资源简介

(共32张PPT)
幻灯片 1：封面
课程标题：16.2 探索微观世界的历程
学科与年级：北师大版 九年级物理
教师姓名：[教师姓名]
衔接提示：在上一节课中，我们领略了宇宙的浩瀚无垠，从地球到太阳系，再到银河系乃至总星系。而在这宏观世界的背后，物质是由什么构成的呢？本节课将带领大家深入微观领域，探索微观世界的奥秘，了解人类在这一领域的探索历程与重要发现。
幻灯片 2：学习目标
了解人类探索微观世界的主要阶段，掌握每个阶段的关键实验与理论突破。
理解原子结构模型的演变过程，包括汤姆孙的 “葡萄干布丁模型”、卢瑟福的核式结构模型、玻尔的量子化轨道模型等。
认识微观粒子（如电子、质子、中子）的发现过程及它们在原子结构中的作用，知道原子核的组成。
体会科学探索的曲折性和创新性，培养根据实验现象进行合理推理的科学思维。
幻灯片 3：课程引入 —— 从 “看不见” 到 “探秘微观”
情境对比：
图片 1：日常生活场景，展示各种宏观物体（如桌子、椅子、水杯等），我们能直观看到它们的形状、颜色等特征；
图片 2：借助显微镜拍摄的微观图像，如细胞结构、晶体的微观晶格，呈现出与宏观世界截然不同的景象；
视频片段：动画演示微观粒子（原子、分子）的运动，它们在不断地振动、碰撞。
核心疑问：我们肉眼无法直接看到的微观世界究竟是什么样的？物质是由什么最小单元构成的？人类如何一步步揭开微观世界的神秘面纱？
引入逻辑：从学生熟悉的宏观世界过渡到陌生的微观世界，通过强烈的视觉对比，引发学生对微观世界的好奇心，从而引出探索微观世界历程的主题。
幻灯片 4：早期探索 —— 从显微镜到细胞的发现
1. 显微镜的发明
显微镜的诞生：1595 年左右，荷兰眼镜商扎哈里耶斯 詹森发明了带有两个透镜的复式显微镜，但真正把显微镜做到高倍放大并用于科学观察的是荷兰科学家列文虎克。他一生制造了 247 台显微镜和 172 个镜头，放大倍数最高达 270 倍。
意义：显微镜的发明使人类第一次能够观察到肉眼无法看到的微小物体，开启了微观世界探索的大门。
2. 细胞的发现
罗伯特 胡克的发现：1665 年，英国科学家罗伯特 胡克用自制的复式显微镜观察一片软木薄片，发现了密密麻麻的格子状结构，他用 “cell”（细胞）来命名这种结构。
细胞学说的建立：19 世纪，施莱登和施旺提出细胞学说，指出细胞是动植物结构和生命活动的基本单位。这一学说揭示了生物体结构的统一性，是生物学发展史上的重要里程碑。
3. 早期微观生物的观察
列文虎克的发现：列文虎克利用显微镜观察雨水、牙垢等，发现了原生动物（1674 年）和细菌（1683 年），他还首次描述了昆虫、狗和人的精子。
影响：这些发现让人类认识到微观世界中存在着丰富多样的生命形式，拓展了人类对生命的认知边界。
幻灯片 5：原子论的发展 —— 从哲学假说到科学理论
1. 古代原子论思想
古希腊哲学家的观点：古希腊哲学家德谟克利特提出物质由不可再分的最小单元 —— 原子构成。但这只是一种哲学假说，缺乏科学实验的验证。
2. 道尔顿的原子理论
理论内容：1808 年，英国科学家约翰 道尔顿提出现代版本的原子理论，认为每种元素由一种独特的原子组成，原子在化学反应中不可再分，不同元素的原子以简单整数比结合形成化合物。
意义：道尔顿的原子理论为化学研究奠定了基础，使化学从定性走向定量，推动了化学学科的发展。
幻灯片 6：电子的发现与原子结构模型的演变
1. 阴极射线实验与电子的发现
实验现象：19 世纪末，科学家在研究阴极射线时发现，阴极射线在电场和磁场中会发生偏转，表明它是由带负电的粒子组成。
电子的发现：1897 年，英国物理学家约瑟夫 汤姆孙通过实验精确测定了阴极射线粒子的荷质比，确定了这种粒子是带负电的电子，电子是原子的组成部分，这一发现打破了原子不可再分的传统观念。
2. 汤姆孙的 “葡萄干布丁模型”
模型内容：1904 年，汤姆孙提出 “葡萄干布丁模型”，认为原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像葡萄干一样镶嵌在其中。
局限性：该模型无法解释后来的一些实验现象，如 α 粒子散射实验。
幻灯片 7：α 粒子散射实验与原子核式结构模型
1. α 粒子散射实验
实验目的：为了验证汤姆孙的原子结构模型，1911 年，英国物理学家欧内斯特 卢瑟福和他的助手进行了 α 粒子散射实验。他们用 α 粒子（氦原子核）轰击金箔，观察 α 粒子的散射情况。
实验现象：绝大多数 α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数 α 粒子发生了较大的偏转，极少数 α 粒子的偏转角度超过 90°，有的甚至几乎达到 180°。
2. 卢瑟福的核式结构模型
模型内容：根据 α 粒子散射实验结果，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。他认为原子的中心有一个带正电的原子核，几乎集中了原子的全部质量，电子在原子核外绕核高速运动，就像行星绕太阳运动一样。
意义：卢瑟福的核式结构模型成功解释了 α 粒子散射实验现象，使人们对原子结构有了更深入的认识，为现代原子物理学的发展奠定了基础。
幻灯片 8：玻尔的量子化轨道模型
1. 氢原子光谱现象
现象描述：科学家在研究氢原子光谱时发现，氢原子光谱是不连续的，由一系列特定波长的谱线组成。
2. 玻尔的量子化轨道理论
理论内容：1913 年，丹麦物理学家尼尔斯 玻尔基于量子化概念提出电子沿特定轨道运动的模型。他认为电子在原子核外的轨道是量子化的，电子在这些轨道上运动时不辐射能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，才会吸收或辐射能量，且能量的变化是量子化的，这一理论成功解释了氢原子光谱线的规律。
意义：玻尔的量子化轨道模型引入了量子化的概念，解决了经典物理学无法解释的氢原子光谱问题，推动了量子力学的发展。
幻灯片 9：原子核的组成与微观粒子的进一步发现
1. 质子的发现
发现过程：1919 年，卢瑟福用 α 粒子轰击氮原子核，发现了一种带正电的粒子，其质量与氢原子核相近，后来被确定为质子，质子是原子核的组成部分。
2. 中子的发现
发现背景：人们发现原子核的质量大于质子质量之和，推测原子核中可能存在不带电的粒子。1932 年，英国物理学家查德威克通过实验证实了中子的存在，中子也是原子核的组成部分。
3. 原子核的组成
组成结构：原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，它们依靠强大的核力结合在一起。原子的质量主要集中在原子核上，电子的质量相对较小。
幻灯片 10：量子力学的发展与微观世界的新认知
1. 量子力学的诞生背景
经典物理学的困境：19 世纪末，经典物理学在解释黑体辐射、光电效应等微观现象时遇到了困难，无法给出合理的解释。
2. 量子力学的主要理论
能量量子化：1900 年，德国物理学家普朗克为解决黑体辐射问题，提出能量量子化假说，认为能量不是连续变化的，而是以离散的 “能量子” 形式存在。
光量子概念：1905 年，爱因斯坦提出光量子概念，成功解释了光电效应，认为光具有波粒二象性，光由一个个能量子 —— 光子组成。
物质波理论：1924 年，法国物理学家德布罗意提出物质波理论，认为所有微观粒子都具有波粒二象性。
矩阵力学与波动力学：1925 - 1926 年间，海森堡创立了矩阵力学，薛定谔基于波动方程建立了波动力学，这两种理论最终在 1930 年由狄拉克完成了公理化体系构建，实现了数学上的统一，标志着量子力学完整理论框架的正式确立。
3. 量子力学对微观世界的解释
不确定性原理：海森堡提出的不确定性原理表明，微观粒子的位置和动量不能同时被精确测定，这与经典物理学中物体具有确定的位置和动量的观念截然不同。
波函数与概率解释：量子力学用波函数来描述微观粒子的状态，波函数的模的平方表示粒子在空间某点出现的概率，这使得微观世界的现象可以用概率的方式来解释。
幻灯片 11：课堂小结
知识框架回顾：
早期探索：显微镜发明，发现细胞和微观生物，古代原子论思想萌芽。
原子论发展：道尔顿提出科学原子理论。
原子结构模型演变：从汤姆孙的 “葡萄干布丁模型”，到卢瑟福的核式结构模型，再到玻尔的量子化轨道模型。
微观粒子发现：电子、质子、中子的相继发现，明确原子核组成。
量子力学发展：经典物理学困境下诞生量子力学，包括能量量子化、光量子、物质波等理论，以及不确定性原理和波函数概率解释。
重点强调：人类对微观世界的探索是一个不断修正、完善的过程，实验观察与理论创新相互推动。从最初对微观世界的懵懂认知，到逐步建立起原子结构模型，再到量子力学对微观世界的深刻解释，每一步都凝聚着科学家们的智慧和努力，展现了科学探索的曲折与魅力。
幻灯片 12：课堂练习 1
首先发现电子的科学家是（ ）
A. 道尔顿 B. 卢瑟福 C. 汤姆孙 D. 玻尔
卢瑟福的 α 粒子散射实验说明了（ ）
A. 原子是不可再分的
B. 原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内
C. 原子的中心有一个带正电的原子核，电子在原子核外绕核运动
D. 原子核由质子和中子组成
下列关于玻尔原子模型的说法，正确的是（ ）
A. 电子可以在任意轨道上绕原子核运动
B. 电子在原子核外运动时会不断辐射能量
C. 电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，会吸收或辐射能量
D. 玻尔的原子模型可以解释所有原子的光谱现象
幻灯片 13：课堂练习 2
请简述汤姆孙 “葡萄干布丁模型” 的主要内容，并说明该模型为什么被卢瑟福的核式结构模型所取代。
结合量子力学的发展历程，谈谈科学理论与实验观察之间的关系。
从人类探索微观世界的历程中，你能得到哪些启示？
幻灯片 14：课堂练习答案
C（解析：1897 年汤姆孙通过阴极射线实验发现了电子。）
C（解析：α 粒子散射实验表明原子的中心有一个带正电的原子核，电子在原子核外绕核高速运动。A 选项，原子可再分；B 选项是汤姆孙模型内容；D 选项 α 粒子散射实验未说明原子核由质子和中子组成。）
C（解析：A 选项，电子在特定轨道上运动；B 选项，电子在轨道上运动不辐射能量；D 选项，玻尔模型只能解释氢原子光谱现象。）
答：① 汤姆孙 “葡萄干布丁模型” 的主要内容：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像葡萄干一样镶嵌在其中。② 被取代原因：α 粒子散射实验中，绝大多数 α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数 α 粒子发生了较大的偏转，极少数 α 粒子的偏转角度超过 90°，有的甚至几乎达到 180°，这种现象无法用 “葡萄干布丁模型” 解释，而卢瑟福的核式结构模型能很好地解释 α 粒子散射实验现象。
答：科学理论与实验观察相互依存、相互促进。实验观察为科学理论提供依据，当经典物理学无法解释黑体辐射、光电效应等实验现象时，促使科学家们提出新的理论，如普朗克的能量量子化假说、爱因斯坦的光量子概念等，进而推动了量子力学的发展。同时，科学理论又指导实验观察，新的理论预测可能出现的现象，引导科学家进行相关实验验证，如根据量子力学理论，科学家进一步探索微观粒子的性质和相互作用。
答：启示如下：① 科学探索是一个不断深入、永无止境的过程，从对微观世界的初步观察到深入研究原子结构和量子力学，人类的认知不断拓展。② 要有敢于质疑、勇于创新的精神，如卢瑟福敢于质疑汤姆孙的原子模型，通过实验提出新的核式结构模型；科学家们突破经典物理学的束缚，创立量子力学。③ 实验是检验真理的重要标准，许多理论的提出都基于大量的实验观察，如电子、质子、中子的发现以及各种原子结构模型的建立都离不开实验验证。
幻灯片 15：拓展思考
现代科技中，有哪些应用是基于对微观世界的认识？（提示：半导体技术、纳米技术、量子通信等，可举例说明原理）
随着科技的发展，未来人类对微观世界的探索可能会面临哪些挑战？又可能会有哪些新的突破？（提示：挑战如微观粒子的精确操控、量子计算的实际应用难题等；突破如发现新的微观粒子、更深入理解物质的本质等）
幻灯片 16：结束语
总结与延伸：本节课我们沿着科学家的足迹，回顾了人类探索微观世界的历程。从显微镜下的微观生物，到原子结构的逐步揭秘，再到量子力学对微观世界规律的深刻阐释，我们见证了科学的巨大进步。然而，微观世界仍有许多未解之谜等待我们去探索。下一节课，我们将把目光投向物质的物理属性，了解物质的密度、比热容等性质，进一步认识物质世界的多样性。希望大家课后继续保持对微观世界的好奇，关注相关科技动态，也许未来的某一天，你也能为微观世界的探索贡献自己的力量！
北师大版2024版物理九年级全册【精做课件】
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16.2探索微观世界的历程
第十六章 永恒的探索_宇宙和粒子
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一、思维的火花
思考问题：
如果玻璃打碎了，其碎片还是玻璃，经过多次分割，甚至碾成粉末，不断分割下去，将是什么结果？
古代人们对微观世界的认识
1.中国古代以金、木、水、火、土（五行）来说明各种物质的基本组成.
2.亚里士多德提出火、气、水、土（四性）之说.
3.阿拉伯人以盐、硫、汞为组成物质的三要素.
4.德谟克利特的“古代原子论”.
思维的火花
“正像绿墙是由树干和枝叶组成似的，大自然的物都是由看不见的微小粒子——原子构成。原子不能消失，但也不会无中生有。”
——德谟克利特
德谟克利特
（公元前460－公元前370）
德谟克利特的原子论缺少科学的实验基础，长期以来并不为人们所认同。
二、走向科学
“化学之父”道尔顿
（1766—1844）
直到17世纪，以“化学之父”道尔顿和玻意耳为代表的科学家通过大量的实验才复活和确立了原子论。
1811年，意大利的科学家阿伏伽德罗进一步指出，物质一般不是直接由原子组成，而是由几个原子相结合的分子构成的。
物质 分子 原子
DNA分子结构
用场离子
微镜拍摄的钨针针尖上的原子图样
三、揭开原子的“面纱”
电子的发现
1897年，英国的物理学家汤姆孙发现，阴极放射线在电场或磁场的作用下可发生偏转，方向与带负电的粒子相同，从而发现了电子。
汤姆孙（1856－1940）
电子的发现，打破了原子不可分的概念，是人类对物质结构认识上的一次飞跃。并掀起了新一轮探索物质微观结构的热潮。
汤姆孙（阴极射线） 电子
卢瑟福（1871－1937）
α粒子散射实验
卢瑟福（α粒子散射实验 ）
原子核
卢瑟福的实验让人们认识到原子虽小，里面却十分空旷，如果我们将原子放大成直径上百米的足球场，在其中央有一颗称为原子核的小米粒，其直径不到原子直径的万分之一，而它的质量却占整个原子质量的99.94％以上。
原子的核式结构
在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核．
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．
卢瑟福提出的原子核式结构
原子
原子核
电子
四、探索未有穷期
1919－1932年，卢瑟福和他的学生查德威克先后发现了带正电的质子和不带电的中子。
1964年，美国物理学家盖尔曼在费米、杨振宁、坂田昌一的研究基础上，提出了质子、中子、介子、超子等都是由三种基础粒子组成，它们分别称为上夸克、下夸克、奇异夸克。
原子
原子核
电子
质子
中子
上夸克
下夸克
粲夸克
底夸克
奇异夸克
顶夸克
五、纳米技术：从幻想到现实
微观粒子的尺度
原子核
电子
中子
质子
夸克
它们的尺度都小于10-9m
原子
原子核
质子和中子
夸克
华裔科学家丁肇中在1974年又发现了一种称为J／Ψ的粒子，因而获得1976年诺贝尔物理学奖。
纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术。它是在0.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。
1.纳米（nm）
1nm=10-9m
2.纳米科技：
指人们在纳米尺度上了解和控制物质时，所发现的许多新现 象，所发明的许多新技术
3.应用：
医药
家电
电子计算机电子工业
环境保护
纺织工业
机械加工
纳米氧化钛
纳米钛可耐腐蚀，用其涂覆的物品既能耐沸水，又能在海水中浸泡10年不损，它还有神奇的自我修复能力，可作为金属、非金属材料通用的修补剂。
纳米牛仔裤
纳米零件
纳米薄膜
知识点1 宇宙
1. 下列物体中，尺度最大的是( )
A
A. 太阳 B. 月亮 C. 地球 D. 人造卫星
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2. 随着科学技术的进步，我国在航天领域取得了举世瞩目的
成就，对宇宙的探索不断深入。以下所述的航天器中，距离
地球最远的是( )
D
A. 执行导航任务的北斗系列卫星
B. 月球上行走的“玉兔号”月球车
C. 在轨运行的“天宫”空间站
D. 正在运行的“天问一号”火星探测器
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3.［2024·扬州期末］在宇宙探索的过程中，
________（选填“托勒密”或“哥白尼”）创立了
哥白尼
光年
膨胀
“日心说”。现代天文学研究表明，太阳不是宇宙的中心。天
体之间相距很远，天文学常用______做长度单位。如图所示，
向粘有金属小颗粒的气球中打气时，任一金属小颗粒与周围
的其他小颗粒都相互远离。同理，我们观察到所有的星系正
在远离我们，我们就会得出宇宙正在______（选填“膨胀”或
“收缩”）的结论。
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知识点2 微观世界
4. ［2024·济南］在 粒子散射实验的基础上，提出了原子
核式结构模型的科学家是( )
B
A. 阿伏伽德罗 B. 卢瑟福
C. 汤姆孙 D. 道尔顿
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5. ［2024·徐州］2023年诺贝尔物理学奖授予了阿秒激光的
研究。1阿秒等于 秒，阿秒激光可以帮助科学家观测原
子中做超快速运动的( )
A. 原子核 B. 质子 C. 中子 D. 电子
D
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6. 如图所示，关于原子的结构，下列说法错误的是( )
A
A. 原子由质子和中子组成
B. 原子由原子核和核外电子组成
C. 原子的质量几乎全部集中在原
子核内
D. 原子核是带正电的
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7. 《庄子·天下》中曾有下列记载：“一尺之棰，日
取其半，万世不竭。”其意是指物质是无限可分的。常见的物
质是由____________构成的，窗台上细小的灰尘，空气中极
小的水珠______（选填“是”或“不是”）分子。
分子、原子
不是
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知识点3 纳米科技
8. 科学家探索物质微观结构的过程中，按照不同的层次提出
了分子、原子、质子等微粒的名称。下列微粒中，从空间尺
度来看，最小的是( )
B
A. 原子 B. 夸克 C. 中子 D. 分子
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9. 石墨烯是受到广泛关注的纳米材料，它的熔点超过
，具有优良的导电性、导热性、高强度和超轻薄等
属性。可以预见，石墨烯未来的应用将相当广阔。根据石墨
烯的属性，你认为石墨烯不能用来制成( )
D
A. 高压输电线 B. 电脑的散热片
C. 制造航天飞机 D. 保暖内衣的保暖层
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10.纳米是______的单位。纳米材料是由纳米颗粒经过特殊工
艺制造而成的，室温下外形相同的纳米铜比普通铜可多拉长
50倍而不断裂，这一事例表明纳米铜具有较好的________
（选填“延展性”“柔韧性”或“硬度”）。
长度
延展性
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1.原子
原子核
电子
质子
中子
上夸克
下夸克
粲夸克
底夸克
奇异夸克
顶夸克
2.纳米技术
1nm=10-9m
它是在0.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间发现新的现象，发明新的技术
纳米技术在各领域的应用
必做作业：从教材习题中选取；
选做作业：完成练习册本课时的习题.
谢谢观看！

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