微观世界的奥秘
一、选题理由
在我们所熟悉的物质世界之下，存在一个人的肉眼不能观察的更为并缤纷复杂的微观世界，这个世界有生物学中研究的各种细胞、细菌，各种化学物质组成的微粒、尘埃，乃至更小的分子、原子等。光学显微技术是人们认识微观物质世界最基本、最重要和使用最广泛的工具，它帮助科学家第一次发现了叩开了微观世界的大门。几百年来，依靠不断进步的科学手段，微观世界正一层层揭开面纱，让人们可以看得越来越“小”，进而可以进行研究。那么，光学显微镜是否可以无止境地“放大”下去，让我们想看到多小就能看到多小？科学家为此做了很多尝试，最终发现，存在一道法逾越的“墙”——衍射极限。超分辨显微成像技术，就是推倒衍射极限这堵墙的强大工具，正如诺贝尔奖获得者朱棣文所述：基于光学显微镜的“超分辨”成像技术，使得研究人员能够以前所未有的细节实现结构成像，促成了对这些复杂结构形成的新认识。超分辨显微成像技术，将通过对微观物质世界的超精细观察和研究，从本质上揭示物质和生命的构成，带动生物医学、临床治疗和人类健康等产生革命性变化。
二、内容简介
显微镜是我们观察这些微观世界的基本工具，蕴含着现代物理基础理论，同时又代表着很多现代最高精尖的工程技术。我们将介绍显微镜的发展历史，科学家在打破衍射极限这堵墙的过程中发明不同超分辨技术中所经历的坎坷，不同技术的工作原理及应用范围。结合生物学研究，我们将揭示亚细胞尺度水平下，超分辨成像技术是如何发现蛋白质、核酸、多糖等大分子相互作用过程，以及不同大分子共同形成精密复杂的调控网络的工作过程。例如，观察活体脑细胞精细结构一直是人们的伟大梦想，通过超分辨显微技术，结合基因改造，科学家将能够观察存在于活老鼠大脑外部部分的神经元超高分辨率实时图像，这些图像为理解神经细胞的生理状态及某些神经相关疾病的发病原因，提供至关重要的一手资料和研究方法。通过对各种大分子在活细胞中构象改变和精确定位，超分辨显微成像技术将对研究疾病机理、高通量药物筛选、促进生物医药科学和相关产业的发展产生巨大推动作用。
当代物理学对物质微观世界基本粒子的认识简介 2010-07-16 05:38:04| 分类：默认分类|字号大中小订阅当代物理学对物质微观世界基本粒子的认识简介 一、物理概念： 基本粒子即在不改变物质属性的前提下的最小体积物质。它是组成各种各样物体的基础。并不会因为小而断定它不是某种物质。 简单介绍： 名称：基本粒子英语名称：elementary particle 基本粒子指人们认知的构成物质的最小最基本的单位。但在夸克理论提出后，人们认识到基本粒子也有复杂的结构，故现在一般不提“基本粒子”这一说法。根据作用力的不同，粒子分为：
1、强子 2、轻子 3、传播子 三大类 强子就是是所有参与强力作用的粒子的总称。它们由夸克组成，已发现的夸克有六种它们是： 1 . 顶夸克 2 . 上夸克 3 . 下夸克 4 . 奇异夸克 5 . 粲夸克 6 . 底夸克 其中理论预言顶夸克的存在，2007年1月30日发现于美国费米实验室。现有粒子中绝大部分是
1 . 强子 2 . 质子 3 . 中子 4 . π介子 等都属于强子。(另外还发现反物质,有著名的反夸克,现已被发现且正在研究其利用方法,由此我们推测，甚至可能存在反地球,反宇宙) 轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用，而不参与强相互作用的粒子的总称。轻子共有六种，包括: 1 . 电子 2 . 电子中微子 3 .
μ子 4 . μ子中微子 5 . τ子 6 . τ子中微子 电子、μ子和τ子是带电的，所有的中微子都不带电，且所有的中微子都存在反粒子；τ子是1975年发现的重要粒子，不参与强作用，属于轻子，但是它的质量很重，是电子的3600倍，质子的1.8倍，因此又叫重轻子。 传播子也属于基本粒子。传递强作用的胶子共有8种，1979年在三喷注现象中被间接发现，它们可以组成胶子球，由于色禁闭现象，至今无法直接观测到。光子传递电磁相互作用，而传递弱作用的W+，W-和Z0，胶子则传递强相互作用。重矢量玻色子是1983年发现的，非常重，是质子的80一90倍。
探索微观世界的历程课后训练 基础巩固 1.自从汤姆孙发现了电子，人们开始研究原子内部结构。科学家提出了许多原子结构的模型，在20世纪上半叶，由卢瑟福提出的、最为大家接受的原子结构模型与下列哪个图最相似( )。 2．依据卢瑟福的原子核式模型理论，在原子中绕核高速旋转的是( )。 A．核子B．电子C．质子D．中子 3．原子核是由下列哪组粒子组成的( )。 A．质子和电子B．质子和中子 C．中子和电子D．质子、中子和电子 4．下列氢原子的各种模型图中，正确的是( )。 5．我们知道，银河系很大，一般用长度单位______表示最方便；而分子直径很小，一般用长度单位______表示最方便。 6．如图是用来说明原子内部结构的示意图。由图可知：原子是由________和________组成，原子核由中子和________组成。
7．10 nm的铁粉比铁粉末的熔点降低33 ℃，即从1 526.5 ℃降为1 493.5 ℃，纳米金粉则比金粉末熔点降低了27 ℃。金属粒子越小熔点下降越显著。通过以上信息我们可以知道纳米金属粒子具有__________特性。 综合应用 8．在探索微观世界的过程中，科学家对原子的结构进行猜想和实验，并提出了多种模型。在如图所示的两种模型中，________是卢瑟福提出的原子核式模型。 9．(福建厦门中考)20世纪初，科学家在探索物质结构的历程中，相继发现原子核可以放出质子和中子，这一发现说明( )。 A．分子是可分的B．原子是可分的 C．原子核是可分的D．质子和中子是可分的 10．下列对物质世界的认识中，不正确的是( )。 A．中子和质子都是由夸克构成的 B．石墨很软，金刚石很硬，是因为碳原子构成的物质结构不同造成的 C．要减轻臭氧层被破坏的程度，应减少SO2的排放 D．物质不全是由分子构成的 11．下列物理学家与其贡献相对应的是( )。 A．阿伏加德罗——分子 B．道尔顿——中子 C．汤姆孙——分子 D．卢瑟福——原子 12．天晴扫地后，阳光照射进屋子，形成光柱，我们可观察到光柱中有许多很小的微粒在飘动，这些微粒是分子、原子还是其他？ 13．三峡水库蓄水线到100 m时，总库容量近4×109m3。已知1 g食盐含有1.03×1022个盐分子，若1 g食盐均匀分散到蓄水线到100 m时的三峡水库中，则1 cm3的水中含有多少个盐分子？ 14．我们经常见到池塘中的荷叶上滚动着水珠。这些水珠有什么作用呢？原来当雨水或雾水在荷叶上时，由于水受自身表面张力作用而形成水珠在叶面上滚来滚去，把落在上面的尘土污泥粘吸就滚出叶面。使叶面始终保持干净这就是“荷叶的自洁效应”。为什么荷叶会有这种“自洁效应”呢？这要用纳米技术去解释，原来荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。
第二节微观世界的结构 北京市顺义区北石槽中学张常林 一、指导思想与理论依据 以物理学史和科技发展为主线，以物理学的研究方法为中心，使学生了解现代科学的认识过程，知道物理的学习内容不仅包括物理知识，而且还包括科学研究的过程与方法、科学态度与科学精神。让学生关心科学技术的新进展，关注科技发展给社会进步带来的影响，逐步树立科学的世界观。 二、教学背景分析 1.教学内容分析 自古以来，人类一直在对物质的微观结构进行探索，以便了解我们身处的物质世界是由什么构成，怎样构成。在古代，人们已经对物质世界的构成提出过许多设想。教科书按照时间顺序介绍了人类对微观世界的认识历程，包括电子的发现，原子核式结构的提出，质子、中子、夸克的发现，粒子家族的组成。通过各种形式向学生展示丰富多彩的微观世界，使他们感受探索的乐趣。学生在学习长度的测量时，对纳米这个长度单位有了一定的认识，这里结合物质微观结构的知识，将纳米技术在信息、生物工程、医学、材料科学等领域的应用介绍给学生是十分必要的。目前，人类面临着能源危机，原子核能的开发利用是解决能源危机的有效途径，学生应对这部分内容有所了解。 2.学生情况分析 对于物质微观结构的内容，学生在化学课中已有一定的基础，本节的教学重点是通过对物理学史的了解使学生体会科学方法。教学中以学生自学为主，教师适当引导，合理设计问题，让学生收集资料、寻找答案、讨论交流，激发学生的学习兴趣。 3.教学方式 教师问题引导，学生自主学习。
4.教学准备 视频资料：“宇宙之美——璀璨星空”、阴极射线管实验、α粒子散射实验。 三、教学目标 1.知识与技能 (1)知道常见的物质是由分子、原子构成的。 (2)知道原子是由原子核和电子构成的，了解原子的核式结构。 (3)大致了解物质世界从微观到宏观的尺度。 (4)了解纳米科技及纳米材料的应用和发展前景。 (5)了解原子核能的特点和可能带来的问题。 2.过程与方法 通过实验探索、交流讨论，使学生体会科学研究的过程与方法、科学态度与科学精神。 3.情感、态度与价值观 通过了解人类探索微观世界的历程，认识到人类的探索将不断深入。了解、感受科学发展过程中蕴藏着浓郁的科学精神和人文情操，建立科学的物质观和世界观，以科学的态度去看待客观世界和人类的生活空间。 四、教学重点和难点 1.教学重点 物质是由分子和原子组成的，原子的核式结构模型。 2.教学难点 对微观世界“小”的概念的建立，形成探索微观世界的科学方法。
探索微观世界的历程 图16－1－1 物质的微观结构及其探索历程1．古希腊学者德谟克里特提出物质是由______构成的。 2．17世纪下半叶和18世纪，玻意耳和道尔顿确立了____________。 3．1811年阿伏伽德罗提出________________________________________________________________________。 4．1897年汤姆孙发现________，把人类带入了原子的内部世界。 5．1909年至1911年，卢瑟福等人发现原子的核式结构：
原子? ???? （正电） （负电） 6．1919年至1932年，卢瑟福和他的学生查德威克发现了________和________，确定了原子核的结构： 原子核????? （正电） （不带电） 7．从1949年开始，费米和杨振宁等人先后提出了质子、中子等粒子的内部结构的一些模型。 8．1964年，盖尔曼提出了________模型。 二 纳米科技：从幻想到现实 1．纳米：长度单位，1 nm ＝10－9 m 。 2．纳米材料的特点 当物质加工到纳米尺度时，在力、热、声、光、电、磁等方面表现出许多特殊的性能。如材料的颜色、硬度、导电性、导热性、磁性都会发生很大变化。 [注意]不是所有特殊材料都是纳米材料，只有当达到纳米尺度时性能发生突变的材料，才能称为纳米材料。 类型一 原子结构模型 例1 自从汤姆孙发现了电子，人们开始研究原子内部结构。科学家提出了许多原子结构的模型，在20世纪上半叶，最为大家接受的原子结构与图16－1－2中哪个图最相似[导学号：62512088]( ) 图16－1－2 类型二 纳米材料 例2 下列关于纳米材料的说法中错误的是[导学号：62512089]( )
八年级物理知识点：探索微观世界的历程知识点多阅读和积累,可以使学生增长知识，使学生在学习中做到举一反三。在此查字典物理网为您提供探索微观世界的历程知识点，希望给您学习带来帮助，使您学习更上一层楼! (1)整体感知 地球及其他一切天体都是由物质组成的，物质处于不停的运动和发展中。经科学研究发现，任何物质都是由极其微小的分子组成的。固态物质中，分子的排列十分紧密，粒子间有强大的作用力，因而固体具有一定的体积和形状。液态物质中，分子没有固定的位置，运动比较自由，粒子间的作用力比固体的小，因而液体没有确定的形状，具有流动性。气态物质中，分子极度散乱，间距很大，并以高速向四面八方运动，粒子间的作用力极小，容易被压缩，因而气体具有流动性。分子是由原子组成的，科学家发现，原子的结构与太阳系十分相似，它的中心是原子核，在原子核周围，有一定数目的电子在绕核高速运动。研究发现，原子核是由更小的粒子——质子和中子组成。人们对微观世界的认识，是随着科技的发展不断深入的。人类对纳米科学技术和纳米材料的研究，说明了微观物质世界又影响了宏观物质世界的研究和开展。 (2)四边互动 互动1
目前我们人类观测到的宇宙有多大? 明确：通过挂图的展示，激发学生的学习兴趣和求知欲望。展示宇宙空间各星系团的情景，目的是让学生感知银河系只是数十亿个星系中的一个，一束光穿越银河系需十万年的时间，显示了银河系之广，宇宙之大;让学生知道太阳系置于银河系中，人类赖以生存的地球置于太阳系中，进一步说明了宇宙巨大无边。 互动2 宇宙是由什么组成的呢? 明确教师可通过地球是由什么组成推广到一切天体逐步启发学生，最后得出宇宙是由物质组成的结论。在地球上，有空气、高山、大海、树木、花草、鱼虫鸟兽，有人类赖以生存的衣、食、住、行所需的一切生活用品，这些都是物质。其他一切天体也是由一定的物质组成的，所以广阔无垠的宇宙是由组成地球及其他一切天体的物质组成的。 互动3 广阔无限的宇宙大得难以想像，它是由物质组成的，那么，物质又是由什么组成的? 明确教师可以通过列举一些日常生活中学生能摸得着、看得到的事例，帮助学生理解“分子”的概念。 例如：把玻璃杯打碎了，碎片还是玻璃。经过多次分割，甚至碾成粉末，颗粒越分越小，直至微小颗粒不再是玻璃。再
龙坡中学有效教学讲学稿 学科：物理课题：宇宙和微观世界课型：新授课（集体备课）负责老师：授课周次：第二周 教学目标： 1、知道物质是由分子和原子组成的； 2、理解物体三态的微观模型 3、了解原子的核式模型。 教学重点：三种物态的微观模型 教学难点：物态变化时体积发生变化的原因 导入方式：自主阅读 有效精讲： 知识点1：宇宙的组成 阅读教材第4页完成下列题目 1．宇宙是由____组成的，地球及其他一切天体都是由组成的． 2．银河系是宇宙中一个普通的星系，描述它的大小最好用____做单位. 教师讲述太阳系的结构 太阳周围有八大行星绕它运行，在离太阳比较近的第三条轨道上的是 知识点2：物质的组成 1．物质是由____组成的 2．什么叫分子？（教材中划线记忆） （练习）分子是保持___ _的微小粒子。 知识点3：原子及其结构 1．物质是由组成，分子是由组成。 2．原子的结构与很相似，它的中心是 3．原子核由和组成 知识点4：三种物态的微观模型
学生猜想：（教材第6页想想议议） 1．物质的状态变化时会发生变化，主要是由于 学生阅读第6页内容，完成下列填空： 2．固态物质中，分子的排列，分子间有强大的。因而，固体具有一定的和 3．液态物质中，分子没有固定的位置，运动比较自由，粒子间的作用力比固体的小。因而，液体没有，具有 4．气态物质中，分子极度散乱，间距很大，并以高速向四面八方运动，粒子间的作用力，容易被，具有 科学世界（了解） 纳米是一个____单位，1纳米=____米， 有效精炼： 1.一般物质从液态变成固态时，体积变____，粒子间的作用力变____. 2．多数物质由液态变为固态时体积要变小，主要是由于 . 配套练习第2页上半部分（3、4、6、7） 配套练习第3页（3、4、5） 有效拓展： 配套练习第2页自主演练（2、4、5、6、8、9）
第一节《宇宙和微观世界》同步练习（人教版初三） (4) 在20世纪30年代初期，人们普遍认为宇宙万物差不多上由质子、中子和电子这三种粒子 组成，那时就把质子、中子和电子称为〝差不多粒子〞．随着人类对微观世界研究的进一步深入，一大批新的粒子相继发觉，其中的许多粒子本身也有内部结构．〝差不多粒子〞并不差不多． 智 能 提 要 咨询：本节的重点是什么？ 答：〔1〕初步了解人类探究太阳系及认识宇宙的艰辛历程， 并认识到人类对宇宙的探究将不断深入，明白宇宙是由物质组成的． 〔2〕明白物质是有分子和原子组成的；认识原子的核式模型；了解固态、液态、气态的微模型及分子结构的区不． 咨询：原子是由什么组成的？请你讲讲原子的结构组成情形。 答：原子是由位于中心的原子核和核外电子组成的；原子核由质子和中子组成，质子和中子差不多上由称为夸克的更小微粒组成。原子核带正电，电子带负电；在通常情形下，原子核所带的正电荷与核外电子总共所带的负电荷在数量上相等，整个原子呈中性． 原子的质量是质子的质量加上中子的质量，且质子的质量与中子的质量是差不多相等，而电子的质量可忽略不计；其中质子所带的正电数与电子所带的负电数相等。质子数等于核外电子数。 闻名科学家卢瑟福提出的假讲最接近实际，他认为原子中心有一个带正电的原子核，带负电的电子绕原子核高速旋转，人们把这种模型称为原子结构的行星模型。 中 考 撷 要 本节是新课程新增的知识，依照中考新考纲的要求，要紧是要了解原子的核式模型；了解人类探究微观世界的历程，并认识到这种探究将不断深入；对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解． 智 能 拓 展
1.到底有没有外星人 人类差不多在地球上生活了大约两三百万年。从前，人类以为自己是万物之灵，宇宙间唯独有聪慧的生命，甚至认为地球是整个宇宙的中心。后来，随着科学技术的进步，人们的眼界开阔了，才明白得宇宙的宽敞无边，它远远超越了我们的想象，而地球实在是太小了，因此更不是宇宙的中心。因此人们想象：宇宙如此宽敞，或许其它星球上会生活着一种与人类相似的聪慧生物--外星人。如此的方法深深地吸引了一些热哀于查找外星人的人们。 十六世纪，有人用望远镜观测火星时，发觉了许多互相交错的网纹，便以为那是"火星人"开凿的"运河"。1935年，美国一家电台广播讲火星人来到了地球，引起了一场虚惊。而英国一位作家创作了一本名为?大战火星人?的科幻小讲，其中对火星人作了许多绘声绘色的描述，更引发了一系列有关"火星人"的小讲和电影的产生。 到底有没有火星人?在只有望远镜的时代，它一直是个谜。到了六十年代，探测飞船终于登上了火星，解开了那个一直困扰人们的谜：火星比地球冷得多，表面到处是泥土石块，经常狂风大作，飞沙走石，上面没有任何生物，因此更没有火星人。 那个谜解开以后，天文学家进一步分析认为：在太阳系里，除地球外，其他行星都没有生物生存所必须的环境条件。因此，地球上的人类是太阳系里唯独有聪慧的生物，要找外星人，必须到太阳系之外。 1972年，美国发射了"先驱者10号"飞船，它于1987年飞出了太阳系，飞船上的金属片刻画了人类的形象、居住的地球以及太阳系的位置，1977年，美国的"旅行者一号"又给不处的世界带去了更丰富的信息，包括一部结实的唱机和一张镀金的唱片，唱片上收录了几十种人类语言和多首音乐作品(其中有中国的古典乐曲)。人们热切地期望外星人会收到它。 为了和外星人取得联系，科学家们甚至还制造了庞大复杂的设备，试图向外星发射信息和接收来自外星的信息。然而，通过了许多努力，人们依旧没有找到外星人。一些见到外星人的讲法也仅仅是传奇，难以得到有力的证实。 值得一提的还有飞碟，许多人看到了它，也猜想它确实是外星人驾驶的飞船，可这也仅仅是一种猜想而已。 那么，到底有没有外星人呢?科学家分析，宇宙间象地球如此如此的行星确信还专门多，某些与地球环境相似的行星确实专门可能有外星人，然而由于我们的航天、通讯技术尚未足够发达，要找到他们我们还必须加倍努力才行。 2.汤姆逊的原子模型 英国物理学家J·J·汤姆逊于1907年提出的一种原子模型。汤姆逊在发觉电子之后，对原子中正、负电荷如何分布的咨询题提出了他自己的原子模型，汤姆逊认为：原子的正、负电荷平均地分布在整个原子球体内，而正电荷那么嵌在其中，因此有人将汤姆逊模型类比为〝西瓜模型〞。为了讲明元素周期表，汤姆逊还假设电子分布在一个个环上，第一只环只可放5个电子，第二只环上放10个电子，假如一个原子有70个电子，那么必须有6只同心环，汤姆逊模型尽管能够讲明元素的周期性，但以后的实验证明，此模型是错误的，只是它包含的同心环以及环上只能安置有限个电子的概念有益于后来的玻尔理论的进展。 3.摩擦起电的实质 平常所讲的〝摩擦起电〞并不是制造了电，只是依靠摩擦，使一个物体上的电子转移到 了另一个物体上，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正 摩擦起电现象讲明：〔1〕在通常情形下，原子呈中性，由原子 组成的物体也呈中性．〔2〕不同物质的原子核束缚电子的本领不同．〔3〕两个物体相互摩擦时，哪个物体的原子核束缚电子的本领弱，它的一些电子就会转移到另一个物体上，失去电
最全初中物理知识点复习九、宇宙和微观世界 1.宁宙是由物质组成的 “物体”与“物质”的区别和联系：是指具有一定形状、占据一定空间，有体积和质量的实体。而则是指构成物体的材料。比如桌子这个是由木头这种组成的，窗棱这个物体是由铁这种物质组成的。 2.物质是由组成的，分子是由组成的 (1)分子的大小：一般分子的大小只有百亿分之几米，通常用 m做单位来量度。 (2)原子的结构：原子由和组成，原子核由和组成。 3.固态、液态、气态的微观模型 (1)固态物质中，分子的排列十分紧密，分子间作用力。因此，固体具有一定的体积 和，但不具有性。 (2)液体物质中，分子没有固定的位置，运动比较自由，粒子间的作用力比固体的。因此，液体没有确定的，但有一定的，具有性。 (3)气体物质中，分子极度散乱，间距很，并以高速度向四面八方运动，粒子间的作用力极，容易被。因此，气体具有很强的性，但没有一定的和。 4.纳米技术 (1)纳米是的单位。1nm= m。 (2)纳米科学技术是指纳米尺度内(0.1～100nm)的科学技术，研究对象是原子、分子。 (3)纳米技术是现代科学技术的前沿，它在电子和通信方面、医疗方面、制造业方面等都有应用。 经典例题： 19世纪末叶，汤姆逊发现了电子，将人们的视线引入到原子的内部。由此，科学家们提出了多种关于原子结构模型。通过学习，你认为原子结构与下列事物结构最接近的是（） A．西红柿 B．西瓜 C．面包 D．太阳系 下列微粒按从大到小的顺序排列正确的是（） A．分子夸克质子电子 B．分子原子核质子夸克 C．原子核电子质子分子 D．分子原子电子原子核 二、质量 l.质量 (1)定义：物体中叫质量，用字母表示。 (2)质量的单位：国际上通用的质量单位有千克（kg)、吨(t)、克(g)、毫克(mg)，其中是质量的国际单位。 (3)换算关系：1t= kg；1kg= g；1g= mg。 (4)质量是物质的一种，它不随物体的形状、状态、温度和地理位置的改变而改变。 2.质量的测量：用天平 (1)构造：托盘天平由、指针、分度盘、标尺、游码、托盘、平衡螺母构成，每架天平配制一盒。盒中每个砝码上都标明了质量大小，以“克”为单位，用符号“g”表示。 (2)使用：先将天平放；后将游码；再调螺母；放物体，放码；四点注意要记清。调整平衡后不得移动天平的位置，也不得移动；左盘放被测物体，右盘中放砝码；物体的质量=盘中砝码总质量+游码在标尺上所对的 (俗称游码质量)。 四点注意：被测物体的质量不能超过；向盘中加减砝码时要用，不能用手接触砝码，不能把砝码弄湿、弄脏；潮湿的物体和化学药品不能直接放到天平的盘中；砝码要轻拿轻放。 三、密度 1.物质的质量与体积的关系：同种物质的质量和体积成，其比值为。 2.密度 (1)定义：单位体积某种物质的质量叫做这种物质的密度，用符号表示。 (2)公式：ρ= 。式中，ρ表示密度；m表示质量；V表示体积。 (3)单位：国际单位是，读做千克每立方米；常用单位还有：克/厘米3(g/cm3)，读做克每立方厘米。换算关系：1g/cm3= kg/m3。 (4)密度是物质的一种特性，它只与物质种类和有关，与物体的质量、体积无关。 (5)混合物质的密度应由其混合物质的总质量与总体积的决定。 四、测量物质的密度 1.体积的测量
《探索微观世界的历程》教案 教学过程： 知识与技能： 、宇宙是由物质组成的，物质是由分子和原子组成的。 2、固态、液态、气态的分子组成特点。 3、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。 、纳米科学技术及纳米材料的应用和发展前景。 过程与方法： 通过实验探索、交流讨论，培养学生的动手能力和探索真理的科学态度、方法。 情感态度与价值观： 通过了解人类探索太阳系及宇宙的历程、人类探索微观世界的历程，认识人类的探索将不断深入。学生在学习中了解、感受科学发展过程中蕴藏着浓郁的科学精神和人文情操，帮助学生建立科学的物质观和世界观，以科学的态度去看待客观世界和人类的生活空间、生存环境。 教学重难点： 物质是由分子和原子组成的及原子的核式结构模型是重点。学生对微观世界“小”的概念的建立和探索微观世界的科学方法的形成过程是难点和疑点。
教学过程： 、情境导入 教师让学生观察教科书第4页图10-1-1和图10-1-2的挂图，启发学生：我们人类观测到宇宙中隐藏着无穷的奥秘。人类对太空宇宙的探索和研究，具有重要的科学价值和社会影响。引入题：今天我们共同讨论学习宇宙和微观世界。 2、前热身 让学生说一说宇宙是如何构成的，如何探索广袤的宇宙。 3、解读探究 整体感知 地球及其他一切天体都是由物质组成的，物质处于不停的运动和发展中。经科学研究发现，任何物质都是由极其微小的分子组成的。固态物质中，分子的排列十分紧密，粒子间有强大的作用力，因而固体具有一定的体积和形状。液态物质中，分子没有固定的位置，运动比较自由，粒子间的作用力比固体的小，因而液体没有确定的形状，具有流动性。气态物质中，分子极度散乱，间距很大，并以高速向四面八方运动，粒子间的作用力极小，容易被压缩，因而气体具有流动性。分子是由原子组成的，科学家发现，原子的结构与太阳系十分相似，它的中心是原子核，在原子核周围，有一定数目的电子在绕核高速运动。研究发现，原子核是由更小的粒子——质子和中子组成。人们对微观世界的认识，是随
第十一章多彩的物质世界 第一节宇宙和微观世界 1课时新授课 【教学目标】 知识与技能 （1) 知道宇宙是物质组成的，物质是由分子和原子组成的； (2) 了解固态、液态、气态的微观模型； (3) 了解原子的结构； (4) 对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解； (5) 初步了解纳米技术材料的应用和发展前景。 过程与方法 (1) 通过对物质从宇宙到微观世界的研究介绍，说明物质是可以分割的； (2) 通过把原子结构与太阳系的类比，建立微观世界的结构模型。 情感、态度与价值观 通过对物质世界的研究，认识并体验我们生活在物质的世界中，宇宙由物质组成。学习物质的世界，体会物质世界的奇妙。 【教学重点】 物质是由分子和原子组成的及原子的核式结构模型。 【教学难点】 固态、液态、气态的微观模型。 【教学准备】 一块糖、废旧的玻璃杯、原子结构模型、水、形状不同的杯子。 【教学过程】
探究一： 宇宙的组成 探究二： 物质由分子组成 探究三： 原子及其结构 探究四： 描述宇宙和微观世界尺度单位提问：请同学们观察课本第４页的图11.1-1 和图11.1-2看了这两幅图，同学们能提什么 问题？（学生讨论）？ 提问： 广阔无限的宇宙大得难以想像,它是由物质组 成的,那么,物质又是由什么组成的? 教师帮助分析： 物质分割有一个限度，分割到这一限度时小 粒子能保持物质原来性质但用肉眼不能看 到，只能借助电子显微镜观察。科学研究发 现：任何物质都是由主其微小的粒子组成的， 这些粒子保持了物质原来的性质，意大利物 理学家阿伏加德罗第一个把这些粒子叫做分 子 师：物质是由分子组成的,那么分子又是由什 么组成的呢? 实例： 将糖连续分割下去,当把糖粒分割到能保持有 甜味的最小微粒叫糖分子,如果再继续分割下 去,就没有甜味了,这时得到的就是糖原子了 多媒体演示： 师：利用图11.1－８图和太阳系对比，得到 原子的核式结构模型 师：指导看书 讨论总结： 宇宙是由物质组成的 学生讨论： 第5页想想议议 学生讨论：分子及小 利用图11.1－８，让学生继 续了解原子的结构、原子的 大小。 学生讨论：原子的结构与太 阳系十分相似原子是有居 于原子中心的______和核 外_______构成,原子核又可 以分_______，_______；质 子和中子还可以再分 为。 学生总结：光年、纳米
一、 探索微观世界的历程 图16－1－1 物质的微观结构及其探索历程 1．古希腊学者德谟克里特提出物质是由______构成的。 2．17世纪下半叶和18世纪，玻意耳和道尔顿确立了____________。 3．1811年阿伏伽德罗提出________________________________________________________________________。 4．1897年汤姆孙发现________，把人类带入了原子的内部世界。 5．1909年至1911年，卢瑟福等人发现原子的核式结构： 原子? ???? （正电） （负电） 6．1919年至1932年，卢瑟福和他的学生查德威克发现了________和________，确定了原子核的结构： 原子核? ???? （正电） （不带电） 7．从1949年开始，费米和杨振宁等人先后提出了质子、中子等粒子的内部结构的一些模型。 8．1964年，盖尔曼提出了________模型。 纳米科技：从幻想到现实 1．纳米：长度单位，1 nm ＝10－ 9 m 。 2．纳米材料的特点 当物质加工到纳米尺度时，在力、热、声、光、电、磁等方面表现出许多特殊的性能。如材料的颜色、硬度、导电性、导热性、磁性都会发生很大变化。 [注意]不是所有特殊材料都是纳米材料，只有当达到纳米尺度时性能发生突变的材料，才能称为纳米材料。
类型一原子结构模型 例1 自从汤姆孙发现了电子，人们开始研究原子内部结构。科学家提出了许多原子结构的模型，在20世纪上半叶，最为大家接受的原子结构与图16－1－2中哪个图最相似[导学号：62512088]() 图16－1－2 类型二纳米材料 例2 下列关于纳米材料的说法中错误的是[导学号：62512089]() A．由纳米材料制成的计算机芯片的体积将更小 B．纳米是一种非常小的微粒 C．纳米材料可以大大提高材料的强度和硬度 D．纳米材料还不能广泛地应用于实际生活 [易错辨析]纳米是一个长度单位，1 nm＝10－9m，纳米材料是指把物质的尺度加工到纳米尺度，让物质的物理特性或化学性能与大尺度相比发生变异而获得的材料。 [探索微观世界的历程] 1.在组成原子的基本粒子——质子、中子和电子中，汤姆孙最先发现了_______，卢瑟福接着发现了________，查德威克发现了__________。 2．物质是由________、________组成的，原子由________和________组成，原子核由带正电的________和不带电的________组成。20世纪60年代，科学家发现了质子和中子都是由更小的粒子________组成的。 3．2019年以来灰蒙蒙的天气让越来越多的中国公众注意到PM2.5。PM2.5指大气中直径小于或等于2.5 μm的颗粒物。以下按空间尺度由大到小排序正确的是() A．PM2.5原子质子原子核 B．PM2.5原子原子核质子 C．原子原子核质子PM2.5 D．原子质子原子核PM2.5 4．下列说法中正确的是() A．电子的发现使人们确信原子是可再分的
第十章第一节宇宙和微观世界年月日作业 一、填空：年班姓名： 1、人类观察到的宇宙中拥有数十亿个；银河系非常巨大，一束光穿越银河系需的时间，太阳系的核心是，它的周围有个大行星绕它转动。 2、物质是由组成的，分子是由组成的，原子核是由和组成的，质子和中子又是由组成的。 3、自然界中物质存在的三种状态是、、。 4、固、液、气体的特点是：固体体积，形状；液体体积， 形状；气体体积，形状。（填：“有”或“无”） 5、冰块、水、水蒸气是由同种物质构成的，其中的分子作用力小，是因为分子间距离。 6、气体很容易被压缩，这一事实表明气体分子间距，分子间的作用力，所以气体的分子可以在空间到处移动，充满整个容器。 7、一般情况下，多数物质从液态变为固态时体积会；例如：。但也有例外，例如：。 8、1埃==10—10m，某一分子直径为50埃，则它约为nm。 二、选择： 1、太阳是：（） A、银河系中的行星 B、银河系中的恒星 C、其它星系中的行星 D、其它星系中的恒星 2、生物学家想制作一个纳米筛子，从某种液体中过滤病毒，如果液体分子大小为0.5nm，病毒分子的大小为300nm，则筛孔的大小应为：（） A、400nm B、200nm C、0.4nm D、0.2nm 3、物质从液态变成气态的时候，体积变化的正确说法是：（） A、体积都变大 B、有的变大，有的变小 C、体积都变小 D、无法确定 4、下列对物质的分子结构的描述不正确的是：（） A、固态的分子排列规则，就像学生做广播体操一样 B、液态物质的分子可以移动，就像操场上踢足球的学生一样，可以在球场上跑动 C、气态物质的分子几乎不受力，就像下课以后的同学可以自由活动
专题二：物质的微观世界（一）构成物质的微粒 1 分子原子 定义分子是保持物质化学性质的微粒原子是化学变化中的最小微粒。 性质(1)分子很小(体积小、质量小) (2)分子是在不断运动的 (3)分子间有间隙 (4)同种分子性质相同，不同种分子性质不同 (1)原子很小(体积小、质量小) (2)原子是在不断运动的 (3)原子间有间隙 联系分子是由原子构成的。分子、原子都是构成物质的微粒。 区别化学变化中，分子可分，原子不可分。 (1) (2)原子的构成:由单原子构成的物质如:Fe、C、S、Cu等 (3)分子构成的描述：分子是由原子构成。如： 双原子分子：由2个原子构成的分子(如：H2、O2、N2、HCl等) 多原子分子：由2个以上的原子构成的分子(如H2O为三原了分子，) 2、原子的构成 (1)原子结构 (2)原子结构示意图 ①m决定元素种类； ②n与元素的化学性质关系密切； ③m=2＋8＋n； ④在化学反应中，n可变，m不可变。 (3)原子中：核电荷数=质子数=核外电子数=原子序数 (4)原子核内质子数不一定等于中子数，如普通氢原子核内无中子。 (5)原子的质量主要集中在原子核上，近似相对原子质量=质子数＋中子数 3、离子 (1)定义：带电荷的原子(或原子团)叫做离子，如Na＋、Cl－、SO42－等。 (2)离子的分类 阳离子：带正电荷的原子(或原子团)，如Na＋、Mg2＋、NH4＋ 阴离子：带负电荷的原子(或原子团)，如Cl－、S2－、SO42－ (3)离子的形成：金属原子一般失电子形成阳离子；非金属原子一般得电子形成阴离子。 (4)书写：在元素符号或原子团的右上角标上离子所带电荷，数目在前，正负号在后。离子带1个单位正电荷或1个单位负电荷时，“1”省略不写。如Na＋、Cl－、Mg2＋、S2－、SO42－等。 (5) 粒子种类原子离子 阳离子阴离子
第一节 宇宙和微观世界（1） (一) 学习目标 1．知识与能力目标 (1)知道宇宙是物质组成的，物质是由分子和原子组成 的； (2)了解固态、液态、气态的微观模型； (3)了解原子的结构； (4)对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解； (5)初步了解纳米技术材料的应用和发展前景。 2．过程与方法目标 (1)通过对物质从宇宙到微观世界的研究介绍，发现并说明物质是可以分割的； (2)通过把原子结构与太阳系的类比，建立微观世界的结构模型。3．情感、态度与价值观目标： 通过对物质世界的研究，认识并体验我们生活在物质的世界中，宇宙由物质组成。 学习物质的世界，体会物质世界的奇妙。 (二) 学法点拨 物质世界可以从以下三个层面研究：宇观世界：宇宙、银河系、地球等。它们的体积非常大，大多距离我们非常远，要借助天文望远镜观察和研究：宏观世界：地球上人类可以实地观察和研究；微观世界：物体尺寸非常小，要借助显微镜、电子显微镜观察和研究。 微观物质的尺度很小，人类肉眼无法直接观察。但是，分子也有结构，它是由原子组成的。 课前准备 取一根蜡烛放入小金属罐熔化然后观察蜡烛凝固时体积的变化。 查阅、收集有关太阳系、银河系的资料、人类探索宇宙的资料。 查阅、收集有关分子、原子结构的资料。 教学过程 一．宇宙是由物质组成 教师：人们说广阔的宇宙是无边无际的，那么，这宇宙究竟大到什么程度？宇宙万物，变化万千，那么，这绚丽的世界到底是由什么组成的呢？这一切给人类留了许许多多的谜，引发了人类无限的遐想，激发了一代代科学家对它们孜孜不倦的观察和研究。那么，这一节课就让我们沿着科学家的探究的足迹，从宏观到微观作一次旅行，对这些问题作一些初步的探讨吧。 1．宇宙有多大？ 综合观察课本图10.1-1和课本图10.12-1。
微观世界及其探索 揭开研究微观世界序幕的三大发现一、X射线的发现二、放射性的发现三、电子的发现一、X射线的发现 1.阴极射线的发现及其本性的争论1858年德国物理学家普吕克尔发现阴极射线2.德国学派：波动格尔斯坦（Goldstein），赫兹（Hertz）、勒纳德（Lenard）实验表明，从铝窗发出的射线和放电管内的射线具有相同的性质，即它们都能激发荧光，都可被磁铁偏转等等。这个发现使勒纳取得了一系列丰硕的实验成果。他进一步证明了阴极射线有某些化学效应，例如使照相底片感光、使空气变成臭氧、使气体电离导电等等。还发现射线在气体中散射，散射随气体的密度而增加；射线对不同物体的穿透本领不同，吸收率和物体密度有直接的关系。勒纳证明了阴极射线即使在真空中也带负电，还发现阴极射线有不同的类型，它们在磁场中偏转的程度不同。勒纳对阴极射线的研究成果，不仅增加了 人们对这些现象的了解，而且在许多方面都成为以后电子论发展的基础。尤其是勒纳关于阴极射线可存在于放电管外的这一发现，开辟了物理学研究的新领域，它促进了对其它远未弄清的类似射线源的研究。鉴于勒纳的研究工作的科学价值和它的开创性意义，瑞典皇家科学院决定授予他1905年的诺贝尔物理学奖。英国学派：粒子流克鲁克斯（Crookes）、汤姆孙英国皇家学会会员化学家兼物理学家威廉·克鲁克斯克鲁克斯为了搞清楚阴极 射线究竟是什么，他制作了各种形状的阴极射线管，并进行了很多实验，其中有一个现象使他异常激动。他在1879年英国的一次物理学讨论会上演示了他的这一最新发现玻璃管中是高度稀薄的空气，带负电的阴极产生阴极射线，一个用薄云母片制成的十字放在射线的途中，射线在阴极对面的玻璃管壁上出现了形状清晰的十字形，这是十字形云母片投下的影子。影子的形状证明了荧光是由于阴极沿直线发射出的某种东西引起的，而薄云母片把它们挡住了。这些都是在场的物理学家们早就知道的。就在这时，克鲁克斯爵士拿起一块马蹄形磁铁跨置在管子的中部，奇迹出现了，十字形的阴影发生了偏移！克鲁克斯爵士得意地说：“由此可见，阴极射线根本不是光线，而是一种带电的原子。否则，它们怎么会受到磁场的影响呢? ”阴极射线不是光线而是带电粒子!在座的科学家们都震惊了。 X射线的发现19世纪末，阴极射线的研究正方兴未艾，德国的维尔芝堡大学，治学严谨的伦琴（1845-1923）教授，也致力于这个问题的研究。1895年11月8日晚,伦琴用黑的厚纸板把阴极射线管子包起来，意外的发现1米以外的荧光屏在闪光，而这绝不是阴极射线，因阴极射线穿不透玻璃，只能行进几厘米远。他取来各种不同的物品，包括书本、木板、铝片等等，放在放电管和荧光屏之间，发现不同的物品效果很不一样。1895年12月22日，他邀请夫人来到实验室，用他夫人的手拍下了第一张人手X射线照片1895年12月28日，他以通信方式将这一发现公之于众。题为《一种新射线（初步报告）》1896年内，关于X射线论文1000余篇。X射线发现三个月维也纳医院首次对人体拍照。1901年，伦琴获首届诺贝尔物理奖，他是当之无愧的。 1880年，哥尔茨坦（德）1887年，克鲁克斯（英）1890年，古茨彼德（美1895年，斯密士（英） “当真理碰到鼻子尖的时候，还是没有得到真理”的人----恩科斯 1880年，德国物理学家哥尔茨坦在研究阴极射线时就注意到阴极射线管壁上会发出一种特殊的辐射，使管外的荧光屏发光，由于哥尔茨坦一心要证明阴极射线的以太说，他认为荧光屏发出这样一种特殊的荧光，正是以太说的一个证据。他到此也就心满意足了，没有想进一步追查根源，当然也就错过了发现X射线的机会。1895年前，很多人就已经知道照相底片不能存放在阴极射线装置旁边，否则有可能变黑。例如，英国牛津有一位物理学家叫斯密士（F.Smith），他发现保存在盒中的底片变黑了，这个盒子就搁在克鲁克斯放电管附近。他只是叫助手把底片放到别的地方保存，而没有认真追究原因。1887年，克鲁克斯（W. Crookes）也曾发现过类似现象。他把变黑的底片退还厂家，认为是底片质量有问题。1894
一、宇宙和微观世界 1．下列说法正确的是（） A．地球及其它一切天体都是由物质组成的 B．有的物质在运动，有的物质静止不动 C．构成宇宙的成分尚未研究清楚 D．宇宙不光是由物质组成的 2．决定物质的性质的是（） A．物质颗粒B．分子C．原子D．中子 3．下列说法中正确的是（） A．物质的微观模型是可以看到的，所以分子是可以用肉眼看到的 B．所有物质从液态变成固态时体积都变小 C．所有物质从液态变成气态时体积都变大 D．物质的状态变化时体积发生变化，与构成物质的分子种类有关，与物质分子的排列方式无关 4．下列物质中粒子间作用力最强的是（） A．空气B．水C．黄金D．无法确定 5．如何从微观角度解释气体容易被压缩又具有流动性？ 6．下列说法中正确的是（） A．一般分子的直径小于1nm B．蛋白质分子比病毒分子直径大 C．纳米科学技术是纳米尺度即1nm的科学技术 D．我国在纳米技术研究上，具有世界先进水平 7．下列关于纳米技术的说法中错误的是（） A．使用纳米技术，可实现对分子、原子的操纵 B．使用纳米技术，借助扫描隧道显微镜可以实现对电子的操纵 C．用纳米技术制造的器件尺寸更小、运行速度更快、能耗更低 D．用纳米技术可以研究DNA的精细结构 8．水结成冰时，下列说法中不正确的是（） A．分子间的位置相对固定 B．每个分子体积变大 C．水分子在排列方式上发生改变 D．分子间作用力变大 9．克服粒子间作用力，可以改变物体的形状或体积，试举例说明哪些实例是通过克服分子间作用力来改变物体的形状或体积的。 10．请解释“煮不熟，嚼不烂”中的物理学道理。 11．为了让岩石破裂，在北方寒冷的冬天，人们采用“灌水法”来胀破大石块，方法是白天在想破裂的岩石上凿个洞，灌满水，然后将洞口密封，把岩石放在野外。晚上室外气温急剧下降，水结成了冰，岩石破裂，这是什么原因呢？ 12．在空气中挥动手指轻而易举，再没膝深的水中跋涉急行步履艰难，搅 动冻在冰中的木棒更是难比登天，用物理学道理解释这三种现象。
第一节宇宙和微观世界 从容说课 步入九年级，学生对物理知识已有了一个初步的理解，他们渴望更加深入地研究多姿多彩的物质世界，课本从第十章开始介绍“多彩的物质世界”，从宏观走向微观又从微观走向宏观是本节的主体脉络．一方面，让学生理解宇宙的宽阔无垠；另一方面，让学生在宽阔无垠的宇宙中理解到太阳系及整个宇宙的漫长经历．紧接着，课本从宏观宇宙谈到了微观的物质世界．分子、原子的介绍加深了学生对物质世界的理解，在以后的几节课中，谈了质量、密度的概念，以及如何测量质量、密度等的知识点，使学生对物质世界的理解更加深入．本节的内容重在提升学生的学习兴趣，所以比较浅显地介绍了宇宙的组成、原子的结构、纳米技术等，加深了学生的学习兴趣，所以在讲授本节时应重在提升学生的学习积极性，尽量使学生参与其中，并且应设计一些简单易行的实验提升学生的学习兴趣． 教学目标 一、知识目标 1．知道宇宙是由物质组成的，物质是由分子、原子组成的． 2．初步了解原子的结构． 3．对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解． 二、水平目标 1．通过活动和生活经验了解一些现象． 2．应用所学知识了解宇宙的构成，并会解释一些常见的现象． 三、德育目标 1．通过介绍宏观世界和微观世界的知识，激发学生的学习兴趣． 2．协助学生树立科学的物质世界观和价值观等，为以后的学习作充分的准备． 3．通过了解宇宙，理解人类的探索过程． 教学重点 物体的三态变化． 教学难点 准确理解宇宙及其组成． 教学方法 分析讨论法：通过学生积极的活动，了解三态变化及其生活中的一些常见现象. 教具准备 一块冰糖、废旧的玻璃杯、原子结构模型、水、形状不同的杯子、录像机等． 课时安排 1课时 教学过程 一、导入新课 [师]同学们，我们都生活在一个美丽的世界上．大家看，我们的世界中有蓝天、有白云、有花朵，这么多美丽的现象都离不开我们这个美丽的地球． (教师引导同学们观察教材中图10．1-1和图10．1-2中的两幅图) [师]看到这些，同学们能想到什么问题呢? [生]宇宙的组成是怎样的呢? [生]太阳系的组成呢?地球在太阳系中是怎样运动的呢? [生]科学界说火星上已发现了生物生存的痕迹． [师]同学们的问题提得很好，通过这个节的学习，我们来了解一下宇宙和微观世界． 二、新课教学