10.1 探索微观-2024-2025学年沪粤版物理八年级下册

第十章 从粒子到宇宙 10.1 探索微观 沪粤版 八年级下册 1.知道物质都是由分子构成； 2.知道分子是保持物质化学性质不变的最小微粒； 3.了解大多数分子直径的数量级。 4.了解原子结构的两种模型； 5.掌握原子的结构； 6.知道原子核的结构。 学习目标 水冲刷石头时间长了，为什么能使石头表面变得圆滑？ 学习导入 为什么铜像的手被摸多了，会变小变光亮？ 铁铲用久了，为什么会变薄？ 走进花园，为什么很远就能闻到花香？ 共同特点：物质一点一点地散失 反过来，我们可以猜想： 物质是怎样组成的？ 物质 微粒 这些日常生活现象，也许我们知其然而不知其所以然，它们有什么共同特点？ 自然界中的物质是由什么组成的呢？古代的思想家曾对此作过许多猜想，其中最有影响的是古希腊的哲学家德谟克里特。德谟克里特经过长期观察，不断地思考： 屋檐滴水时间长了，为什么能“水滴石穿”？ 年代久远的铜像的手被人摸多了，为什么会变小？ 铁铲用久了，为什么会变薄？ 走近花园，为什么很远就能闻到花香？ 德谟克里特 一、关于物质结构的猜想 德谟克里特（古希腊哲学家） 猜想： 大块物体是由极小的物质粒子组成的。 他把这种物质微粒叫做“原子”， 古希腊语中这个词的意思是“不可再分割的颗粒”。 课程讲授 猜想基础 ​观察现象：屋檐滴水穿石、铜像手部磨损、铁铲长期变薄、花园花香扩散。 ​共性归纳：宏观物体的变化本质是微粒的逐渐离散​（非肉眼可见的整体消失）。 ​理论假设 ​原子概念：提出物质由不可分割的微小粒子（“原子”）构成。 ​关键特征：“原子”是离散的、稳定的（需长期累积效应才能观测到变化）。 思维路径： ​归纳推理：从多个具体现象（差异场景）中抽象普适规律，体现科学猜想源于观察与归纳。 ​类比思维：用“微粒离散”解释极缓慢或极微小的变化（如石穿、磨损），为宏观现象提供微观解释框架。 ​历史意义： ​哲学→科学：首次系统通过自然现象得出结论，突破古代“元素论”（土、气、水、火）的局限。 ​局限性：缺乏实验验证；混淆“物理不可分”与“化学不可分”（现代原子可化学分解，但物理结构“可分割”）。 信息浏览 中国古代物质结构猜想 ​​“五行说”​​（公元前11世纪）： 认为自然界由 ​金、木、水、火、土 五种基本物质构成（图10-1-1）。 强调物质的 ​宏观分类与相生相克关系​（如“水生木”“火克金”）。 ​​《中庸》的原子思想萌芽​（战国时期）： 提出“小，天下莫能破焉”，即存在不可分割的最小物质单元（类似“原子”概念）。 文化价值： 体现中国古代“天人合一”的自然观，将物质属性与自然现象、社会伦理结合（如“金”象征刚强，“水”象征柔顺）。 展现东方哲学对物质 ​整体性、关联性 的独特认知，为现代系统科学提供思想渊源。 通过“五行说”与《中庸》引文，展现中国古代对物质结构的哲学探索，凸显东方思维的整体性与辩证性。 　 继德谟克里特的猜想之后，化学家从实验中发现，自然界中确实存在着保持物质化学性质不变的最小微粒。 1811年，意大利物理学家阿伏加德罗首先把它命名为分子。 定义：分子是构成物质且保持其化学性质不变的最小微粒。 二、物质是由分子和原子构成 物体都是由分子组成的 分子很小，要用电子显微镜才能观察到。 大多数分子直径尺度的数量级为10-10 m (0.1 nm)。 10-1=0.1 10-10=0.0 000 000 001 10-2=0.01 10-3=0.001 10-9 m=1 nm 10-10 m=0.1 nm DNA分子结构示意图 放大上亿倍的蛋白质分子结构模型 分子质量也很小 如：一个水分子的质量为3×10-26 kg，你流的一滴汗里，大约有1×1027个水分子，可见分子质量之小。 分子的基本特性 ​普遍性：固体、液体、气体（无论是否有生命）均由分子构成（如DNA分子结构模型）。 ​微观性： 分子极小，普通显微镜无法观察，需借助电子显微镜。 大多数分子直径数量级为 ​10-10 m​（0.1纳米），如水分子的质量约为 ​3×10-26 kg。 分子与原子关系 ​分子由原子构成： ​多原子分子​（如水分子H2O、二氧化碳分子CO2）： 水分子：1个氧原子 + 2个氢原子（图10-1-3a）。 二氧化碳分子：1个碳原子 + 2个氧原子（图10-1-3b）。 ​单原子分子：如铁（Fe）、铜（Cu）、金（Au）、铂（Pt）等金属，其分子即为单个原子（图10-1-4）。 科学家曾长期认为原子是物质的最小单元（“宇宙之砖”）， 但后续研究引发疑问：​原子能否再分？ ​​ 19世纪末，科学家用真空管进行放电实验时，发现真空管的阴极发出一种射线。1987年，英国科学家汤姆孙进行实验研究（阴极射线实验），确定这种射线是由一种带负电的微粒构成，它们来自原子内部。这种微粒叫做电子。 （a）阴极射线经过荧光屏，形成 一条美丽的光带 （b）阴极射线经过磁铁发生偏转 三、把原子切开 电子是比分子、原子更小的物质微粒。 它的质量约 9.11×10-31 kg， 约等于氢原子质量的 ，半径小于10-16 m。 19世纪末，汤姆孙发现了电子，并知道电子是原子的组成部分。由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质。 那么这两种物质是怎样构成原子的呢？ 汤姆孙的原子模型 汤姆孙提出 了枣糕模型 汤姆孙 四、原子结构的两种模型 在汤姆孙的原子模型中，原子是一个球体；正电核均匀分布在整个球内，而电子都像枣核那样镶嵌在原子里面。 电子 正电荷 这个模型不久就被实验事实否定了。 α粒子散射实验 著名的α粒子散射实验 卢瑟福 1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了α粒子散射实验 根据汤姆孙模型计算的结果：电子质量很小，对α粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，α 粒子所受库仑力也很小，故α 粒子偏转角度不会很大。 在原子的中心有一个很小的核，叫作原子核。原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。带负电的电子在核外空间绕着核旋转。 原子的核式结构 卢瑟福提出的原子核式结构 体育场 根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空旷”的，举一个简单的例子： 原子 原子核 原子如果相当于直径约为百米的体育场大小；则原子核的直径相当于毫米大小的露珠； 模型局限性： ​电子运动修正：后续实验表明电子以电子云形式分布，而非固定轨道。 ​ 原子核由什么构成”的追问？ 五、原子核的构成部分 氢原子结构 ​组成： ​原子核：含1个质子（带单位正电荷）； ​核外电子：1个电子（带单位负电荷）。 ​电荷平衡：质子电荷量（+1）与电子电荷量（-1）相等，原子整体显电中性。 质子的发现与定义 ​定义：具有单位正电荷量的氢原子核叫做质子​（proton）。 ​普遍性：质子不仅是氢原子的核， 也是所有其他原子核的构成部分。 中子的发现与特性 ​查德威克实验​（1932年）：发现原子核中存在不带电粒子，质量与质子相近，命名为中子​（neutron）。 ​核子概念：质子和中子统称为核子​（nucleon）； 核子数 = 质子数 + 中子数 不同元素原子核的质子数与核子数一般不同 （如氢核子数=1，铀-238核子数=238）。 原子结构构成 ​原子核：由带正电的质子和不带电的 中子构成。质子和中子的质量差不多。 ​核外电子：带负电，绕原子核高速运动。 ​电荷平衡：原子整体显电中性（质子数与电子数相等）。 原子与原子核的尺寸对比 原子直径：约 10-10m（0.1纳米）。 ​原子核直径：仅 10-15~10-14m（为原子直径的十万分之一到万分之一）。 ​直观比喻：若原子如篮球大小，原子核仅如一粒细沙。 粒子性质总结 粒子 ​电荷性质 ​位置 ​颜色标注​（图中） 质子 +1（单位正电荷） 原子核内 粉色 中子 0（不带电） 原子核内 棕黄色 电子 -1（单位负电荷） 核外空间 红色 原子核 整体显正电（质子） 原子中心 蓝色 四、原子的结构 想一想 氢、氦、锂原子核结构与电子排布 原子类型 ​原子核组成 ​核外电子数 ​中子重要性说明 氢原子（a） 1质子，0中子 1 中子缺失，仅质子稳定核电荷（最简单的原子核）。 氦原子（b） 2质子，2中子 2 中子平衡质子间静电斥力，维持核稳定（α粒子原型）。 锂原子（c） 3质子，4中子 3 中子数多于质子，防止核分裂（体现中子对核稳定性的关键作用）。 原子 原子核 质子 分子 10-10~ 10-7 m 10-10 m 10-15 ~10-14 m 10-15 m 夸克 ＜10-17 m 微观世界的尺度 ​微观粒子的层级结构 ​构成关系： 分子（10-10m~10-7） → 原子（10-10m） → 原子核（10-15m~10-14m） → 质子/中子（10-15 m） → ​夸克​（<10 -17m）。 ​夸克的地位：质子和中子由夸克构成， 是当前已知的物质基本单元之一。 我们应该由一些物理现象作出大胆猜想 保持物质性质（化学性质）不变的最小微粒叫分子 物质都是由分子（或原子）构成的 分子直径尺度很小，其数量级为10-10 m(0.1 nm) 原子的结构 原子结构两种模型 核内电子 汤姆孙原子模型 （不成立） 卢瑟福原子模型（成立） 原子核 质子 中子 -- 夸克 -- 夸克 分子 可再分 原子 课堂小结 1.（1）公元前11世纪我国五行说认为自然界是由___________________ 五种基本物质组成的。 （2）古希腊哲学家______________ 把组成物质的微粒叫________, 意思是______________ 。 （3）1811年，意大利化学家____________把保持物质化学性质不变 的最小微粒叫________ 。 金、木、水、火、土 德谟克里特 原子 不可再分割 阿伏加德罗 分子 课堂练习 2.（1）我们周围的空气、鲜花、树木、动物、水和石头等都 是 。 （2）我们周围的一切物质都是由 或 组成的。 （3）19世纪初英国科学家道尔顿证明了________的存在；1897 年英国物理学家汤姆孙发现了__________；1911年卢瑟福 在进行α离子散射实验后，提出了______________模型。 物质 分子 原子 原子 电子 原子的核式结构 （4）原子是由_________和________组成，原子核是由 ______和_____组成，其中______带正电，______不带电。 原子核 电子 质子 中子 质子 中子 4.通常情况下，原子是显中性的，这是因为（　　） A．组成原子的所有微粒都不带电 B．原子核带电 C．中子不带电 D．原子核内质子所带的正电荷数与核外所有电子所带的负电荷数相等 3.下列选项中，由同种分子或原子组成的是（ ） A.黄金、空气、水 B.黄金、铁、铜 C.水、酒精、油 D.冰、水、水蒸气 D D D 5.为了揭示微观世界的奥秘，无数科学家不懈地探索。下列说法错误的是（　　） A．汤姆孙发现了电子，表明原子不是物质的不可再分的最小单元 B．卢瑟福提出了原子结构的行星模型，带负电的电子绕带正电的原子核高速运动 C．科学家发现原子核由带正电的质子和不带电的中子构成 D．夸克是组成物质世界的最小微粒，不可再分 6.下列说法正确的是（ ） A．空气中细小的灰尘就是分子 B．大雾中，我们看到空气中极小的水珠就是一个个水分子 C．把一块铜块锉成极细的铜屑就是铜分子 D．由于分子非常小，人们无法直接用肉眼进行观察 D B 7.我们生活在一个多姿多彩的物质世界里，所有的物质都在不停的运动和发展中。以下与物质有关的说法中正确的是（　　） A．物质是由分子组成的，分子不能再分割 B．分子是由原子构成的，各种原子都有相似的结构 C．纳米科学技术研究的对象是比原子更小的微粒 D．物质的不同状态表现出不同的性质是由分子的排列决定的，与分子力无关 8.下列说法中错误的是（ ） A.中性原子的质子数一定等于核外电子数 B.原子的质子数一定等于中子数 C.中性原子的原子核内的正电荷总数一定等于核外所有 电子所带的负电荷总数 D.任何物体内部都存在大量的正负电荷 9.一个碳原子中有6个电子，碳原子的质量是氢原子质量 的12倍，所以1个碳原子中有___个质子，___个中子。 B 6 6 $$