第十一章 多彩的物质世界 本章学习物质的性质和结构。从广阔的宇宙到地球上的高山、大海再到微观的原子和分子，都是本章研究对象。学习本章知识以后，你会知道：宇宙是由什么组成的，物质的三种常见形态：固态、液态、气态，物质的基本性质-------质量和密度，质量的测量工具-----天平等。同时学会探究物质的密度与质量和体积的关系，会应用质量和密度的知识解决一些实际应用问题。
第一节 宇宙和微观世界（1） (一) 学习目标 1.知识与能力目标 (1)知道宇宙是物质组成的，物质是由分子和原子组成 的； (2)了解固态、液态、气态的微观模型； (3)了解原子的结构； (4)对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解； (5)初步了解纳米技术材料的应用和发展前景。 2.过程与方法目标 (1)通过对物质从宇宙到微观世界的研究介绍，发现并说明物质是可以分割的； (2)通过把原子结构与太阳系的类比，建立微观世界的结构模型。 3.情感、态度与价值观目标： 通过对物质世界的研究，认识并体验我们生活在物质的世界中，宇宙由物质组成。 学习物质的世界，体会物质世界的奇妙。 (二) 学法点拨 物质世界可以从以下三个层面研究：宇观世界：宇宙、银河系、地球等。它们的体积非常大，大多距离我们非常远，要借助天文望远镜观察和研究：宏观世界：地球上人类可以实地观察和研究；微观世界：物体尺寸非常小，要借助显微镜、电子显微镜观察和研究。 微观物质的尺度很小，人类肉眼无法直接观察。但是，分子也有结构，它是由原子组成的。 课前准备 1取一根蜡烛放入小金属罐熔化然后观察蜡烛凝固时体积的变化。 2查阅、收集有关太阳系、银河系的资料、人类探索宇宙的资料。 3查阅、收集有关分子、原子结构的资料。 教学过程 一.宇宙是由物质组成 教师：人们说广阔的宇宙是无边无际的，那么，这宇宙究竟大到什么程度？宇宙万物，变化万千，那么，这绚丽的世界到底是由什么组成的呢？这一切给人类留了许许多多的谜，引发了人类无限的遐想，激发了一代代科学家对它们孜孜不倦的观察和研究。那么，这一节课就让我们沿着科学家的探究的足迹，从宏观到微观作一次旅行，对这些问题作一些初步的探讨吧。 1.宇宙有多大？ 综合观察课本图10.1-1和课本图10.12-1。 请同学们说出太阳系的九大行星(现报道发现第十大行星)。在太阳系示意图中找出我们生活的地球。(在离太阳比较近的第三条轨道上) 2.交流资料数据： 人类赖以生存的地球置身于太阳系之中，是太阳系中的一颗普遍的行星； 太阳系置身于银河系之中，太阳只是银河系中几千亿科恒星中的一员； 银河系只是数十亿个星系中的一个，一束光穿越银河系需要十万光年； 在浩瀚的宇宙中，还有许多像银河系这样的星系。目前，我们人类观测到的宇宙中拥有数十亿个星系。 (3)根据以上资料、数据让学生推理，说一说他们所想像的宇宙有多大。 (4)结论：宇宙是广阔无垠的，大得很难以想象。 3.人类对宇宙的探究过程。 交流资料： 中国古代关于宇宙结构的学说； 哥白尼与日心说； 从世界上第一颗人造地球卫星发射成功，到人类第一次乘飞船进入太空； 美国的“阿波罗”登月计划； 我国“神舟”号飞船的五次成功飞行。宇航员杨利伟顺利进入太空绕地球航行。 随着科学的不断进步，人类对太空宇宙的探索越来越深入，宇宙的奥秘将逐渐被揭示。 4.宇宙的组成 问题：宇宙究竟是由什么组成的？ 地球及其他一切天体都是由物质组成的。物质处于不停的运动和发展之中。 物质由分子组成 1问题：物质又是由什么组成的呢？ 从古到今，人们一直在探寻着这个问题的答案。古希腊人认为宇宙万物是由水、火、土、气四元素组成；我们的祖先认为宇宙万物是由金、木、水、火、土五行组成。但这些看法都是不科学。到底物质又是由什么组成的呢？ 2分割物质实验： 物质分割有一个限度，分割到这一限度时小粒子能保持物质原来性质但用肉眼不能看到，只能借助电子显微镜观察。科学研究发现：任何物质都是由主其微小的粒子组成的，这些粒子保持了物质原来的性质，意大利物理学家阿伏加德罗第一个把这些粒子叫做分子。 固态、液态、气态的微观模型 1学生交流课前观察蜡凝固时体积的变化。(液体蜡在凝固时体积缩小，中间凹陷下去。) 2问题：我们知道物质一般以固态、液态、气态的形式存在。物质处于不同状态具有不同的物理性质。从实验，我们看到物质在一般情况下由液态变为固态体积缩小，由液态变为气态，体积增大。物质由分子组成，那么，物质存在的形式与分子的存在状态是否联系呢？ 3探究：先让学生说说他们在课堂上听课，课间在教室里活动时，课间在操场上自由活动时这三种情况下活动的状态和活动空间。 固体具有一定的体积和形状；液体没有确定的形状，具有流动性；气体具有很强的流动性。 4结论：根据以上探究，可以认为物质存在的形式与构成物质的分子的运动状态有关。 原子结构 我们知道了物质同分子组成，人们又猜测分子能不能继续分割？科学家发现分子是由更小的粒子组成，并把这样的粒子称为原子。同时还发现有的分子由多个原子组成，有的分子由单个原子组成。 在一般情况下原子核所带的正电和核外电子所带的负电相相等。原子核由更小的粒子---质子和中子组成，而质子和中子又由更小的夸克组成…… 达标自查 1.我们人类生活在广阔的宇宙里，太阳是 中一千亿颗恒星中的一员，人类生活的地球在离太阳比较近的第 条轨道上运行。目前发现的太阳系有 大行星。 2.物质由微小的粒子组成。这些微小粒子保持了物质的性质，我们叫它 。由于它的体积很小，一般要用 观察。 3.固态物质中，粒子之间有强大的作用力，具有一定的 和 。 4.液体没有确定的 ，具有 。气体粒子之间作用力小，故气体容易被 ，并具有 性。 5.物质由 组成。分子由 组成。原子核外的电子绕 运动。 6.物质从液态变成气态的时候，体积变化的正确说法是：( )。 a.体积都变小； b.体积都变大； c.有的体积变大，有的体积变小； d.无法判断。 7.下列说法中，不正确的是：( )。 a.固体有一定的形状和体积； b.液体有一定的形状和体积； c.液体有一定的体积，没有一定的形状； d.气体没有一定的形状和体积。 8.下列单位换算中，正确的是：( )。 a.12nm=1.2×109m； b.12nm=1.2×10-9m； c.12nm=12×109m； d.12nm=12×10-9m。 9.下列对物质结构的描述，正确的是：( )。 a.固态物质的排列规则，就像学生做广播体操一样； b.液态物质的分子可以移动，就像操场上踢足球的学生一样可以在球场上跑动； c.气态物质的分子几乎不受力，就像下课以后的同学可以自由活动。 能力提高 10.探究：物质从液态变成固态的时候，体积是变大了还是变小了？ 猜想： 设计、进行实验：选用熟动物油作为探究对象。 把熟动物油放在烧杯里，用火加热，使它完全熔化，记下液面所在的刻度位置。 拿开火源，使熟动物油冷却。 观察：它的体积是变大了还是变小了？ 你还可以用什么物质进一步进行探究？ 写出你的探究结果： 11.探究：水结成冰以后，体积是变大了还是变小了？ 猜想： 设计、进行实验： 分析结论： 交流：通过第10题和第11 题的探究，你有什么发现？
第一节 宇宙和微观世界（2） 课题 11.1宇宙和微观世界 课型 新授课 课时 1 授课人 重点 能描述固液气三物态的基本特征，了解固液气三物态微观的分子排列。 难点 学生对物质世界从宏观到微观尺度的了解 教 学 目 标 知识与技能：大致了解人类探索太阳系及宇宙的历程，认识人类对宇宙的探索将不断深入；知道物质是由分子和原子组成的；了解原子的核式模型。了解人类探索微观世界的历程，并认识这种探索将不断深入；对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解；初步了解纳米材料的应用和发展前景。 过程与方法：建立模型、拟人类比法 情感态度与价值观：了解科学家对科学的探索历程的艰辛，培养学生坚持真理、尊重科学的精神。 教学过程 教学步骤 教学内容 教师活动 学生活动 媒体显示 引入新课 对学生课下的研究性学习进行评价、交流（以知识竞赛的形式） 提出问题 学生抢答 抢答题目 讲授 新课 总结刚才所抢答的题目，得出物质从宏观到微观的尺寸排序。 宇宙、物质、分子、原子、原子核和电子、原子核分为中子和质子、质子和中子又是由夸克组成的。 引导学生 总结 谈感受 讲授新课 日常生活中物质的状态有：固态、液态、气态。这三种状态在宏观上有什么特点？ 提问 学生讨论，完成表格 出示表格 讨论猜想：为什么固、液、气三态会具有这样的宏观特点？ 猜想：与物质的分子排列情况有关。 为了表示三态物质分子排列情况的不同，需要建立一个模型。 老师引导 学生讨论 学生讨论建立模型 并上台展示 设计实验验证模型的正确性 老师指导 学生实验 得出结论，并让学生完成表格。 总结： 搜集资料→得出结论→提出问题 →猜想假设→建立模型→实验验证→得出结论 教师引导 老师总结整节课的程序。 学生讨论 布置作业 搜集资料探究纳米材料
第一节 宇宙和微观世界（3） 从容说课 步入九年级，学生对物理知识已有了一个初步的认识，他们渴望更加深入地研究多姿多彩的物质世界，课本从第十章开始介绍“多彩的物质世界”，从宏观走向微观又从微观走向宏观是本节的主体脉络.一方面，让学生认识宇宙的宽阔无垠；另一方面，让学生在宽阔无垠的宇宙中认识到太阳系及整个宇宙的漫长经历.紧接着，课本从宏观宇宙谈到了微观的物质世界.分子、原子的介绍加深了学生对物质世界的认识，在以后的几节课中，谈了质量、密度的概念，以及如何测量质量、密度等的知识点，使学生对物质世界的认识更加深入. 本节的内容重在提高学生的学习兴趣，因此比较浅显地介绍了宇宙的组成、原子的结构、纳米技术等，加深了学生的学习兴趣，因此在讲授本节时应重在提高学生的学习积极性，尽量使学生参与其中，并且应设计一些简单易行的实验提高学生的学习兴趣. 教学目标 一、知识目标 1.知道宇宙是由物质组成的，物质是由分子、原子组成的. 2.初步了解原子的结构. 3.对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解. 二、能力目标 1.通过活动和生活经验了解一些现象. 2.应用所学知识了解宇宙的构成，并会解释一些常见的现象. 三、德育目标 1.通过介绍宏观世界和微观世界的知识，激发学生的学习兴趣. 2.帮助学生树立科学的物质世界观和价值观等，为以后的学习作充分的准备. 3.通过了解宇宙，认识人类的探索过程. 教学重点 物体的三态变化. 教学难点 正确理解宇宙及其组成. 教学方法 分析讨论法：通过学生积极的活动，了解三态变化及其生活中的一些常见现象. 教具准备 一块冰糖、废旧的玻璃杯、原子结构模型、水、形状不同的杯子、录像机等. 课时安排 1课时 教学过程 一、导入新课 [师]同学们，我们都生活在一个美丽的世界上.大家看，我们的世界中有蓝天、有白云、有花朵，这么多美丽的现象都离不开我们这个美丽的地球. (教师引导同学们观察教材中图10.1-1和图10.1-2中的两幅图) [师]看到这些，同学们能想到什么问题呢? [生]宇宙的组成是怎样的呢? [生]太阳系的组成呢?地球在太阳系中是怎样运动的呢? [生]科学界说火星上已发现了生物生存的痕迹. [师]同学们的问题提得很好，通过这一节的学习，我们来了解一下宇宙和微观世界. 二、新课教学 1.宇宙是由物质组成的 [师]奇妙的宇宙中，一定有许许多多的物质未被发现，大家认为宇宙是由什么组成的呢? [生]各种各样的物质. [师)对，这些物质包括很多，从“小”的说，有我们人类以及我们所生活的地球；从“大”的说，有除了地球以外的其他行星.地球处于太阳系中，这是同学们知道的天文知识. [生]地球处于离太阳较近的第三条轨道上，此外还有若干小行星、彗星等天体绕太阳运动. [师]总结得很好，课本上的两幅图，已经很形象地给我们介绍了广阔的宇宙. 2.物质是由分子组成的 [生]既然宇宙是由物质组成的，那么物质又是由什么组成的呢? [想想议议] [师]：如果我们把一个玻璃杯打碎了，碎片还是玻璃，然后我们把碎片再分割.如果不断地分割下去，有没有一个限度呢? [生]如果能一直分割，分到最后还是玻璃吗? [师]同学们提出的问题非常好，老师这儿有一块冰糖(教师出示).这块冰糖能不能无限分割下去呢?同学们讨论并请大家大胆发表你的看法. [生]糖是甜的，开始分割时糖仍是甜的.如果继续分割下去，当把糖粒分割到没有甜味的时候，就不再是糖了. [师]讲得非常好.我们把能保持糖这种物质原来性质的最小微粒叫做糖的“分子”. [生]在分割玻璃的时候是不是也可以说能保持玻璃这种物质原来性质的最小微粒叫做玻璃的“分子”呢? [生]我觉得是可以的. [师]组成玻璃杯的是玻璃分子，组成糖的是糖分子. [生]也能说组成水的是水分子. [师]非常正确.现在谁可以告诉大家物质是由什么组成的呢? [生]物质是由分子组成的. [师]什么是分子呢? [生]保持物质原来性质的微小粒子叫做分子(molecule). [师]同学们总结得很好.物质是由分子组成的.由于分子间有一定的距离，因此物质就有一定的存在形态. 3.固态、液态和气态的微观模型 [生]我知道，物质的存在形态有三种，固态、液态和气态，这些在小学学过. [师]同学们能不能举例说明呢? [生]教室的门、黑板、桌、椅都是固态. [生]我们喝的水、牛奶、饮料都是液态. [生]生活中离不开的空气是气态，氢气、氧气等都是气态， [师]物质的不同状态各有什么特点?我们怎样来区分它们呢? [演示实验] [师]老师这儿有一个杯子，还有一些水，同学们注意观察. (教师将杯子拿在手中展示给同学们) [师]这个杯子是液体还是固体? [生]固体. [师]它有没有固定的形状呢? [生]有. [师]什么形状? [生]圆柱体. [师]那么它有没有一定的体积呢? [生]有. [师](把杯子倒过来)看形状变了没有? [生]没有，还是圆柱体. [师]那么它的体积变了没有? [生]没有. [师]同学们说固体有什么特点呢? [生]固体有一定的形状，也有一定的体积. [师]总结得很好. [继续演示]老师往杯子里加满水盖上盖子 [师]现在我往杯子里加满水，大家看：现在杯子不动，那么水有没有一定的形状呢? [生]有. [师]什么形状? [生]也是圆柱体. [师]那么这杯水有没有一定的体积呢? [生]有. [师](边讲边演示)现在，我把水倒入另一个和刚才形状不同的容器中，同学们观察，水的形状改变了吗? [生]改变了. [师]水的体积改变了吗? [生]水还是刚才那么多，体积不变. [师]因此，我们又可以发现液体有什么特点呢? [生甲]液体具有一定的体积. [生乙]液体没有固定的形状. [师]两位同学说得都很好.同学们能不能讨论一下气体有什么特点呢? [生]对于气体，我们从来也没有听说过圆形的空气，也没有听说过有方形的空气，说明空气并没有固定的形状. [生]我们也没有听过有一杯空气、一盆空气的说法，所以空气没有固定的体积. [生]气体的特点是没有一定的形状，也没有一定的体积. [师]同学们归纳得非常准确.我们身边的物质一般有三种状态.同学们考虑，物质的状态是不是永远不能改变呢? [生](思考讨论后回答)我们认为某一种物质的状态是可以变化的，如水在很冷时能结冰，由液态变成固态，水开了后还会变成水蒸气，由液态变成气态. [生]我们在第一册中学过的物态变化，说明物质的三种状态之间都是可以转化的. [师]物质的状态发生变化时，体积会怎么变化呢? [想想议议] [师]物质从液态变为固态时体积变大还是变小?同学们能举出一些例子说明吗? [生]我知道液态变成气态时，体积肯定是增大的.比如水沸腾时，蒸气满屋子都是. [生]我认为物质由液态变为固态体积是减小的.点燃蜡烛时，火焰周围的液体满满地，甚至会流出来成为烛泪，但吹灭蜡烛后，液体凝固后中间会凹下去. [生]我也在电视上看到过炼钢厂钢水凝固成钢锭时，凝固面是凹陷的，因此物质从液态变成固态时体积会变小. [生]我觉得液态变成固态时体积不一定要减小.比如水变成冰时体积是变大了. [师]同学们讲得都有道理.有一点同学们没有异议，就是物质的状态发生变化时，体积也会发生变化.这是为什么呢?请同学们阅读教材p6内容及图10.1-6，并和同学交流自己的收获. [生]物质的状态发生变化时体积也发生变化，主要是由于构成物质的分子在排列方式上发生了变化. [生]固体物质的分子排列规则，就像现在上课时坐在座位上的同学们，大家周围空间很小，并且相互之间有力的作用，因此固体的形状比较固定时，体积也是固定的. [生]液体物质的分子可以移动，就像下课后同学们的运动.虽然可以活动一下，但终究不出学校的范围，这就是液体分子虽可运动，但还是有约束力的，因此液体有流动性，但总会保持一定的体积. [生]气体的分子几乎不受力的约束，就像放学乱跑的学生，最后可跑到很远的地方，因此气体没有一定的体积，也没有一定的形状. [生]看来，分子的排列对物质的存在形态影响很大，但分子又由什么组成的呢? 4.原子结构 (教师出示原子结构模型图) [师]物质是由分子组成的，分子又是由原子组成的. [放录像]原子的组成. [师]物质世界是丰富多彩的，人们对物质世界的认识是逐步深入的.相信同学们依靠自己的努力会为认识世界的奥秘作出自己的贡献. [科学世界] [师]请同学们在课后阅读“纳米科学技术”，了解纳米方面的知识，并收集纳米技术应用方面的资料，互相交流. 三、小结 这节课我们通过学习，认识到宇宙基本由太阳系、银河系、河外星系等等星系组成.除此之外.我们还了解到物质是由分子组成的，进一步深化了物质的存在形态，并且阐述了固态、液态、气态三种形态的特征及微观模型，了解了组成物质世界的分子及原子的结构，初步了解了微观世界. 四、动手动脑学物理 1.鼓励学生尽可能地多列举各种不同状态的物质，不要怕错误，贵在让学生积极参与. 2.银河系很大，因此用光年的长度单位表示最方便. 光年是长度单位，指光在一年内通过的距离.光速c=3×108m/s. 1光年=3×108m/s×365×24×3600s=9.64×1015m. 3.略 4.略 五、板书设计 宇宙及微观世界 宇宙是由各种物质组成的 物质是由分子组成的，分子是保持物质原来性质的微小粒子 物质的三种状态 （固、液、气）
六、课后练习
请同学们在课后上网或去图书馆查阅有关资料，了解宇宙的发展及微观世界研究领域的最新发展.
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