第二节 探索微观世界的历程（表格式教学设计）物理新教材北师大版九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦“探索微观世界的历程”，核心围绕物质微观结构层次（分子、原子、原子核、夸克等）及原子结构发现历程展开。通过中国“一尺之棰”与古希腊德谟克利特原子论的古代思想导入，承接宏观宇宙学习，构建“古代猜想→近代科学奠基→原子结构发现→基本粒子探索→纳米技术应用”的逻辑脉络，帮助学生建立“物质可分”的物理观念。 资料特色鲜明，以史料分析与实验探究为双主线，融合微观粒子结构示意图、α粒子散射实验示意图、纳米技术应用视频等直观素材。通过α粒子散射实验推理过程培养科学思维，借助原子核式结构模型建构深化科学探究，结合纳米材料应用案例渗透科学态度与责任。既助力学生突破微观尺度感知难点，提升抽象思维能力，也为教师提供丰富教学支架，高效落实核心素养培养。

第二节 探索微观世界的历程（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第二节 探索微观世界的历程 教学目标 物理观念 了解物质的微观结构（分子、原子、原子核、夸克等），建立 “物质可分” 的认知 科学思维 通过史料分析，理解 “猜想→实验→修正” 的科学探究逻辑 科学探究 体验 “α 粒子散射实验” 的推理过程，学习模型建构的方法 科学态度 与责任 感受科学家的探索精神，认识微观研究对科技发展的意义 教材分析 本节《探索微观世界的历程》是北师大版九年级全一册第十六章的第二节内容，承接宏观宇宙的学习，转向微观世界的探索，遵循 “古代思想萌芽→近代科学奠基→原子结构发现→基本粒子探索→纳米技术应用” 的逻辑线索展开。首先通过中外古代对物质结构的猜想引入，逐步通过实验证据揭示原子的可分性及内部结构，进而深入到基本粒子和夸克模型，最后联系纳米技术的实际应用，实现从理论到实践的延伸。本节重点培养学生的微观空间想象能力和科学探究素养，是引导学生建立 “宏观 微观” 双向认知的关键章节。 学情分析 九年级学生已具备基础的物质构成常识（如物质由分子、原子构成），通过化学学科学习对原子有初步了解，但对原子的内部结构、更小的微观粒子及尺度关系缺乏系统认知。学生抽象思维处于发展阶段，对于 “α 粒子散射实验” 的推理过程、微观粒子的尺度感知等抽象内容理解存在困难。同时，学生对微观世界的奥秘和前沿科技（如纳米技术）抱有浓厚兴趣，可借助实验示意图、案例分析、习题巩固等直观手段，结合学生的兴趣点突破认知难点。 教学重点 物质的微观结构层次；原子结构的发现历程 教学难点 α 粒子散射实验的推理过程；微观粒子的尺度感知 教学准备 微观粒子结构示意图（原子、原子核、质子、中子、夸克等）、α 粒子散射实验示意图、阴极射线实验示意图、纳米技术应用图片及视频、PPT 课件中的典例习题及课后作业素材 教学过程 导入新课 展示我国古代 “一尺之棰，日取其半，万世不竭” 的记载和古希腊德谟克利特 “原子论” 的相关资料，提问：“古人认为物质可以无限分割，而德谟克利特提出原子是不可再分的最小单位，你认为物质能无限分割吗？是否存在组成物质的最小单元？” 【设计意图】通过中外古代对物质结构的不同猜想，引发学生思考，自然引入 “探索微观世界的历程” 这一核心主题，激发学生的探究兴趣。 学习新课 一、原子论：从思维的火花走向科学 【核心概念讲解】 1. 古代思想猜想 中国古代：“无中生有” 思想认为物质由 “无” 产生，可无限分割；战国时期《庄子・天下篇》提出 “一尺之棰，日取其半，万世不竭”，体现物质无限可分的思想。 古希腊：德谟克利特提出 “原子论”，认为物质由 “原子” 构成，原子是不可再分的最小单位。 2. 近代科学奠基 17-18 世纪实验证据：多数物质可通过化学反应合成（化合物），少数物质（元素）不能由其他物质合成，证明原子是元素保持化学性质的最小单元。 道尔顿的贡献：通过实验进一步确认原子的存在，为原子论奠定科学基础，但此时认为原子不可再分。 学习新课 二、原子的组成：揭开原子的“面纱” 【核心概念讲解】 1. 电子的发现 —— 阴极射线实验 实验装置：放电管（气体稀薄） 实验现象：阴极发出射线，射线在电场中偏转，偏转方向与带负电的粒子相同 汤姆孙的研究结论：阴极射线是带负电的电子流，说明原子并不是不可再分的最小单元，原子内部包含电子 2. 原子的核式结构 ——α 粒子散射实验 实验装置：放射源→金箔→荧光屏 实验现象：多数 α 粒子直接穿过金箔，少数 α 粒子发生偏转，极少数反弹 卢瑟福的推理结论：原子中心有体积小、质量大的 “原子核”（带正电），电子绕核运动 3. 原子核的组成 质子的发现：卢瑟福用 α 粒子轰击氮核，发现带正电的粒子（质子） 中子的发现：查德威克发现原子核内不带电的粒子（中子） 结论：原子核由质子和中子构成。 【典例1】如图是氢原子的结构示意图，则该氢原子（　　） A．核外有1个正电荷 B．原子核不带电 C．整体不显电性 D．整体有2个电子 【答案】C 【详解】由氢原子的结构示意图可知，原子核内有1个质子带正电，核外有1个电子带负电，原子中质子数等于电子数，正负电荷数量相等，所以整个原子不显电性。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 【典例2】如图是某同学在学习物质结构层次后，画出的氮气由多种粒子构成的层级示意图，原子由粒子a、b构成，粒子a由粒子c和中子构成，下列选项中说法正确的是（　　） A．a粒子通常不显电性 B．a粒子是原子核 C．b粒子是质子 D．c粒子带负电 【答案】B 【详解】AB．原子由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子构成。故粒子a是原子核，原子核由带正电的质子和不带电的中子构成，所以原子核带正电，故A错误，B正确； CD．原子由粒子a和粒子b构成，而粒子a又由粒子c和中子构成。由此可以推断：粒子b是核外电子（简称电子）；粒子c是质子，质子带正电，故CD错误。 故选B。 学习新课 三、基本粒子：探索未有穷期 【核心概念讲解】 1. “基本粒子” 家族的扩展 正电子的发现：安德森发现正电子（电子的反粒子） 更多粒子：μ 子、π 介子、K 介子、超子等 反物质特性：正、负电子对在适当条件下可以成对地产生或湮灭，说明物质的各种形态可以相互转变 2. 宇称不守恒定律：1956 年李政道和杨振宁提出，后被吴健雄用实验证明 3. 夸克模型 盖尔曼的猜想：质子、中子、介子、超子等都由三种基础粒子组成，即上夸克、下夸克和奇异夸克 夸克种类：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克 核心结论：夸克是目前已知的最小粒子之一，人们认知的构成物质的最小、最基本的单元称为基本粒子。 学习新课 四、纳米技术：从幻想到现实 【核心概念讲解】 1.微观粒子与纳米尺度 粒子定义：原子、原子核及更小的粒子统称为微观粒子，简称粒子，尺度都小于 10⁻⁹m 纳米定义：10⁻⁹m 是一个长度单位，称为纳米 2.纳米技术的突破与应用 扫描隧道显微镜：提供了观察原子的 “纳米眼” 和操纵原子的 “纳米手”，1993 年中国操纵原子成功写出 “中国” 字样 纳米材料特点：具有特殊的物理、化学性质（如纳米铜的超延展性） 应用举例：纳米机器人、纳米防水涂层、纳米技术制造分子开关和导线等 【典例3】我国古代典籍《庄子·天下篇》中曾记载：一尺之棰，日取其半，万世不竭。这体现出我国古代人民对物质无限可分思想的认识。随着科学家对物质世界微观领域的不断探索，发现了越来越多的微观粒子。构成物质的下列微观粒子中，尺度最小的是（　　） A．分子 B．质子 C．夸克 D．原子核 【答案】C 【详解】物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子是由原子核和核外电子组成的，原子核是由质子和中子组成的，而质子和中子是由更小的微粒夸克组成的。因此，分子、质子、夸克、原子核中，尺度最小的是夸克，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【典例4】纳米机器人可进入血管精准清除血栓，它的研制属于“分子纳米技术”的范畴。把纳米机器人和下列微观粒子一起按照空间尺度由小到大排序，其中正确的是（　　） A．纳米机器人 夸克 原子核 质子 B．夸克 质子 原子核 纳米机器人 C．夸克 原子核 质子 纳米机器人 D．夸克 质子 纳米机器人 原子核 【答案】B 【详解】物质是由原子或分子组成；原子是由位于中心的原子核和核外电子组成的；原子核由质子和中子构成；质子和中子又是由更小的微粒—夸克组成。按照从小到大的顺序排列为：夸克、质子、原子核、纳米机器人，故B正确，ACD错误。 故选B。 课 堂 练 习 1．原子的中心是原子核，周围有电子绕核运动。如图所示是铍原子（元素符号为Be）的结构示意图。分析正确的是（　　） A．原子核由中子和电子组成 B．电子带负电，中子带正电，质子不带电 C．电子绕核运动，原子核与电子互相吸引 D．原子核所带的正电荷与核外电子所带的负电荷在数量上不相等 【答案】C 【详解】A．原子核是由质子和中子组成的，电子在原子核外绕核运动。故A错误； B．在原子中，质子带正电，电子带负电，中子不带电。故B错误； C．原子核因含有质子而带正电，电子带负电。根据电荷间的相互作用规律：异种电荷相互吸引，所以原子核与电子之间存在相互吸引的力，这个力使电子能围绕原子核运动。故C正确； D．原子在正常情况下是电中性的，原子核所带的正电荷量与核外电子所带的负电荷量在数值上是相等的。故D错误。 故选C。 2．在图示的原子结构图中，a是（　　） A．分子 B．质子 C．中子 D．电子 【答案】D 【详解】原子由位于中心的原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子构成。质子带正电，中子不带电，核外电子带负电，在原子结构图中，a上标有“－”，带负电，是电子。故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 3．关于小粒子与大宇宙，下列说法正确的是（　　） A．电子的发现说明原子并不是最小的微粒，还可以再分 B．用光年表示宇宙时间，用纳米量度分子大小 C．宇宙是一个有层次的系统，太阳是宇宙的中心 D．银河系、地球、质子、原子核、分子是按照尺度由大到小的顺序排列的 【答案】A 【详解】A．电子的发现说明原子并不是最小的微粒，原子的内部还有一定的结构，还可以再分，故A正确； B．光年、纳米都是长度单位，光年是很大的长度单位，一般用于天文学中，常用来表示宇宙中各星体之间的距离；纳米是极小的长度单位，常用来量度分子大小，故B错误； C．宇宙是一个有层次的系统，太阳是太阳系的中心，不是宇宙的中心，故C错误； D．按照尺度比较，银河系、地球、质子、原子核、分子，其中银河系是最大的，质子是最小的，所以这种由大到小的顺序排列是不正确的，故D错误。 故选A。 4．100多年来，科学家们一直在不断地探究微小粒子的结构与性质，已经取得了辉煌的成果．1897年，汤姆生发现了电子；1919年，卢瑟福用α粒子从氮原子核中打出了质子；1932年，查德威克发现了中子；1961年，盖尔曼提出了夸克的设想．现在，在加速器的帮助下，科学家已经发现了更多的微观粒子，加速器是能够使带电粒子增加速度（或动能）的装置．到目前为止，已经有几十项与粒子物理研究有关的成果获得了诺贝尔物理学奖，人类对于微观世界的探索还将进一步深入。 (1)在以上粒子的发现过程中， 的发现使人们认识到原子是可分的； (2)在人类发现的微小粒子中，电子带 电，质子带 电，中子 ； (3)在电子、中子、质子中，不能在加速器中得到加速的是 。 【答案】(1)电子；(2)负；正；不带电；(3)中子 【详解】（1）在汤姆生发现电子之前，人们认为原子是不可再分的实心球体。电子的发现，打破了这一观念，使人们认识到原子是可分的，原子是由更小的微粒组成的。 （2）[1][2][3]在微观粒子中，电子是带负电的基本粒子；质子带正电；中子呈电中性，即不带电。 （3）加速器是能够使带电粒子增加速度（或动能）的装置。电子带负电，质子带正电，它们都是带电粒子，能在加速器中受到电场力等作用而被加速。而中子不带电，不会受到电场力等与电荷相关的力的作用，所以不能在加速器中得到加速。 板 书 设 计 第二节 探索微观世界的历程 一、微观世界的思想萌芽与科学奠基 1. 古代思想：中国 “无限可分”、古希腊 “原子论” 2. 近代奠基：道尔顿实验确认原子是元素最小单元 二、原子结构的发现历程 1. 电子发现（汤姆孙）：阴极射线实验→原子可分 2. 核式结构（卢瑟福）：α 粒子散射实验→原子核 + 核外电子 3. 原子核组成：质子（带正电）+ 中子（不带电） 三、基本粒子的深入探索 1. 基本粒子家族：正电子、μ 子、介子等 2. 夸克模型（盖尔曼）：上、下、奇异等六种夸克 3. 重要理论：宇称不守恒定律（李政道、杨振宁） 四、纳米技术：微观到宏观的应用 1. 尺度：微观粒子＜10⁻⁹m（纳米） 2. 技术：扫描隧道显微镜 3. 应用：纳米机器人、防水涂层等 核心结论：物质可分，微观探索推动科技发展 课 堂 小 结 第二节 探索微观世界的历程 课 后 作 业 1.习题作业：完成课本“自我检测”剩余题目； 2.拓展作业：查阅资料，写一篇 100 字的短文，介绍 “纳米材料在生活中的一个应用”； 3.实践作业：用橡皮泥制作 “原子的核式结构模型”（标注原子核、电子的位置）。 教 学 反 思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $