第33讲 《第十六章 粒子和宇宙》（同步课件）-2023-2024学年九年级物理全一册同步精品课堂（北师大版）

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第十六章 粒子和宇宙16.1 探索微观世界的历程16.2 浩瀚的宇宙16.3 能源：危机与希望2023-2024学年九年级全一册物理同步精品课堂（北师大版）12023-2024学年九年级全一册物理同步备课课件（北师大版）2目录010203探索微观世界的历程浩瀚的宇宙能源：危机与希望16.1 探索微观世界的历程新课教学新课教学16.1 探索微观世界的历程一、思维的火花德谟克利特（公元前460－公元前370） 德谟克利特出生在色雷斯海滨的阿布德拉的商业城市，他一生勤奋钻研学问，知识渊愽。他是古希腊伟大的唯物主义哲学家，原子唯物论学说的创始人之一。他认为，万物的本原是原子和虚空。原子是不可再分的物质微粒，虚空是原子运动的场所。人物简介：新课教学16.1 探索微观世界的历程一、思维的火花一叶知秋：德谟克利特与他的学生们 “你们看见远处那片树林了吗？由这里望去，它像一堵密不透风的绿墙。但走近一看，穿过它并不困难。它表面上是一堵坚硬的绿墙，其实是树干和枝叶编成的疏网……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。但是，他的思维闪烁着真理的火花。新课教学16.1 探索微观世界的历程二、走向科学原子论的复活： 古希腊学者的“原子论”思想缺少科学实验基础，长期以来它并不占上风。 以他们为代表的科学家，通过研究和测量了大量物质的化学反应，复活和确定了“原子论”思想。新课教学16.1 探索微观世界的历程“原子论”思想复活的事实基础：（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。原子是元素保持化学性质不变的不可再分的最小单元。二、走向科学新课教学16.1 探索微观世界的历程二、走向科学物质的构成：（1）单质的分子由同种原子构成；（2）化合物的分子由两种或两种以上原子构成； 1811年，意大利的科学家阿伏伽德罗进一步指出，无论是化合物还是单质，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。结论： 无论是有生命还是无生命的常见物质，都是由分子、原子组成新课教学16.1 探索微观世界的历程三、揭开原子的面纱阴极射线： 19世纪下半叶，人们在研究稀薄气体放电现象时发现，当阴极射线管内气体足够稀薄时，阴极就发射出一种射线，这种射线被称为阴极射线。新课教学16.1 探索微观世界的历程三、揭开原子的面纱汤姆孙的发现：探索情景：将磁极靠近阴极射线。（1）阴极射线在电场或磁场作用下都能发生偏转；（2）阴极射线的偏转方向与带负电的粒子相同；观察现象：阴极射线发生偏转。分析探讨：结论：（1）阴极射线带负电，电荷量的绝对值与氢离子相同；质量不到氢离子的七分之一；（2）现在将阴极射线称为电子，汤姆孙发现了电子，表明原子能够再分。新课教学16.1 探索微观世界的历程三、揭开原子的面纱原子的结构： 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？α粒子散射实验: 用α粒子轰击薄金属箔，观察粒子穿过箔片后的偏转情况，从而获得原子内部的信息。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的空间高速运动。原子由原子核与核外电子构成，原子核由质子和中子构成。新课教学16.1 探索微观世界的历程四、探索未有穷期原子的结构：新课教学16.1 探索微观世界的历程五、纳米技术：从幻想到现实微观粒子： 原子、原子核及其更深层次的客体统称为微观粒子，简称为粒子。 所有微观粒子的空间尺度都小于10-9m。16.2 浩瀚的宇宙新课教学新课教学16.2 浩瀚的宇宙一、宇宙概观地心说： “地心说”认为：地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳，月亮以及其它行星都绕地球运动。新课教学16.2 浩瀚的宇宙一、宇宙概观日心说：新课教学16.2 浩瀚的宇宙一、宇宙概观太阳系：　 太阳系的中心天体是太阳，太阳是一个半径约为7×105km，表面温度高达6×103K的恒星。　 太阳系中有八颗行星，地球就是行星之一，行星有171颗卫星，还有约17600颗有正式命名或编号的小行星，以及数量众多的彗星和流星。新课教学16.2 浩瀚的宇宙一、宇宙概观银河系：　 晴朗夜空中看到的横亘天际的光带，我们称为银河，实际上它是由无数星体集成的一个庞大的天体系统，叫作银河系。直径约为10万光年，最大厚度约1万光年。形状像一个中央突起、四周扁平的旋转铁饼。　 太阳是银河系中的一颗普通恒星。银河系中有2000亿颗这样的恒星。除太阳外，距地球最近的恒星是比邻星。新课教学16.2 浩瀚的宇宙一、宇宙概观星系团：　 许多星系还可以形成星系团。星系团的直径可达1000万光年以上。目前。望远镜能够观察至少130亿光年距离的天体。在所见范围之内，有无数的星系团、超星系团存在。河外星系：　 银河系之外还有数以10亿计的类似星系。我们称之为河外星系。新课教学16.2 浩瀚的宇宙二、飞向太空　 探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空是人类自古以来的梦想。探索太空的科学思想：　 真正为人类迈向太空提供科学思想的是生于19世纪的俄国学者齐奥尔科夫斯基。　 科学思想：　 在没有空气的太空中，利用喷气反作用力推进的多级火箭，是实现太空飞行最有效的交通工具，液态氢和液态氧可以作为火箭发动机的推进剂。新课教学16.2 浩瀚的宇宙二、飞向太空探索太空的旅程：2003年10月15日9时，我国“神舟五号”载人飞船成功发射，在太空中绕地球14圈后，安全返回。成功实现了中国人遨游太空的理想 1957年10月4日,前苏联把人类第一颗人造地球卫星送上天； 1961年，苏联的加加林乘飞船进入太空； 1969年，美国阿姆斯特朗登月；新课教学16.2 浩瀚的宇宙三、破解宇宙奥秘之路谜一样的宇宙： 宇宙有没有起源和终结？它是永恒不变的还是不断演化着的？是有限的还是无限的？ 从“地心说”到“日心说”的转变使布鲁诺指出这种宇宙中心的转移本身就意味着宇宙根本就没有中心。 没有中心的宇宙究竟是怎样的呢？新课教学16.2 浩瀚的宇宙三、破解宇宙奥秘之路宇宙的现状： 1929年，美国科学家哈勃从天文观察中发现，所有河外星系都在远离我们银河系而去，其退行的速度与它们离我们的距离成正比。 哈勃的发现说明所有河外星系都在远离我们，而且离我们越远的星系逃离的越快。由于在宇宙中银河系并不处于特殊的中心位置，所以哈勃的发现对任何星系而言都是真实的。也就是说，宇宙处于普遍的膨胀之中。 为纪念哈勃，美国将一架太空望远镜命名为哈勃望远镜。新课教学16.2 浩瀚的宇宙三、破解宇宙奥秘之路宇宙的起源： 分析：既然宇宙中的星系在彼此远离，那么它们过去必定靠得很近，而且越是年代久远，靠得越近。也就是说，较早时代的宇宙的物质密度会更高。宇宙的开端处于高温度、高密度的状态。“宇宙大爆炸”学说： 1948年，物理学家伽莫夫提出，宇宙起源于一次大爆炸，大爆炸的原始火球不断膨胀而逐渐冷却下来，形成今天的还在膨胀着的宇宙。16.3 能源：危机与希望新课教学新课教学16.3 能源：危机与希望一、能量转化与守恒定律能量的形式： 自然界中的物质存在着不同的运动形式，不同的运动形式对应着不同的能量。运动的物体具有动能；被举高的物体具有重力势能；发生弹性形变的物体具有弹性势能；由大量粒子构成的系统具有内能。新课教学16.3 能源：危机与希望二、能量转化与守恒定律能量的转化： ☆如图所示的各种情景中，说明有哪些不同形式的能量在发生相互转化？1.飞行的飞机——内能能转化为机械能2.驾车飞越黄河——重力势能转化为动能3.水力发电站——机械能转化为电能新课教学16.3 能源：危机与希望二、能量转化与守恒定律能量的守恒： ☆大量事实表明：不同形式的能量之间可以相互转化，在一定量的某种形式的能量减少的同时，总伴随着其他形式的能量在等量地增加。能量转化与守恒定律： 能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。【说明】1.能量守恒定律是最基本、最普遍、最重要的自然规律之一。任何形式的能量之间都可以转化，但转化过程并不减少它们的总量。2.自发的能量转化过程是有一定方向性的，即自然进行的能量转化过程是不可逆的。新课教学16.3 能源：危机与希望二、能量转化与守恒定律第一类永动机： ☆指不需要任何能量，而永不停息地对外做功的机器。历史上的第一类永动机的设计方案： 第一类永动机违背了能量转化与守恒定律，不可能制成。【说明】新课教学16.3 能源：危机与希望三、能量与能源能量： ☆能量与物质及其运动相互联系，对应于不同形式的运动，有不同形式的能量；如机械能、电磁能、内能、化学能等。能源： ☆能够提供能量的物质资源称为能源。 ☆能源是人类社会生活的物质基础。（1）化石能源、核能会越用越少，不可能在短时间内从自然界得到补充所以他们属于不可再生能源。能源的分类：（2）水的动能、风能、太阳能、生物质能，可以在自然界源源不断地得到，所以它们属于可再生资源。 新课教学16.3 能源：危机与希望四、物质与能量质能方程：E = m c2☆1905年德国物理学家爱因斯坦提出。☆揭示了以质量m为标志的物质与能量E之间有一种简单的正比关系。☆表明物质蕴含有巨大的核能。新课教学16.3 能源：危机与希望四、物质与能量核裂变 ：△E = △m c2 ☆用中子轰击铀，重原子核分裂成两个中等质量的原子核的核反应叫作核裂变。 ☆裂变反应后生成物的质量减少，释放出核能。☆核裂变释放的核能被利用与发电。新课教学16.3 能源：危机与希望四、物质与能量核聚变 ：△E = △m c2 ☆将轻核聚合成质量较大的核的核反应叫作核聚变。 ☆聚变反应后生成物的质量减少，释放出更巨大的核能。☆太阳内部之间原子的反应就是核聚变。☆核聚变发生之前必须要在高温之下进行，因此又成为热核反应。要和平利用，需平稳受控进行。新课教学16.3 能源：危机与希望五、科学与人类可再生能源 ：可再生能源可以认为是无限的。新课教学16.3 能源：危机与希望五、科学与人类不可再生能源 ：不可再生能源是有限的。新课教学16.3 能源：危机与希望五、科学与人类合理利用能源 ： ☆当代的科学技术不断发展，使人类具有了认识和利用自然环境的能力，推动着人类社会的进步，提高了人类生活的质量。但新技术的应用，也引发了环境污染、能源短缺、全球变暖、臭氧枯竭、物种灭绝等一系列问题。 利用能源改善生活时，注意避免因滥用技术而导致的社会问题，促进人类全协调、可持续发展。巩固练习课堂练习课堂练习 1.2022年，被称为“诺奖风向标”的沃尔夫物理学奖被L'Huillier、Corkum和Krausz三位教授获得。他们因在超快激光科学物理领域的开创性和创新性工作，以及展示原子、分子和固体中电子运动的时间分辨成像而共同获得沃尔夫物理学奖。下面对物质微粒由大到小排列正确的是（　B　）A．电子、原子、分子 B．分子、原子、电子C．原子、分子、电子 D．原子、电子、分子课堂练习 2.下列粒子按照尺度的数量级来排列，尺度最小的是（　B　）A．原子 B．夸克 C．质子 D．分子课堂练习 3.石墨烯具有优良的导电性、导热性、透光性、耐拉伸等特点。用它制成导线主要是利用了（　A　）A．导电性 B．导热性 C．透光性 D．耐拉伸课堂练习 4. 如图所示，碳纳米管是一种具有特殊结构的材料。碳纳米管表现出良好的导电性，也有良好的导热性能，被巨大的压力压扁后，撤去压力，碳纳米管能立即恢复原状。根据上述信息判断，碳纳米管可以制作（　C　）A．电线的外皮 B．潜艇外壳 C．高铁的减震装置 D．消防外套课堂练习 5. 用镍钛合金制成的宇宙飞船自展天线，在低温下被折叠，进入太空后，在阳光照射下可重新展开，恢复成原状．关于此天线制作材料的描述错误的是（　B　）A．具有形状记忆功能 B．具有很低的熔点C．具有良好的延展性 D．具有良好的导电性课堂练习 6.无论是浩瀚的宇宙，还是微小的粒子，人类从未停止过探索的脚步。关于宇宙和粒子，下列说法正确的是（　D　）A．宇宙是一个有层次的天体结构系统，恒星是绝对不动的B．太阳是宇宙的中心C．汤姆生建立了原子的核式结构模型D．原子是由原子核和核外电子构成的课堂练习 7.有一位著名的科学家，他用“日心说”否定了影响人类达千年之久的“地心说”，有力地推动了人类文明的进程。这位科学家是（　B　）A．爱因斯坦 B．哥白尼C．牛顿 D．伽利略课堂练习 3.人类从未停止过对微观世界与宏观世界的探索，下列说法正确的是（　C　）A．开普勒提出的万有引力定律是探索宇宙的理论基础B．道尔顿发现了电子C．我国拍摄到人类首张近距离月球背面的高清影像图D．哥白尼提出了“地心说”课堂练习 8. 如图所示，创立万有引力理论，使人们第一次科学认识神秘天体运动的科学家是（　D　）A．  鲁斯卡 B．  哈勃C．  罗雷尔 D．  牛顿课堂练习 9. 中国天文学发展历史非常悠久，如图是陈列在大洋湾景区内的青铜制“浑天仪”，是中国古代天文学重要成就。时至今日，人类从未停止对宇宙的探索。下列说法正确的是（　C　）A．太阳是银河系中数以亿计恒星中的一颗普通恒星，恒星的位置是固定不变的B．我们认识到，宇宙是一个没有层次的天体结构系统C．“谱线红移”现象说明星系在离我们越来越远D．宇宙中天体在不停地运动，其中地球是宇宙真正的中心课堂练习 10.关于能量和能源，下列说法正确的是（　C　）A．电能是一次能源B．太阳释放的能量是核裂变产生的C．水力发电是将水的机械能转化为电能D．煤、石油、天然气都是可再生能源课堂练习 11.种花能美化、绿化环境，家庭种花是一门科学。家庭种花不能长时间放在室内，而要经常让阳光照射，植物生长过程中的能量转化是（　C　）A．内能转化为机械能B．电能转化为机搬能C．太阳能转化为生物质能D．动能转化为弹性势能课堂练习 12.能源是人类生存和发展的基础，人类社会的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。关于能源的开发和利用，下列说法错误的是（　A　）A．核能是可再生能源，开发和利用核能是人类获取能源的一个新途径B．煤是不可再生能源，以煤为主要燃料的火电站容易造成环境污染C．太阳能是一次能源，可直接利用且污染小，开发前景广阔D．能量在利用的过程中，其转化和转移是有方向性的课堂练习 13. 关于能量和能源的利用，以下说法中正确的是（　A　）A．核电站是利用核能来发电的，其核心设备是核反应堆，里面发生的是可控的核裂变B．水能、风能和化石能源均是可再生能源C．目前直接利用太阳能的方式只是用太阳能电池把太阳能转化成电能D．能量的转化、能量的转移有时是有方向性的课堂练习 14. 俄乌军事冲突开始以来，石油、煤、天然气的供应在国际市场上一下子紧张起来，许多国家正在谋求长远的多种能源出路。下面有关能源的说法正确的是（　C　）A．风能、地热能、潮汐能，都来自于太阳B．自然界可以永久地为我们提供石油、天然气等能源C．石油、煤、天然气都是常规能源D．核反应会发生剧烈的爆炸，人类无法和平利用核能53再见