裔科学家丁肇中 在1974年又发现了一种 称为 的粒子， 因而获得1976年诺贝尔物理学奖.,J,纳米技术,纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术.,它是在0.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。,纳米氧化钛,纳米钛可耐腐蚀，用其涂覆的物品既能耐沸水，又能在海水中浸泡10年不损，它还有神奇的自我修复能力，可作为金属、非金属材料通用的修补剂。,纳米零件,纳米薄膜,应用,第二节浩瀚的宇宙,一.宇宙概观,1.太阳系,太阳系的主要组成部分,了解：,2.银河系,银河系里大约有 恒星！,1000亿个,河外星系，是位于银河系之外、由

4、几十亿至几千亿颗恒星、星云和星际物质组成的天体系统。目前已发现大约10亿个河外星系。银河系也只是一个普通的星系。人们估计河外星系的总数在千亿个以上，它们如同辽阔海洋中星罗棋布的岛屿，故也被称为“宇宙岛”。,3.河外星系,宇宙大爆炸理论宇宙正在扩张,宇宙的扩张在不断地加快。科什那教授向我们展示的扩张宇宙模型是现代科学不能完美解释的。根据这个模型推算，宇宙由70%暗能量，25%暗物质，5%普通物质 (如恒星和行星)构成。而且，宇宙扩张加速开始于仅仅数十亿年前，并不是宇宙诞生之初。,人类对宇宙的探索,人类探索太空之最历史记录,第一艘载人飞船 1961年4月12日，苏联成功地发射了世界上第一艘载人飞船

5、“东方”1号，乘坐这艘飞船的航天员是加加林。飞船环绕地球飞行时，轨道的近地点为169公里，远地点为315公里，轨道周期是89.3分钟，从发射到返回历时108分钟。在“东方”号载人飞船发射之前，苏联曾进行多次不载人飞行试验。在第三次飞行试验时，飞船载2只狗和50只老鼠，并成功返回。 但专家发现，在飞船绕地球飞行到第四圈时，1只狗严重呕吐，因此决定第一次载人飞行只绕地球一圈就返回。,第一次太空行走 1965年3月18日，苏联发射了“上升2号”飞船，该飞船有两名航天员，别列亚耶夫空军上校和列昂诺夫空军中校。列昂诺夫在舱外空间环境中行走了12分钟，成为太空行走第一人。第一次太空行走并不顺利，出舱后不久

6、，由于航天服的充气膨胀，他感到弯曲胳膊和腿都困难。当他回舱时，慌乱中颠倒了进入程序，先进头后进脚，不能在圆筒形的气闸舱中将身体转过来关闭身后的舱门。后来不得不冒着患减压病的风险，调低航天服内的压力，才转过身来，将气闸舱门关闭。这时他已经大汗淋漓，航天服里面全是汗水，体重减了5.4公斤。,第一次太空对接 1969年1月14日，苏联发射载人飞船联盟4号，1月16日与联盟5号对接成功，这是世界上第一次实现两艘飞船在太空对接飞行。苏联从发射第一艘飞船到实现太空对接用8年时间。,第一次进入月球轨道 1968年12月21日，美国的土星5号火箭发射升空，它携带的阿波罗8号飞船乘坐着3名航天员。在12月24日

7、上午，机组抵达了月球轨道并进入环绕月球的轨道运动。这是人类第一次环绕月球飞行。,人类第一次登月 1969年7月16日，美国阿波罗11号飞船离开地球，飞往月球。7月20日，美国东部时间晚上10点56分，在着陆约6小时后，航天员阿姆斯特朗钻出登月舱，下到月球表面。,第一架航天飞机 1981年4月12日， 第一架航天飞机“哥伦比亚”号在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射成功. 这架航天飞机总长约56米，翼展约24米，最大有效载荷29.5吨. 它的核心部分轨道器长37.2米. 每次飞行最多可载8名宇航员，飞行时间7至30天，轨道器可重复使用100次. 航天飞机集火箭，卫星和飞机的技术特点于一身，能像火箭那

8、样垂直发射进入太空，又能像卫星那样在太空飞行，还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆，是一种新型的多功能航天器. 从1981年4月至2005年8月， 美国一共有5架航天飞机进行了114次飞行. 其中：哥伦比亚号28次， 挑战者号10次， 发现号31次， 亚特兰蒂斯号26次， 奋进号19次.,中国航天“神舟”系列飞船 神舟一号1999年11月20日凌晨6点 神舟二号2001年1月16日19时22分 神舟三号2002年3月25日22时15分 神舟四号2002年12月30日0时40分 神舟五号2003年10月15日09时00分 神舟六号2005年10月12日9时0分0秒 神舟七号2008年9月25日21时

9、10分04秒988毫秒 神州八号2011年11月1日5时58分10秒 神舟九号2012年6月16日18时37分,非载人实验,载人飞行,空间实验室,中国对宇宙的探索,第三节 能源：危机与希望,能量与能源,思考：我们学过有哪些形式的能？,物质与能量,核能,大亚湾核电站,中国“环流器”装置,1. 太阳能储热(太阳能 热能),2. 太阳能直接发电： 太阳能电池(太阳能 电能),太阳能热水器,太阳灶,科学与人类,科学与人类,1. 太阳能,风能和阳光一样，是取之不尽，用之不竭的天然再生能源，全世界的风能蕴含量达一百兆MW1014 MW，其中可用来发电的达一千万MW107 MW，在燃料日益短缺的今天，此能源

10、自然不容忽视。,科学与人类,2.风能,地热能的最大利用潜力在于发电，地热能一般分为五种类型：蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和岩浆型。 目前，全球地热发电总量已近800万千瓦。地热能除了用于发电以外，更大量地直接用于采暖、制冷、医疗洗浴和各种形式的工农业用热，以及水产养殖。地热能在温室、干燥、制冷、养殖等方面也陆续在世界各国得到了应用。,地热能是来自地球深处的可再生热能。它来源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。,科学与人类,3.地热能,中国江厦潮汐发电站,科学与人类,4.波浪能,科学与人类,5.氢能,氢能的主要优点有：燃烧热值高，燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。资源丰富，氢气可以由水制取，而