第三单元跨学科实践活动2制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程---2024-2025学年九年级化学人教版（2024）上册

跨学科实践活动2 制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程 学习目标 1 通过制作模型和展示科学家的探究历程，对微观粒 子结构有深刻的感性认识,建立微观思维。 2 进一步认识物质是由微观粒子构成的，进一步体会用元素和分子、原子观点认识物质组成与结构的思路和方法，建立认识物质的宏观视角和微观视角之间的联系。 任务一：探究构成物质的微观粒子 1 列举生活中你熟悉的物质并指出构成这些物质的微观粒子。 2 归纳物理、化学等课程对微观粒子运动特点的描述及相关 实验的原理，讨论不同学科探究思路和方法的区别与联系。 3 查阅资料，了解微观粒子基础研究领域的新技术和新方法。 微观粒子基础研究领域的新技术和新方法不断涌现，为科学家们提供了更强大的研究工具和方法，使我们能够更深入地探索和理解微观世界的奥秘。未来，随着科技的不断发展，这些新技术和新方法将在更多领域得到应用和推广。 物理学 布朗运动实验： 观察悬浮在液体或气体中的微小颗粒的无规则运动（布朗运动），可以间接反映液体或气体分子的热运动状态。这是分子运动理论的一个重要实验基础。 α粒子散射实验： 实验的目的是想证实汤姆孙原子模型的正确性， 实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。 在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。 电子衍射实验： 通过电子束照射晶体，观察其衍射图样，可以验证电子的波动性。这是德布罗意波理论的一个重要实验证据。这说明微观粒子既具有粒子的性质（如位置、动量），又表现出波动性（如衍射、干涉）。 在物理学中，特别是量子力学和统计物理学的领域，对微观粒子（如电子、原子、分子等）的运动特点有深入的描述。 化学 物理和化学课程对微观粒子运动特点的描述及相关实验原理涉及了粒子性与波动性、不确定性原理、统计规律以及分子运动论等多个方面。这些理论和实验原理为我们深入理解物质的微观世界提供了重要的基础。 在化学中，虽然对微观粒子的运动特点描述不如物理学那样深入和具体，但也涉及到一些基本的概念和原理。 化学反应中的微观过程：化学反应实际上是原子等微观粒子之间重新组合的过程。这些过程遵循一定的化学规律和能量转化原理，如化学键的断裂与形成、能量的吸收与释放等。 分子运动论：认为物质是由大量分子构成的，分子在不停地做无规则的热运动。这种运动导致了物质的温度、压力、扩散等现象。 新技术 1. 粒子加速器技术 粒子加速器是一种能够加速带电粒子到非常高能量的装置，通过使粒子在电场中获得能量并在磁场中改变方向，最终实现粒子速度的大幅提升。高能粒子在加速器中碰撞产生的数据对于研究物质的组成和性质至关重要。 3. 量子探针技术 量子探针技术利用量子力学的原理，通过设计特殊的探针结构，实现对微观粒子特性的高精度探测。能够实现对微观粒子性质的深入理解和控制。 4. 计算与模拟技术 随着计算机科学和数值方法的发展，计算与模拟技术在微观粒子研究中发挥着越来越重要的作用。应用实例：科学家们利用高性能计算和先进的数值模拟方法，模拟和预测微观粒子的行为和相互作用，从而验证和限制物理模型和理论的参数，揭示微小的物理效应。 2.正负电子对撞机是一个使正负电子产生对撞的设备，它将各种粒子（如质子、电子等）加速到极高的能量，然后使粒子轰击一固定靶。通过研究高能粒子与靶中粒子碰撞时产生的各种反应研究其反应的性质，发现新粒子、新现象。 多学科合作 合作模式：微观粒子研究往往涉及多个学科领域的交叉合作， 如物理学、化学、生物学、计算机科学等。 合作优势：通过综合不同领域的观测和理论研究结果，可以获得更全面 和深入的认识，推动科学研究的整体进步。 新方法 任务二：认识模型在探索物质组成与结构中的作用 模型在学习物质组成和结构中的作用主要体现在以下几个方面‌： 帮助理解抽象概念‌：模型可以将抽象的概念具体化，例如，‌化学中的电子云模型帮助理解共价键。 ‌促进知识直观化‌：通过模型，学生可以直观地看到物质的组成和结构，例如通过生物实物模型学习 细胞的结构、物理模型可以将复杂的物理过程简化，帮助学生理解。 ‌提高解决问题的能力‌：模型不仅帮助学生学习知识，还提高了他们解决实际问题的能力，例如，通 过数学模型分析数据，解决化学实验中的问题。 1.观察下图,体会模型的重要作用 2.用概念图、简图等方式概括元素、分子、原子（包括原子核、核外电子等）与物质的层次关系，并和大家分享。 构成 转 化 3.了解科学家认识原子的历程，对你有何启示？ ①原子质量几乎全部集中在直径很小的带正电的原子核上； ②原子内部大部分体积是空的； ③带负电的电子随意的绕带正电荷的原子核运动； ①原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上，绕原子核运动； ②在不同轨道上的运动的电子具有不同的能量； ③当电子从一个轨道跃迁到另个轨道时，才会辐射或吸收能量。 ①原子可以分为带负电的电子和带正电荷的物质； ②原子是个平均分布正电荷的球体，带负电的电子相嵌在其中； ③电子是静止不动的。 现代电子云原子模型指出，电子绕原子核运动形成一个带负电的云团 ①原子是不可再分的粒子； ②原子是个实心小球； ③同种元素的原子的各种性质和质量都相等。 原子结构发展历程 1 2 3 4 5 榜样 4.通过制作模型，你能体会到实验、推理和假说等科学方法在探索原子结构中的作用如何？ 任务三：以水为例梳理物质组成与结构的认识思路 1.了解科学家发现水的组成的历程，尝试用角色扮演、图示等方式展示。 古人认为，水是一种元素，不可再分。 英国的科学家卡文迪许和普利斯特里，同时研究一种“可燃空气”。这种气体密度只有空气的1/11. 在某次爆炸表演结束后，他发现玻璃容器的内壁有白雾。随后通过多次反复实验，确认这雾就是水。 卡文迪许发现“可燃空气”在纯氧中可以安静燃烧，发出蓝色火焰。他还发现1体积氧气和2体积“可燃空气”恰完全反应，生成物只有水。但卡文迪许未能突破传统观念的来缚，错误地用两种气体里都含有水这种“元素"，来解释所观察到的实验现象。 法国科学家拉瓦锡通过实验验证空气不是一种元素，空气是一种混合物，其中氧气约占1/5。 拉瓦锡将水蒸气通过1000多摄氏度高温金属铁管，获得了“可燃空气”和黑色固体。这个变化可以表示为: 铁＋水--黑色固体＋可燃空气”。 由此他认为水不是一种元素，而是由“可燃空气”和氧结合形成的化合物 1787年，拉瓦锡命名这种“可燃空气”为“氢气，正式提出“氢”是一种元素。 1800年英田科学家尼克尔森和卡里斯特尔用“伏打电池”在常温下进行了水的电解实验获得成功，进一步证明了拉瓦锡的结论。 2.了解分子观点的形成过程及其在近代科学发展中的重要作用。制作的原子、分子模型，展示并评价氢气与氧气反应生成水的典型观点（或其它化学反应）。 根据本次活动谈谈你的感想和收获 课堂小结 实验是探索原子结构的重要手段。例如，英国物理学家‌汤姆逊通过实验，发现了‌电子，这是人类对原子结构了解的一个重要里程碑。 推理在探索原子结构中起到了关键作用。科学家们通过推理，提出了原子的‌内部结构模型，如‌西瓜模型或‌枣糕模型，这些模型虽然不完美，但为后续的科学研究提供了重要的线索和方向。 假说在科学研究中起到了桥梁的作用。科学家们通过提出假说，再通过实验和推理来验证或修正这些假说。例如，汤姆逊提出电子是原子的组成部分，这一假说后来被实验证实，推动了‌原子结构理论的发展。 Lavf57.62.100 Lavf54.6.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 $$