10.1 探索微观（课件43页）2025-2026学年八年级物理下册沪粤版（2024）

10.1 探索微观
一、从宏观到微观：世界的层次奥秘
我们生活在一个多姿多彩的宏观世界中，看到的山川湖海、花草树木、桌椅板凳等都是可以直接感知的宏观物体。但如果我们不断放大这些物体，会发现它们都是由更小的微粒构成的。从宏观物体到微观微粒，世界存在着清晰的层次结构。本节课我们将踏上探索微观世界的旅程，了解物质的微观构成、分子的运动规律、分子间的作用力以及原子的内部结构，揭开微观世界的神秘面纱。
二、物质的微观构成：微粒的集合体
（一）物质是由大量微粒构成的
自古以来，人们就对物质的构成充满了好奇。古希腊哲学家德谟克利特提出，万物都是由不可分割的微粒 ——“原子” 构成的。随着科学技术的发展，这一猜想得到了证实。现代科学研究表明，物质是由大量的分子、原子或离子等微观粒子构成的。
分子是保持物质化学性质的最小微粒，而原子是化学变化中的最小微粒。有些物质是由分子构成的，例如水是由水分子构成的，氧气是由氧分子构成的；有些物质是由原子直接构成的，例如金属铁是由铁原子构成的，金刚石是由碳原子构成的；还有些物质是由离子构成的，例如氯化钠（食盐）是由钠离子和氯离子构成的。
（二）分子的大小：极其微小的尺度
分子的体积非常小，通常以纳米（nm）为单位来度量（1 nm = 10?? m）。一般分子的直径大约在 0.1 纳米到几纳米之间，例如水分子的直径约为 0.4 纳米，氢分子的直径约为 0.23 纳米。如果把分子比作乒乓球，那么乒乓球就相当于地球那么大，可见分子是多么微小。
由于分子体积很小，物体中含有的分子数量非常庞大。例如，1 立方厘米的水中大约含有 3.35×10?? 个水分子，如果一个人每秒钟数 1 个水分子，要数完这些水分子大约需要 10??年，这比地球的年龄还要大得多。
三、分子动理论：微观世界的基本规律
（一）分子在永不停息地做无规则运动
扩散现象：分子运动的直接证据
将一滴红墨水滴入一杯清水中，过一段时间后，整杯水都会变成红色；在房间里打开一瓶香水，过一会儿房间里各个角落都能闻到香水的气味。这种不同物质在互相接触时，彼此进入对方的现象叫做扩散。
扩散现象表明，分子在永不停息地做无规则运动。温度越高，扩散现象越明显。例如，在热水中滴入红墨水，墨水扩散得更快；夏天闻到的气味比冬天更浓烈，这都是因为温度升高，分子的无规则运动加剧。
分子的热运动
分子的无规则运动与温度有关，温度越高，分子的无规则运动越剧烈。因此，我们把分子的这种无规则运动叫做分子的热运动。无论是固体、液体还是气体，分子都在做热运动。例如，在长期堆放煤的墙角，墙壁的内部也会变黑，这是煤分子扩散到墙壁中的结果，表明固体分子也在做无规则运动。
（二）分子之间存在间隙
如果将 100 mL 水和 100 mL 酒精混合在一起，总体积会小于 200 mL；将一定体积的冰糖放入水中，冰糖会逐渐溶解，水的体积增加量小于冰糖的体积。这些现象表明，分子之间存在着间隙。
不同状态的物质，分子之间的间隙不同。一般来说，气体分子之间的间隙最大，液体分子之间的间隙次之，固体分子之间的间隙最小。这也是气体容易被压缩，而固体和液体难以被压缩的原因。
（三）分子之间存在相互作用力
分子之间的引力
将两段铅柱的端面削平、削干净，然后紧紧地压在一起，即使在下面吊一个较重的物体，两段铅柱也不会分开。这一现象表明，分子之间存在着引力。分子之间的引力使得固体和液体能够保持一定的体积，不容易被拉断。例如，我们能把绳子拉直而不易拉断，就是因为分子之间存在引力。
分子之间的斥力
固体和液体很难被压缩，当我们用力压缩一个物体时，会感觉到物体对我们有一个反抗的力。这表明，分子之间还存在着斥力。分子之间的斥力使得分子之间保持一定的距离，当分子之间的距离过小时，斥力会显著增大，从而阻止分子进一步靠近。
分子力的特点
分子之间的引力和斥力是同时存在的，它们的大小与分子之间的距离有关。当分子之间的距离等于某一平衡距离时，引力等于斥力，分子力为零；当分子之间的距离小于平衡距离时，斥力大于引力，分子力表现为斥力；当分子之间的距离大于平衡距离时，引力大于斥力，分子力表现为引力；当分子之间的距离远大于平衡距离时（通常大于分子直径的 10 倍以上），分子之间的引力和斥力都变得非常微弱，可以忽略不计。
四、原子的结构：微观世界的更深层次
（一）原子的核式结构模型
分子是由原子构成的，那么原子又是由什么构成的呢？19 世纪末，英国物理学家汤姆生发现了电子，表明原子并不是不可分割的。随后，卢瑟福通过 α 粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型：原子是由位于中心的原子核和核外电子组成的。原子核带正电，电子带负电，电子在原子核的引力作用下，绕着原子核高速运动。
（二）原子核的构成
原子核的体积非常小，只占原子体积的极小部分，但几乎集中了原子的全部质量。进一步的研究发现，原子核是由质子和中子组成的。质子带正电，中子不带电，质子和中子的质量几乎相等。
不同的原子，其原子核内的质子数和中子数不同。质子数决定了原子的种类，例如氢原子核内有 1 个质子，氧原子核内有 8 个质子。原子核内的质子数等于核外电子数，整个原子呈电中性。
（三）微观世界的尺度层次
从宏观物体到微观粒子，存在着以下尺度层次：
宏观物体→分子→原子→原子核→质子、中子→夸克……
目前，夸克是人类已知的构成物质的最小微粒之一，但随着科学技术的发展，可能还会发现更小的微粒。
五、探索微观世界的工具：科技的力量
（一）光学显微镜
光学显微镜是最早用于观察微观世界的工具之一，它利用可见光通过透镜的折射来放大微小物体。光学显微镜的放大倍数有限，最大放大倍数约为 2000 倍，能够观察到细胞、细菌等较大的微观结构，但无法直接观察到分子和原子。
（二）电子显微镜
电子显微镜的出现极大地拓展了人类观察微观世界的能力。它利用电子束代替可见光，通过电磁场来控制电子束的运动。电子显微镜的放大倍数可以达到数百万倍甚至更高，能够清晰地观察到分子、原子的轮廓。例如，扫描隧道显微镜可以观察到物质表面的原子排列情况，并能够对单个原子进行操纵。
（三）其他探测手段
除了显微镜，科学家还利用粒子加速器、光谱仪等先进设备来研究微观世界。粒子加速器可以将微观粒子加速到极高的速度，使其发生碰撞，从而研究粒子的内部结构和相互作用；光谱仪通过分析物质发射或吸收的光的波长和强度，来确定物质的组成和结构。
六、微观世界与宏观世界的联系：相互影响的统一体
微观世界的规律决定了宏观世界的性质和行为。例如：
物质的状态（固态、液态、气态）是由分子的运动情况和分子之间的作用力决定的。固体分子之间的距离小，作用力大，分子只能在固定的位置附近振动，因此固体具有一定的形状和体积；液体分子之间的距离较大，作用力较小，分子可以在一定范围内运动，因此液体具有一定的体积，但没有固定的形状；气体分子之间的距离很大，作用力极小，分子可以自由运动，因此气体没有固定的形状和体积。
物质的热胀冷缩现象是由于分子之间的间隙随温度变化而变化引起的。温度升高，分子的热运动加剧，分子之间的间隙增大，物体体积膨胀；温度降低，分子的热运动减缓，分子之间的间隙减小，物体体积收缩。
导体能够导电是因为导体内部存在大量可以自由移动的电子，这些电子在电场的作用下定向移动形成电流。
七、课堂实验：探究分子的运动
（一）实验目的
通过实验观察扩散现象，证明分子在永不停息地做无规则运动。
（二）实验器材
两个相同的烧杯、清水、红墨水、滴管、酒精灯、三脚架、石棉网。
（三）实验步骤
在两个烧杯中分别加入等量的清水。
用滴管在其中一个烧杯的水中滴入一滴红墨水，观察红墨水在水中的扩散情况，记录红墨水完全扩散所需的时间。
将另一个烧杯中的水用酒精灯加热至一定温度（注意安全，不要让水沸腾）。
用滴管在加热后的水中滴入一滴红墨水，观察红墨水的扩散情况，记录红墨水完全扩散所需的时间。
对比两次实验中红墨水扩散的速度和完全扩散所需的时间。
（四）实验现象
红墨水在清水中会逐渐扩散，最终使整杯水变成红色；加热后的水中，红墨水的扩散速度更快，完全扩散所需的时间更短。
（五）实验分析
红墨水在水中的扩散现象表明分子在做无规则运动；加热后的水中扩散速度更快，表明温度越高，分子的无规则运动越剧烈。
八、课堂小结
物质的微观构成：物质是由大量的分子、原子或离子等微观粒子构成的，分子的体积非常小，数量非常庞大。
分子动理论：分子在永不停息地做无规则运动（热运动）；分子之间存在间隙；分子之间存在相互作用的引力和斥力。
原子的结构：原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子组成。
探索工具：光学显微镜、电子显微镜等是探索微观世界的重要工具。
微观与宏观的联系：微观世界的规律决定了宏观世界的性质和行为。
九、课堂练习
下列现象中，能说明分子在永不停息地做无规则运动的是（ ）
A. 雪花纷飞 B. 尘土飞扬 C. 花香四溢 D. 水波荡漾
分子之间同时存在着______和______，当分子之间的距离小于平衡距离时，大于，分子力表现为斥力。
原子是由位于中心的______和核外______组成的，原子核是由______和______组成的。
为什么固体和液体很难被压缩，而气体容易被压缩？请用分子动理论的知识解释。
十、课后作业
完成课本上的相关练习题。
举例说明生活中的扩散现象，并解释其原因。
查阅资料，了解扫描隧道显微镜的工作原理及其在探索微观世界中的应用。
思考：如果分子之间没有引力和斥力，世界会变成什么样？写一段简短的描述。
2024沪粤版物理八年级下册
10.1 探索微观
第十章 从粒子到宇宙
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
知道物质是由分子和原子构成的。（重点）
02
知道宇宙是由物质组成的。（重点）
01
知道原子核式结构和科学家探究原子结构的历程。（重点）
03
了解物质世界从微观到宏观的尺度。（难点）
04
仔细观察下面的图片：
1.水滴石穿 →水磨石头
水冲刷石头时间长了，为什么能使石头表面变得圆滑？
导入新课
2.铜像→变小，变光滑
为什么铜像的手被摸多了，会变小变光亮？
导入新课
3.铁铲
铁铲用久了，为什么会变薄？
导入新课
4.花园→花香弥漫
走进花园，为什么很远就能闻到花香？
导入新课
自然界中的物质是由什么组成的呢？从古至今，人们一直在探寻着这个问题的答案。
古希腊人认为宇宙万物由水、火、土、气组成，称为“四元素说”
我们的祖先认为宇宙万物由金、木、水、火、土组成，称为“五行说”
一、关于物质结构的猜想
做一做：
把一张纸分成两份，再分成四分，一直分下去，最多能分成多少份？
可以分到什么时候为止呢？可以一直分割下去吗？
一、关于物质结构的猜想
在生活中，我们见过这样的现象：
水滴石穿
铜像被摸多了会产生磨损
一、关于物质结构的猜想
铁铲用久会变薄
花园中四处飘香
以上现象有什么共同特点？
一、关于物质结构的猜想
德谟克里特认为，石块、铁铲、花粉……它们是很微小地一点点散失的。因此他猜想，大块物体是由极小的物质粒子组成的。
德谟克里特把这种物质微粒叫做“原子”，这个词的意思是“不可再分割的颗粒”。(德谟克里特提出的“原子”并非今天科学意义上的原子)
一、关于物质结构的猜想
猜想是经验素材和科学理论之间的一座桥梁，是一种重要的科学研究方法。由于物质微粒非常微小，人们无法用肉眼进行观察，因而，研究物质结构时，经常需要猜想。
一、关于物质结构的猜想
历史的脚步迈过曲折的2000多年
阿伏伽德罗
(1776-1856)
德谟克里特
(前460-前370)
大块物质是由极小的物质微粒组成的“原子”
保持物质化学性质不变的最小微粒“分子”
二、物质是由分子和原子构成的
物理学中，把构成物质的仍能保持其化学性质不变的最小微粒叫做分子。
二、物质是由分子和原子构成的
DNA(脱氧核糖核酸)大分子结构图
二、物质是由分子和原子构成的
10-10m
数量级
分子很小，用普通的显微镜无法看到，需要用电子显微镜进行观察。
10-26kg
数量级
10-30m3
数量级
直径
质量
体积
算一算分子直径相当于多少nm？
二、物质是由分子和原子构成的
进行实验：
一小滴油酸的体积约为150 cm3，把它滴在水面上散开后，可形成厚度为10-10 m的薄油层。由此可推断，油酸分子的直径为 m。(在水面上形成有自由边界的油膜时，每个分子都是直立的，成为一个单分子层)
?
【实验】想象分子的大小
二、物质是由分子和原子构成的
分子的直径很小，自然它的体积很小。通常1 cm3的空气中，约有2.7×1019个分子，如果在一个容积为1 cm3的小盒子上开一个小孔，每秒让1亿个分子跑出来，要经过9 000 年，容器中的分子才能全部跑出来。假如有这么多数目的砖块，它们不仅能将地球铺满，而且厚度可达120 km。
分子是一种极小的微粒。
二、物质是由分子和原子构成的
分子的发现并没有终止科学家探究物质结构的步伐，19世纪初，英国科学家道尔顿证明了原子的存在。有的分子由单个原子组成，叫做“单原子分子”；绝大多数分子由多个原子组成，叫做“多原子分子”。
分子非常的小，直径约为10-10m。分子还可以再分吗？
二、物质是由分子和原子构成的
O
H
H
C
O
O
多原子分子
单原子分子
原子还能够再继续分下去吗？
二、物质是由分子和原子构成的
19世纪末，科学家用真空管进行放电实验，发现管的阴极能发出一种射线。1897年，英国科学家汤姆孙进行了认真的实验研究，确定这种射线是由一种带负电的微粒组成的，它们是从原子内部发出的，这种微粒叫做电子。
阴极射线经过荧光屏形成一条美丽的光带
阴极射线经过磁铁发生偏转
三、把原子“切开”
信息链接：
电子是比分子、原子更小的物质微粒。 它的质量约为9.11×10-31 kg，约等于氢原子质量的11837，半径小于10-16 m。一个电子所带的电荷量很少，6.25×1018个电子所带的电荷量是才是1 C（库）。
?
汤姆孙
(1856-1940)
三、把原子“切开”
原子内部既然有带负电的电子，但是原子却不对外显示电性，并且十分稳定，这是为什么呢？
汤姆孙原子模型的切面图
汤姆孙认为，原子像一个实心球体，均匀分布着带正电的粒子，电子镶嵌在其中，犹如糕中的枣儿，因此被称为“枣糕模型”。
四、原子结构的两种模型
建立物理模型是物理学研究中的一种重要方法。物理模型是在一些事实的基础上，经过想象、类比等论证提出的。模型是否正确，需要实验的检验。
四、原子结构的两种模型
汤姆孙提出的原子模型并没有实验结果的支撑。1911年，其学生卢瑟福基于 α 射线（带正电的粒子流）轰击金箔的实验，提出了他的原子核式结构模型。
卢瑟福
(1871-1937)
α粒子散射实验示意图
若原子结构与汤姆生模型相似，会发生什么现象？
四、原子结构的两种模型
α 粒子散射实验
根据汤姆孙模型计算的结果：电子质量很小，对 α 粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，α 粒子所受库仑力也很小，故 α 粒子偏转角度不会很大。
卢瑟福的原子模型图
四、原子结构的两种模型
卢瑟福的“核式模型”否定了汤姆孙的“枣糕模型”，但是它也并不是完美的。
现代社会更认可的“电子云模型”
四、原子结构的两种模型
根据卢瑟福的“核式模型”的原子结构，很自然会提出问题：原子核内有些什么？
科学家发现，氢原子结构最简单，核外只有一个电子。如果把电子的电荷量作为一个单位的负电荷量，则氢原子核的电荷量便是一个单位的正电荷量。这种具有单位正电荷量的氢原子核叫做质子。实验表明，质子是原子核的组成部分。
五、原子核的构成部分
氢原子结构图
原子核
1932年，卢瑟福的学生，英国物理学家查德威克（1891—1974）从实验中发现，原子核中还有一种不带电的粒子，它的质量跟原子差不多，这种粒子叫做中子。
质子和中子统称核子。原子核中的质子和中子的数目称作核子数。各元素原子核的核子数一般是不同的。
五、原子核的构成部分
经过科学家们的一步步探究，如今我们也知道了原子的结构是怎样的。
原子结构示意图
原子核
质子(带正电)
中子(不带电)
核外电子（带负电）
“核子”
五、原子的结构
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，举一个简单的例子：
原子
原子核
五、原子的结构
下图是根据卢瑟福模型画出的氢、氦、锂原子的示意图，能从图中看出它们的核内各有几个质子和中子吗？
五、原子的结构
原子核也是有结构的，那么质子和中子能不能再分呢？
到目前为止，科学界已普遍确认质子、中子等也有内部结构，它们是由一种叫做夸克的更小微粒组成的。
质子由两个上夸克和一个下夸克组成
中子由两个下夸克和一个上夸克组成
五、原子的结构
从17世纪开创近代物理后的几百年来，人们对物质结构的探索日益深入。
人们认识到的微观世界的尺度
五、原子的结构
了解物质的组成
1.庄子的这句话里面包含了古代关于物质______可分的思想。
无限
2.假如给庄子一台显微镜观察分子。你会给庄子提供一台
______(填“光学”或“电子”)显微镜。
电子
探索微观粒子
3.工厂伐木时，飞出很多木头屑，一粒木头屑______
(填“是”或“不是”)一个分子。
不是
4.当木头被切割至直径约为___???? 数量级微小木块时就达到原
子大小了。
?
C
A.????????????? B.????????????? C.????????????????? D.?????????????????
?
5.木头被切割至原子大小后还能再分吗？被评为“物理最美实
验”之一的???? 粒子散射实验可以继续探索原子的组成。
?
(1)进行???? 粒子散射实验得出原子核式结构模型的科学家是
( )
?
A
A.卢瑟福 B.汤姆孙 C.阿伏伽德罗
(2)如图所示，???? 粒子散射实验的结果发
现，绝大多数???? 粒子穿过金箔后仍沿原
方向前进，但是有少数???? 粒子却发生了
较大的偏转，并且有极少数的???? 粒子偏
转超过????????? ，有的甚至几乎达到????????????? ，
?
原子核
像是被金箔弹了回来。根据实验现象，科学家提出：“原子
的大部分质量集中到了一个很小的结构上”，这个“很小的结
构”指的是________。
(3)原子核式结构模型与下列哪个模型相似( )
D
A.枣糕
B.西瓜
C.苹果
D.太阳系
(4)如图所示是用来说明原子及原
子核结构情况的示意图。图中????
指的是______，???? 指的是______。
原子核内的______带正电，
_______不带电。由此图提供的
?
电子
质子
质子
中子
可以
信息可知：原子核内中子______ (填“可以”或“不能”)再分。
知道自然的尺度
6.在木头、原子、夸克、质子、分子、???? 粒子等微观粒子中，
空间尺度最小的是______。空间尺度最大的是______。
?
夸克
木头
探索微观
分 子
大块物体是由极小的物质粒子组成的，这种物质微粒叫做“原子”
构成物质的仍能保持其化学性质不变的最小微粒
大多数分子直径的尺度，其数量级为10－10m(0.1nm)
德谟克里特的猜想
分子由原子组成
汤姆孙“枣糕模型”
汤姆孙发现电子
原子结构的两种模型
卢瑟福“核式模型”
原子核
质子(带正电)
中子(不带电)
原子的结构
质子、中子等由夸克组成
核外电子（带负电）
阴极射线实验
谢谢观看！