九年级物理宇宙和微观世界导学案

1九年级物理导学案（一）杨成超宇宙和微观世界【教学目标】：1、知道宇宙是由物质组成的，物质是由分子和原子组成的。2、初步了解固态、液态、气态的微观模型，初步了解原子的结构。3、初步了解纳米科学技术及纳米材料的应用和发展前景。【师生共同探究，总结】：宇宙（Universe）是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。宇宙的形状现在宇宙大爆炸(5张)还是未知的，人类在大胆想象。有的人说宇宙其实是一个类似人的这样一种生物的一个小细胞，而也有人说宇宙是一种拥有比人类更高智慧的电脑生物所制造出来的一个程序或是一个小小的原件，宇宙其实就是一个电子，宇宙是一个比电子更小得多的东西，宇宙根本就不存在，或者宇宙是无形的。根据大爆炸理论，宇宙的发展史可表示为一个右端开放的封闭曲面体，如右图。左端中心为爆炸奇点，向右延伸137亿光年，到达我们现在这个开口部。从左往右依次为：奇点、40万年的初期膨胀、近4亿年的黑暗期、出现恒星、星系和行星发展期、含有暗物质与暗能量的加速膨胀期。太阳系(1)由太阳和围绕它运动的天体构成的体系及其所占有的空间区域。(2)由太阳、行星及其卫星与环系、小行星、彗星、流星体和行星际物质所构成的天体系统及其所占有的空间区域。太阳系（SolarSystem）就是我们现在所在的恒星系统。它是以太阳为中心，和所有受到太阳引力约束的天体的集合体：8颗行星冥王星已被开除、至少165颗已知的卫星，和数以亿计的太阳系小天体。这些小天体包括小行星、柯伊伯带的天体、彗星和星际尘埃。广义上，太阳系的领域包括太阳、2颗像地球的内行星、由许多小岩石组成的小行星带、5颗充满气体的巨大外行星、充满冰冻小岩石、被称为柯伊伯带的第二个小天体区。在柯伊伯带之外还有黄道离散盘面、太阳圈和依然属于假设的奥尔特云。2光速光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。光速是目前已知的最大速度，物体达到光速时动能无穷大，所以按目前人类的认知来说达到光速不可能，所以光速、超光速的问题不在物理学讨论范围之内。真空中的光速是一个重要的物理常量。光速定义值：c=299792458m/s=299792.458km/s光速计算值:c=(299792.50±0.10)km/s(一般取300000km/s）作用：当某物体运动速度相对于另一物体接近光速，某物体的时间相对于另一物体减慢，时间变化符合洛伦兹变换。（二十世纪七十年代通过卫星和地面天文台观测日食的同一时间位置的不同得以证实）光速是目前已知的最大速度，物体达到光速时动能无穷大，所以按目前人类的认知来说达到光速不可能，所以光速、超光速的问题不在物理学讨论范围之内。但在理论上如果穿越爱因斯坦罗森桥（时空虫洞）即可以相当于超过了光速。自20世纪初起，我们的理论一直受制于爱因斯坦验证的光速极限，即每秒186282英里(约合每秒30万公里)。即使我们把宇宙飞船加速到这一速度，到达距离我们最近的恒星系统半人马座阿尔法星(距离我们大约4.3光年)并返回，也需要近十年时间。此外，宇宙飞船本身还要考虑能量限制。因此，必须要实现突破光速极限才有可能实现这些目的。近年来科学家们实施了许多相关的实验，比如由美国普林斯顿大学科学家王利军(LijunWang)于2000年进行的实验和德国科学家于2007年进行的实验都取得了一定的进展。最初，科学家们坚信没有任何物质或信息能够突破光速，但光脉冲却能够做到。在真空状态下，在不同位置测到的光脉冲似乎以一种难以置信的速度在传播。不过，这一速度仍然无法对我们太空旅行提供太大的帮助。2007年的实验仍然存在争议。贝勒大学物理学教授杰拉德-克利弗尔认为，在“量子纠缠”现象中，信息的传播速度似乎比光速快。2007年和2008年的两次实验表明，“量子纠缠”的速度至少是光速的1万倍。未来实现超光速的方法可能是跳跃到多维空间中，不过这种方法目前我们还无法理解。美国宇航局突破推进物理学计划前负责人马克-米利斯现致力于研究星际旅行，他表示，“肯定还有我们没发现的物理学领域。”米利斯举例指出，暗物质和暗能量或许能够为我们带来曙光。真空中的光速等于299,792,458米/秒（1,079,252,848.88千米/小时）。[2]这个速度并不是一个测量值，而是一个定义。它的计算值为（299792500±100）米/秒。国际单位制的基本单位米于1983年10月21日起被定义为光在1/299,792,458秒内传播的距离。使用英制单位，光速约为3186,282.397英里/秒，或者670,616,629.384英里/小时，约为1英尺/纳秒。在任何透明或者半透明的介质（比如玻璃和水）中，光速会降低；c比光在某种介质中的速度就是这种介质的折射率。重力的改变能够弯曲光所传播的空间，使光像通过凸透镜一样发生弯曲，看上去绕过了质量较大的天体。光弯曲的现象叫做引力透镜效应，根据变化了的光线在光谱外波段呈现的不规则程度，可以推算发光星系的年龄和距离。2011年9月22日，意大利物理学家在OPERA实验中发现了一种超出光速40322.58分之一的中微子，如果实验数据确凿无误，爱因斯坦的相对论将会受到挑战[3][4][5][6]。根据爱因斯坦的相对论，没有任何物体或信息运动的速度可以超过真空中的光速(c)。在20世纪爱因斯坦狭义相对论中质能等价理论的推论，即著名的方程式E=mC^2;，式(质能方程)中为E能量，单位电子伏特（eV），m为质量，单位MeV/c²，C为光速；也就是说，一切物质都潜藏着质量乘以光速平方的能量。一个静止的物体，其全部的能量都包含在静止的质量中。一旦运动，就要产生动能。由于质量和能量等价，运动中所具有的能量应加到质量上，也就是说，运动的物体的质量会增加。当物体的运动速度远低于光速时，增加的质量微乎其微，如速度达到光速的0.1时，质量只增加0.5%。但随着速度接近光速，其增加的质量就显著了。如速度达到光速的0.9时，其质量增加了一倍多。这时，物体继续加速就需要更多的能量。当速度趋近光速时，质量随着速度的增加而直线上升，速度无限接近光速时，质量趋向于无限大，需要无限多的能量。因此，任何物体的运动速度不可能达到光速，只有质量为零（在宇宙大爆发时有很多现在质量不为0的粒子质量为0）的粒子才可以以光速运动，如因科学研究虚构的“光子”、“引力子”这个名称。真空中的光速是一个物理常数（符号是c），等于299,792,458米/秒。实际上光速是人类到现在为止在太阳系范围内通过观测和计算所得出的“光”的速度。观测的环境不同计算出来的光速也不同。所以光速不恒定。光速是“光”在二维方向受力并在第三维方向运动所达到的速度。如果在“光”运行时的一、二、三维方向施加力，那么“光”的方向和速度会产生一定的改变。如果在太阳系内同一均质介质中同一个光源在同时不同方向或不同时间同一方向测出不同的光速，那么就可证明光速不是恒定的物质世界上的物质都是化学物质，或者是由化学物质所组成的混合物。物质的基本成分是元素。元素呈游离态时为单质，呈化合态时则形成化合物。分子、原子、离子是构成物质最基本的微粒。分子能独立存在，是保持物质化学性质的一4种微粒。原子是化学变化中的最小微粒，在化学反应中，原子重新组合成新物质。原子结合形成分子。离子是带电的原子或原子团。分子化学上，分子是物质组成的一种基本单位名称。数学上，如果将分数看作除式，被除数也被称作分子。文学上，表示“成员”的意思，表示具有某种性质的人，如恐怖分子。分子是能单独存在、并保持纯物质的化学性质的最小粒子。分子的概念最早是由意大利的阿莫迪欧·阿伏伽德罗提出，他于1811年发表了分子学说，认为：“原子是参加化学反应的最小质点，分子则是在游离状态下单质或化合物能够独立存在的最小质点。分子是由原子组成的，单质分子由相同元素的原子组成，化合物分子由不同元素的原子组成。在化学变化中，不同物质的分子中各种原子进行重新结合。”一个分子是由多个原子在共价键中通过共用电子连接一起而形成。它可以由相同化学元素的原子组成，如氧气O2；也可以是不同的元素，如水分子H2O。抽象地，一个单一原子也可当作是一分子（单原子分子），但在实际使用时，“分子”指的通常是多个原子的化学化合物。在热力学中，构成物质的分子（如水）、原子（如金）、离子（如氯化钠）在热力学上的表现性质都是一样的，因此，都统称为分子。分子是构成物质的微小单元，它是能够独立存在并保持物质原有的一切化学性质的较小微粒。分子一般由更小的微粒——原子构成。按照组成分子的原子个数可分为单原子分子，双原子分子及多原子分子；按照电性结构可分为有极分子和无极分子．不同物质的分子其微观结构，形状不同，分子的理想模型是把它看作球型，其直径大小为10^(-10)m数量级。分子质量的数量级约为10^(-26)kg。分子的性质：1.分子很小；2.分子在永不停息的作无规则运动；3.分子间有间隔。固态液态气态分子可以随着温度的变化，在3态中互相转换。气体是物质的一个态。气体与液体一样是流体：它可以流动，可变形。与液体不同的是气体可以被压缩。假如没有限制（容器或力场）的话，气体可以扩散，其体积不受限制。气态物质的原子或分子可以自由运动，因为气态物质分子之间作用力非常小。气态物质的原子或分液态：液态1.物质的液体状态。物质存在的一种形态，可以流动、变形，不可压缩。2.液态时，分子间主要起作用的力是范德华力。范德华力是由分子间的偶极异极相吸造成的。所以不像化学键有固定的角度，范德华力只有个大概的方向。这也是液体为什么会流动而固体不能的原因。当液态物体分子间的范德华力被打破时（加热，使单个分子动能增大），物5体由液态变为气态；当液态物体分子间热运动减小，小到分子间化学键可以形成，从而化学键在分子间占主导地位时，液体变为固体。子的动能比较高。结合物体的微粒间距离很小，作用力很大。粒子在各自的平衡位置附近作无规律的振动，固体能保持一定的体积和形状。在受到不太大的外力作用时，固体的体积和形状改变很小。固体又分为晶体和非晶体，晶体具有固定的熔化温度，非晶体没有固定的熔化温度，其固态和液态之间的状态被称为“熔融”状态。热胀冷缩热胀冷缩是物体的一种基本性质，物体在一般状态下，受热以后会膨胀，在受冷的状态下会缩小。大多数物体都具有这种性质。热胀冷缩实验（注：水在4℃以上会热胀冷缩而在4℃以下会冷胀热缩。而到冰，密度就只有0.9。这意味着，冰将会浮在水面。锑、铋、镓和青铜等物质在某些温度范围内受热时收缩，遇冷时会膨胀。）物体受热时会膨胀，遇冷时会收缩。这是由于物体内的粒子(原子)运动会随温度改变，当温度上升时，粒子的振动幅度加大，令物体膨胀；但当温度下降时，粒子的振动幅度便会减少，使物体收缩。物体都有热胀冷缩的现象，日常生活中我们可以利用这种现象解决一些困难。日常生活中，热胀冷缩时出现现象1．有时候夏天路面会向上拱起,就是路面膨胀...(所以路面每隔一段距离都有空隙留着)2．买来的罐头很难打开,是因为工厂生产时放进去的是热的,气体膨胀，冷却后里面气体体积减小,外面大气压大于内部，所以难打开；而微热罐头就很容易打开了。3．温度计。4．夏天，电工在架设电线时，如果把线绷得太紧，那么到冬天，电线受冷缩短时就会断裂。所以一般夏天架设电线时电线都要略有下垂。原理6对于一般物体，热胀冷缩是成立的，主要是由于温度升高，分子的动能增加，分子的平均自由程增加，所以表现为热胀冷缩，但也有例外，比如说水，这并不是说热胀冷缩对水不成立啦~！而是水中存在氢键，在温度下降情况下，水中的氢键数量增加，导致体积随温度下降反而增大！相反示例自然界的物质绝大多数遵循“热胀冷缩”的规律，少有例外。一种例外是水。水在4℃时密度最大，但由于水包含有氢键（O-H），因此4℃之下就会发生反常膨胀现象，是“热缩冷胀”了。而到冰，密度就只有0.9。这意味着，冰将会浮在水面。水的这种现象在生活中是很常见的。另外还有锑等金属热缩冷胀的金属——锑。锑是一种银灰色的金属，它总共有四个“孩子”，人们见到次数最多是老大，名字叫“灰锑”。它还有三个小“弟弟”，依次是黄色的黄锑、黑色的黑锑和容易爆