16.1 探索微观世界的历程（24页）课件 2024-2025学年物理北师版（2024）九年级全一册

(共24张PPT)
16.1 探索微观世界的历程
詹·乔埃斯的《芬尼根的彻夜祭》中有一句“向麦克老人三呼夸克”，这里 “夸克”是一种鸟的叫声。美国物理学家盖尔曼用鸟的叫声“夸克”命名了一种物理上的科学名词，在科学史上也可以算作一种趣事。那么夸克是什么呢？今天我们共同讨论学习“探索微观世界的历程”。
新课导入
德谟克利特（约公元前460—约公元前370）
“正像绿墙是由树干和枝叶组成似的，大自然的万物都由看不见的微小粒子——原子构成。原子不能消失，但也不会无中生有。”
——德谟克利特
尽管当年这位古希腊学者的见解缺少科学实验的基础，但后来的历史发展表明，他的思维闪烁着真理的火花。
新知讲解
思维的火花
一
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。
道尔顿（1766-1844）
（1）原子论的确立
走向科学
二
他们研究和测量了大量物质的化学反应，发现并确认了如下事实：
1.多数物质可由其他物质通过化学反应合成，这些物质称为化合物；
2.一些物质不能由其他物质通过化学反应来合成，这些物质称为单质，也称为元素；
3.对应各种元素，存在着各种原子，元素的差异就在于它们的原子是不相同的。原子是元素保持化学性质不变的不可再分的最小单元。
从此，原子论从模糊不清的思辨性见解走向了植根于精确实验测量的自然科学的轨道。
(2)分子论的确立
1811年，意大利科学家阿伏伽德罗指出，无论化合物还是单质,它们一般并不是直接由原子组成的，而是由几个原子相结合的分子构成的。把物质由分子和原子构成的学说称为原子一分子论。
(3)近代原子一分子论确立的事实:
①多数物质可由其他物质通过化学反应合成,这些物质称为化合物；
②一些物质不能由其他物质通过化学反应来合成，这些物质称为单质，也称为元素；
③原子是元素保持化学性质不变的不可再分的最小单元，不同元素的原子不同；
④单质的分子由同种原子构成，化合物的分子由两种或两种以上的原子构成。
用场离子显微镜拍摄的钨针针尖上的原子图样
DNA分子结构
1cm3水中有3.3×1022个水分子
10亿人每人每分钟数100个
日夜不停要数60万年
原子真的不能再分吗？
19世纪下半叶，人们在研究稀薄气体放电现象时发现，当放电管(如图所示)内气体足够稀薄时，阴极就发射出一种射线，这种射线被称为阴极射线。
阴极射线管
揭开原子的“面纱”
三
1897年，英国物理学家汤姆孙通过实验发现，原来阴极射线是一种带负电的粒子流，后来人们把这种粒子称为电子。
由于电子可以从不同的阴极材料的原子里放射出来，而且是比最轻的氢原子还要轻得多的粒子，这表明原子并不是物质的不可再分的最小单元。
汤姆孙（1856-1940）
电子的发现揭开了原子世界神秘面纱的一角，汤姆孙因此获得了1906年诺贝尔物理学奖。
电子的发现表明，原子是由电子及另一些物质组成的。因为电子带负电，而原子是电中性的，所以那些物质一定带正电。那么，原子中带正电的部分是怎样的呢
原子核的发现
(1)散射实验
为了探测原子结构，20世纪初，人们发展了一种实验方法:用一些已知的粒子，如电子、α粒子等轰击很薄的金属箔，它们与金属原子会产生相互作用而发生偏转。通过观察这些粒子穿过箔片时的偏转情况，可以获得原子内部的信息。这种实验叫散射实验。
(2)原子核的发现及核式结构模型
1909年到1911年，英国科学家卢瑟福等人无数次地用高速α粒子流轰击金箔，发现原子中带正电的物质只占很小的体积，但密度很大，几乎集中了原子的全部质量。后来，人们称它为原子核。
卢瑟福提出的原子核式结构模型指出，原子的中心是原子核，电子在核外绕着原子核高速运动，就像行星绕着太阳运动一样(如图所示)。
对原子世界的探索就这样结束了吗
1919年， 卢瑟福发现了带正电的质子 ， 1932年， 他的学生查德威克发现了不带电的中子， 并最终确定了原子核就是由质子和中子组成的。
查德威克（1891-1974）
探索未有穷期
四
这时，人们认为电子、质子和中子就是构成物质世界的基本单元，并称它们为基本粒子。
但是，人们很快从实验中陆续发现了更多的微观粒子。
有的质量介于质子和电子之间，这类粒子称为介子；有的质量大于质子，这类粒子称为超子。
种类如此之多、性质差异纷繁的粒子，使物理学家们不得不怀疑，包括质子、中子在内的这些粒子不可能是原来意义上的基本粒子，它们很可能仍然具有复杂的内部结构。
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。所以，科学界把这一模型称为夸克模型。
盖尔曼（1929- ）
在盖尔曼的模型提出之后，1974年丁肇中(1936一) 和里克特(Burton Richter， 1931一) 在实验中发现了一种称为J／Ψ的粒子。
上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克
J／Ψ的粒子的发现表明应该还有一种称为粲夸克的基础粒子。
以后又发现了底夸克和顶夸克。至今我们已经知道共有6种夸克。
丁肇中
里克特
1.微观粒子及其尺度
在物理学中，原子、原子核及其更深层次的客体统称为微观粒子，简称粒子。微观粒子的空间尺度如图所示，从图中可以看出它们的空间尺度都小于10-9 m。
纳米科技：从幻想到现实
五
2.纳米和纳米科技
(1)纳米：10-9 m 是一个长度单位，称作纳米，符号为 nm 。纳米这个单位很小，10 个氢原子排列起来的长度约为 1nm，1 nm= 10-9 m。
(2)纳米科技:纳米科技指的是，当人们力图在纳米尺度上了解和控制物质时，所发现的许多新现象，所发明的许多新技术。
(3)纳米科技的发展及前景
①纳米科技的发展：今天，纳米催化剂大幅度提高了催化作用;用纳米颗粒粉体制成的纳米材料显示出比一般材料更为优异的性能;纳米炸药也显示出更大的威力......
②纳米科技的前景：展望未来，由于可以通过精确地控制原子或分子来制造产品，生产过程中将不会产生副产品和废物；利用纳米技术，人类还可能在原子和分子尺度上诊断和治愈疾病，甚至修补细胞；人类可以将导线做得更细，开关做得......应用纳米技术，必将迎来一场新的技术革命。
1.在探索微观世界的历程中，人们首先发现了电子，进而认识到原子是由( )
A.氢原子和电子组成的
B.质子和中子组成的
C.原子核和核外电子组成的
D.原子核和中子组成的
C
当堂检测
2.关于纳米及纳米科技下列说法错误的是 （ ）
A.10-9m是一个长度单位，称作纳米
B.1986年隧道显微镜的发明为人们提供观察原子的“纳米眼”和操纵原子的“纳米手”
C.1993年，中国科学院北京真空物理实验室自如操纵原子成功写出“中国”字样
D.纳米科技思想来自英国的物理学家费恩曼演讲制作家具从单个分子甚至原子开始组装
D
3.下列事实中,不是近代原子论确立的内容是( )
A.多数物质可由其他物质通过化学反应合成，这些物质称为化合物
B.一些不能由其他物质通过化学反应来合成的物质称为元素
C.原子是元素保持化学性质不变的不可再分的最小单元，每种元素的原子相同
D.对应各种元素,存在着各种原子，元素的差异就在于它们的原子是不相同的
C
1.宇宙是由物质组成的，物质由分子、原子组成.
2.人类探索原子的构造的历程.
3．原子结构
（1）分子是由原子组成的.
（2）原子是由原子核和核外电子组成的.
（3）原子核是由质子和中子组成的.
（4）夸克组成了所有质子、中子、介子、超子.
4.纳米技术及其应用.
课堂小结