现代自然科学的发展数理化

现代自然科学的发展数理化第1页，课件共24页，创作于2023年2月现代自然科学的发展一、现代数学的发展二、现代物理学的发展三、现代化学的发展四、现代天文学的发展五、现代地学的发展六、现代生物学的发展第2页，课件共24页，创作于2023年2月一、现代数学的发展更加理论化、抽象化；与其他知识领域的关系更密切抽象代数学研究各种抽象的公理化代数系统的数学学科非特定的任意元素集合及其相关的代数运算其成果被广泛应用于电子计算机技术和其他一些工程技术中，并形成许多分支（代数编码学、语言代数学等）数理逻辑运用数学的方法来研究逻辑思想起源于莱布尼兹，成功建立逻辑演算的是英国布尔布尔代数（逻辑代数）：变量只取0和1两个值为现代计算机技术的发展提供了理论基础第3页，课件共24页，创作于2023年2月一、现代数学的发展模糊数学（

FUZZY）是研究和处理模糊性现象的一种数学理论和方法其创立归功于美国的查德在模糊集合中，给定范围内元素对它的隶属关系不一定只有“是”或“否”两种情况，而是用介于0和1之间的实数来表示隶属程度，还存在中间过渡状态。已初步应用于模糊控制、模糊识别、模糊决策、模糊评判、系统理论、信息检索、医学、生物学等各个方面运筹学（运用和筹划）规划论：在满足既定条件下，按一衡量指标寻求最优方案库存论：研究各类存贮活动的最优方案决策论：在不确定的情况下作出决策第4页，课件共24页，创作于2023年2月二、现代物理学的发展原子核由质子和中子组成原子由原子核和电子组成核子由夸克组成原子物理学原子核物理学粒子物理学第5页，课件共24页，创作于2023年2月原子核物理学的形成与发展1.质子和中子的发现与原子核结构模型天然放射现象：某些元素能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。这些元素称为放射性元素。放射性物质放出的射线主要有三种：

α射线：本质是氦核流，速度约为光速的十分之一，贯穿本领弱，电离作用极强；β射线：电子流，速度接近光速，贯穿本领强，电离作用弱；射线：本质量波长极短的电磁波，就是光子，贯穿本领最强，电离作用最弱；第6页，课件共24页，创作于2023年2月质子的发现：1919年，卢瑟福用天然放射源产生的α粒子轰击氮原子核，打出了氢核（质子），首次实现人工核反应。发现质子的核反应方程：中子的发现：1932年，英国查德威克发表了关于发现中子的论文，并因此获得1935年的诺贝尔物理学奖。发现中子的核反应方程：中子首先是卢瑟福预言了其存在，而小居里夫妇最先做出这一实验，发现了中子，但小居里夫妇没有注意到卢瑟福的预言，当初认为它是一种波长极短的电磁波。原子核物理学的形成与发展1.质子和中子的发现与原子核结构模型第7页，课件共24页，创作于2023年2月原子核模型：由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。核素——具有一定质子数、中子数和一定能量状态的原子核.符号表示：质量数＝Z(质子数)

＋N(中子数)元素符号电荷数Z(质子数)

原子核物理学的形成与发展1.质子和中子的发现与原子核结构模型第8页，课件共24页，创作于2023年2月原子核物理学的形成与发展1.质子和中子的发现与原子核结构模型原子核的衰变：原子核自发的放出某种粒子而转变成为新核的过程叫原子核的衰变。①α衰变：,同时放出射线；②β衰变：，同时放出射线；③

衰变：原子核通过发射光子从激发态跃迁到较低能态的过程；④半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.第9页，课件共24页，创作于2023年2月三种射线的性质和实质带电量质量数符号电离性穿透性实质来源α射线+2e4很强很小（一张普通纸）高速的氦核流(v≈0.1c)两个中子和两个质子结合成团从原子核中放出β射线-e0弱很强（几毫米铝板）高速的电子流(v≈c)原子核中的中子转换成质子时从原子核中放出γ射线00γ很小更强（几厘米铅板）波长极短的电磁波原子核受激发产生的第10页，课件共24页，创作于2023年2月2.核反应的研究及核裂变的发现人工放射元素的发现：

1934年，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝、硼、镁等元素时，得到了天然不存在的放射性元素。由于这一发现，获得1935年诺贝尔化学奖。用人工的方法使原子核发生变化的叫做原子核的人工转变，它是人们研究原子核的结构及其变化规律的有力武器。用人工转变的方法得到放射性同位素，是一个重要的发现。这一发现，成了对原子核开展研究工作的新起点。原子核物理学的形成与发展第11页，课件共24页，创作于2023年2月2.核反应的研究及核裂变的发现重核裂变的发现：1938年，德国化学家哈恩和物理学家施特拉斯曼发现在用中子轰击铀(92)的实验中，得到了钡(56)，由此发现了铀核的裂变。根据爱因斯坦的质能公式E=mc2，估算出裂变过程中会释放出巨大的能量。重核裂变的发现，是核反应研究中具有决定性意义的新进展。原子核物理学的形成与发展第12页，课件共24页，创作于2023年2月3.原子核能及其利用来自原子核内部的能量，我们就叫原子核能——俗称核能。核能是原子核结构发生变化时放出的能量。一般指重原子核发生裂变和轻原子核发生聚变时所放出的巨大能量。重核裂变——是一个重原子核分裂成两个或两个以上较轻的原子核的反应。轻核聚变——是两个或两个以上的较轻原子核，在超高温等特定条件下聚合成一个较重的原子核，同时释放出比裂变反应更大的能量，叫热核反应。原子核物理学的形成与发展第13页，课件共24页，创作于2023年2月3.原子核能及其利用原子核物理学的形成与发展

重核裂变链式反应临界质量第14页，课件共24页，创作于2023年2月3.原子核能及其利用原子核物理学的形成与发展

重核裂变的应用(1)原子弹1945年7月16日第一颗原子弹试爆成功1964年10月16日我国原子弹试爆成功第15页，课件共24页，创作于2023年2月3.原子核能及其利用原子核物理学的形成与发展

重核裂变的应用(2)核电站主要组成部分:堆芯;中子反射层;冷却系统;控制系统;保护层。1979年美国三里岛事故、1986前苏联切尔诺贝利事故第16页，课件共24页，创作于2023年2月1991年，我国第一座核电站——秦山核电站发电试验成功第17页，课件共24页，创作于2023年2月原子核物理学的形成与发展3.原子核能及其利用轻核聚变氘-氚聚变

氢原子最容易实现的聚变反应是其同位素氘与氚的聚变。氘和氚聚变后，2个原子核结合成1个氦原子核，并放出1个中子和17.6兆电子伏特能量。每1升海水中含30毫克氘，30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油。第18页，课件共24页，创作于2023年2月各国从原子弹爆炸到氢弹实验所用时间法国：8年；美国：7年；苏联：10年；中国：2年8个月1964年10月16日中国爆炸了第一颗原子弹；1967年6月17日，在我国西部地区成功地爆炸了第一颗氢弹。第19页，课件共24页，创作于2023年2月磁约束装置---托卡马克装置(Tokamak)托卡马克装置

托卡马克是“磁线圈圆环室”的俄文缩写，又称环流器。这是一个由封闭磁场组成的“容器”，像一个中空的面包圈，可用来约束电离子的等离子体。通过磁力线的作用，氢的同位素等离子体被约束在这个“容器”中运行，发生高密度的碰撞，也就是聚变反应。第20页，课件共24页，创作于2023年2月是研究基本粒子规律的科学。所谓基本粒子，即组成物质的最小基本单元，现已发现300多种，按质量、参与的相互作用等，分为四大类：相互作用子，包括光子、中间矢量玻色子等；轻子，包括中微子、电子、μ子等；介子，包括ρ、K、η介子等，其静止质量介于电子和质子之间；重子，包括核子（质子和中子）、超子。基本粒子之间形成三类相互作用，由强弱为序：强、电磁、弱相互作用。由于介子和重子参加强相互作用，故又统称为强子。强子内部还有结构——夸克。粒子物理学第21页，课件共24页，创作于2023年2月三、现代化学的发展元素周期律的重新认识不仅填补了原先周期表的空缺，还发现了许多新元素1913年，英国莫斯莱在测量元素的X光谱后，认识到元素在周期表中的序数应该就是原子核的正电荷数；这样原来按原子量大小编序而出现的异常现象得以消除。现代元素周期律认为，随原子序数的递增，原子的最外电子层结构呈周期性变化，元素的化学性质主要取决于原子的最外电子层结构。元素周期律揭示了各种化学元素的统一性。第22页，课件共24页，创作于2023年2月三、现代化学的发展物理化学的建立与分析化学的发展以物理学的理论和方法来研究化学现象和过程的学科包括结构化学、化学热力学、化学动力学、胶体化学以仪器分析为主要手段的现代化学分析方法有机化学的新时代人工合成药物的研究：如抗生素的提取成功天然有机物的研究：如提出了DNA的双螺旋结构模型有机高分子化合物的研究：三大合成材料（合成橡胶、合成纤维和塑料）第23页，课件共24页，创作于2023年2月高分子材料发展历史

1812年用酸水解树皮等，得到淀粉。“橡胶”最早认识是印第安人，“卡乌巧乌”1823年，苏格兰人马幸托斯创办了雨衣厂，但很快倒闭了。183