班級五年五班.doc

史上最快最全的網(wǎng)絡(luò)文檔批量下載、上傳、處理，盡在：/ 元素班級：五年五班學(xué)生：李承戰(zhàn)指導(dǎo)老師：劉姿均老師目錄目錄第一頁壹 研究動機第二頁貳 研究目的第二頁參 研究過程說明第三頁肆 研究內(nèi)容第四頁到第十七頁一 牛頓的煉金術(shù)第四頁到第七頁二 門德列夫的週期表第七頁到第十一頁三 愛因斯坦的質(zhì)能互換第十一頁到第十四頁四 宇宙的起源第十四頁到第十七頁伍 結(jié)論第十七頁陸 參考資料來源第十七頁到第十九頁柒 心得第十九頁到第二十頁捌 父母的話第二十頁到第二十二頁壹、 研究動機有一天，爸爸問我一個問題：天地萬物是由什麼東西所組成的？當(dāng)時我完全不知道，可是當(dāng)我聽到爸爸說到一個叫元素的東西時，就讓我興起想研究它的興趣，因為元素這種東西也有很多科學(xué)家在研究。所以我想要知道，那麼小的東西裡面到底有多少關(guān)於科學(xué)的奧妙。 貳、研究目的知道最古老的科學(xué)煉金術(shù)是什麼？和對化學(xué)元素有很重要地位的化學(xué)元素週期表是怎麼來的？質(zhì)能互換定律為什麼可以讓物體釋放強大的能量？以及宇宙剛開始時是不是只有氫元素？參、研究過程說明（一） 參考文獻資料（二） 資料研究整理（三） 開始寫草稿（四） 開始撰寫報告（五） 修改報告（六） 開始作簡報（七） 期末成果肆、研究內(nèi)容一 、牛頓的煉金術(shù)占星術(shù)和煉金術(shù)或多或少被歸類為巫術(shù)學(xué)，牛頓從研讀占星術(shù)的書籍，進而了解宇宙天體運行，並悟出了萬有引力的哲學(xué)。牛頓也沉迷於煉金術(shù)，他是否有悟出突破性的觀念？是個迷。（一）古人認(rèn)知的基本元素在古時候中國人認(rèn)為最基本的元素分別就是金、木、水、火和土，這五種元素其中水生木、木生火、火生土、土生金、金生水；水剋火、火剋金、金剋木、木剋土、土剋水。因此五行既相生又相剋。天地萬物即隨五行輪迴，譬如動植物是生於塵土，死後也回歸塵土。而古希臘人認(rèn)為最基本的四個元素是水、火、風(fēng)和土，後來亞里斯多德又加入了一個可以構(gòu)成天體的元素，我們稱它為第五元素。第五元素又稱為善惡元素，由它質(zhì)與量的變化可以決定最後物質(zhì)的好與壞。以前的人認(rèn)為原來的那四個基本元素再加上適量的第五元素就可以組成單純的金子。（二）煉金術(shù)煉金術(shù)是科學(xué)的起源，在古時候，有很多煉金術(shù)師，他們主要的目的是要煉出長生不老藥、珍貴且單純的金子和可以融掉所有東西的液體。中國是最早有煉金術(shù)、煉丹術(shù)的國家。古時候，中國人認(rèn)為，只要把鐵持續(xù)加熱、敲打就會變成鋼。煉金術(shù)也是一樣的，人把鐵放在鍋子裡持續(xù)加熱，給它巨大的能量，然後鐵就會變成金子。但是，這不太可能，因為假如要給它很多能量的話，溫度會很高，這樣的話鍋子就會先熔化，而且有很多科學(xué)家說假如真的有可以融掉所有東西的液體，那要用什麼東西裝？所以在以前人們研究的煉金術(shù)都是騙人的，一般他們騙人的手法就是先在鍋子裡偷偷的先加一點黃金，然後再施法唸咒。至於煉丹術(shù)，當(dāng)時他們煉出來的長生不老藥就是汞和鉛，汞也就是我們俗稱的水銀?？墒枪坏荒茏屛覀冮L生不老永保青春，反而會讓人早日送命，因為汞和鉛中含有劇毒。所以中國有很多君王都因為想永保青春、長生不老，因此都被毒死了，像秦始皇和唐代的太宗、憲宗、敬宗和宣宗等皇帝都是吃了有毒的丹藥而死。（三）牛頓的煉金術(shù)在搞什麼牛頓（西元16421727年）是科學(xué)史上最偉大的人之一，他發(fā)現(xiàn)了萬有引力，發(fā)明了微積分，並在力學(xué)、光學(xué)與天文學(xué)的研究上有重大的貢獻。牛頓逝世時遺留下來尚未發(fā)表的手稿包括有從事聖經(jīng)與神學(xué)的研究，以及大批關(guān)於煉金術(shù)的手稿。然而，即使在當(dāng)時神學(xué)與巫學(xué)仍是當(dāng)?shù)?，科學(xué)也僅剛啟蒙，但是煉金術(shù)已經(jīng)被有識之士斥為騙術(shù)，因此為何牛頓仍然傾大量的時間投入實驗，一直是後世不解之謎。 牛頓在二十六歲時（西元1668年），就開始研究煉金術(shù)，可是他為什麼會研究煉金術(shù)？那是因為在黑死病流行的時期（西元16651666年），牛頓躲回老家。也就是在他烏爾索普老家無聊的日子中，他開始觀察天體運行，研讀占星術(shù)，並在看到蘋果落地的同時，悟出了萬有引力的定律。當(dāng)其時，他嘗試製作非球面望遠(yuǎn)鏡的鏡片，當(dāng)他在研磨望遠(yuǎn)鏡的鏡面時，使用到許多有腐蝕作用的原料，例如硫磺和水銀等來研磨。所以他就開始對煉金術(shù)有了興趣。而且他也想把世界上所有的科學(xué)整合在一起，他甚至想從中參透出宇宙空間的真理。因此他的手稿中充斥著希臘五元素、精神、蒸餾、占星等奇怪的符號排列以及圖案。牛頓對煉金術(shù)集中進行實驗的高峰期是在西元1680年左右，可是到最後他也是因為吃到汞而中毒（雖然沒死），汞中毒的基本現(xiàn)象就是心情憂鬱。牛頓在西元1690年至1693年間甚至罹患精神錯亂癥。而他到底有沒有成功？或是否找到煉金術(shù)的道理？我們並不知道，因為有一次他家失火，把部分的研究手稿以及資料通通給燒光了。假如研究手稿沒有被燒掉，或者有人看得懂牛頓所遺留下來的手稿，那牛頓或許又成功的發(fā)現(xiàn)另一門新的科學(xué)了。雖然煉金術(shù)沒有成功，但是那也告訴我們一個夢想，那就是只要物質(zhì)一直被加熱施加能量，就有可能會變成其他的貴重金屬。巧合的是，這也正是愛因斯坦質(zhì)能互換定律的基本精神。二、門得列夫的週期表在門得列夫的時代裡，化學(xué)已經(jīng)啟蒙，原子與分子的結(jié)構(gòu)逐漸形成，元素的特性因此可以被有系統(tǒng)的檢驗。（一） 基本粒子、原子與元素各種元素由其原子所構(gòu)成。近代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)所有的原子均是由三種基本的粒子所組成：質(zhì)子、中子和電子。質(zhì)子和中子的重量為一單位，電子幾乎沒有重量，質(zhì)子帶一單位的正電，電子帶一單位的負(fù)電，而中子不帶電。質(zhì)子和中子構(gòu)成原子核，電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)，每一個元素都是有相同數(shù)目的質(zhì)子與電子，因此所有的元素都是中性的。（二）週期表門得列夫（西元18341907年）是一位俄國的科學(xué)家，在他那個時代他是位很有名的科學(xué)家，其中他最著名的發(fā)現(xiàn)就是他的化學(xué)元素週期表。但是他為什麼會排出來週期表，有兩種說法。比較幻想的說法為：他是在睡覺的時候突然得到了靈感，所以他一起來就照著睡夢中的想法排一排，結(jié)果就排出來了化學(xué)元素週期表。比較寫實的說法為：門得列夫很愛玩橋牌，有一天他心血來潮，拿了很多白色紙卡，在上面寫上元素的名稱、原子量和化學(xué)特性等。接著再按照它們的特性排一排，結(jié)果就發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素週期表。門得列夫原始的週期表其實並不是長的和今天的一樣，在門得列夫製作週期表的時代只有六十三個元素，而目前已經(jīng)找到一百零九個元素，倘若再加上在實驗室中所預(yù)測到的新元素，總數(shù)可以高達一百一十八個元素。因此為了方便列印，後人就把它重新排列了。上圖的週期表是最好用的一種。其實還有兩種週期表，第一種是依照原子序的順序從小到大，由內(nèi)向外的螺旋形週期表，樣子類似像上圖，但是將最左邊和最右邊的相鄰原子序之元素連接在一起。第二種就是一層一層像漢堡一樣的週期表。元素週期表縱向為族，總共分為十八族；橫向為週期，有七種不同的週期。共分四區(qū)S、D、F、P。S區(qū)在左邊兩縱行，幾乎都是輕金屬，而且容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。D區(qū)佔據(jù)中間十縱行，是硬金屬，密度大，熔點都是一千度以上。F區(qū)排列在下方的兩橫列，幾乎都是稀有金屬，第一列都很活潑，第二列都具有放射性。P區(qū)為最右邊的六縱行，包括金屬元素、過渡元素和非金屬元素等。（三）物質(zhì)不滅定律物質(zhì)不滅定律意思就是在正常溫度和正常壓力下，物質(zhì)不會消失，而是會在一個輪迴圈裡，一直循環(huán)，像碳和氮。碳、氮和組成生物的物體是永遠(yuǎn)不會被破壞消失的，它們會跟上面所說的一樣，一直循環(huán)。其中碳C的循環(huán)是從它被燃燒開始，當(dāng)碳C被燃燒後，會和氧結(jié)合，變成二氧化碳CO2，然後二氧化碳會因為植物行光合作用，使碳和氧分開，再和氫結(jié)合變成碳?xì)浠衔顲xHy或是碳水化合物CxHyOz，其中x、y、z為正整數(shù)。之後，植物再被人吃，變成所謂的脂肪和胺基酸，最後人死之後被細(xì)菌分解，原來在組織中的碳分子又變回碳C。而氮也是一樣，氮是存在大部份的分子中，有著非常重要的生物作用。剛開始時，氮分子被一些特殊的細(xì)菌吸收，且透過複雜的化學(xué)反應(yīng)，把它轉(zhuǎn)化為植物可吸收的狀態(tài)，接著動物吃植物，吸收了氮，當(dāng)動物死後，經(jīng)過細(xì)菌分解，氮又回到大氣中。元素的輪迴只會發(fā)生在正常溫度和正常壓力之下，因為只要在高溫高壓下，就可以把一個物質(zhì)轉(zhuǎn)變成另外一個不同的物質(zhì)，這也就是在下一章要講的質(zhì)能互換定律。（四）能量不滅定律能量是以許多形式呈現(xiàn)與儲存，所有物體都是儲存能量的大倉庫。例如，能量儲存於原子聚集的化合物中，假如燃燒一塊木柴，熱量就被釋放出來。運動物體具有動能；而位於高處靜止的物體具有位能，當(dāng)它下落時，這種位能會轉(zhuǎn)化為動能。另外，電池儲存的化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能。能量的多樣性說明了一個事實，就是能量在不斷地從一種形式轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移成另一種形式。而在這些轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)移過程中，能量既不增加也不減少，只是被轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)移，所以能量的總量是不變的。三、愛因斯坦的質(zhì)能互換定律在愛因斯坦（西元18791955年）以前，物質(zhì)與能量是互相獨立的被提出來討論。愛因斯坦基於狹義相對論而導(dǎo)出了質(zhì)能互換定律。（一） 相對論愛因斯坦的相對論推翻了基於牛頓力學(xué)的絕對空間與絕對時間的觀念。譬如說，如果坐在一輛沒有窗子的車子裡，我們就無法辨別車子是停著，還是在作沒有震動的直線運動。在狹義相對論的方面，愛因斯坦假設(shè)光速不會變，而且光速是速度的極限。由此可推導(dǎo)出時間流逝的速度、物體的重量以及長度都是隨著運動的速度而改變。例如，假設(shè)在地球正常的環(huán)境下，一物體的質(zhì)量為M，長度為l、流逝的時間為t，且光速為c。則在運動速度v的情況下， 相對的運動時間為：t（1v2/c2）（1/2）， 相對的運動質(zhì)量為：M（1-v2/c2）（1/2），相對的運動長度為：l（1-v2/c2）（1/2）。在廣義相對論的方面，由於加入了重力的影響，在質(zhì)量大的物體附近，時間與空間都會發(fā)生扭曲。因此星球發(fā)出的光在經(jīng)過太陽附近時會發(fā)生轉(zhuǎn)折，宇宙中也可能存在黑洞，黑洞的質(zhì)量及重力都非常的大，靠近這種天體附近的光全部被吸收而不能再逃逸出去。（二）質(zhì)能互換定律質(zhì)能互換定律可由狹義相對論推導(dǎo)出。愛因斯坦是由牛頓的力學(xué)第二定律（加速度定律）F=Ma出發(fā)，其中F=力、M=質(zhì)量、a=加速度。他發(fā)現(xiàn)因為速度的極限為光速c，因此加速度a不可能超過光速c。因此，即使再增加力F，也不可能增加加速度a，而是增加了質(zhì)量M。換句話說，當(dāng)你賦予一個物體越來越多的能量時，物體運動的速度不會越來越快，而是質(zhì)量變得越來越重。由此愛因斯坦修正了牛頓功W=（1/2）Mv2的公式，其中v為速度，而變成了功W=Mc2（1v2/c2）（1/2）1。他的結(jié)論是：當(dāng)vc時，功會變得無限大。愛因斯坦將 Mc2（1v2/c2）（1/2）叫做電子能量E，因此EWMc2。愛因斯坦的意思是，即使一點功都沒做（當(dāng)v=0則W=0），電子仍有能量，這能量就是E=Mc2。愛因斯坦的質(zhì)能互換公式說明所有物質(zhì)都在其內(nèi)部蘊藏有巨大的能量：其中能量等於質(zhì)量乘以光速。如果我們能夠用簡單的方法將物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰浚瑒t人類的能源將不虞匱乏。（三）核分裂的應(yīng)用核分裂就是原子核分裂，隨之釋放出大量的能量，這個過程被用來生產(chǎn)原子彈，也被利用來做核能發(fā)電。科學(xué)家希拉得在西元1934年提出連鎖反應(yīng)，當(dāng)在高溫時，以中子撞擊鈾235原子，強迫鈾原子分裂為鋇與氪，並釋放出其他的中子和熱量，而這些被釋放出來的中子則繼續(xù)撞擊鈾原子以產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，因而發(fā)明了原子彈。 為了避免有太多的中子同時去撞擊鈾原子而產(chǎn)生太巨大的能量譬如原子彈爆炸，科學(xué)家插入鎘或硼控制棒以吸收中子，如此比較溫和的核子反應(yīng)就可以用來做核能發(fā)電。（四）核融合的應(yīng)用核融合是核分裂的逆向過程：兩個碰撞的原子核以超過靜電互斥力的速度融合在一起，行成一個質(zhì)量更大的原子核。在實際應(yīng)用上，以一個重氫原子（Deuterium，氫的同位素，有一個原子和一個中子）和一個氚原子（氫的同位素，有一個原子和二個中子）的融合可形成氦原子（有二個原子和二個中子），並釋放出一個中子和熱量，這個被釋放出來的中子則可以和氫原子或重氫原子結(jié)合，而形成重氫原子或氚原子，並繼續(xù)參加連鎖反應(yīng)。核融合是恆星能量的來源，當(dāng)然也是太陽能量的基礎(chǔ)。核融合不會產(chǎn)生核廢料，因此是乾淨(jìng)而且環(huán)保的能源；反之核分裂雖然乾淨(jìng)，但是所產(chǎn)生的放射性核廢料對人有傷害，對環(huán)境也有上千上萬年的污染，因此核廢料是目前推廣核能發(fā)電的夢饜。四、宇宙的演化愛因斯坦提出了質(zhì)能互換的定理，而牛頓的萬有引力的假設(shè)也說明了質(zhì)量就是重力，因此，能量、質(zhì)量以及重力可以說是一體的三面，三者之間有密切的相關(guān)。（一） 物質(zhì)的起源按照大霹靂理論，宇宙剛開始很小，而且什麼都沒有，只有一個充滿能量的奇異點。但是因為能量太大撐不住了，所以發(fā)生了大霹靂。之後宇宙開始迅速膨脹，當(dāng)空間暴增，溫度也逐漸下降。當(dāng)時在幾乎不到十分之一秒的時間裡，開始形成許多次原子微粒如原子、中子和電子。由於此時的溫度高達攝氏三百億度，這使得中子和質(zhì)子不能相互結(jié)合成原子核，因此宇宙此時只有氫的原子核（只有一個質(zhì)子，而無電子）。大約十四秒後，溫度下降到攝氏三十億度，此時由兩個質(zhì)子與兩個中子的氦原子核才得以產(chǎn)生。再經(jīng)過七十萬年後電子核原子核才能結(jié)合，形成氫原子和氦原子。因此最初的宇宙是由氫與氦所構(gòu)成。當(dāng)星系形成後，元素就利用星球核心中的能量來進行核融合反應(yīng)。首先，氫元素會融合出氦；氦會融合出碳和氧；碳和氧會融合出氖、鎂和氧；氖、鎂和氧會融合出矽跟硫；最後矽跟硫會融合成鐵。在上面的融合過程中，都會釋放能量。然而，這個反應(yīng)過程到了鐵的階段就不能繼續(xù)下去，因為要把鐵融合為更重的元素，不但不能產(chǎn)生能量，反而需要能量，因此這種恆星就步入死亡。然後由於重力坍塌，產(chǎn)生了所有比鐵重的原子，接著以超新星的形式爆發(fā)，又將所有元素散佈到宇宙空間中。最後這些飄蕩在宇宙中的元素，因為萬有引力而聚集，逐漸形成星雲(yún)，於是新的恆星和行星（如地球）就誕生了。從這個角度去看，地球可說是超新星的後代。（二）宇宙的輪迴因為物質(zhì)有輪迴，能量也有輪迴，那麼就可以做一個假設(shè)，那就是宇宙也有一個輪迴。剛開始宇宙因為奇異點撐不住，而發(fā)生了大霹靂，所以宇宙開始膨脹。但是當(dāng)宇宙膨脹到很大的時候，有些比太陽更大多倍的星球死亡，形成了中子星，然後再變成黑洞。當(dāng)黑洞吞噬了闖入範(fàn)圍的物質(zhì)後，其質(zhì)量變得更大；相對地，重力與能量也變得更大。因此可以吞噬更廣大範(fàn)圍的物質(zhì)。最後當(dāng)宇宙完全被黑洞吸進去之後，由於此時的重力遠(yuǎn)超過了物質(zhì)所能承受的壓力，因此所有的物質(zhì)都被擠壓而轉(zhuǎn)化為能量，所以此時的宇宙又只剩下一個充滿能量的奇異點了。伍、結(jié)論一、 不管是現(xiàn)代人或古人都有元素的概念。二、 古人的煉金術(shù)雖然是假的，但是他給我們一個夢想，就是的愛因斯坦質(zhì)能互換定律的基本精神。三、 每一個元素都是有相同數(shù)目的質(zhì)子與電子，因此所有的元素都是中性的。四、 能量是以許多形式呈現(xiàn)與儲存，所有物體都是儲存能量的大倉庫。五、 在能量轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)移過程中，能量既不增加也不減少，只是被轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)移。六、 質(zhì)能互換定律即使一點功都沒做（W=0），電子仍有能量，這能量就是E=Mc2。七、 核分裂就是原子核分裂，隨之釋放出大量的能量。八、 核融合是兩個碰撞的原子核以超過靜電互斥力的速度融合在一起，形成一個質(zhì)量更大的原子核。九、 大霹靂造成宇宙膨脹，元素的生成是因為核融合反應(yīng)。十、 世界上所有的東西都有一個固定的輪迴。陸、參考資料來源書名作者出版社愛因斯坦柳川創(chuàng)造新學(xué)友書局化學(xué)元素王國之旅艾金斯天下文化事業(yè)群門德列夫之夢保羅史查森究竟出版社化學(xué)傳奇元素的魅力姚大均國際村文庫書店元素奇幻的原子世界特威德天下文化事業(yè)群愛因斯坦喬瑟夫舒瓦茲木馬文化牛頓犬上博史書林出版社資優(yōu)生科學(xué)百科查理斯泰勒閣林國際圖書探索大百科探索力與能陽培中閣林國際圖書探索大百科神奇的物質(zhì)陽培中閣林國際圖書探索大百科無窮無盡話宇宙陽培中閣林國際圖書化學(xué)元素導(dǎo)覽阿爾貝特，斯特沃特加世貿(mào)出版集團柒、心得感想當(dāng)我做完這份報告時，我得到了許多知識，其中讓我覺得最有說服力的重點就是，世界上每個東西都有一個固定的輪迴，這個道理不僅出現(xiàn)在科學(xué)裡，連宗教信仰裡也有關(guān)?？茖W(xué)裡的輪迴是物質(zhì)不滅定律和能量不滅定律，而宗教信仰裡則是生與死，因為在宗教信仰裡，人的一生分為生、老、病、死最後就是投胎，所以這個也算是一個天人合一的理論?？墒沁€有一個最大的問題，那就是宇宙中有沒有白洞，假如說，世界上沒有白洞，那大霹靂理論就會完全成立，但是假如有白洞，那大霹靂理論就不會成立，原因是因為大霹靂理論是因為能量太大而崩塌，但是白洞會把黑洞吞噬進去的東西吐出來，所以說這還是難題一個。當(dāng)然我做這次報告也要感謝許多老師和家人，其中我最要感謝的人有三位，其中一位是創(chuàng)思組的劉姿均老師，她指導(dǎo)我做專題和幫我改錯字，另外一位是我的級任老師黃亭智老師，她沒有在早自習(xí)考試，所以我可以安心的作專題，最後我要感謝我爸，因為我爸爸用心的指導(dǎo)我物理科學(xué)，所以我內(nèi)容才會寫得那麼深入。但是我這次作專題報告，沒有上一次那麼的努力，因為我剛開始作報告時，實在是太偷懶了，導(dǎo)致我沒有專心作好報告和看資料，所以我的報告進度幾乎都是在短短幾天之內(nèi)趕出來的。當(dāng)然做這次報告最大的困難就是研究內(nèi)容很深，有一些資料在一般百科全書裡都找不到，所以我參考了很多關(guān)於物理科學(xué)的書。當(dāng)然在這次的專題報告中，我用到了很多以前報告裡的內(nèi)容，因此我明白了過去的學(xué)習(xí)經(jīng)驗都是值得反芻與隨時運用的。捌、家長的話非常感謝創(chuàng)思組的老師們教導(dǎo)承戰(zhàn)，創(chuàng)思組每學(xué)期的專題都讓承戰(zhàn)有機會