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我們生活的地球是浩瀚星空中太陽(yáng)系這個(gè)大家庭中一顆很小的行星，廣闊無(wú)垠的宇宙大得難以想象。那么，構(gòu)成宇宙的微小顆粒究竟小到什么程度呢?
學(xué)完本專題后你應(yīng)該做到的
1、知識(shí)與技能
(1)知道宇宙是由物質(zhì)組成的，物質(zhì)是由分子和原子組成的。
(2)初步了解原子的結(jié)構(gòu)。對(duì)物質(zhì)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(xué)技術(shù)及納米材料的應(yīng)用和發(fā)展前景。
2、情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過(guò)了解人類(lèi)探索太陽(yáng)系及宇宙的歷程、人類(lèi)探索微觀世界的歷程，認(rèn)識(shí)人類(lèi)的探索將不斷深入，幫助學(xué)生樹(shù)立科學(xué)的物質(zhì)觀和世界觀。
下面我們這樣來(lái)學(xué)習(xí)本專題的知識(shí)
宇宙與微觀世界
讓我們來(lái)閱讀下面的資料
宇宙自古以來(lái)就是人類(lèi)關(guān)注、困惑、探索的一個(gè)重大問(wèn)題。1543年，哥白尼通過(guò)30多年的測(cè)查和分析，發(fā)表了“日心說(shuō)”。1632年，伽利略利用望遠(yuǎn)鏡探索宇宙，人類(lèi)的視線深入到了更為寬廣的星空。1687年，牛頓發(fā)表了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，為探索宇宙奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。1849年，科學(xué)家根據(jù)牛頓發(fā)現(xiàn)的萬(wàn)有引力定律，預(yù)測(cè)天王星的存在外還存在一顆未知的行星，并計(jì)算出了這顆行星的運(yùn)動(dòng)軌跡。不久，在預(yù)測(cè)的軌道上發(fā)現(xiàn)了海王星。
飛向太空一直是人類(lèi)不滅的理想，1957年10月，人類(lèi)第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功。1961年4月12日，人類(lèi)第一次乘飛船進(jìn)入太空。2003年10月15日，中國(guó)載人飛船“神州五號(hào)”升入太空。
我們生活的地球是浩瀚星空中太陽(yáng)系這個(gè)大家庭中一顆很小的行星。太陽(yáng)系除了太陽(yáng)這唯一的恒星外，至今已發(fā)現(xiàn)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(wèi)星、2000多顆正式命名或編號(hào)的小行星，以及大量的彗星和流星。銀河系中有眾多像太陽(yáng)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(wàn)億千米，光從比鄰星發(fā)出需要4.2年才能到達(dá)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(gè)星系，從仙女座發(fā)出的光需要200萬(wàn)年才能到達(dá)地球，也就是說(shuō)，我們?cè)谝箍罩兴吹降南膳咽?00萬(wàn)年前的仙女座了。
廣闊無(wú)垠的宇宙大得難以想象，那么，構(gòu)成宇宙的微小顆粒究竟小到什么程度呢?科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，任何物質(zhì)都是由極其微小的粒子組成，這些粒子保持了物質(zhì)原來(lái)的性質(zhì)，1811年意大利物理學(xué)家阿伏加德羅第一個(gè)把這種最小的粒子命名為“分子”。
最小分子的尺度相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的直徑的十萬(wàn)分之一，氫分子的質(zhì)量只有10-27左右，1cm3水中含有3.34×1022個(gè)水分子，一個(gè)水分子的質(zhì)量是3×10-26Kg。1909年，盧瑟福在成功地進(jìn)行了α粒子散射實(shí)驗(yàn)后，提出了原子核式結(jié)構(gòu)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(zhì)量，帶負(fù)電的電子在不同的軌道上繞著原子核運(yùn)動(dòng)，就像地球繞著太陽(yáng)一樣。20世紀(jì)初，科學(xué)家在探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的歷程中，相繼發(fā)現(xiàn)原子核可以放出質(zhì)子和中子，由此知道原子核是由質(zhì)子和中子組成的。20世紀(jì)60年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子都是由夸克等更小的粒子組成。
納米技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的前沿，納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位，符號(hào)nm，1nm=10-9m。一般
分子的直徑是0.3nm-0.4nm，蛋白質(zhì)的分子比較大，可達(dá)幾十納米;病毒的大小為幾百納米。
納米科學(xué)技術(shù)納米尺度內(nèi)(0.1nm-100nm)的科學(xué)技術(shù)，研究對(duì)象是一小堆分子或單個(gè)的
原子、分子。
世界上形形色色的物質(zhì)有多種狀態(tài)，我們身邊的物質(zhì)一般以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的形式
存在，物質(zhì)處于不同的狀態(tài)具有不同的物理性質(zhì)。
多種物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，體積變小(水例外);液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)體積會(huì)顯著增大。物
質(zhì)的狀態(tài)變化時(shí)體積發(fā)生變化，主要是由于構(gòu)成物質(zhì)的分子在排列方式上發(fā)生變化。
固態(tài)物質(zhì)分子的排列十分緊密，分子間有強(qiáng)大的作用力;液態(tài)物質(zhì)中，分子沒(méi)有固定
的位置，運(yùn)動(dòng)比較自由，分子間的作用力比固體的小;氣態(tài)物質(zhì)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(méi)有
確定的形狀，具有流動(dòng)性;氣體沒(méi)有一定的體積和形狀，具有流動(dòng)性。
讓我們自己試著解答有關(guān)問(wèn)題
1、想一想,應(yīng)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(zhì)一般存在的形態(tài)為 、 、 。
(3)氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)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(diǎn)是 _____________________________，不同點(diǎn)是_________________________________;氣體與液體比較，相同點(diǎn)是___________
____________________，不同點(diǎn)是___________________________。
(5)將“銀河系、 太陽(yáng)系、地球、 夸克、 萬(wàn)里長(zhǎng)城、分子、宇宙、質(zhì)子”按照尺度的大小，由大到小順序排列起為： 。
(6)填寫(xiě)下表
2、想一想，應(yīng)該怎么分?
有6種物質(zhì)：鐵、水銀、水晶、白酒、牛奶、巧克力。請(qǐng)用不同的分類(lèi)方法把它們分成兩類(lèi)，并按照示例填空。
分類(lèi)一(示例)
現(xiàn)在，讓我們用所學(xué)的知識(shí)盡情發(fā)揮自己的才能吧!
請(qǐng)閱讀下列短文
納米科學(xué)技術(shù)
納米材料早就在自然界存在，例如動(dòng)物的牙齒、貝殼、鯊魚(yú)皮、荷葉表面、珊瑚礁、隕石等都具有納米結(jié)構(gòu)，中國(guó)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(shù)，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(fā)階段。真正把納米作為材料的命名，是德國(guó)科學(xué)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(guó)、西德和日本先后研制成納米級(jí)粉體及塊體材料。
納米技術(shù)的靈感，來(lái)自于已故的著名的諾貝爾獎(jiǎng)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(dāng)時(shí)在加州理工大學(xué)任教的教授向同事們提出了一個(gè)新的想法人類(lèi)從石器時(shí)代的磨尖箭頭開(kāi)始到現(xiàn)在的光刻芯片的所有技術(shù)，都一次性的削去或者融合數(shù)以億計(jì)的原子，以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)，為什么我們不可以從另一個(gè)角度出發(fā)，從單個(gè)分子甚至原子開(kāi)始組裝，以達(dá)到我們的要求呢?他說(shuō)：“至少依我看來(lái)，物理學(xué)的規(guī)律不排除一個(gè)原子一個(gè)原子的制造物品的可能性�！边@是關(guān)于納米技術(shù)的最早夢(mèng)想。
常見(jiàn)的納米材料有： 。
納米技術(shù)的最初夢(mèng)想是： 。
我們還想了解……
納米技術(shù)將給現(xiàn)代生活帶來(lái)革命
同樣兩件筆挺的西裝，當(dāng)用水或植物油倒在衣服表面時(shí)，其中的一件立刻出現(xiàn)了污漬，而另一件只留下幾個(gè)細(xì)小的水珠，一抖，什么都沒(méi)了。日前中國(guó)科學(xué)院在北京舉辦的納米材料應(yīng)用展示會(huì)上，納米技術(shù)令觀眾大開(kāi)眼界。
據(jù)中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”入選者之一、“二元協(xié)同納米結(jié)構(gòu)理論”的首創(chuàng)者、博士生導(dǎo)師江雷教授介紹，上述展示都是應(yīng)用了“二元協(xié)同納米界面材料”，它會(huì)在物質(zhì)表面上形成一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使油或水無(wú)法與材料的表面直接接觸，從而使材料表面呈現(xiàn)出水、油不沾的“超雙疏”性能。
經(jīng)過(guò)“超雙疏”界面材料技術(shù)處理過(guò)的棉、麻、絲、毛、絨、混紡、化纖等各種紡織面料，都具備對(duì)果汁、墨水、醬油、植物油等“不沾”的“超疏”性能，但這種處理技術(shù)又不會(huì)改變?cè)锌椢锏母鞣N性能，即纖維強(qiáng)度、面料色澤、耐洗滌性、透氣性、皮膚親和性、免熨性等;同時(shí)還有殺菌、防輻射、防霉的輔助效果。如此一來(lái)，服裝的洗滌次數(shù)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(shí)代，減少污染、節(jié)約水資源、節(jié)約時(shí)間都是不言而喻的。這意味著這項(xiàng)技術(shù)將給我們的生活帶來(lái)革命性的變化。
納米技術(shù)是繼互聯(lián)網(wǎng)、基因之后人們關(guān)注的又一大熱點(diǎn)。什么是納米?納米是一種幾何尺寸的量度單位，長(zhǎng)度僅為一米的十億分之一，略等于45個(gè)原子排列起來(lái)的長(zhǎng)度。納米技術(shù)是指制造體積不超過(guò)數(shù)百個(gè)納米的物體，其寬度只有幾十個(gè)原子聚集在一起的寬度。其實(shí)，在今天，納米技術(shù)已經(jīng)悄悄滲透到我們的衣、食、住、行等日常生活的各個(gè)方面。應(yīng)用納米技術(shù)與納米材料，可以制成抗菌冰箱、抗菌洗衣機(jī)等�，F(xiàn)在，應(yīng)用納米技術(shù)與納米材料的無(wú)菌餐具、無(wú)菌撲克牌、無(wú)菌紗布等產(chǎn)品也已面世。如果食品制造中采用納米技術(shù)，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(tǒng)涂料由于耐洗刷性差，時(shí)間不長(zhǎng)，墻壁就可能變得斑駁陸離。應(yīng)用納米技術(shù)后，就會(huì)使涂料的許多指標(biāo)大幅度提高，外墻涂料的洗刷性由原來(lái)的1000多次提高到了1萬(wàn)多次，老化時(shí)間也延長(zhǎng)了兩倍多。
從90年代初起，科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院就將納米技術(shù)研究列入了攀登計(jì)劃項(xiàng)目和相關(guān)的重大、重點(diǎn)項(xiàng)目，去年科技部又啟動(dòng)了有關(guān)納米材料的國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，投入的基礎(chǔ)研究與支持資金已達(dá)數(shù)千萬(wàn)元。
目前，中國(guó)已經(jīng)建成了幾個(gè)納米技術(shù)研究基地。中科院、清華大學(xué)、北京大學(xué)等單位已形成了一支支從事納米技術(shù)研究的隊(duì)伍，并在國(guó)際上取得了一系列令人矚目的成果，個(gè)別方面甚至走在了世界最前沿。
有關(guān)專家稱，隨著納米功能材料技術(shù)的不斷發(fā)展，以及在各領(lǐng)域的全面推廣應(yīng)用，人們的生活將會(huì)發(fā)生革命性的變化，納米時(shí)代離我們?cè)絹?lái)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(jīng)納米技術(shù)處理后，都能呈現(xiàn)奇特的“雙疏”性能，可改善材料自身的部分性能，拓寬應(yīng)用的范圍。將來(lái)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(jìn)入一個(gè)清潔爽快的空間，有一種藝術(shù)創(chuàng)作般的快樂(lè)享受。
