關于微觀世界的知識總結

　　我們生活的地球是浩瀚星空中太陽系這個大家庭中一顆很小的行星，廣闊無垠的宇宙大得難以想象。那么，構成宇宙的微小顆粒究竟小到什么程度呢?

　　學完本專題后你應該做到的

　　1、知識與技能

　　(1)知道宇宙是由物質組成的，物質是由分子和原子組成的。

　　(2)初步了解原子的結構。對物質世界從微觀到宏觀的尺度有大致的了解。

　　(3)初步了解納米科學技術及納米材料的應用和發展前景。

　　2、情感、態度與價值觀

　　通過了解人類探索太陽系及宇宙的歷程、人類探索微觀世界的歷程，認識人類的探索將不斷深入，幫助學生樹立科學的物質觀和世界觀。

　　下面我們這樣來學習本專題的知識

　　宇宙與微觀世界

　　讓我們來閱讀下面的資料

　　宇宙自古以來就是人類關注、困惑、探索的一個重大問題。1543年，哥白尼通過30多年的測查和分析，發表了“日心說”。1632年，伽利略利用望遠鏡探索宇宙，人類的視線深入到了更為寬廣的星空。1687年，牛頓發表了《自然哲學的數學原理》，為探索宇宙奠定了堅實的理論基礎。1849年，科學家根據牛頓發現的萬有引力定律，預測天王星的存在外還存在一顆未知的行星，并計算出了這顆行星的運動軌跡。不久，在預測的軌道上發現了海王星。

　　飛向太空一直是人類不滅的理想，1957年10月，人類第一顆人造衛星發射成功。1961年4月12日，人類第一次乘飛船進入太空。2003年10月15日，中國載人飛船“神州五號”升入太空。

　　我們生活的地球是浩瀚星空中太陽系這個大家庭中一顆很小的行星。太陽系除了太陽這唯一的恒星外，至今已發現了水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星9大行星、66顆衛星、2000多顆正式命名或編號的小行星，以及大量的彗星和流星。銀河系中有眾多像太陽這樣的恒星，距地球最近的恒星是半人馬座的比鄰星。它與地球之間的距離大約是40萬億千米，光從比鄰星發出需要4.2年才能到達地球。在浩瀚的宇宙中，還有許多像銀河系這樣的星系，其中仙女座河外星系是離銀河系比較近的一個星系，從仙女座發出的光需要200萬年才能到達地球，也就是說，我們在夜空中所看到的仙女座已是200萬年前的仙女座了。

　　廣闊無垠的宇宙大得難以想象，那么，構成宇宙的微小顆粒究竟小到什么程度呢?科學家發現，任何物質都是由極其微小的粒子組成，這些粒子保持了物質原來的性質，1811年意大利物理學家阿伏加德羅第一個把這種最小的粒子命名為“分子”。

　　最小分子的尺度相當于一根頭發絲的直徑的十萬分之一，氫分子的質量只有10-27左右，1cm3水中含有3.34×1022個水分子，一個水分子的質量是3×10-26Kg。1909年，盧瑟福在成功地進行了α粒子散射實驗后，提出了原子核式結構模型，原子的中心叫原子核，占很小的體積，但幾乎集中了原子的全部質量，帶負電的電子在不同的軌道上繞著原子核運動，就像地球繞著太陽一樣。20世紀初，科學家在探索物質結構的歷程中，相繼發現原子核可以放出質子和中子，由此知道原子核是由質子和中子組成的。20世紀60年代，科學家發現質子和中子都是由夸克等更小的粒子組成。

　　納米技術是現代科學技術的前沿，納米是一個長度單位，符號nm，1nm=10-9m。一般分子的直徑是0.3nm-0.4nm，蛋白質的分子比較大，可達幾十納米;病毒的大小為幾百納米。納米科學技術納米尺度內(0.1nm-100nm)的科學技術，研究對象是一小堆分子或單個的原子、分子。

　　世界上形形色色的物質有多種狀態，我們身邊的物質一般以固態、液態、氣態的形式存在，物質處于不同的狀態具有不同的物理性質。

　　多種物質從液態變為固態，體積變小(水例外);液態變為氣態時體積會顯著增大。物質的狀態變化時體積發生變化，主要是由于構成物質的分子在排列方式上發生變化。固態物質分子的排列十分緊密，分子間有強大的作用力;液態物質中，分子沒有固定的位置，運動比較自由，分子間的作用力比固體的小;氣態物質中，分子極度散亂，間距很大，分子間的作用力極小。因此，固體有一定的體積和形狀;液體有一定的體積，沒有確定的形狀，具有流動性;氣體沒有一定的體積和形狀，具有流動性。

　　讓我們自己試著解答有關問題

　　1、想一想,應該填什么?

　　(1)1nm= m。一般分子的直徑 (填“ 大于”或“ 小于”)1nm。

　　(2)我們身邊的物質一般存在的形態為 、 、 。

　　(3)氣態、液態、固態相比較，分子間的距離r氣 r液 r固，分子間的作用力F氣 F液 F固(填“”或“”)。

　　(4)固體與液體比較，相同點是 _____________________________，不同點是_________________________________;氣體與液體比較，相同點是_______________________________，不同點是___________________________。

　　(5)將“銀河系、 太陽系、地球、 夸克、 萬里長城、分子、宇宙、質子”按照尺度的大小，由大到小順序排列起為： 。

　　(6)填寫下表

　　2、想一想，應該怎么分?

　　有6種物質：鐵、水銀、水晶、白酒、牛奶、巧克力。請用不同的分類方法把它們分成兩類，并按照示例填空。

　　分類一(示例)

　　現在，讓我們用所學的知識盡情發揮自己的才能吧!

　　請閱讀下列短文

　　納米科學技術

　　納米材料早就在自然界存在，例如動物的牙齒、貝殼、鯊魚皮、荷葉表面、珊瑚礁、隕石等都具有納米結構，中國古代的顏料、墨、古銅鏡的涂層都是納米材料，然而，他們雖然用了納米技術，制作了納米材料，但并不知道納米材料的重要性，是處于自發階段。真正把納米作為材料的命名，是德國科學家Gleiter首次采用氣體冷凝的方法，成功地制作了尺度由5納米的晶粒組成的固體，他稱之為納米尺度材料。隨后，美國、西德和日本先后研制成納米級粉體及塊體材料。

　　納米技術的靈感，來自于已故的著名的諾貝爾獎獲得者Richard Feyneman在1959年所做的一次題為“在底部還有很大空間”的演講。這位當時在加州理工大學任教的教授向同事們提出了一個新的想法人類從石器時代的磨尖箭頭開始到現在的光刻芯片的所有技術，都一次性的削去或者融合數以億計的原子，以便把物質做成有用的形態，為什么我們不可以從另一個角度出發，從單個分子甚至原子開始組裝，以達到我們的要求呢?他說：“至少依我看來，物理學的規律不排除一個原子一個原子的制造物品的可能性。”這是關于納米技術的最早夢想。

　　常見的納米材料有： 。

　　納米技術的最初夢想是： 。

　　我們還想了解……

　　納米技術將給現代生活帶來革命

　　同樣兩件筆挺的西裝，當用水或植物油倒在衣服表面時，其中的一件立刻出現了污漬，而另一件只留下幾個細小的水珠，一抖，什么都沒了。日前中國科學院在北京舉辦的納米材料應用展示會上，納米技術令觀眾大開眼界。

　　據中國科學院“百人計劃”入選者之一、“二元協同納米結構理論”的首創者、博士生導師江雷教授介紹，上述展示都是應用了“二元協同納米界面材料”，它會在物質表面上形成一層穩定的氣體薄膜，使油或水無法與材料的表面直接接觸，從而使材料表面呈現出水、油不沾的“超雙疏”性能。

　　經過“超雙疏”界面材料技術處理過的棉、麻、絲、毛、絨、混紡、化纖等各種紡織面料，都具備對果汁、墨水、醬油、植物油等“不沾”的“超疏”性能，但這種處理技術又不會改變原有織物的各種性能，即纖維強度、面料色澤、耐洗滌性、透氣性、皮膚親和性、免熨性等;同時還有殺菌、防輻射、防霉的輔助效果。如此一來，服裝的洗滌次數可大大減少，洗滌方式只是用水輕漂即可，人們可從此告別大量使用洗滌劑洗衣的時代，減少污染、節約水資源、節約時間都是不言而喻的。這意味著這項技術將給我們的生活帶來革命性的變化。

　　納米技術是繼互聯網、基因之后人們關注的又一大熱點。什么是納米?納米是一種幾何尺寸的量度單位，長度僅為一米的十億分之一，略等于45個原子排列起來的長度。納米技術是指制造體積不超過數百個納米的物體，其寬度只有幾十個原子聚集在一起的寬度。其實，在今天，納米技術已經悄悄滲透到我們的衣、食、住、行等日常生活的各個方面。應用納米技術與納米材料，可以制成抗菌冰箱、抗菌洗衣機等。現在，應用納米技術與納米材料的無菌餐具、無菌撲克牌、無菌紗布等產品也已面世。如果食品制造中采用納米技術，可以幫助我們提高腸胃吸收能力。

　　再如，大家知道涂料可以美化居室，但是傳統涂料由于耐洗刷性差，時間不長，墻壁就可能變得斑駁陸離。應用納米技術后，就會使涂料的許多指標大幅度提高，外墻涂料的洗刷性由原來的1000多次提高到了1萬多次，老化時間也延長了兩倍多。

　　從90年代初起，科學技術部、國家自然科學基金委員會、中國科學院就將納米技術研究列入了攀登計劃項目和相關的重大、重點項目，去年科技部又啟動了有關納米材料的國家重點基礎研究項目，投入的基礎研究與支持資金已達數千萬元。

　　目前，中國已經建成了幾個納米技術研究基地。中科院、清華大學、北京大學等單位已形成了一支支從事納米技術研究的隊伍，并在國際上取得了一系列令人矚目的成果，個別方面甚至走在了世界最前沿。

　　有關專家稱，隨著納米功能材料技術的不斷發展，以及在各領域的全面推廣應用，人們的生活將會發生革命性的變化，納米時代離我們越來越近。除了穿的方面，像家庭裝修用的玻璃、瓷磚、大理石、石膏板等材料表面經納米技術處理后，都能呈現奇特的“雙疏”性能，可改善材料自身的部分性能，拓寬應用的范圍。將來可以告別廚房“看著油膩灶、干著臟兮兮”惱人的狀況，而使“下廚房”如同進入一個清潔爽快的空間，有一種藝術創作般的快樂享受。

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