資源簡介

(共29張PPT)
16.1 探索微觀世界的歷程
1．了解人類探索微觀世界的歷程，并認識到這種探索將不斷深入。
2．了解電子的發現過程、原子的核式結構模型和夸克模型。
3．初步了解納米材料的應用和發展前景。
學習目標
很久以前，不只普通人，就連天文學家也一直在奇怪，是什么原因使太陽發光 這個千古之謎是怎樣破解的呢
新課導入
德謨克利特（約公元前460—約公元前370）
“正像綠墻是由樹干和枝葉組成似的，大自然的萬物都由看不見的微小粒子——原子構成。原子不能消失，但也不會無中生有。”
——德謨克利特
盡管當年這位古希臘學者的見解缺少科學實驗的基礎，但后來的歷史發展表明，他的思維閃爍著真理的火花。
新知講解
思維的火花
一
德謨克利特的原子論缺少科學的實驗基礎，長期以來并不為人們所認同。直到17世紀，以道爾頓和玻意耳為代表的科學家通過大量的實驗才復活和確立了原子論。
道爾頓
玻意耳
道爾頓原子模型
走向科學
二
他們研究和測量了大量物質的化學反應，發現并確認了如下事實：
1.多數物質可由其他物質通過化學反應合成，這些物質稱為化合物；
2.一些物質不能由其他物質通過化學反應來合成，這些物質稱為單質，也稱為元素；
3.對應各種元素，存在著各種原子，元素的差異就在于它們的原子是不相同的。原子是元素保持化學性質不變的不可再分的最小單元。
從此，原子論從模糊不清的思辨性見解走向了植根于精確實驗測量的自然科學的軌道。
1811年，意大利的科學家阿伏伽德羅進一步指出：物質和原子之間還存在一個層次——分子。
物質一般不是直接由原子組成，而是由幾個原子相結合的分子構成的。
用場離子顯微鏡拍攝的鎢針針尖上的原子圖樣
DNA分子結構
1cm3的水中，含有3.34×1022個水分子，一個水分子的尺度相當于一根頭發絲直徑的十萬分之一。
一個水分子的質量約為3×10-26Kg。
小資料
原子真的不能再分嗎？
19世紀末，三個大發現：
X射線的發現
放射性的發現
電子的發現
X射線（倫琴射線）的發現：
倫琴為人類立了大功，他成了世界上第一個榮獲諾貝爾物理獎的人。
1895年11月
放射性的發現：
貝克勒爾 皮埃爾·居里 居里夫人
1903年諾貝爾物理學獎
1.電子的發現
1897年，英國的物理學家湯姆孫發現，陰極放射線在磁場的作用下可發生偏轉，方向與帶負電的粒子相同，從而發現了電子。
揭開原子的“面紗”
三
湯姆孫（1856-1940）
電子的發現，揭開了原子神秘面紗的一角，湯姆孫因此獲得1906年諾貝爾物理獎。
電子的發現表明，原子是由電子及另一些物質組成的。因為電子帶負電，而原子是電中性的，所以那些物質一定帶正電。那么，原子中帶正電的部分是怎樣的呢
湯姆生提出了棗糕模型
在湯姆孫的原子模型中，原子是一個球體；正電核均勻分布在整個球內，而電子都象棗核那樣鑲嵌在原子里面．
這個模型不久就被實驗事實否定了
湯姆孫的原子模型(棗糕式）
電 子
正電荷
1909～1911年，英國物理學家盧瑟福和他的助手們進行了α粒子散射實驗
著名的α粒子散射實驗
盧瑟福提出的原子核式結構
在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核．
原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里．
帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉．
盧瑟福提出的原子核式結構
體育場
根據盧瑟福的原子結構模型，原子內部是十分“空曠”的：
原子
原子核
占整個原子質量的99.9％以上
1919－1932年，盧瑟福發現了帶正電的質子，他的學生查德威克發現了不帶電的中子。并最終確定了原子核由質子和中子組成。
質子
中子
核子
質子數
核電荷數
探索未有窮期
四
這時，人們樂觀地認為電子、質子和中子就是構成物質世界的基本單元，并稱它們為基本粒子(elementary particle) 。
但是，人們很快從實驗中陸續發現了更多的微觀粒子。有的質量介于質子和電子之間，這類粒子稱為介子；有的質量大于質子，這類粒子稱為超子。
種類如此之多、性質差異紛繁的粒子，使物理學家們不得不懷疑，包括質子、中子在內的這些粒子不可能是原來意義上的基本粒子，它們很可能仍然具有復雜的內部結構。
1964年，美國物理學家蓋爾曼在費米、楊振寧、坂田昌一的研究基礎上，提出了質子、中子、介子、超子等都是由三種基礎粒子組成，它們分別稱為上夸克、下夸克、奇異，科學界把這一模型稱為夸克模型。
蓋爾曼獲得了1969年的諾貝爾物理學獎。
丁肇中和里克特在1974年又發現了一種稱為J／Ψ的粒子.后來又相繼發現了底夸克和頂夸克.
物質由基本粒子構成。我們學過電子、中子和質子，還有夸克，還有中微子，它們組成了中子和質子。中微子是最令人驚奇的基本粒子。它們無處不在，每一秒鐘傾瀉到1平方厘米地球表面的中微子約有650億個，研究者們多次榮獲諾貝爾物理學獎，探索未有窮期。
粒子的空間尺度
原子、原子核及更深層次的客體統稱為微觀粒子，簡稱粒子。
從圖中可見，它們的尺度都小于10-9m。
納米科技：從幻想到現實
五
10-9m是一個長度單位， 稱作納米， 大約是10個氫原子排列起來的長度。
納米技術是用單個原子、分子制造物質的科學技術，它是在0.10至100納米(即十億分之一米)尺度的空間內，研究電子、原子和分子運動規律和特性的嶄新技術。
1990年，IBM公司的科學家成功地對單個的原子進行了重排，他們使用一種稱為掃描探針的設備慢慢地把35個原子移動到各自的位置，組成了IBM三個字母。
1999年，中國科學院科技人員利用納米加工技術在石墨表面通過搬遷碳原子而繪制出了世界最小的中國地圖。
今天，納米催化劑大幅度提高了催化作用；用納米顆粒粉體制成的納米材料顯示出比一般材料更為優異的性能；納米炸藥也顯示出更大的威力······
利用納米技術，人類有可能在原子和分子尺度診斷和治愈疾病，甚至修補細胞；納米技術將可以制造分子開關和導線，從而導致一場計算機制造技術的革命，使計算機的速度更快，體積更小······
1.下列說法不正確的是（ ）
A. 古希臘學者認為大自然萬物都由看不見的微小粒子——原子構成
B.直到19世紀，科學家認為物質由分子、原子組成
C. 英國物理學家湯姆孫發現了質子
D. 20世紀初，人們樂觀地的認為電子、質子和中子就是構成物質世界的基本單元，稱為基本粒子
C
當堂檢測
2.下列說法不正確的是（ ）
A. 從1949年開始，費米、楊振寧等人提出粒子內部結構模型
B.1964年，蓋爾曼提出質子、中子、介子、超子等由上夸克、下夸克和奇異夸克組成的夸克模型
C. 1974年，丁肇中和克里特在實驗中發現新粒子——餐夸克
D.至今我們已經知道共有4種夸克
D
3.下列說法正確的是 （ ）
A.在物理學中，原子、原子核及其更深層次的客體統稱微觀粒子
B.原子的空間尺度為10-9m
C.原子核的空間尺度為10-10m
D.質子的空間尺度為10-14m
A
1.物質由分子、原子組成。
2.探索未有窮期。
3.納米科技。
課堂小結

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