初中物理沪科版（2024）八年级全册（2024）走进微观教学ppt课件

这是一份初中物理沪科版（2024）八年级全册（2024）走进微观教学ppt课件，共69页。PPT课件主要包含了导入新课，学习目标，目录导航，自然的尺度，宇宙的尺度，探索物质的组成，4分子，探索微观粒子，课堂总结，作业解析等内容，欢迎下载使用。
第一节 走进微观
你是否发现，土块可碎成土粒，土粒又可碎为细小的颗粒。想一想，细小颗粒还可以再分吗？能否无限地分下去？让我们带着这些问题走进神秘的微观世界。
尘土、树木、水、火焰、空气、星辰，我们周围的一切，包括有生命的和无生命的，都是物质。物质在不停地运动，并以各种各样的形态存在着。
1. 世界是由物质组成的
在我们的身边，有潺潺的流水、美丽的鲜花、苍翠的树木、嬉戏的儿童……这便是我们能看见的熟悉世界。
仰望夜空，群星闪烁。茫茫无际的宇宙，神秘且迷人，而人类的探索，也到达了距离我们1026m（大约1011光年）的宇宙深处。
人们将光在真空中传播一年所经过的距离作为长度单位，称为1光年。 1光年=9.46×1015m
（1）银河系如图所示，晴朗的夜空，可见一条横亘天际的光带，它是由群星和弥漫的星际物质集合而成的一个庞大的天体系统——银河系。它好似一个中央凸起、四周扁平的旋转铁饼，直径大约为10万光年。
（2）仙女座星系目前人们观测到的星系约为1000亿个，仙女座星系是离银河系较近的星系，它距离我们超过两百万光年。在宇宙中的星系面前，银河系就像是一只蚂蚁！
3. 微观世界的尺度在人们不能直接看到的世界里，同样奥秘无穷。那里有细胞、病毒、分子、原子……随着现代科技的发展，科学家的研究已深入10–19m的微观领域。
1. “五行说”与“四元素说”
物质是由什么组成的呢？从古到今，人们一直在探寻着这个问题的答案。
很早以前，我们的祖先认为宇宙万物由金、木、水、火、土组成，这被称为“五行说”；古希腊人认为宇宙万物由水、火、土、气组成，这被称为“四元素说”。
后来，人们认识到，若将物质无限地分下去，会越分越小，小到能保持物质的性质不变为止，通常所说的物质就是由这种颗粒组成的。
2. 德谟克利特的原子模型
古希腊哲学家德谟克里特认为：宇宙万物由原子构成，原子是极微小的、不可分割的粒子。
3. 道尔顿的原子论模型
19世纪初，科学家道尔顿在实验的基础上提出了原子论。其要点：化学元素由不可分的微粒——原子构成，原子在一切化学变化中是不可再分的最小单位。同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素基本特征之一。
1811年，意大利科学家阿伏加德罗将保持物质性质不变的颗粒命名为“分子”。
5. 物质的构成
通常，物质是由分子或原子构成的。电子显微镜（EM）等现代科学工具的发明，揭开了微观世界神秘的面纱，使我们能够观察到分子或原子。例如，图是放大后硅表面的原子排列图像。
6. 我们身边的微观世界
（1）氢分子：世界上最小的分子——氢分子，其尺度相当于一根头发丝直径的十万分之一，质量只有 3×10-27kg左右。（2）水分子：看不见的水分子——1cm3的水中大约有3.34×1022 个水分子，一个水分子的质量只有 3×10-26kg 左右。（3）碳原子：随处存在的碳原子——铅笔芯中的石墨、闪闪发光的钻石、空气中的二氧化碳、净水器中的活性炭都含有碳原子。一个碳原子的半径约为7.7×10-11m，质量约为1.99×10-26kg。
视频欣赏——《分子和原子》
【例题1】关于物质的构成，下列说法正确的是（ ）A．分子的直径很小，一般为10-10m B．我们看到大雾中的许多小水珠是一个个分子C．可以借助光学显微镜观察到分子D．分子非常小，人们无法用肉眼观察分子
人们已发现，分子由原子构成。有的分子由单个原子构成，叫做单原子分子。例如，氦气、氖气等稀有气体的分子就是单原子分子。绝大多数分子由多个原子构成，叫做多原子分子。例如，水分子就是多原子分子，它由两个氢原子和一个氧原子构成。19世纪初，人们认为原子是构成物质的不可再分割的最小颗粒。然而，原子真的不可再分吗？
（1）汤姆孙发现电子1897 年，英国物理学家汤姆孙（1856—1940）在研究阴极射线时发现了电子——人类发现的第一个比原子小的粒子。电子带负电，是原子的构成部分之一。它的发现打破了原子不可再分的传统观念，激发了人们探索原子内部结构的热情。由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此物理学家推断出在原子中还存在带正电荷的其它物质。
1. 汤姆孙的原子模型
（2）汤姆孙的“枣糕模型”1903年汤姆孙提出了一个原子结构模型，人们把它叫做“葡萄干蛋糕”模型。 翻译为“枣糕模型”或“西瓜模型”或“汤姆孙模型”。汤姆孙模型认为：
此模型有一定意义，但不能解释后来的α 粒子散射实验，后来被卢瑟福的有核模型所取代。
正电荷均匀分布在整个原子内，电子则镶嵌其中，被称为“枣糕模型”。
（1）α粒子散射实验卢瑟福在1898年发现了α射线。他用准直的α射线轰击厚度为微米的金箔时，发现大多数粒子散射角度很小，但有少数α粒子偏角很大，个别粒子的偏转几乎达到180°。
2. 卢瑟福的原子核式结构模型
（2） α 粒子散射实验分析与结论根据实验进行推导：当α粒子穿过原子时，电子对α粒子运动的影响很小，影响α粒子运动的主要是另一种带正电的“粒子”，即原子核。因为绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数α粒子可能与核十分接近，受到较大的斥力，才会发生大角度的偏转。
实验结论：原子中绝大部分是空的；α 粒子前进时撞在一个体积很小而质量又比它大很多的微粒上（原子核）。
（3）卢瑟福的原子核式结构模型通过对电荷，质量和偏转角度等的运算，卢瑟福1911年提出了原子的核式结构模型：
原子是由原子核和电子构成的，带正电的原子核位于原子中心，体积小，但几乎集中了原子的全部质量；带负电的电子在不同的轨道上绕原子核运动，就像行星绕着太阳运动一样。
若把原子核看成一个小球，则它的半径约为10-15m。如果把原子比作一个足球，那么原子核只有针尖般大小。
视频欣赏——《α粒子散射实验》
1926年奥地利物理学家埃尔温·薛定谔提出“电子云模型”。该模型中， 电子在原子核外很小的空间内做高速运动，其运行没有固定的规律，电子分层排布，接近现代人类对原子结构的认识。
3. 原子的“电子云模型”
4. 总结：原子模型的建立过程
①汤姆生的“枣糕模型”
②卢瑟福的“核式结构模型”
原子模型是人们对物质世界微观结构的认识而建立的模型。人们普遍接受的原子模型为由原子核（质子和中子）和电子构成，电子绕核做不规则运动，形成的电子云模型。原子模型最早由英国科学家道尔顿在1803年提出，经过汤姆逊、卢瑟福、波尔等人的改进与完善，进而形成了近代原子模型.
视频欣赏——《原子模型的建立过程》
5. 原子核（1）质子的发现
1919年，卢瑟福用速度是20000km/s的“子弹”—α 粒子去轰击氮、氟、钾等元素的原子核时，发现在原子核中还存在一种带正电的质量比电子大很多的微粒——质子。质子所带正电荷的数量＝电子所带负电荷的数量
原子核还能再分吗？随着历史的发展，人们对原子内部结构的研究逐步深入。
（2）中子的发现中子的概念是由英国物理学家卢瑟福提出，中子的存在是1932年英国物理学家詹姆斯·查德威克用镭的α-射线轰击铍原子时的实验中证实的。科学家在实验中进一步发现中子的质量与质子相同、但是不带电。
（3）原子核的组成及带电情况
原子核是由质子和中子构成的，质子带正电，中子不带电。质子和中子统称为核子。
（4）原子的组成及带电情况
形象来说，就是地球和乒乓球的比例, 大约一比一千亿。 原子核极小，它的直径在10-16m～10-14m之间，体积只占原子体积的几千亿分之一，在这极小的原子核里却集中了99.95％以上原子的质量。
（5）原子核与原子的大小比较
（6）夸克质子和中子还能再分吗？随着人们对原子内部结构的研究逐步深入，物理学家默里·盖尔曼提出了质子和中子还可以再分。质子和中子是分别由三个夸克组成的。
原子核由质子和中子组成
6. 总结：不同微观粒子的层次结构示意图
10-10～10-5m
10-15～10-14m
水分子（每个小球表示 一个原子）
7. 加速器探索微观粒子20 世纪中叶起，为了探索微观世界的奥秘，人类制造了各种类型的加速器。 借助于不断完善的粒子加速器，又发现了μ子、π介子、Κ介子、Λ 超子、Σ超子及τ子等400余种粒子。这些粒子是比原子核更深层次的物质存在形式。人类对自然界的认识永无止境，探索永不停止，微观世界的神秘面纱还有待同学们去揭开。
8. 物质世界的大致尺度人类的探索向浩瀚宇宙和微观世界两个方向不断深入，视野向大尺度和小尺度两个方面不断延伸。大到星系，小至夸克，物体空间尺度大小各异。下图中，按照尺度大小的顺序依次展示了从宏观到微观的代表性物体的大致尺度。值得注意的是，随着现代自然科学的发展，有科学家认为浩瀚宇宙与微观世界存在相互联系，关于宇宙和微观世界的研究也具有相通性。这值得人们进一步研究和探讨。
【例题2】能保持物质化学性质不变的最小微粒是_____（选填字母：A．原子，B．分子）；科学家对原子的结构进行猜想和实验，并提出了多种模型。在如图所示的两种模型中，卢瑟福提出的原子模型是_______（选填“甲”或“乙”）。
实验表明，分子是由原子组成的，分子是保持物质化学性质不变的最小微粒。故选B。卢瑟福认为原子不是均匀分布的，而是中间很小的体积聚集了原子绝大部分的质量，核外质量很小的电子围绕着原子核转动，故原子模型为乙。所以选乙。
【例题3】如图所示是氦原子的核式结构模型，其核外有两个电子绕核旋转，请你在图中用“⊕”表示质子，根据电子数在相应位置画出数量对应的质子。
原子是由带正电的原子核和带负电的核外电子组成，原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成，原子不显电性的原因是原子核所带正电荷的数目与核外电子所带负电荷的数目相等，所以，对应的质子如图.
【例题4】如图所示是用来说明原子及原子核结构情况的示意图。原子是由原子核和核外带______电的电子组成的，原子核内的______带正电，原子自身______（带负/不带/带正）电。原子的质量几乎集中于______。由此图提供的信息可知：原子核内的质子和中子______（有/没有）更精细的结构。
原子是由原子核和核外带负电的电子组成的，原子核内的质子带正电，质子带的正电荷数和电子带的负电荷数相抵，整个原子自身不带电，原子的质量几乎都集中在原子核中。
原子核内的质子和中子由夸克组成，可知原子核内的质子和中子有更精细的结构。
【例题5】如图所示，是α粒子散射实验示意图。1909年，著名科学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，结果发现，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，但是有少数α粒子却发生了较大的偏转，并且有极少数的α粒子偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°，像是被金箔弹了回来。
①根据实验现象，卢瑟福提出，“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”，这个“很小的结构”指的是_______；
②1μm金箔包含了3000层金原子，绝大多数α粒子穿过后方向不变，下列有关该现象的解释中合理的是_____.A．原子的质量是均匀分布的 B．原子内部绝大部分空间是空的③卢瑟福根据实验现象，经过想象、类比建立了类似行星绕日的_________模型。这种方法叫_________（选填“控制变量”或“建构模型”）法；④根据以上的现象分析，以氢原子为例，正确的模型是图中的____。
①若原子的质量、正电荷在原子内均匀分布，则发生散射的α粒子将很多，而不是只有少数发生偏折；因为电子质量很小，若α粒子遇到电子，就像飞行的子弹碰到灰尘一样，运动方向不会发生明显的改变，所以发生偏折的α粒子一定遇到的是质量很大的粒子，这说明在原子中有一个集中了原子大部分质量的微小粒子，即原子核。②原子核外有一个很大的空间，使绝大多数α粒子穿过后方向不变，B正确。③科学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，这种方法在物理学研究中叫建构模型法。④原子是由原子核和核外电子构成的，原子核体积很小、质量大，原子核外有一个非常大的空间，核外电子围绕原子核作高速运动，故B图正确。
①德谟克里特认为宇宙万物由原子构成，原子是极微小的、不可分割的粒子.②道尔顿在实验的基础上提出了原子论.③阿伏加德罗将保持物质性质不变的颗粒命名为“分子”.①汤姆孙发现电子，提出原子的枣糕模型.②卢瑟福通过α粒子实验，发现质子，提出核式结构模型.①詹姆斯·查德威克通过实验证实中子的存在.②科学家相继发现原子核由质子和中子构成。③默里·盖尔曼发现质子和中子分别由三个夸克组成的.
原子模型建立的历史进程
汤姆孙“枣糕模型” 并发现电子
默里·盖尔曼发现质子和中子由夸克组成
卢瑟福“核式结构模型”并发现质子
1．在下列科学家中，对发现电子作出重大贡献的是（　　）A. 卢瑟福 B. 阿伏加德罗 C. 汤姆孙 D. 道尔顿
1897 年，英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子——人类发现的第一个比原子小的粒子。电子带负电，是原子的构成部分之一。它的发现打破了原子不可再分的传统观念，激发了人们探索原子内部结构的热情。故选C。
2. 下列对微观世界的描述中正确的是（　　） A. 电子的发现说明原子是可分的 B. 原子是构成物质的最小微粒C. 中子和电子绕着原子核运动 D. 我们可以直接用眼睛看见分子
A. 电子是人类发现的第一个比原子小的粒子，电子带负电，是原子的构成部分之一，它的发现打破了原子不可再分的传统观念。故A正确。 B. 原子不是构成物质的最小微粒，由原子核和电子组成。故B错误。C. 电子绕着原子核运动，而中子位于原子核内部。 故C错误。D. 我们可以直接用眼睛看不见分子。故D错误。 故选A。
3. 原子的核式结构模型是由卢瑟福根据α粒子散射实验提出的。请用图形和文字描述原子的核式结构模型。
核式原子结构认为:（1）原子的质量几乎全部集中在直径很小的核心区域，叫原子核，电子在原子核外绕核作高速运动.（2）原子核带正电， 电子带负电.
4. 原子核由哪些更小的粒子构成？这些粒子分别带有什么电荷？
原子核由质子和中子两部分组成。其中质子带正电，中子不带电。
5.* 查阅资料，收集与夸克相关的科技信息，在此基础上写一篇关于人类探索微观世界的小论文。
在20世纪之前，人类对物质的认知基本停留在分子级别上。19世纪末20世纪初，科学家发现了比分子尺度更小的物质结构，那就是原子。但是原子到底长什么样，没有显微镜可以直接看清楚，物理学家只能通过相关现象推测可能的原子结构。1803年，道尔顿最早提出现代原子模型，1897年汤姆孙提出“葡萄干面包”模型，后来卢瑟福通过大量的α粒子散射实验得出结论，认为原子内部有个原子核，这个原子核呈正电，原子核外有一群带负电的电子绕起运动，就和行星绕恒星运动一样，遵守圆周运动的规则，即原子的核式结构模型。
1913年，波尔根据氢原子光谱提出来电子的能级模型，认为电子在原子核外处于不同的能级，能级不是类似行星轨道的概念。既然万物由原子构成，原子又由原子核和电子构成。那么电子和原子核又由什么构成呢？当时的物理学家虽然发现了质子和中子，但是发现它们并不是特别稳定，偶尔也会相互切换，也就是质子在某种情况下会变成中子，中子会变成质子。本着朴素的哲学观念，物理学家认为：如果一个事物并不稳定，并且会改变自己的状态，那么这种改变一定是由内部的因素决定的。一个不可再细分的物质是稳定的，是不变的，如果它可以改变，那么就证明它必然存在内部更小的结构在发挥着作用。
最早从理论上预测夸克存在的是盖尔曼和茨威格，并于1964年提出的相应的夸克模型。直到1968 年，在斯坦福线性加速中心进行的深度非弹性散射实验中才发现质子内部还有更小的点状物，所以质子有内部结构是确定的事实，这些点状物就是夸克。
1．宇宙中有最小的微观粒子吗？为什么？答：夸克是目前宇宙中最小的粒子。量子力学是一门很神奇的学科，它告诉我们世界是由微观粒子组成的。这些微观粒子包括原子核和电子，而原子核则由质子和中子组成。这些质子和中子还由更小的粒子构成，它们叫做夸克。夸克是目前最小的粒子，没有比它们更小的粒子了。这是因为它们是构成其他粒子的基本组成部分。就像乐高积木一样，夸克是最小的积木块，其他粒子就是由它们组成的现在。
2．电子是否跟月球一样有固定的运动轨迹?答：电子没有固定的运动轨迹。卢瑟福提出的原子核式结构模型并不是原子的真实状况，实际上核外的电子并不是像地球沿固定轨道绕着太阳那样旋转，而是以电子在某处出现的概率——电子云的形式表现的。
1. 假定以直径为 10 mm 的玻璃球代表一个原子核，那么一个原子大约要用多大直径的球来表示呢？
原子直径的数量级是10-10m；原子核的直径约10-15m。原子直径是原子核的直径的倍数为以直径为 10mm 的玻璃球代表一个原子核，则一个原子大约要用的球的直径：10mm×105=106mm=1000m
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的；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、原子。故A正确，BCD错误。故选A。
2. 下列关于微观粒子的空间尺度由小到大的排列顺序，正确的是（　　）A．夸克、质子、原子核 B．分子、原子核、质子C．原子、原子核、分子 D．原子核、质子、分子
3. 自从汤姆孙发现了电子，人们开始研究原子的内部结构，科学家提出了许多原子结构的模型，下图中所示的三种模型中与核式结构模型最为相似的是（　　）
核式结构模型，即原子的中心是带正电的原子核，占很小的体积，但其密度很大，几乎集中了原子的全部质量；带负电的电子在不同的轨道上绕着原子核运动，就像地球绕着太阳运动一样。因此与核式结构模型相似的是“行星”模型。故C符合题意，AB不符合题意。
A．“实心球”模型 B．“枣糕”模型 C．“行星”模型
4. 关于氢原子的模型结构示意图，下列正确的是 （　　）
原子的中心是原子核，而且只占了很小一部分的体积，在原子核周围，有电子在核外运动，故ACD错误，B 正确。
5. 如图所示，已知氢原子只有一个质子，一个电子，虚线表示氢原子核外电子的运动轨道。请在此图上完成氢原子的核式结构模型示意图，要求：用“+”“-”分别表示原子核、电子，并标出原子核、电子的大致位置。
氢原子的中心是一个带正电的原子核，一个带负电的电子在原子核外绕原子核做圆周运动，如图所示。