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第二节 探索微观世界的历程
第十六章 永恒的探索：宇宙和粒子
第二节 探索微观世界的历程
观察与思考
我国古代人民很早就有了“物质无限可分”的思想。战国时期的《庄子·天下》中就有“一尺之棰，日取其半，万世不竭”的记载，也就是说有限的物体可以无限地分割下去，这体现了有限和无限的辩证统那么物质真的可以无限分割下去吗 是否存在组一成物质的最小单元呢
学习目标
了解物质世界从微观到宏观的尺度。
02
01
03
了解纳米科学技术及发展前景。
掌握原子的核式结构模型。
思维的火花
德谟克里特
（约公元前460－约公元前370）
正像绿墙是由树干和枝叶组成似的，
——德谟克里特
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。
德谟克里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。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。
“化学之父”道尔顿
（1766—1844）
用场离子显微镜拍摄的钨针针尖上的原子图样
DNA分子结构
1811年，意大利科学家阿伏伽德罗进一步指出，物质一般并不是直接由原子组成的，而是由几个原子相结合的分子构成的。
（1）原子论的确立
人们把物质由原子构成的学说称为原子论。在17世纪下半叶和18世纪，以玻意耳和道尔顿为代表的科学家复活并确立了原子论。
走向科学
(2)分子论的确立
1811年，意大利科学家阿伏伽德罗指出，无论化合物还是单质,它们一般并不是直接由原子组成的，而是由几个原子相结合的分子构成的。把物质由分子和原子构成的学说称为原子一分子论。
(3)近代原子一分子论确立的事实:
①多数物质可由其他物质通过化学反应合成,这些物质称为化合物；
②一些物质不能由其他物质通过化学反应来合成，这些物质称为单质，也称为元素；
③对应各种元素，存在着各种原子，元素的差异就在于它们的原子是不相同的。原子是元素保持其化学性质的最小单元；
④单质的分子由同种原子构成，化合物的分子由两种或两种以上的原子构成。
(1)19世纪下半叶，人们发现了阴极射线。
(2)1897年，英国物理学家汤姆孙通过实验发现，原来阴极射线是一种带负电的粒子流，后来人们把这种粒子称为电子。电子的发现揭开了原子世界神秘面纱的一角，汤姆孙因此获得了1906年诺贝尔物理学奖。
原子的组成：解开原子的“面纱”
英国—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。
(1)散射实验
20世纪初，人们发展了一种实验方法:用一些已知的粒子，如电子、a粒子等轰击很薄的金属箔，它们与金属原子会产生相互作用而发生偏转。通过观察这些粒子穿过箔片时的偏转情况，可以获得原子内部的信息。这种实验叫散射实验。
原子核的发现
(2)原子核的发现及核式结构模型
1909年到1911年，英国科学家卢瑟福等人无数次地用高速a粒子流轰击金箔，发现原子中带正电的物质只占很小的体积，但质量很大，几乎集中了原子的全部质量。后来，人们称它为原子核。卢瑟福提出的原子核式结构模型指出，原子的中心是原子核，电子在核外绕着原子核高速运动，就像行星绕着太阳运动一样(如图所示)。
时间 人员 发现物质 相关理论
1919年 卢瑟福 发现质子 确定了原子核就是由质子、中子构成的，如图所示：
1932年 查德威克 发现中子 汤姆孙的枣糕模型
英国物理学家汤姆孙
卢瑟福的有核模型、行星模型
原子由原子核和核外电子构成，原子核带正电，电子带等量的负电，原子核由质子和中子构成，质子带正电，中子不带电，质子、中子由夸克组成。
1964年 盖尔曼 夸克模型：质子、中子、介子、超子等都由三种基础粒子构成，它们分别为上夸克、下夸克和奇异夸克。质子由两个上夸克和一个下夸克构成；中子由两个下夸克和一个上夸克构成
1974年 丁肇中、 里克特 发现 新粒子，它的存在表明应该还有一种称为粲夸克的基础粒子
基本粒子：探索未有穷期
人们认知的构成物质的最小、最基本的单位称为基本粒子，基本粒子是组成各种各样物质的基础。
1.微观粒子及其尺度
在物理学中，原子、原子核及更小的粒子统称为微观粒子，简称粒子。微观粒子的空间尺度如图所示，从图中可以看出它们的空间尺度都小于10-9 m。
纳米科技
2.纳米和纳米科技
(1)纳米：10-9 m 是一个长度单位，称作纳米，符号为 nm 。纳米这个单位很小，10 个氢原子排列起来的长度约为 1nm，1 nm= 10-9 m。
(2)纳米科技：人们力图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，称为纳米科技。
(3)纳米科技的发展及前景
①纳米科技的发展：在冶金领域，在金属加工过程中加入由纳米材料合成的烧结添加剂，能够得到纯度更好的产品；在医学领域，可以用纳米材料代替人体某些病变的器官进行器官移植手术；在化工催化领域，各种纳米催化材料大大提高了工业效率;在陶瓷领域，纳米材料制作的陶瓷具有更好的耐热性、柔韧性和硬度……
②纳米科技的前景：展望未来，由于可以通过精确地控制原子或分子来制造产品，生产过程中将不会产生副产品和废物；利用纳米技术，人类还可能在原子和分子尺度上诊断和治愈疾病，甚至修补细胞；人类可以将导线做得更细，应用纳米技术，必将迎来一场新的技术革命。
探索微观世界的历程
原子论：从思维的火花走向科学
课堂小结
纳米科技：从幻想到现实
原子的组成：揭开原子的“面纱”
纳米换算
核外电子
纳米应用
原子核
质子
中子
基本粒子：探索未有穷期
C
随堂训练
下列事实中,不是近代原子论确立的内容是( )
A.多数物质可由其他物质通过化学反应合成，这些物质称为化合物
B.一些不能由其他物质通过化学反应来合成的物质称为元素
C.原子是元素保持化学性质不变的不可再分的最小单元，每种元素的原子相同
D.对应各种元素,存在着各种原子，元素的差异就在于它们的原子是不相同的

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