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第十二章 小粒子與大宇宙
第1節 走進微觀
用電子顯微鏡觀察到的病毒
從無限的宇宙到微小的基本粒子，物質以各種各樣的形態展現著，這些微觀領域到底有多大呢？
觀察思考
新知導入
1.知道常見的物質是由分子、原子構成的。
2.知道原子是由原子核和電子構成的，了解原子的核式結構模型。
3.能體會物理學研究中建構模型的重要性。
4.了解人類探索微觀世界的大致歷程及微觀世界的大致尺度。
學習目標
塵土、樹木、水、火焰、空氣、星辰，我們周圍的一切，包括有生命的和無生命的，都是物質。
無垠的宇宙
嬉戲的兒童
電子顯微鏡下的病毒
從無限的宇宙到微小的基本粒子，物質以各種各樣的形態展現著，宇宙及微觀領域到底有多大呢？
一、自然的尺度
新知學習
目前，人類能觀測到的空間最遠已到達1026m的宇宙深處.
在人們不能直接看到的世界里，例如：細胞、病毒、分子、原子……目前科學家的研究已深入到了10-15m的微觀領域.
物質是由什么組成的呢？從古至今，人們一直在探尋著這個問題的答案。
古希臘人認為宇宙萬物由水、火、土、氣組成，
稱為“四元素說”
我們的祖先認為宇宙萬物由金、木、水、火、土組成，
稱為“五行說”
二、探索物質的組成
1811年，意大利物理學家阿伏伽德羅最早把這種顆粒命名為“分子”。后來，人們又發現分子也有結構，它們是由原子構成的。
阿伏伽德羅（A.Avogadro，
1776-1856）
后來，人們認識到若將物質無限地分下去，所得顆粒越分越小，小到這種顆粒能保持物質的性質不變為止，通常所說的物質就是由這種顆粒構成的。
通常，物質是由分子或原子組成的。
電子顯微鏡下的苯分子
DNA生物大分子結構的示意圖
分子很小。分子的直徑大約只有10-10m，只能用電子顯微鏡才能看到。
…
一億個分子緊密排成一列
長度大約只有1cm
氫分子是最小的分子，其尺度相當于一根頭發絲直徑的十萬分之一，質量只有10-27 kg左右。
每個組成生命的基本組元DNA分子都含有幾百萬個原子。1 cm3 的水中就含有 3.34×1022 個水分子；一個水分子的質量只有 3×10-26 kg。
科學書屋
通常情況下，1 cm3 的空氣里大約有 2.7×1019 個分子，現代大型計算機每秒可以計算 100 億(1010)次，要把這么多分子一個個數完，得花 80 多年。
1cm3的空氣
大約在2400年前，古希臘哲學家德謨克里特把組成物質的微粒叫原子，19世紀初,英國科學家道爾頓證明了原子的存在。
1、單原子分子
有的分子由單個原子組成,叫做“單原子分子”。
分子分為：單原子分子和多原子分子。
三、探索微觀粒子
絕大多數分子由多個原子組成,叫做多原子分子。例如，水分子是多原子分子，它是由兩個氫原子和一個氧原子組成的。
2、多原子分子
19世紀70年代，人們通過對氣體放電現象的進一步研究，發現了陰極射線。
3、電子的發現
1897年，英國物理學家湯姆孫發現陰極射線是由速度很高的帶負電的粒子組成，這種粒子就是“電子”。
4、原子核式結構模型
1911年，盧瑟福在α粒子散射實驗的基礎上，提出了原子核式結構模型。
散射實驗
原子的中心叫原子核，帶正電，幾乎集中了原子的全部質量；帶負電的電子在不同的軌道上繞著原子核運動，就像地球繞著太陽運動一樣。
原子核式結構模型
原子核結構示意圖
5、原子核組成
20世紀初，科學家相繼發現原子核可以釋放出質子和中子，原子核是由帶正電質子和不帶電中子組成的。
20世紀60年代，科學家發現質子和中子都是由被稱為“夸克”的更小的粒子組成。
20世紀中葉，人類為了探索微觀世界的奧秘，制造了各種類型的加速器，你能說出又發現了哪些粒子嗎？
直線重離子加速器
發現了μ子、π介子、K介子、Λ超子、Σ超子、 子等
物質世界的大致尺度示意圖
物質的
組成
微觀粒子
走進微觀
分子：能保持物質化學性質不變的最小微粒
物質是由分子或原子組成的
分子分為：單原子分子和多原子分子
湯姆孫發現電子
原子核式結構模型：原子的中心叫原子核，帶正
電，帶負電的電子在不同的軌道上繞著原子核運動
原子核是由帶正電質子和不帶電中子組成的
課堂小結
1.下列各物體的尺度按由小到大的順序排列正確的是( )
C
A.乒乓球、原子、宇宙、太陽系
B.乒乓球、太陽系、宇宙、原子
C.原子、乒乓球、太陽系、宇宙
D.原子、乒乓球、宇宙、太陽系
隨堂練習
2.關于物質的組成，下列說法錯誤的是( )
D
A.原子是由原子核和核外電子組成的
B.物質是由大量分子或原子組成的
C.原子核由質子和中子組成
D.質子帶負電，電子帶正
3.下列粒子中，帶正電的是( )
D
A.原子 B.電子 C.中子 D.質子
4.圖中上層的粒子是由下層的粒子組成的。能正確描述物質結構
的是( )
A
A. B.
C. D.
5.關于微觀粒子，下列說法正確的是( )
B
A.原子結構與西瓜很相似，西瓜籽就如同分布在原子中的電子
B.原子結構與太陽系很相似，電子就像行星繞太陽運動一樣繞原子核運動
C.原子核由質子和中子組成，質子和中子都帶有正電荷
D.只要視力足夠好，人們憑肉眼就能看到電子

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