一、宇宙和微观世界教案设计（一等奖）

§11-1宇宙和微观世界

设计理念

科学源自对自然的辩证认识，科学观则是认知主体的辩证思维能力，本课试图通过学生自身的知识建构去树立科学的物质观和世界观。

教学目标

1、知识与技能：知道宇宙是由物质组成的，物质是由分子和原子组成的；初步了解原子的结构；对物质世界从微观到宏观的尺寸有大致的了解；初步了解纳米科学技术及纳米材料的应用和发展前景。

2、情感、态度与价值观：通过了解人类探索太阳系及宇宙的历程、人类探索微观世界的历程，认识人类的探索将不断深入，帮助学生树立科学的世界观和物质观。

教学流程

导言：“宇宙”是一种时空观，古语：四方上下曰“宇”，古往今来曰“宙”。人类对宇宙的认识经历了相当长的时间，并且仍在不断的变化，从中国古人的“天圆地方”说到近代西方的“日心说”，人类在认识物质世界的过程中甚至于以生命作为代价，直到今天仍然如此，本节课我们所学到仅是前人留下的沧海一粟。

新授与探究：

一、你心中的宇宙：

让学生通过交流与阅读了解到宇宙的“广袤无珢”

宇宙是由一大群运动的恒星、大量的气体和尘埃组成的物质系统。

无边无际的宇宙中大约有几十亿个像银河系这样的星系。星系离我们最远的超过100亿光年。

宇宙间恒星总数约1022个。

银河系直径约十万光年，厚度约为1万光年，它是由1300亿颗恒星形成的巨大星系。从正面看银河系像一个庞大的车轮状的旋涡系统，从侧面看相一个中间凸起的铁饼，银盘由四条巨大的旋臂环绕组成，太阳就位于人马座旋臂和英仙座旋臂之间的猎户座旋臂上，离银河系中心约3万光年。

太阳系已发现的八大行星是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。地球在绕太阳运行的第三条轨道上。

地球赤道周长大约4X104Km 地球与月球之间相距3.8X105Km 1光年=9.46X1015m （师）这么大的宇宙到底是由什么组成的？

二、宇宙的组成

在学生回答后导出：

地球及其它一切天体都是由物质组成的，物质处于不停的运动和发展中。

略谈“坐地日行八万里”“斗转星移”——运动观

三、物质是由什么组成？

探讨：玻璃杯的分割？盐的分割？猜想：有没有限度？

小结：分子是保持物质性质的最小微粒。直径约10—10m （师）宇宙大的让难以想象，构成物质的小微粒小得另人惊讶？

四、固态、液态、气态的微观模型

（师）冰、水、水蒸气均是由水分子组成。从分子角度看，有什么不同？

固态、液态、气态的微观模型

五、分子又是由什么组成？

学生看书后小结：

分子是由原子组成，原子的结构与十分相似，它的中心是。．．在中心周围有运动的。

六、纳米科学技术

1、技术：是指在纳米尺度（1nm=10-9m）内的科学技术。

2、材料特点：指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料。

当物质被细分到纳米尺度，即物质小颗粒的尺度小到1～100nm时，物质原有的属性一般会发生比较显著的变化。这是由于每一颗粒内只包含几十或几百个原子、分子，所以使得纳米材料在许多物理、化学性质上既不同于日常的大块的固体，也不同于单个的原子、分子。例如，大块金子是黄色的，10nm的金颗粒是绿色的，而1nm的金颗粒是红色的。人们对纳米材料的研究正是利用它在某一特性方面的变化来改变原材料的效能。

3、纳米材料应用举例

1)

碳纳米管：它的质量是相同体积的钢的六分之一，强度是钢的10倍。将是未来最佳纤维的首选材料，被广泛用

于超微导线，超微开关，以及纳米级超级电子线路。

2)

磁性材料，像铁钴合金，把化做成20-30纳米大小，它的磁性增加1000倍。

3)

得用纳米技术制作的药物，可以阻断毛级血管，“饿死”癌细胞。

4)

隐形战机涂层可以吸收雷达探测电波，不被敌方发现。

4、纳米技术和信息技术、生命科学是当前科学发展的主流，它位的发展将使人类社会，生存环境和科学技术本身变得更美好。

课堂小结

（学生小结）

本节课我们学习了宇宙和微观世界，宇宙中的总星系有数十亿个象银河系一样的星系，银河系由超过1300亿个象太阳一样的恒星形成的巨大星系，太阳系里有八大行星，地球在红太阳运行的第三条轨道上。地球上的山川、平原、树木、花草都是由物质构成的，所以地球是由物质构成的。和地球一样其它的星球也由物质构成的，所以宇宙是由物质构成的。物质是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是由原子核和核外电子构成的，原子核是由质子和中心构成的，质子和中子构成的，质子和中子又是由更基本的夸克构成的。

我们还学习了固体、液体和气体的微观模型。固体分子排列十分紧密，分之间作用力很强，所以既能保持一定的形状又能保持一定的体积，液体分子排列无固定位置运动比较自由，分子间作用比固体小，

所以不能保持一定的形状，但能保持一定的体积，具有流动性，气体分子极度散乱，间距很大，分子间作用力极小，气体分子可以到达它可以到达的一切空间，所以既不能保持一定的形状也不能持一定的体积。

我们还了解了纳米科学技术，当材料的几何尺度达到纳米量级的时候会出现一些奇特的物理性质，这样的材料我们叫纳米材料，纳米尺度内的科学技术叫纳米技术。纳米技术是高新技术，前沿科学，还在不断的发展过程中，新技术新材料被不断发现，纳米科学技术的未来应用的前景十分广阔。

课堂练习

1、

关于粒子和宇宙的下列说法正确的是（）

A．

太阳是宇宙的中心

B．

原子核是由质子和中子构成的

C．

固体的分子是静止不动的

D．

在固、液、气三态中，固体的分子间作用力最小

2、

关于物质的组成，下列说法中错误的是（ ）

A.

物质是由大量分子组成的

B.

原子是由原子核和中子组成的

C.

原子核是由质子和中子组成的

D.

质子和中子是由更小的微粒组成的

作业布置

[例1] 下列现象中能说明物体的分子在不停地做无规则运动

的是

A、打扫房间时尘土飞扬

B、水从高处流到低处

C、放在空气中的铁器过一段时间会生锈

D、在一杯白开水中放入盐，这杯水会变咸

答案：D。

[剖析] 分子极小，为百亿分之几米，这么小肉眼是看不见的，因此A不对，水流动不能说明单个分子运动，故B 不对，铁生锈是发生本质变化即化学变化，所以C不对，只有水变咸了说明盐分子运动到水中了。

[例2] 分子的大小大约是

A、3×10-5m B、3×10-8m

C、3×10-10m D、3×10-7m 答案：c [剖析] 分子大小为百亿分之几米即10-10米范围

[例3] 大多数物质从液态变为固态时体积

A、变大

B、不变

C、变小

D、判断

答案： C [剖析] 固态分子间距最小，液体次之，气体最大.

[基础精练] 1、在太阳系中，距太阳最近和最远的行星分别是

A、水星、地球

B、地球、冥王星

C、水星、冥王星

D、地球、水星

2、在天文学中，常用“光年”这个单位，光年就是光在一年内通过的路程，那么光年是

A、时间单位

B、长度单位

C、速度单位

D、质量单位

3、保持物质原来性质的粒子是

A、质子

B、电子

C、原子核

D、分子

4、有一定体积，但没有确定形状的物质形态是

A、固态

B、液态

C、气态

D、无法确定

5、下列现象中说法正确的是

A、矿石被粉碎成粉末，说明矿石分子很小

B、汽车驶过，公路上扬起灰尘，说明分子在不停地运动

C、液体的蒸发，说明分子在不停地运动

D、冬天口里呼出“白气”，说明分子看得见。

6、物质是由分子组成，分子由原子组成，那么原子是由下面哪两部分组成？

A、原子核、质子

B、原子核、中子

C、原子核、夸克

D、原子核、电子

7、物质从气态变为固态时，分子间的作用力

A、变大

B、不变

C、变小

D、无法判断

8、既没有一定的体积又没有一定形状是物质哪种状态的正确描述

A、固体

B、液体

C、气态

D、固液气都行

[能力拓展] 9、地球距离太阳的位置适宜，才有了人类的生存与繁衍，那么，地球位于靠近太阳(第几轨道就表示离太阳有多远) A、第一轨道上

B、第八轨道上 C、第三轨道上

D、第九轨道上

10、物质的存在除了固态、液态和气态三种形式外，还有其他形式吗？请到图书馆或上网查阅相关资料，看物质还可能以哪些形态存在。

11、1976年4月，我国吉林省境内下了一场罕见的陨石雨，大小不等的陨石从天而降，蔚为壮观，其中最大的一颗陨石重大375kg，科学家们对这些“天外来客”进行成分分析发现，它们的组成与地球上有的石块成分极为相似。由此可知，宇宙天体是由_________组成的。

12、有的分子由多个原子组成，有的分子由单个原子组成。下图

是电子显微镜下所看到的一种分子，这种分子是__________原子分子（填“多”或“单）”请你再列举出2种类似的分子来：_____________，____________。

[探究创新] 13、参与下面的探究. 情景一：夏天，小明为了解热，自己制作冰棒，当他将制好的冰棒连同冰棒模从冰箱内取出时，发现了一个奇怪的现象：原来与冰棒模口齐平的水结冰后，竟然向外“鼓”了出来，如下图1所示. 情景二：小红擅长用蜡塑像。可每次将熔化的蜡水倒进模型中冷却后，原来与模口齐平的蜡水中间却凹下却一个坑。如下图2所示。

问题：物质的温度降低后，体积增大还是缩小？

猜想：下面是三位同学对上述问题的看法及猜想。

甲：水结冰时膨胀了，表明物体温度降低时体积要增大。

乙：蜡水凝固时向内凹进，表明物体温度降低时体积要缩小。

丙：有的物质降温体积缩小，有的物体降温时体积增大。

由小明和小红的经历，结合你自己的思考和经历，你更支持谁的看法？_______，

理由是__________________________ _________________________________ 实验：将水、食油、熔化的蜡烛、洗发精分别装满四个相同的小玻璃杯，放进冰箱的冷冻室内，待它们全部凝固后取出，观察体积的变化，结果发现：只有水结冰后表面向外鼓出来，其余液体降温后，

表面都向内凹进。

交流：（1）除了_________以外，一般的液体凝固后体积都要_____________。

（2）物质由液态变为固时，分子之间的距离要变______________. （3）物质由固态变为液态或由液态变为气态时，体积要变_____________。

14、物质的分子都在不停地运动着．那么，在分子世界中，谁跑得最快呢?跑得最快的是气体的分子．在气体分子中，跑得最快的是氢气的分子．在0℃时，氢气分子每秒钟可以跑1700 m，相当于每小时跑6120 km，这个速度比喷气式飞机还要快．以这个速度前进，6.5 h就能够绕地球一周．其他气体的分子跑得要慢一些，例如氧气分子，每小时能跑1550 km．气体分子跑得这样快，为什么把桌子上的香水瓶盖打开，香水的气味不是一下子就能闻到呢? 15、纳米材料的定义是：在三维尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料．用通俗的话讲：纳米材料是用尺寸只有几个纳米的极微小的颗粒组成的材料．一个纳米是多大呢的十亿分之一，用肉眼根本看不到．由于它尺寸特别小。它就产生了两种效应，即尺寸小引起的表面效应和量子效应．即它的表面积比较大．处于表面上的原子数目的百分比显著增加．当材料颗粒直径只有1nm时，原子将全部暴露在表面．因此原子极易迁移，使其物理性能发生极大的变化．一是它对光的反射能力变得相当低，低到0.1%,二是机械、力学性能成几倍增加；

三是其熔点会大大降低如金的熔点本是1064℃但2nm的金粉末熔点只有33℃,四是有特殊的磁性．根据上述原理和特性，你觉得纳米材料大致有哪些用途？