第二节 探索微观世界的历程（导学案）物理新教材北师大版九年级全一册

该初中物理导学案聚焦“探索微观世界的历程”，核心内容涵盖物质微观结构层次（夸克→质子/中子→原子核→原子→分子）、原子结构发现历程及纳米技术的尺度与应用。课堂导入通过自主预习结合中外古代物质观（如《庄子》“一尺之棰”与德谟克利特原子论），梳理史料搭建“猜想→实验→修正”的科学探究逻辑支架。 本资料突出科学思维培养，通过α粒子散射实验推理核式结构模型、微观尺度排序等，强化模型建构与科学推理；注重科学探究，设计实验现象与结论对应分析（如阴极射线偏转与电子发现）及典例解析；融入科学家探索精神（如李政道、杨振宁的贡献）与纳米技术应用，渗透科学态度与责任，助力学生系统掌握微观知识，提升物理核心素养。

第二节 探索微观世界的历程 （导学案） 【学习目标】 1.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，明确微观世界的层次关系。 2.通过梳理微观世界探索的史料，理解 “猜想→实验→修正” 的科学探究逻辑，提升科学思维能力。 3.体验 “α 粒子散射实验” 的推理过程，学习模型建构的方法，增强科学探究素养。 4.感受科学家的探索精神，认识微观研究对科技发展的意义，激发对微观世界的探索兴趣与责任感。 【学习重点】 1.物质的微观结构层次（分子→原子→原子核→质子、中子→夸克）。 2.原子结构的发现历程（电子、原子核、质子、中子的发现实验及结论）。 3.纳米技术的尺度定义及典型应用。 【学习难点】 1.理解 “α 粒子散射实验” 的现象与核式结构模型的推理过程。 2.建立微观粒子的尺度感知，区分不同微观粒子的层级关系。 3.明确夸克模型的核心内涵，理解 “基本粒子” 的扩展历程。 【自主预习】 阅读教材，完成以下问题： 1.中国战国时期《庄子・天下篇》提出 “一尺之棰，日取其半，万世不竭”，体现了物质 的思想；古希腊德谟克利特提出 “原子论”，认为物质由不可再分的 构成。 2.近代科学中， 通过实验确认原子是元素保持化学性质的最小单元，为原子论奠定科学基础。 3.汤姆孙通过 实验发现了带负电的 ，证明原子并非不可再分。 4.卢瑟福的 实验提出了原子的核式结构模型，认为原子中心有体积小、质量大的 ，电子绕核运动。 5.原子核由带正电的 和不带电的 构成，这两种粒子分别由卢瑟福和查德威克发现。 6.安德森发现了 ，它是电子的反粒子，丰富了 “基本粒子” 家族。 7.李政道和杨振宁提出 定律，后被吴健雄用实验证明，推动了粒子物理研究。 8.盖尔曼提出夸克模型，认为质子、中子等由基础粒子组成，目前已知的夸克有 种。 9.微观粒子的尺度都小于 m，这个长度单位称为 。 10.1993 年，中国科学家利用扫描隧道显微镜操纵原子成功写出 字样，标志着我国在纳米技术领域的突破。 【探究新知】 学习新课 一、原子论：从思维的火花走向科学 【核心概念】 1.古代思想猜想： 中国古代：“ ” 思想，认为物质可以不断分割，无最小单元限制。 古希腊：德谟克利特 “原子论”，提出 是物质不可再分的最小单位。 2.近代科学奠基： 17-18 世纪实验证据：化合物可通过 合成，元素不可再分，证明 是元素的基本单元。 道尔顿的贡献：通过定量实验确认原子存在，确立原子论的科学地位。 学习新课 二、原子的组成：揭开原子的“面纱” 【核心概念】 1.电子的发现 —— 实验： 实验装置：气体稀薄的放电管。 实验现象：阴极发出的射线在电场中向正极偏转。 结论：射线是带 电的电子流，原子可再分。 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 金箔，少数 ，极少数 。 结论：原子中心有体积小、质量大、带 电的原子核，电子绕核运动。 3.原子核的组成： 质子：卢瑟福用 α 粒子轰击氮核发现，质子带 电。 中子：查德威克发现，中子 电。 结论：原子核由 和 构成，原子整体呈 性（质子数 = 电子数）。 【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 【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 学习新课 三、基本粒子：探索未有穷期 【核心概念】 1.“基本粒子” 家族扩展： 正电子：安德森发现，电子的反粒子，正负电子可成对产生或湮灭。 其他粒子：μ 子、π 介子、K 介子、超子等。 2.重要理论：1956 年李政道、杨振宁提出 定律，吴健雄实验验证。 3.夸克模型： 盖尔曼猜想：质子、中子等由 组成。 夸克种类：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克（共 6 种）。 结论： 是目前已知的最小基本粒子之一。 学习新课 四、纳米技术：从幻想到现实 【核心概念】 1.尺度定义： 微观粒子：尺度小于 10-9m（纳米）的粒子（原子、原子核、夸克等）。 纳米：1 纳米 = mm，是微观尺度的常用单位。 2.技术突破：扫描隧道显微镜，可观察和操纵原子。 3.应用场景：纳米机器人（医疗清除血栓）、纳米防水涂层、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 【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 【精讲点拨】 重难点突破 1.微观结构层次梳理：可通过 “从小到大” 顺序记忆（夸克→质子 / 中子→原子核→原子→分子→物质），结合实验发现历程（电子→原子核→质子→中子→夸克）理解层级关系。 2.α 粒子散射实验推理逻辑：“多数粒子穿过→原子大部分是空的”“少数偏转→中心有质量集中的部分”“极少数反弹→中心部分体积小、密度大”，用 “弹珠撞铅球” 类比帮助理解。 3.纳米尺度感知：1 纳米是 1 米的十亿分之一，可联想 “1 纳米的物体比头发丝直径小几十万倍”，建立直观认知。 易混淆点辨析 1.原子与原子核的区别：原子包含原子核和核外电子，原子核仅由质子和中子构成，不可混淆两者的组成与尺度。 2.基本粒子的带电情况：质子带正电、电子带负电、中子不带电、正电子带正电，可通过 “电荷守恒” 记忆（原子整体不带电，质子数 = 电子数）。 3.纳米与光年的差异：两者均为长度单位，纳米用于微观尺度（10⁻⁹m），光年用于宏观宇宙尺度（光在真空中一年的路程），不可混淆单位用途。 易错点提醒 1.原子 “可分” 与 “最小单元”：原子可再分为原子核和电子，原子核可再分为质子和中子，质子、中子可再分为夸克，不存在绝对 “不可再分” 的粒子（目前夸克是已知最小单元）。 2.实验与结论的对应关系：α 粒子散射实验仅证明原子核的存在，不能直接证明原子核的组成；质子、中子的发现需单独实验验证。 3.纳米技术的应用边界：纳米机器人、纳米涂层等是已实现的应用，分子制造等是未来方向，不可混淆 “现有技术” 与 “未来猜想”。 解题技巧 1.尺度排序题：牢记微观结构层级顺序，直接根据 “夸克→质子 / 中子→原子核→原子→分子→宏观物体” 判断，排除层级颠倒的选项。 2.实验结论题：抓住实验现象与结论的逻辑关联（如 “阴极射线偏转→电子带负电”），排除与现象无必然联系的选项。 3.概念判断题：紧扣核心定义（如 “原子核的组成”“纳米的定义”），对比选项与定义的一致性，快速排除错误答案。 【课堂总结】 第二节 探索微观世界的历程 【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 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 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 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 。 【课后反思】 1.物质的微观结构层次是否已清晰掌握？能否准确说出从夸克到物质的组成链条？ 2.关键实验（阴极射线实验、α 粒子散射实验）的现象与结论是否对应？能否简述实验推理过程？ 3.纳米技术的尺度定义及典型应用是否明确？能否区分微观粒子与宏观物体的尺度差异？ 1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 探索微观世界的历程 （导学案） 【学习目标】 1.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，明确微观世界的层次关系。 2.通过梳理微观世界探索的史料，理解 “猜想→实验→修正” 的科学探究逻辑，提升科学思维能力。 3.体验 “α 粒子散射实验” 的推理过程，学习模型建构的方法，增强科学探究素养。 4.感受科学家的探索精神，认识微观研究对科技发展的意义，激发对微观世界的探索兴趣与责任感。 【学习重点】 1.物质的微观结构层次（分子→原子→原子核→质子、中子→夸克）。 2.原子结构的发现历程（电子、原子核、质子、中子的发现实验及结论）。 3.纳米技术的尺度定义及典型应用。 【学习难点】 1.理解 “α 粒子散射实验” 的现象与核式结构模型的推理过程。 2.建立微观粒子的尺度感知，区分不同微观粒子的层级关系。 3.明确夸克模型的核心内涵，理解 “基本粒子” 的扩展历程。 【自主预习】 阅读教材，完成以下问题： 1.中国战国时期《庄子・天下篇》提出 “一尺之棰，日取其半，万世不竭”，体现了物质无限可分的思想；古希腊德谟克利特提出 “原子论”，认为物质由不可再分的原子构成。 2.近代科学中，道尔顿通过实验确认原子是元素保持化学性质的最小单元，为原子论奠定科学基础。 3.汤姆孙通过阴极射线实验发现了带负电的电子，证明原子并非不可再分。 4.卢瑟福的α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，认为原子中心有体积小、质量大的原子核，电子绕核运动。 5.原子核由带正电的质子和不带电的中子构成，这两种粒子分别由卢瑟福和查德威克发现。 6.安德森发现了正电子，它是电子的反粒子，丰富了 “基本粒子” 家族。 7.李政道和杨振宁提出宇称不守恒定律，后被吴健雄用实验证明，推动了粒子物理研究。 8.盖尔曼提出夸克模型，认为质子、中子等由基础粒子组成，目前已知的夸克有六种。 9.微观粒子的尺度都小于10-9m，这个长度单位称为纳米。 10.1993 年，中国科学家利用扫描隧道显微镜操纵原子成功写出中国字样，标志着我国在纳米技术领域的突破。 【探究新知】 学习新课 一、原子论：从思维的火花走向科学 【核心概念】 1.古代思想猜想： 中国古代：“无限可分” 思想，认为物质可以不断分割，无最小单元限制。 古希腊：德谟克利特 “原子论”，提出原子是物质不可再分的最小单位。 2.近代科学奠基： 17-18 世纪实验证据：化合物可通过化学反应合成，元素不可再分，证明原子是元素的基本单元。 道尔顿的贡献：通过定量实验确认原子存在，确立原子论的科学地位。 学习新课 二、原子的组成：揭开原子的“面纱” 【核心概念】 1.电子的发现 —— 阴极射线实验： 实验装置：气体稀薄的放电管。 实验现象：阴极发出的射线在电场中向正极偏转。 结论：射线是带负电的电子流，原子可再分。 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 粒子穿过金箔，少数偏转，极少数反弹。 结论：原子中心有体积小、质量大、带正电的原子核，电子绕核运动。 3.原子核的组成： 质子：卢瑟福用 α 粒子轰击氮核发现，质子带正电。 中子：查德威克发现，中子不带电。 结论：原子核由质子和中子构成，原子整体呈电中性（质子数 = 电子数）。 【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】 1.“基本粒子” 家族扩展： 正电子：安德森发现，电子的反粒子，正负电子可成对产生或湮灭。 其他粒子：μ 子、π 介子、K 介子、超子等。 2.重要理论：1956 年李政道、杨振宁提出宇称不守恒定律，吴健雄实验验证。 3.夸克模型： 盖尔曼猜想：质子、中子等由夸克组成。 夸克种类：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克（共 6 种）。 结论：夸克是目前已知的最小基本粒子之一。 学习新课 四、纳米技术：从幻想到现实 【核心概念】 1.尺度定义： 微观粒子：尺度小于 10-9m（纳米）的粒子（原子、原子核、夸克等）。 纳米：1 纳米 = 10-9mm，是微观尺度的常用单位。 2.技术突破：扫描隧道显微镜，可观察和操纵原子。 3.应用场景：纳米机器人（医疗清除血栓）、纳米防水涂层、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。 【精讲点拨】 重难点突破 1.微观结构层次梳理：可通过 “从小到大” 顺序记忆（夸克→质子 / 中子→原子核→原子→分子→物质），结合实验发现历程（电子→原子核→质子→中子→夸克）理解层级关系。 2.α 粒子散射实验推理逻辑：“多数粒子穿过→原子大部分是空的”“少数偏转→中心有质量集中的部分”“极少数反弹→中心部分体积小、密度大”，用 “弹珠撞铅球” 类比帮助理解。 3.纳米尺度感知：1 纳米是 1 米的十亿分之一，可联想 “1 纳米的物体比头发丝直径小几十万倍”，建立直观认知。 易混淆点辨析 1.原子与原子核的区别：原子包含原子核和核外电子，原子核仅由质子和中子构成，不可混淆两者的组成与尺度。 2.基本粒子的带电情况：质子带正电、电子带负电、中子不带电、正电子带正电，可通过 “电荷守恒” 记忆（原子整体不带电，质子数 = 电子数）。 3.纳米与光年的差异：两者均为长度单位，纳米用于微观尺度（10⁻⁹m），光年用于宏观宇宙尺度（光在真空中一年的路程），不可混淆单位用途。 易错点提醒 1.原子 “可分” 与 “最小单元”：原子可再分为原子核和电子，原子核可再分为质子和中子，质子、中子可再分为夸克，不存在绝对 “不可再分” 的粒子（目前夸克是已知最小单元）。 2.实验与结论的对应关系：α 粒子散射实验仅证明原子核的存在，不能直接证明原子核的组成；质子、中子的发现需单独实验验证。 3.纳米技术的应用边界：纳米机器人、纳米涂层等是已实现的应用，分子制造等是未来方向，不可混淆 “现有技术” 与 “未来猜想”。 解题技巧 1.尺度排序题：牢记微观结构层级顺序，直接根据 “夸克→质子 / 中子→原子核→原子→分子→宏观物体” 判断，排除层级颠倒的选项。 2.实验结论题：抓住实验现象与结论的逻辑关联（如 “阴极射线偏转→电子带负电”），排除与现象无必然联系的选项。 3.概念判断题：紧扣核心定义（如 “原子核的组成”“纳米的定义”），对比选项与定义的一致性，快速排除错误答案。 【课堂总结】 第二节 探索微观世界的历程 【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。 【课后反思】 1.物质的微观结构层次是否已清晰掌握？能否准确说出从夸克到物质的组成链条？ 2.关键实验（阴极射线实验、α 粒子散射实验）的现象与结论是否对应？能否简述实验推理过程？ 3.纳米技术的尺度定义及典型应用是否明确？能否区分微观粒子与宏观物体的尺度差异？ 1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $