探索微觀滬粵版物理八年級下冊

第十章

從粒子到宇宙10.1探索微觀滬粵版

八年級下冊1.知道物質(zhì)都是由分子構(gòu)成；2.知道分子是保持物質(zhì)化學性質(zhì)不變的最小微粒；3.了解大多數(shù)分子直徑的數(shù)量級。4.了解原子結(jié)構(gòu)的兩種模型；5.掌握原子的結(jié)構(gòu)；6.知道原子核的結(jié)構(gòu)。

水沖刷石頭時間長了，為什么能使石頭表面變得圓滑？為什么銅像的手被摸多了，會變小變光亮？鐵鏟用久了，為什么會變?。孔哌M花園，為什么很遠就能聞到花香？共同特點：物質(zhì)一點一點地散失反過來，我們可以猜想：物質(zhì)是怎樣組成的？物質(zhì)微粒

這些日常生活現(xiàn)象，也許我們知其然而不知其所以然，它們有什么共同特點？自然界中的物質(zhì)是由什么組成的呢？古代的思想家曾對此作過許多猜想，其中最有影響的是古希臘的哲學家德謨克里特。德謨克里特經(jīng)過長期觀察，不斷地思考：屋檐滴水時間長了，為什么能“水滴石穿”？年代久遠的銅像的手被人摸多了，為什么會變??？鐵鏟用久了，為什么會變?。孔呓▓@，為什么很遠就能聞到花香？德謨克里特一、關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的猜想德謨克里特（古希臘哲學家）猜想：大塊物體是由極小的物質(zhì)粒子組成的。他把這種物質(zhì)微粒叫做“原子”，古希臘語中這個詞的意思是“不可再分割的顆?！薄２孪牖A(chǔ)?觀察現(xiàn)象：屋檐滴水穿石、銅像手部磨損、鐵鏟長期變薄、花園花香擴散。?共性歸納：宏觀物體的變化本質(zhì)是微粒的逐漸離散?（非肉眼可見的整體消失）。?理論假設(shè)?原子概念：提出物質(zhì)由不可分割的微小粒子（“原子”）構(gòu)成。?關(guān)鍵特征：“原子”是離散的、穩(wěn)定的（需長期累積效應才能觀測到變化）。思維路徑：?歸納推理：從多個具體現(xiàn)象（差異場景）中抽象普適規(guī)律，體現(xiàn)科學猜想源于觀察與歸納。?類比思維：用“微粒離散”解釋極緩慢或極微小的變化（如石穿、磨損），為宏觀現(xiàn)象提供微觀解釋框架。?歷史意義：?哲學→科學：首次系統(tǒng)通過自然現(xiàn)象得出結(jié)論，突破古代“元素論”（土、氣、水、火）的局限。?局限性：缺乏實驗驗證；混淆“物理不可分”與“化學不可分”（現(xiàn)代原子可化學分解，但物理結(jié)構(gòu)“可分割”）。信息瀏覽中國古代物質(zhì)結(jié)構(gòu)猜想??“五行說”??（公元前11世紀）：認為自然界由?金、木、水、火、土五種基本物質(zhì)構(gòu)成（圖10-1-1）。強調(diào)物質(zhì)的?宏觀分類與相生相克關(guān)系?（如“水生木”“火克金”）。??《中庸》的原子思想萌芽?（戰(zhàn)國時期）：提出“小，天下莫能破焉”，即存在不可分割的最小物質(zhì)單元（類似“原子”概念）。文化價值：體現(xiàn)中國古代“天人合一”的自然觀，將物質(zhì)屬性與自然現(xiàn)象、社會倫理結(jié)合（如“金”象征剛強，“水”象征柔順）。展現(xiàn)東方哲學對物質(zhì)?整體性、關(guān)聯(lián)性的獨特認知，為現(xiàn)代系統(tǒng)科學提供思想淵源。通過“五行說”與《中庸》引文，展現(xiàn)中國古代對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的哲學探索，凸顯東方思維的整體性與辯證性。繼德謨克里特的猜想之后，化學家從實驗中發(fā)現(xiàn)，自然界中確實存在著保持物質(zhì)化學性質(zhì)不變的最小微粒。

1811年，意大利物理學家阿伏加德羅首先把它命名為分子。

定義：分子是構(gòu)成物質(zhì)且保持其化學性質(zhì)不變的最小微粒。二、物質(zhì)是由分子和原子構(gòu)成物體都是由分子組成的分子很小，要用電子顯微鏡才能觀察到。大多數(shù)分子直徑尺度的數(shù)量級為10-10m(0.1nm)。10-1=0.110-10=0.000000000110-2=0.0110-3=0.00110-9m=1nm10-10m=0.1nmDNA分子結(jié)構(gòu)示意圖放大上億倍的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)模型分子質(zhì)量也很小

如：一個水分子的質(zhì)量為3×10-26kg，你流的一滴汗里，大約有1×1027個水分子，可見分子質(zhì)量之小。分子的基本特性?普遍性：固體、液體、氣體（無論是否有生命）均由分子構(gòu)成（如DNA分子結(jié)構(gòu)模型）。?微觀性：分子極小，普通顯微鏡無法觀察，需借助電子顯微鏡。大多數(shù)分子直徑數(shù)量級為?10-10m?（0.1納米），如水分子的質(zhì)量約為?3×10-26

kg。分子與原子關(guān)系?分子由原子構(gòu)成：?多原子分子?（如水分子H2O、二氧化碳分子CO2）：水分子：1個氧原子+2個氫原子（圖10-1-3a）。二氧化碳分子：1個碳原子+2個氧原子（圖10-1-3b）。?單原子分子：如鐵（Fe）、銅（Cu）、金（Au）、鉑（Pt）等金屬，其分子即為單個原子（圖10-1-4）?？茖W家曾長期認為原子是物質(zhì)的最小單元（“宇宙之磚”），但后續(xù)研究引發(fā)疑問：?原子能否再分？??

19世紀末，科學家用真空管進行放電實驗時，發(fā)現(xiàn)真空管的陰極發(fā)出一種射線。1987年，英國科學家湯姆孫進行實驗研究（陰極射線實驗），確定這種射線是由一種帶負電的微粒構(gòu)成，它們來自原子內(nèi)部。這種微粒叫做電子。（a）陰極射線經(jīng)過熒光屏，形成一條美麗的光帶（b）陰極射線經(jīng)過磁鐵發(fā)生偏轉(zhuǎn)三、把原子切開電子是比分子、原子更小的物質(zhì)微粒。它的質(zhì)量約

9.11×10-31kg，約等于氫原子質(zhì)量的，半徑小于10-16

m。19世紀末，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，并知道電子是原子的組成部分。由于電子是帶負電的，而原子又是中性的，因此推斷出原子中還有帶正電的物質(zhì)。那么這兩種物質(zhì)是怎樣構(gòu)成原子的呢？湯姆孫的原子模型湯姆孫提出了棗糕模型湯姆孫四、原子結(jié)構(gòu)的兩種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(nèi)，而電子都像棗核那樣鑲嵌在原子里面。電子正電荷

這個模型不久就被實驗事實否定了。α粒子散射實驗著名的α粒子散射實驗盧瑟福1909～1911年，英國物理學家盧瑟福和他的助手們進行了α粒子散射實驗根據(jù)湯姆孫模型計算的結(jié)果：電子質(zhì)量很小，對α粒子的運動方向不會發(fā)生明顯影響；由于正電荷均勻分布，α

粒子所受庫侖力也很小，故α粒子偏轉(zhuǎn)角度不會很大。

在原子的中心有一個很小的核，叫作原子核。原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)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(zhuǎn)。原子的核式結(jié)構(gòu)盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)體育場

根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，原子內(nèi)部是十分“空曠”的，舉一個簡單的例子：原子原子核模型局限性：?電子運動修正：后續(xù)實驗表明電子以電子云形式分布，而非固定軌道。?原子核由什么構(gòu)成”的追問？五、原子核的構(gòu)成部分氫原子結(jié)構(gòu)?組成：?原子核：含1個質(zhì)子（帶單位正電荷）；?核外電子：1個電子（帶單位負電荷）。?電荷平衡：質(zhì)子電荷量（+1）與電子電荷量（-1）相等，原子整體顯電中性。質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)與定義?定義：具有單位正電荷量的氫原子核叫做質(zhì)子?（proton）。?普遍性：質(zhì)子不僅是氫原子的核，也是所有其他原子核的構(gòu)成部分。中子的發(fā)現(xiàn)與特性?查德威克實驗?（1932年）：發(fā)現(xiàn)原子核中存在不帶電粒子，質(zhì)量與質(zhì)子相近，命名為中子?（neutron）。?核子概念：質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子?（nucleon）；核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)不同元素原子核的質(zhì)子數(shù)與核子數(shù)一般不同

（如氫核子數(shù)=1，鈾-238核子數(shù)=238）。原子結(jié)構(gòu)構(gòu)成?原子核：由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子構(gòu)成。質(zhì)子和中子的質(zhì)量差不多。?核外電子：帶負電，繞原子核高速運動。?電荷平衡：原子整體顯電中性（質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)相等）。原子與原子核的尺寸對比原子直徑：約10-10m（0.1納米）。?原子核直徑：僅10-15~10-14m（為原子直徑的十萬分之一到萬分之一）。?直觀比喻：若原子如籃球大小，原子核僅如一粒細沙。粒子性質(zhì)總結(jié)粒子?電荷性質(zhì)?位置?顏色標注?（圖中）質(zhì)子+1（單位正電荷）原子核內(nèi)粉色中子0（不帶電）原子核內(nèi)棕黃色電子-1（單位負電荷）核外空間紅色原子核整體顯正電（質(zhì)子）原子中心藍色四、原子的結(jié)構(gòu)想一想氫、氦、鋰原子核結(jié)構(gòu)與電子排布原子類型?原子核組成?核外電子數(shù)?中子重要性說明氫原子（a）1質(zhì)子，0中子1中子缺失，僅質(zhì)子穩(wěn)定核電荷（最簡單的原子核）。氦原子（b）2質(zhì)子，2中子2中子平衡質(zhì)子間靜電斥力，維持核穩(wěn)定（α粒子原型）。鋰原子（c）3質(zhì)子，4中子3中子數(shù)多于質(zhì)子，防止核分裂（體現(xiàn)中子對核穩(wěn)定性的關(guān)鍵作用）。原子原子核質(zhì)子分子10-10~10-7m10-10m10-15~10-14m10-15m夸克＜10-17m微觀世界的尺度?微觀粒子的層級結(jié)構(gòu)?構(gòu)成關(guān)系：分子（10-10m~10-7）→原子（10-10m）→原子核（10-15m~10-14m）→質(zhì)子/中子（10-15m）→?夸克?（<10

-17m）。?夸克的地位：質(zhì)子和中子由夸克構(gòu)成，是當前已知的物質(zhì)基本單元之一。我們應該由一些物理現(xiàn)象作出大膽猜想保持物質(zhì)性質(zhì)（化學性質(zhì)）不變的最小微粒叫分子物質(zhì)都是由分子（或原子）構(gòu)成的分子直徑尺度很小，其數(shù)量級為10-10m(0.1nm)原子的結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)兩種模型核內(nèi)電子湯姆孫原子模型（不成立）盧瑟福原子模型（成立）

原子核質(zhì)子中子

--夸克--夸克分子可再分原子1.（1）公元前11世紀我國五行說認為自然界是由___________________五種基本物質(zhì)組成的。（2）古希臘哲學家______________把組成物質(zhì)的微粒叫________,意思是______________。（3）1811年，意大利化學家____________把保持物質(zhì)化學性質(zhì)不變

的最小微粒叫________。金、木、水、火、土德謨克里特原子不可再分割阿伏加德羅分子2.（1）我們周圍的空氣、鮮花、樹木、動物、水和石頭等都是

。（2）我們周圍的一切物質(zhì)都是由

或

組成的。（3）19世紀初英國科學家道爾頓證明了________的存在；1897

年英國物理學家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了__________；1911年盧瑟福

在進行α離子散射實驗后，提出了______________模型。物質(zhì)分子原子原子電子原子的核式結(jié)構(gòu)（4）原子是由_________和________組成，原子核是由______和_____組成，其中______帶正電，______不帶電。原子核電子質(zhì)子中子質(zhì)子中子4.通常情況下，原子是顯中性的，這是因為（）A．組成原子的所有微粒都不帶電B．原子核帶電C．中子不帶電D．原子核內(nèi)質(zhì)子所帶的正電荷數(shù)與核外所有電子所帶的負電荷數(shù)相等

3.下列選項中，由同種分子或原子組成的是（）A.黃金、空氣、水B.黃金、鐵、銅C.水、酒精、油D.冰、水、水蒸氣DDD5.為了揭示微觀世界的奧秘，無數(shù)科學家不懈地探索。下列說法錯誤的是（）A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，表明原子不是物質(zhì)的不可再分的最小單元B．盧瑟福提出了原子結(jié)構(gòu)的行星模型，帶負電的電子繞帶正電的原子核高速運動C．科學家發(fā)現(xiàn)原子核由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子構(gòu)成D．夸克是組成物質(zhì)世界的最小微粒，不可再分

6.下列說法正確的是（

）A．空氣中細小的灰塵就是分子B．大霧中，我們看到空氣中極小的水珠就是一個個水分子C．把一塊銅塊銼成極細的銅屑就是銅分子D．由于分子非常小，人們無法直接用肉眼進行觀察DB7.我們生活在一個多姿多彩的物質(zhì)世界里，所有的物質(zhì)都在不停的運動和發(fā)展中。以下與物質(zhì)有關(guān)的說法中正確的是（）A．物質(zhì)是由分子組成的，分子不能再分割B．分子是由原子