16.1 探索微观世界的历程课件(共29张PPT)-2024-2025学年北师大版（2024）物理九年级全一册

(共29张PPT)
16.1 探索微观世界的历程
1．了解人类探索微观世界的历程，并认识到这种探索将不断深入。
2．了解电子的发现过程、原子的核式结构模型和夸克模型。
3．初步了解纳米材料的应用和发展前景。
学习目标
很久以前，不只普通人，就连天文学家也一直在奇怪，是什么原因使太阳发光 这个千古之谜是怎样破解的呢
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
玻意耳
道尔顿原子模型
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。
1811年，意大利的科学家阿伏伽德罗进一步指出：物质和原子之间还存在一个层次——分子。
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。
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，一个水分子的尺度相当于一根头发丝直径的十万分之一。
一个水分子的质量约为3×10-26Kg。
小资料
原子真的不能再分吗？
19世纪末，三个大发现：
X射线的发现
放射性的发现
电子的发现
X射线（伦琴射线）的发现：
伦琴为人类立了大功，他成了世界上第一个荣获诺贝尔物理奖的人。
1895年11月
放射性的发现：
贝克勒尔 皮埃尔·居里 居里夫人
1903年诺贝尔物理学奖
1.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。
揭开原子的“面纱”
三
汤姆孙（1856-1940）
电子的发现，揭开了原子神秘面纱的一角，汤姆孙因此获得1906年诺贝尔物理奖。
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
汤姆生提出了枣糕模型
在汤姆孙的原子模型中，原子是一个球体；正电核均匀分布在整个球内，而电子都象枣核那样镶嵌在原子里面．
这个模型不久就被实验事实否定了
汤姆孙的原子模型(枣糕式）
电 子
正电荷
1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了α粒子散射实验
著名的α粒子散射实验
卢瑟福提出的原子核式结构
在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核．
原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里．
带负电的电子在核外空间绕着核旋转．
卢瑟福提出的原子核式结构
体育场
根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空旷”的：
原子
原子核
占整个原子质量的99.9％以上
1919－1932年，卢瑟福发现了带正电的质子，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由质子和中子组成。
质子
中子
核子
质子数
核电荷数
探索未有穷期
四
这时，人们乐观地认为电子、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(elementary particle) 。
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，科学界把这一模型称为夸克模型。
盖尔曼获得了1969年的诺贝尔物理学奖。
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.
物质由基本粒子构成。我们学过电子、中子和质子，还有夸克，还有中微子，它们组成了中子和质子。中微子是最令人惊奇的基本粒子。它们无处不在，每一秒钟倾泻到1平方厘米地球表面的中微子约有650亿个，研究者们多次荣获诺贝尔物理学奖，探索未有穷期。
粒子的空间尺度
原子、原子核及更深层次的客体统称为微观粒子，简称粒子。
从图中可见，它们的尺度都小于10-9m。
纳米科技：从幻想到现实
五
10-9m是一个长度单位， 称作纳米， 大约是10个氢原子排列起来的长度。
纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术，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。
1990年，IBM公司的科学家成功地对单个的原子进行了重排，他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母。
1999年，中国科学院科技人员利用纳米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘制出了世界最小的中国地图。
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······
利用纳米技术，人类有可能在原子和分子尺度诊断和治愈疾病，甚至修补细胞；纳米技术将可以制造分子开关和导线，从而导致一场计算机制造技术的革命，使计算机的速度更快，体积更小······
1.下列说法不正确的是（ ）
A. 古希腊学者认为大自然万物都由看不见的微小粒子——原子构成
B.直到19世纪，科学家认为物质由分子、原子组成
C. 英国物理学家汤姆孙发现了质子
D. 20世纪初，人们乐观地的认为电子、质子和中子就是构成物质世界的基本单元，称为基本粒子
C
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2.下列说法不正确的是（ ）
A. 从1949年开始，费米、杨振宁等人提出粒子内部结构模型
B.1964年，盖尔曼提出质子、中子、介子、超子等由上夸克、下夸克和奇异夸克组成的夸克模型
C. 1974年，丁肇中和克里特在实验中发现新粒子——餐夸克
D.至今我们已经知道共有4种夸克
D
3.下列说法正确的是 （ ）
A.在物理学中，原子、原子核及其更深层次的客体统称微观粒子
B.原子的空间尺度为10-9m
C.原子核的空间尺度为10-10m
D.质子的空间尺度为10-14m
A
1.物质由分子、原子组成。
2.探索未有穷期。
3.纳米科技。
课堂小结