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第十六章粒子与宇宙16.1探索微观世界的历程

学生活动——————思维的火花德谟克利特（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，大自然的万物都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

思维的火花走向科学

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思维的火花走向科学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。

一、探索过程1.思维的火花古希腊学者德谟克里特认为“大自然的万物都由看不见的微小粒原子构成。原子不能消失，但也不会无中生有。”尽管他的见解缺少科学实验的基础，但后来的历史发展表明，他的思维闪烁着真理的火花。2.走向科学（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。

(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-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原子是元素保持化学性质不变的不可再分的最小单元，不同元素的原子不同；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。

二、原子结构1.揭开原子的面纱（有视频）(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。

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。

2.原子核的发现(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。

(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，但密度很大，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)。

(3)其他粒子的发现时间人员发现或提出物质理论1919年至1932年卢瑟福和查德威克发现质子、中子，确定了原子核就是由质子、中子构成的，如图所示：

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、里克特发现亚粒子，它的存在表明应该还有一种称为粲夸克的基础粒子

（1）汤姆孙的枣糕模型

（2）卢瑟福的有核模型、行星模型

3.微观粒子的空间尺度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。

1.微观粒子及其尺度三、纳米科技在物理学中，原子、原子核及其更深层次的客体统称为微观粒子，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10-9m

2.纳米和纳米科技(1)纳米：10-9m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，1nm=10-9m。(2)纳米科技:纳米科技指的是，当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。

(3)纳米科技的发展及前景①纳米科技的发展：今天，纳米催化剂大幅度提高了催化作用;用纳米颗粒粉体制成的纳米材料显示出比一般材料更为优异的性能;纳米炸药也显示出更大的威力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，开关做得......应用纳米技术，必将迎来一场新的技术革命。

例：下列事实中