16.1 探索微观世界的历程课件(共25张PPT)2024-2025学年物理北师大版（2024）九年级全一册

(共25张PPT)
16.1 探索微观世界的历程
我们生活在辽阔的宇宙中，宇宙到底有多大？又是由什么东西组成？空气到底由什么物质组成？
新课导入
1、知道宇宙是由物质组成的，物质是由分子和原子组成的。
2、了解固态、液态、气态的分子组成特点。
3、知道原子的核式结构模型。
4、大致了解物质世界从微观到宏观的尺度。
5、知晓纳米科学技术及纳米材料的应用和发展前景。
学习目标
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
思维的火花
走向科学
新知讲解
思维的火花
一
正因为古希腊学者的“原子论”思想缺少科学实验基础，所以在“物质是由什么构成”的争论中，长期以来它并不占上风。
直到17世纪下半叶和18世纪， 以玻意耳(Robert Boyle， 1627一1691) 和道尔顿(John Dalton，1766一1844)为代表的科学家才复活和确立了原子论。
道尔顿
走上科学
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。
1811年， 意大利科学家阿伏伽德罗(Amedeo Avogadro， 1776一1856) 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。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原子构成。
现在我们知道，无论是有生命还是无生命的常见物质，都由分子、原子组成。
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的水中含有3.34×1022个水分子。一个水分子的质量约为3×10-26kg。最小的分子只有10-27kg，其尺度相当于一根头发丝直径的十万分之一。
组成生命的基本组元DNA分子含有几百万个原子。
原子真的不能再分吗？
19世纪下半叶，人们研究稀薄气体放电现象时发现，当放电管内气体足够稀薄时，阴极就发射出一种射线，称为阴极射线.
阴极射线管
揭开原子的“面纱”
三
电子的发现
1897年，英国的物理学家汤姆孙发现，阴极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，表明这是一种带负电的粒子流，后来人们称这种粒子为电子.
阴极射线偏转现象
电子的发现，打破了原子不可分的概念，是人类对物质结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.汤姆孙因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖.
汤姆孙（1856-1940）
为了探索原子结构，人们用已知粒子轰击薄金属箔，它们会与金属原子作用发生偏转.通过观察这种偏转情况可以获得原子内部信息，这种实验叫散射实验.
1909～1911年，英国物理学家卢瑟福等人进行了α粒子散射实验.
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.
卢瑟福（1871－1937）
原子内部
1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，得到了带正电的质子，1932年，他的学生查德威克不带电的中子.
对原子的探索
人们此时认为，电子、质子和中子就是构成世界的基本单元，称它们为基本粒子.可后来人们很快从实验中发现了更多微观粒子.质量介于质子和电子之间的称为介子；大于质子称为超子.
探索未有穷期
四
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.科学界把这一模型称为夸克模型.盖尔曼因此获1969年物理学奖.
盖尔曼
丁肇中
丁肇中和里克特在1974年又发现了一种称为J／Ψ的粒子.后来又相继发现了底夸克和顶夸克。至今我们已经知道共有6种夸克。
里克特
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.由图可知它们尺度都小于 10-9m .
1纳米是10-9m，纳米科技指的是在纳米尺度上了解和控制物质时，发现的新现象，发明的新技术.
纳米科技：从幻想到现实
五
纳米科技的思想源自于美国物理学家费恩曼的一次演讲.
1986年发明的扫描隧道显微镜使观察和操纵原子变为了现实.IBM公司与中国科学院也分别于1990年和1999年展示了原子的操纵技术.
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.
1.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.
纳米技术的应用
钛纳米聚合物涂料管
纳米零件
纳米薄膜
2.其它纳米应用
纳米牛仔裤
1.原子核是由 和 组成的，
其中 带正电， 不带电，所以原子核带 .
质子
中子
质子
中子
正电
当堂检测
2.关于一些微观粒子的发现或提出，下列说法正确的是（ ）
A. 汤姆孙发现了电子
B. 卢瑟福用α粒子从氦原子核中打出了质子
C. 查德威克提出夸克的设想
D. 盖尔曼发现了中子
A
3.下列实例中，利用纳米材料特殊作用的是（ ）
A. 为了装饰，在墙壁上涂刷了“立邦”漆，漆能吸附在墙上
B. 用胶水可以把两张纸粘在一起
C. 用纳米陶瓷粉制成的陶瓷不易撞碎，具有一定的塑性
D. 小雨天气，羽绒服装不易被雨水淋湿
C
1.无论有生命还是没有生命的常见物质，都是由分子、原子组成的。
2.原子是由电子和原子核组成的。原子核是由质子和中子组成的。
3.至今已经知道的六种夸克为：上夸克、下夸克、奇异夸克、底夸克、顶夸克，以及粲夸克。
4.纳米科技将会带来一场新的技术革命。
课堂小结