第一篇：讀激光冷卻和操控原子文章

讀激光冷卻和操控原子文章

激光冷卻和操控原子：原理與應(yīng)用

2018-05-08 13:39技術(shù)

科技導(dǎo)報(bào)

激光冷卻和囚禁原子的發(fā)展歷程

激光冷卻和囚禁原子來(lái)源于光場(chǎng)對(duì)原子的機(jī)械作用力。激光冷卻原子最初在原子束上得以實(shí)現(xiàn)。1982年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所（NIST）的Phillips報(bào)道了方向與原子束對(duì)射、頻率相對(duì)原子諧振紅移的激光多普勒冷卻實(shí)驗(yàn)，將鈉原子的熱運(yùn)動(dòng)速度降低到原來(lái)的4%（平均速度40 m/s，速度分布10 m/s），即原子溫度冷卻至70 mK（對(duì)應(yīng)速度分布）。1985年，Phillips和Hall研究組分別利用空間變化磁場(chǎng)和頻率掃描的方法實(shí)現(xiàn)了將原子束減速，直至原子靜止，原子溫度分別為100 mK 和50 mK，原子密度分別為105cm-3 和106 cm-3。在此基礎(chǔ)上，Phillips研究組利用2個(gè)環(huán)形線圈搭建靜磁阱實(shí)現(xiàn)了冷鈉原子囚禁，囚禁時(shí)間達(dá)到0.83 s，不過(guò)這種靜磁阱并沒(méi)有冷卻原子的功能，鈉原子需要預(yù)先冷卻后注入靜磁阱。

1985年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的朱棣文研究組報(bào)道實(shí)現(xiàn)了一種新的激光冷卻方法，稱為“光學(xué)阻尼”。將6束激光作用于已經(jīng)預(yù)冷卻的鈉原子團(tuán)，利用多普勒冷卻機(jī)制將鈉原子進(jìn)一步冷卻至多普勒極限溫度240 μK，將原子溫度降低2個(gè)數(shù)量級(jí)，原子的密度106 cm-3。光學(xué)阻尼沒(méi)有恢復(fù)力作用，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)原子囚禁。進(jìn)一步研究利用光偶極阱實(shí)現(xiàn)原子囚禁。1986年，報(bào)道利用一束高功率聚焦激光囚禁了500個(gè)左右的原子，原子密度提高到1011~1012cm-3，阱的壽命達(dá)到秒量級(jí)。1987年，他們與美國(guó)麻省理工學(xué)院Pritchard研究組合作實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)合光學(xué)阻尼和梯度靜磁場(chǎng)的阱，稱為“磁光阱”（MOT）。MOT不僅實(shí)現(xiàn)了原子的多普勒冷卻，還借助塞曼效應(yīng)在梯度磁場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)了光和原子的持續(xù)循環(huán)躍遷，產(chǎn)生恢復(fù)力，形成勢(shì)阱，實(shí)現(xiàn)了原子的囚禁，囚禁原子數(shù)目達(dá)到107個(gè)，密度達(dá)到1011 cm-3，原子溫度達(dá)到600 μK。1990年，美國(guó)天體物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（JILA）Wieman研究組研制的MOT直接從銫蒸氣背景中冷卻和囚禁原子，與1987年報(bào)道的MOT裝置相比，省去了原子束冷卻裝置，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。MOT實(shí)現(xiàn)了激光直接冷卻和囚禁原子，推動(dòng)冷原子物理的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

1987年，Phillips研究組利用光學(xué)阻尼將鈉原子冷卻到43 μK，遠(yuǎn)低于多普勒極限溫度。他們使用3種不同測(cè)量方法，證明測(cè)得的溫度無(wú)誤。很快，其他研究組的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這個(gè)結(jié)果。這種超乎預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，原有的多普勒冷卻理論已經(jīng)不足以解釋新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。巴黎高等師范學(xué)院Cohen-Tannodji研究組和朱棣文研究組在理論分析中考慮了冷卻激光的偏振梯度、原子的超精細(xì)結(jié)構(gòu)、光頻移和光抽運(yùn)等效應(yīng)，解釋了這種突破多普勒極限的冷卻機(jī)理，稱為亞多普勒冷卻或Sisyphus冷卻。在亞多普勒冷卻理論指導(dǎo)下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化，原子冷卻溫度紀(jì)錄不斷被打破，1990年，銫原子的溫度冷卻至2.5μK，接近光子反沖極限溫度。

Cohen-Tannodji研究組提出一種突破光子反沖極限溫度的方案，選擇速度接近為0的原子進(jìn)入“暗態(tài)”，不與冷卻激光發(fā)生作用，避免光子反沖的影響，稱為“速度選擇相干布居囚禁”（VSCPT）。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)上利用氦原子分別實(shí)現(xiàn)了一維、二維和三維VSCPT，獲得遠(yuǎn)低于光子反沖的冷卻溫度，1997年報(bào)道的數(shù)據(jù)達(dá)到5 nK。朱棣文研究組利用受激拉曼躍遷將原子的冷卻溫度降至低于單光子反沖極限溫度，1996年，Cohen-Tannodji研究組也利用這種拉曼冷卻方案將銫原子的一維溫度冷卻至3 nK。激光冷卻與囚禁的研究經(jīng)過(guò)了10多年的發(fā)展（圖1），從提出最初理論方案到實(shí)驗(yàn)初步實(shí)現(xiàn)原子束的減速和光學(xué)阻尼，到實(shí)驗(yàn)冷卻溫度超越了多普勒冷卻理論的預(yù)想，新的理論又推動(dòng)了激光操控原子技術(shù)的進(jìn)步，展示了科學(xué)發(fā)展的豐富多彩。1997年，瑞典皇家科學(xué)院把當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給朱棣文、Cohen-Tannoudji和Phillips，以表彰他們?cè)诩す饫鋮s和囚禁原子方面所做的貢獻(xiàn)。激光冷卻與囚禁技術(shù)普及和應(yīng)用，有力促進(jìn)了相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展，例如玻色-愛(ài)因斯坦凝聚、冷原子鐘、冷原子干涉儀等。

圖1 激光冷卻和囚禁原子的發(fā)展歷程

激光操控原子的基本原理：散射力與偶極力

激光對(duì)原子的操控依賴于光對(duì)原子的機(jī)械作用，這種作用源于光的電磁場(chǎng)性質(zhì)，且與原子的內(nèi)部和外部狀態(tài)相關(guān)。圖2用簡(jiǎn)化為一維的模型介紹基本原理。一個(gè)初速度為ν0的原子受到一束反向的近共振頻率紅移光照射，當(dāng)光的頻率紅移與原子速度ν0產(chǎn)生的多普勒頻移大小相等符號(hào)相反，光與原子躍遷頻率共振，原子吸收1個(gè)光子（動(dòng)量為?k）由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，同時(shí)速度降低為ν0-?k/m，m 為原子質(zhì)量。處于激發(fā)態(tài)的原子在有限時(shí)間內(nèi)發(fā)生自發(fā)輻射，回到基態(tài)，自發(fā)輻射光子的方向隨機(jī)?；氐交鶓B(tài)的原子將再次與光作用，形成循環(huán)躍遷。由于自發(fā)輻射光子的方向隨機(jī)，原子n 次（n 足夠大）作用自發(fā)輻射的累積平均動(dòng)量為0，經(jīng)歷n 次受激吸收，原子的速度變?yōu)棣?-n?k/m，實(shí)現(xiàn)激光對(duì)原子的減速。

以鈉原子為例，室溫時(shí)初始速度為105 cm/s，n 次作用原子的速度變化為3ncm/s，單次作用時(shí)間為32 ns（與鈉原子激發(fā)態(tài)的壽命有關(guān)），單次作用的加速度約為105g（g 為重力加速度）。因此，理論上經(jīng)過(guò)1 ms時(shí)間，激光可使鈉原子的速度降為0。在上述過(guò)程中，光子通過(guò)不斷被原子吸收和自發(fā)輻射，對(duì)應(yīng)光子的散射過(guò)程或原子的自發(fā)輻射過(guò)程，產(chǎn)生作用于原子的機(jī)械作用力，稱為散射力或自發(fā)輻射力。這種力的作用需要光頻率接近原子的能級(jí)躍遷頻率，才能產(chǎn)生和保持。光對(duì)原子的另一種作用力則不需要保持與原子近共振，稱為偶極力。光場(chǎng)對(duì)原子的電磁作用產(chǎn)生感生電偶極子，若光的頻率大于原子躍遷頻率，光的強(qiáng)度越高，對(duì)應(yīng)原子的勢(shì)能越強(qiáng)，則原子受到指向弱場(chǎng)的梯度作用力；相反，若光的頻率小于原子躍遷頻率，則原子受到指向強(qiáng)場(chǎng)的作用力。散射力與偶極力構(gòu)成了激光操控原子的基礎(chǔ)，可以用來(lái)解釋各種形式的激光冷卻和囚禁方案。塞曼減速

利用激光對(duì)原子的散射力可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原子束減速，實(shí)驗(yàn)上可采用一束與原子躍遷頻率負(fù)失諧的激光，反向照射原子束，按照?qǐng)D2所示的原理，可以降低原子束的速度。然而，原子速度降低后，多普勒頻移與激光頻率失諧不再相等，光對(duì)原子的減速作用無(wú)法持續(xù)，不能有效降低原子速度。

圖2 激光對(duì)原子的散射力示意

為提高原子束的減速效率，需要在減速過(guò)程中連續(xù)地補(bǔ)償多普勒頻移。采用的一種方案是連續(xù)掃描激光的頻率，使激光與原子躍遷頻率持續(xù)保持共振；另一種是保持激光的頻率不變，利用磁場(chǎng)對(duì)原子塞曼效應(yīng)，改變?cè)拥能S遷頻率，稱為塞曼減速。如圖3所示，采用磁場(chǎng)線圈可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度隨空間變化的磁場(chǎng)，設(shè)計(jì)磁場(chǎng)分布曲線，使原子躍遷頻率的變化與多普勒頻移匹配，原子在行進(jìn)過(guò)程中與激光持續(xù)作用，速度不斷降低，實(shí)現(xiàn)激光減速過(guò)程。

圖3 原子束塞曼減速示意（a）和磁場(chǎng)分布曲線（b）

光學(xué)阻尼與磁光阱：光學(xué)阻尼基于多普勒冷卻的原理。圖4表示一維多普勒冷卻的原理，原子團(tuán)處在兩束頻率相同的對(duì)射激光組成的一個(gè)駐波場(chǎng)內(nèi)，激光頻率相對(duì)原子躍遷頻率紅移，由于多普勒效應(yīng)，原子在更大的概率上與反向傳播的激光作用，導(dǎo)致減速，實(shí)現(xiàn)多普勒冷卻的過(guò)程。

圖4 多普勒冷卻的一維示意

多普勒冷卻原子的速度不會(huì)降至絕對(duì)靜止，減速是原子和光子交換動(dòng)量的過(guò)程，原子因吸收反向的光子動(dòng)量而減速，自發(fā)輻射光子時(shí)，又在光子的反方向得到一個(gè)反沖動(dòng)量。盡管多次自發(fā)輻射最后的平均動(dòng)量為0，但原子卻一直在動(dòng)量空間作無(wú)規(guī)行走，類似于“布朗運(yùn)動(dòng)”。冷卻過(guò)程中原子速度起伏漲落，導(dǎo)致原子的加熱。原子的最終溫度決定于冷卻與加熱的平衡，即多普勒冷卻溫度極限，理論上一般在幾百μK量級(jí)。

圖5為鈉原子光學(xué)阻尼的實(shí)驗(yàn)和結(jié)果。先利用一束反向激光作用至熱原子束，將原子束中大部分鈉原子的速度由200 m/s降低至20 m/s，然后關(guān)閉減速激光，讓原子漂移到真空室中心的光學(xué)阻尼區(qū)（圖5（b））。關(guān)閉光學(xué)阻尼，釋放原子團(tuán)一段時(shí)間，再次打開光學(xué)阻尼，測(cè)量原子溫度為240（+200，-60）μK，達(dá)到多普勒極限溫度。

圖5 光學(xué)阻尼的實(shí)驗(yàn)裝置（a）和原子團(tuán)成像（b）

光學(xué)阻尼不是勢(shì)阱，它對(duì)原子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻尼減速，不產(chǎn)生指向中心的恢復(fù)力，無(wú)法起到囚禁原子的作用。在光學(xué)阻尼上添加2個(gè)線圈（圖6（b）），通以方向相反的電流，可在光學(xué)阻尼中心形成磁場(chǎng)強(qiáng)度為0的反亥姆霍茲磁場(chǎng)，就構(gòu)成了磁光阱（MOT）。原子的磁子能級(jí)在磁場(chǎng)塞曼效應(yīng)的作用下分裂（圖6（a）），假定原子基態(tài)總角動(dòng)量J=0，激發(fā)態(tài)J=1，含有m=0，±1這3個(gè)磁子能級(jí)，在中心處能級(jí)簡(jiǎn)并，沿水平坐標(biāo)軸離開中心隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而線性變化。沿z 軸對(duì)射激光作用至原子，頻率為ωL，相對(duì)零磁場(chǎng)處原子共振頻率的失諧為δ0，偏振分別為σ+、σ-。假定原子初始狀態(tài)位于z0（z0>0），由躍遷選擇定則σ+激光的失諧為δ+，σ-激光的失諧為δ-，在z0>0處δ-<δ+，原子更多地吸收σ-光子，從而受到趨向于中心的負(fù)向力。同理，處于z0<0的原子更多地吸收σ+光子受到趨向中心的正向力。于是，所有原子都將受到指向坐標(biāo)原點(diǎn)的輻射壓力的作用。上述原理推廣到三維，沿x、y、z 方向受到向心作用力，即實(shí)現(xiàn)MOT中原子三維的激光冷卻和勢(shì)阱囚禁。

圖6 MOT中原子能級(jí)（a）和實(shí)驗(yàn)裝置（b）示意 偏振梯度冷卻和亞反沖冷卻

偏振梯度冷卻屬于亞多普勒冷卻，它考慮了冷卻激光的偏振梯度、原子的超精細(xì)結(jié)構(gòu)、光頻移和光抽運(yùn)等效應(yīng)。進(jìn)一步考慮圖7所示的一維情況，2束對(duì)射激光的偏振方向相互垂直，頻率和功率相等，在2束激光的交匯處合成的偏振態(tài)隨著空間位置變化，存在偏振梯度，假定某個(gè)位置處為σ+，經(jīng)過(guò)λ/4（λ為激光波長(zhǎng)）距離后變?yōu)棣?，再經(jīng)過(guò)λ/4恢復(fù)為σ+，在彼此之間的偏振狀態(tài)為橢圓偏振或線偏振，變化周期為λ/2。

考慮原子的基態(tài)角動(dòng)量Jg=1/2，存在2個(gè)磁子能級(jí)mg=±1/2，在冷卻激光的作用下，2個(gè)磁子能級(jí)產(chǎn)生光頻移，簡(jiǎn)并消失。不同偏振狀態(tài)的光對(duì)2個(gè)磁子能級(jí)產(chǎn)生的光頻移不同，如圖7所示，σ+光造成mg（1/2）能級(jí)低于mg（-1/2），σ-光造成mg（-1/2）能級(jí)低于mg（1/2）。因此，原子的2個(gè)基態(tài)塞曼子能級(jí)在光頻移的作用下形成周期為λ/2的空間變化的能級(jí)結(jié)構(gòu)。光抽運(yùn)效應(yīng)是指在σ+偏振狀態(tài)處，由躍遷選擇定則，只與mg（-1/2）能級(jí)的原子作用（考慮上能級(jí)的角動(dòng)量Je=1/2），原子躍遷至上能級(jí)后通過(guò)自發(fā)輻射返回基態(tài)2個(gè)磁子能級(jí)。其中返回至mg（-1/2）的原子將被再次激發(fā)至上能級(jí)，而返回至mg（1/2）的原子則不再與σ+光作用。光抽運(yùn)效應(yīng)導(dǎo)致在σ+光偏振狀態(tài)處，原子被抽運(yùn)在mg（1/2）能級(jí)。同理，在σ-光偏振狀態(tài)處，原子被抽運(yùn)在mg（-1/2）能級(jí)。假定原子初始處于mg（1/2）能級(jí)（圖7），運(yùn)動(dòng)過(guò)程中在偏振光場(chǎng)的作用下原子的勢(shì)能上升，原子走過(guò)λ/4的距離到達(dá)σ-偏振狀態(tài)處。此時(shí)，σ-光將原子抽運(yùn)至另一磁子能級(jí)mg（-1/2），再?gòu)倪@里開始重復(fù)“爬坡”的過(guò)程。根據(jù)能量守恒原理，原子在爬坡的過(guò)程中損失動(dòng)能增加勢(shì)能，這種勢(shì)能的增加又通過(guò)自發(fā)輻射到最低能級(jí)放出較高能量光子而釋放。這樣，原子不斷消耗能量而減速、冷卻，稱為偏振梯度冷卻。

圖7 偏振梯度冷卻的原理示意

2束對(duì)射激光的偏振分別為左旋和右旋偏振，也會(huì)形成偏振梯度冷卻。另外，在有磁場(chǎng)的情況下，即使光場(chǎng)沒(méi)有偏振梯度，也可以發(fā)生低于多普勒極限的冷卻。這些亞多普勒冷卻的方案都有自發(fā)輻射過(guò)程的參與，光子動(dòng)量反沖造成原子速度的漲落成為冷卻溫度極限，即反沖極限溫度。突破這個(gè)反沖極限溫度，只能讓原子與光不發(fā)生作用，使速度為0的原子進(jìn)入暗態(tài)，可以采用速度選擇相干布居囚禁（VSCPT）的方法。另一種方法，利用受激拉曼躍遷也可實(shí)現(xiàn)原子速度的選擇，獲得低于光子反沖極限的冷卻溫度，稱為拉曼冷卻。激光操控原子的應(yīng)用 玻色-愛(ài)因斯坦凝聚

原子的激光冷卻和囚禁最重要的應(yīng)用成果之一即玻色-愛(ài)因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensates, BEC）的實(shí)現(xiàn)。BEC是一種新的物質(zhì)狀態(tài)，如超導(dǎo)、超流和激光等系統(tǒng)一般，具有諸多奇異的宏觀量子特性。1924年，印度科學(xué)家玻色利用新的統(tǒng)計(jì)方法推導(dǎo)黑體輻射公式，愛(ài)因斯坦將該方法推廣到無(wú)相互作用的原子氣體，并預(yù)言當(dāng)這些原子（玻色子）的距離足夠近、熱運(yùn)動(dòng)足夠慢時(shí)，將發(fā)生相變變成一種新的物質(zhì)狀態(tài)，即玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)。在這種狀態(tài)的原子，具有相同的最低能量狀態(tài)，可以用一個(gè)波函數(shù)描述，表現(xiàn)出物質(zhì)波干涉、渦旋晶格等宏觀量子特性。BEC的實(shí)現(xiàn)為新的物理現(xiàn)象的研究提供了平臺(tái)，也為精密測(cè)量、量子信息等領(lǐng)域打開了新的研究窗口。

自BEC的思想提出后，科學(xué)家開始探索在實(shí)際物質(zhì)中實(shí)現(xiàn)的可能。1976年，Stwalley和Nosanow提出自旋極化的氫原子在極低的溫度下保持氣體狀態(tài)，原子之間存在微弱的排斥力，可能形成BEC。自1980年起，荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)Walraven和美國(guó)麻省理工學(xué)院Kleppner等多個(gè)研究組開始利用氫原子實(shí)現(xiàn)BEC的實(shí)驗(yàn)。為獲得低溫氫原子氣體，他們采用靜磁阱將氫原子囚禁，然后利用射頻場(chǎng)調(diào)節(jié)磁阱的深度，逐漸地將動(dòng)能大的氫原子“蒸發(fā)”，留下動(dòng)能低的氫原子，稱為“蒸發(fā)冷卻”，但實(shí)驗(yàn)上仍然沒(méi)有觀察到BEC 的形成。理論預(yù)期和實(shí)驗(yàn)證明，MOT技術(shù)和激光冷卻是實(shí)現(xiàn)BEC的關(guān)鍵。

1990年，激光冷卻和囚禁技術(shù)趨于成熟，利用MOT囚禁的原子冷卻溫度達(dá)μK量級(jí)，原子密度1012cm-3量級(jí)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用蒸發(fā)冷卻即可達(dá)到BEC相變。實(shí)驗(yàn)中，首先利用MOT將原子進(jìn)行激光冷卻和囚禁，然后利用光抽運(yùn)將原子制備到特定自旋態(tài)，關(guān)掉冷卻激光，將原子囚禁在靜磁阱中。由于該磁阱的中心處磁場(chǎng)為0，能級(jí)簡(jiǎn)并，原子從原來(lái)受磁場(chǎng)束縛的自旋態(tài)轉(zhuǎn)換到不受磁場(chǎng)束縛的自旋態(tài)，即發(fā)生Majalana躍遷，導(dǎo)致磁阱中心成為原子漏洞。為解決這個(gè)問(wèn)題，JILA的Cornell和Wieman研究組在原磁阱中加入橫向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，稱為軌道時(shí)間平均勢(shì)法（time orbiting potential，TOP）；而美國(guó)麻省理工學(xué)院Ketterle研究組則采用1束強(qiáng)激光束射入磁阱的中心，利用激光的斥力堵住漏洞。在此基礎(chǔ)上，在磁阱中掃描微波頻率，當(dāng)射頻場(chǎng)由高頻逐漸降低時(shí)，通過(guò)原子間的彈性碰撞，動(dòng)能高的原子將逃出阱外，動(dòng)能低的原子留在阱中，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)冷卻。圖8中假彩色深度代表原子密度，當(dāng)蒸發(fā)冷卻到200 nK時(shí)（中間圖形），原子開始凝聚形成BEC，當(dāng)進(jìn)一步蒸發(fā)冷卻到50nK時(shí)，幾乎全部的原子都凝聚成BEC。

圖8 銣原子BEC的假彩色3D和2D圖 此后，相繼實(shí)現(xiàn)鈉、鋰、氫等各種原子的BEC。2001年，Cornell、Wieman和Ketterle因在BEC的實(shí)現(xiàn)及基本性質(zhì)研究方面的貢獻(xiàn)被授予諾貝爾物理獎(jiǎng)。堿金屬稀薄氣體BEC的研究成為熱點(diǎn)，全世界有幾十家實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了BEC，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所、北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所和山西大學(xué)等也相繼實(shí)現(xiàn)了銣原子BEC。原子鐘

時(shí)間頻率是測(cè)量最為精確的物理量，目前用來(lái)復(fù)現(xiàn)秒定義的銫噴泉基準(zhǔn)鐘，不確定度已達(dá)（3~6）×10-16。激光冷卻和囚禁技術(shù)在新一代高端原子鐘中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

1950年，美國(guó)Ramsey提出原子與2個(gè)分立微波場(chǎng)作用的方案，使得原子鐘鑒頻從Rabi 躍遷轉(zhuǎn)變到Ramsey躍遷，有效壓縮原子鐘躍遷線寬，從而改變鑒頻靈敏度。分立微波場(chǎng)首先在熱原子束鐘里以空間分立的布局實(shí)現(xiàn)。1955年，英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室（NPL）的Essen研究組建成了世界上第一臺(tái)銫原子鐘。1967年國(guó)際計(jì)量大會(huì)將時(shí)間單位秒的定義從天文秒改為基于銫原子（133Cs）基態(tài)超精細(xì)分裂微波輻射頻率9192631770 Hz的原子秒。自那時(shí)起，實(shí)驗(yàn)室型銫基準(zhǔn)鐘提供復(fù)現(xiàn)秒定義的手段。圖9為熱銫束原子鐘的原理示意。銫原子從銫爐中噴出后形成準(zhǔn)直原子束，在起偏磁場(chǎng)的作用下，特定能態(tài)的原子運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入到微波腔中，原子與Ramsey腔中空間分立的微波場(chǎng)作用，再經(jīng)過(guò)檢偏磁場(chǎng)，由探測(cè)器得到原子信號(hào)。在電子環(huán)路中，由壓控振蕩器（VCXO）產(chǎn)生頻率信號(hào)，經(jīng)過(guò)頻率綜合生成9.19 GHz微波信號(hào)饋入Ramsey腔，掃描微波頻率可以得到圖9（b）的Ramsey 條紋，利用Ramsey中心條紋“鑒頻”，伺服鎖定VCXO頻率，將9.19GHz微波頻率鎖定到Ramsey中心條紋的秒定義頻率。

圖9 銫原子束鐘的結(jié)構(gòu)示意（a）和Ramsey條紋（b）原子束鐘由于原子熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的多普勒效應(yīng)，以及原子與空間分立的2個(gè)微波場(chǎng)難以做到空間均勻和相位連續(xù)，與原子作用引入的微波腔相移效應(yīng)等頻率偏移，其頻率不確定度難以超越10-14量級(jí)。顯然，利用冷原子做原子鐘可以有效抑制多普勒效應(yīng)。針對(duì)另一項(xiàng)誤差，微波腔相移效應(yīng)，Zacharias等早在1955年就提出原子噴泉的設(shè)想。然而，當(dāng)時(shí)他還完全沒(méi)有激光操控原子的手段，他利用豎直熱原子束，以很低的原子密度和水平方向每秒百米的原子熱運(yùn)動(dòng)速度，不要說(shuō)時(shí)間分立的Ramsey躍遷，就連實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到原子噴泉現(xiàn)象都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。如果利用冷原子實(shí)現(xiàn)噴泉，原子就可以在上拋和下落過(guò)程2次通過(guò)同一個(gè)微波場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)原子時(shí)間分立與同一微波場(chǎng)2次作用，從根本上避免空間分立的2個(gè)微波場(chǎng)不可避免的不一致。

直到1989年，激光冷卻與囚禁技術(shù)成熟后，朱棣文研究組利用激光冷卻的原子最終實(shí)現(xiàn)了原子噴泉，并預(yù)期利用冷原子噴泉做成的原子頻標(biāo)，其頻率不確定度可望達(dá)到10-16量級(jí)。1995年，Clairon研究組首次報(bào)道了激光冷卻-銫原子噴泉實(shí)現(xiàn)原子鐘樣機(jī)。至此，實(shí)驗(yàn)室型基準(zhǔn)原子鐘從磁選態(tài)-銫原子束鐘，進(jìn)入激光冷卻原子噴泉鐘時(shí)代，性能指標(biāo)大幅提高。世界主要國(guó)家的計(jì)量院，如法國(guó)巴黎天文臺(tái)時(shí)間空間參考實(shí)驗(yàn)室（SYRTE）、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）、德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）、英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室（NPL）、俄羅斯國(guó)家技術(shù)物理及無(wú)線電工程研究院（VNIIFTRI）、中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院（NIM）、日本國(guó)家計(jì)量院（NMIJ）、印度國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室（NPLJ）等都先后研制了銫噴泉基準(zhǔn)鐘，作為復(fù)現(xiàn)秒定義的時(shí)間頻率基準(zhǔn)。2010 年報(bào)道銫噴泉鐘的準(zhǔn)確度已達(dá)（4~5）×10-16。中國(guó)的北京大學(xué)、中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院（NIM）、中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心等單位也先后開展了噴泉原子鐘的研究。其中，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院（NIM）于2003年和2014年分別報(bào)道了NIM4和NIM5激光冷卻-銫原子噴泉基準(zhǔn)鐘的不確定度為8.5×10-15和1.4×10-15，2017年改進(jìn)后的NIM5不確定度達(dá)到9×10-16。

圖10 以NIM5 為例說(shuō)明銫噴泉鐘的工作原理。三維正交光場(chǎng)形成光學(xué)阻尼，直接在高真空環(huán)境中俘獲原子，形成冷原子云。向上3束光和向下3束光同時(shí)反向失諧，組成行波光學(xué)阻尼，帶動(dòng)冷原子云上拋?？刂萍す獾念l率和強(qiáng)度，利用偏振梯度冷卻將原子溫度降至1.5μK。冷原子云以獲得的初速度上拋、自由回落，形成原子噴泉。利用氫鐘輸出頻率作為參考，通過(guò)頻率綜合器產(chǎn)生9.19 GHz微波，原子在上拋回落的噴泉運(yùn)動(dòng)中2次與同一微波作用，實(shí)現(xiàn)時(shí)間分立Ramsey躍遷。原子繼續(xù)下落與探測(cè)光作用，發(fā)出共振熒光，由探測(cè)器組接收。時(shí)序控制掃描微波頻率，得到Ramsey躍遷譜線，利用條紋中心進(jìn)行鑒頻，產(chǎn)生帶有微波中心頻率誤差的躍遷概率信號(hào)，數(shù)字伺服微波頻率，直至復(fù)現(xiàn)原子秒定義頻率。2014年，NIM5通過(guò)國(guó)際頻率基準(zhǔn)工作組（WG-PSFS）的評(píng)審，參與駕馭國(guó)際原子時(shí)（TAI），標(biāo)志著中國(guó)成為國(guó)際上第8個(gè)對(duì)修正國(guó)際原子時(shí)做出貢獻(xiàn)的國(guó)家。

圖10 NIM5銫噴泉原子鐘的物理部分 工作在光學(xué)頻率的光鐘因其振蕩頻率比上述的微波原子鐘高4個(gè)量級(jí)，具有更好的頻率穩(wěn)定度和不確定度潛力。光鐘分為離子光鐘和原子光鐘兩大類。

1999年，日本東京大學(xué)Katori研究組提出鍶原子具備作為冷原子光頻標(biāo)的優(yōu)異特性。2001年，Katori研究組實(shí)現(xiàn)光晶格存儲(chǔ)原子，減小原子碰撞并降低原子溫度，并進(jìn)一步發(fā)展了“魔術(shù)波長(zhǎng)”避免光晶格光頻移。2005 年，Katori 研究組初步實(shí)現(xiàn)了鍶光晶格鐘。經(jīng)過(guò)15年的發(fā)展，目前的鍶光晶格鐘的評(píng)定不確定度已達(dá)到2.1×10-18。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院自2005年開展鍶原子光晶格鐘的研究，2015年完成頻率偏移的評(píng)定（不確定度2.3×10-16）和絕對(duì)頻率測(cè)量（不確定度3.4 ×10-15）。目前，世界上最好的光鐘的頻率評(píng)定不確定度已經(jīng)遠(yuǎn)優(yōu)于銫噴泉鐘。世界時(shí)間頻率界期待光鐘作為未來(lái)修改秒定義的候選，國(guó)際主要發(fā)達(dá)國(guó)家的計(jì)量院都正在開展光鐘研究。2015年，第20屆國(guó)際時(shí)間頻率咨詢委員會(huì)（CCTF）提出了修改秒定義路線圖，預(yù)計(jì)在2014—2028年完成以光鐘修改秒定義的技術(shù)準(zhǔn)備。原子干涉儀

自1924年德布羅意（de Broglie）提出物質(zhì)波的思想后，多種微觀粒子，如電子、中子等物質(zhì)波干涉和衍射現(xiàn)象被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在通常狀態(tài)下，物質(zhì)波波長(zhǎng)太短，實(shí)驗(yàn)上很難觀察到原子干涉現(xiàn)象。1991年，Carnal研究組利用橫向原子熱運(yùn)動(dòng)極小的氦原子束，觀察到楊氏雙縫干涉現(xiàn)象。同年，美國(guó)麻省理工學(xué)院Pritchard研究組模擬馬赫-曾德爾（Mach-Zehnder）光學(xué)干涉儀，利用納米技術(shù)制作的透射光柵，實(shí)現(xiàn)了鈉原子束的分束、反射和合束的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了原子束干涉儀。1992年，Shimizu等使用激光冷卻的氖原子實(shí)現(xiàn)了楊氏雙縫干涉，由于原子溫度更低，清晰地觀察到雙縫干涉圖樣。1995年，Rasel等利用激光駐波場(chǎng)代替了制作工藝復(fù)雜的納米光柵，實(shí)現(xiàn)了原子束的空間干涉。

上述干涉儀通過(guò)原子位置不同而引起路徑相位不同，稱為外態(tài)干涉儀。另一種原子干涉儀，通過(guò)吸收或發(fā)射光子改變?cè)幽軕B(tài)，因得到光子反沖動(dòng)量而改變?cè)舆\(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)波分束，稱為內(nèi)態(tài)干涉儀。1989年，Bordé利用兩對(duì)方向相反的行波激光對(duì)熱原子束作用，通過(guò)光子的反沖動(dòng)量，將熱原子束分束再合束，形成不同的原子路徑，實(shí)現(xiàn)原子干涉，稱為Ramsey-Bordé原子干涉儀。1991年，Riehle研究組利用鈣原子束實(shí)現(xiàn)了該類型的原子干涉儀，并測(cè)量了Sagnac效應(yīng)。熱原子束干涉儀受原子熱運(yùn)動(dòng)多普勒效應(yīng)的影響，測(cè)量分辨率不高，且這種原子束干涉儀只能采用能級(jí)壽命長(zhǎng)的原子，對(duì)激光的頻率穩(wěn)定性要求很高，系統(tǒng)復(fù)雜。1991，朱棣文研究組提出基于MOT冷卻原子團(tuán)，利用雙光子受激拉曼躍遷實(shí)現(xiàn)冷原子的分束、反射和合束，構(gòu)成馬赫-曾德爾冷原子干涉儀。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是雙光子躍遷可使原子獲得大的動(dòng)量反沖，同時(shí)降低了對(duì)激光頻率穩(wěn)定性和原子能級(jí)壽命的要求。特別重要的是，這種原子干涉儀利用溫度更低的冷原子團(tuán)，增加了原子物質(zhì)波的波長(zhǎng)，降低多普勒效應(yīng)的影響，提高原子干涉的分辨率，使其在精密測(cè)量領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

冷原子干涉儀的基本原理如圖11所示，利用MOT制備處于基態(tài)g的冷原子團(tuán)。初始時(shí)刻，利用2束脈沖時(shí)間為τ的拉曼激光脈沖作用至該原子團(tuán)，原子有50%的概率被雙光子受激拉曼躍遷到e能級(jí)；同時(shí)，受到光子的動(dòng)量反沖作用，在z 方向上e能態(tài)的原子與g能態(tài)原子分離，即實(shí)現(xiàn)冷原子團(tuán)“分束”。經(jīng)過(guò)時(shí)間T后，再利用作用時(shí)間2τ的拉曼激光脈沖，使e態(tài)的原子返回g態(tài)，處于g態(tài)的原子躍遷至e態(tài)，同時(shí)，原子運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生改變，即實(shí)現(xiàn)冷原子團(tuán)“反射”。最后利用脈沖時(shí)間為τ的拉曼激光，完成原子的“合束”。探測(cè)處于e態(tài)（或g態(tài)）原子的數(shù)目，得到圖11（b）的原子干涉條紋。在冷原子干涉路徑上，重力等外場(chǎng)因素將引起干涉相位的變化，因此可以利用原子干涉儀測(cè)量重力加速度等。

圖11 冷原子干涉儀原理（a）和原子干涉條紋（b）

1992年，該研究組利用冷原子干涉儀測(cè)量了重力加速度，1999 年重力加速度測(cè)量的靈敏度達(dá)到2×10-8 g（1.3 s），超過(guò)了落體角錐光學(xué)重力儀的指標(biāo)。此后，該冷原子干涉儀實(shí)現(xiàn)原子的?/m參數(shù)、Sagnac效應(yīng)、重力梯度等測(cè)量。受激拉曼冷原子干涉儀得到廣泛關(guān)注，中國(guó)多家單位，如中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)、中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院等也已實(shí)現(xiàn)這種原子干涉儀的研制。

第二篇：分子和原子教案

《分子和原子》教學(xué)設(shè)計(jì)

（第一課時(shí)）

榆林市第五中學(xué)

王亞玲

教學(xué)目標(biāo)：

知識(shí)與技能

1、認(rèn)識(shí)分子的基本特征，知道物質(zhì)是由分子和原子等微小粒子構(gòu)成的；

2、能運(yùn)用分子的觀點(diǎn)解釋一些簡(jiǎn)單的生活和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。過(guò)程與方法

能從常見的現(xiàn)象入手進(jìn)行合理的推理和想像，通過(guò)討論交流分析能主動(dòng)和他人進(jìn)行交流，敢于表達(dá)自己的見解。

情感、態(tài)度與價(jià)值觀

激發(fā)學(xué)生對(duì)物質(zhì)微粒構(gòu)成的探究欲，喚起學(xué)生對(duì)科學(xué)的好奇與向往。

教學(xué)資源分析

從本課題開始，學(xué)生將對(duì)微觀世界有所了解。教材首先從學(xué)生熟悉的日常現(xiàn)象出發(fā)，提出問(wèn)題，引起學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生對(duì)微觀世界的求知欲、好奇心。接著用簡(jiǎn)單的幾句話將人類對(duì)分子、原子的原始思索和現(xiàn)代證明略作描述，確立物質(zhì)是由分子、原子等微小粒子構(gòu)成的觀點(diǎn)。然后通過(guò)探究活動(dòng)對(duì)分子的性質(zhì)作進(jìn)一步闡述。

教學(xué)策略分析

1、本課題首次引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入微觀世界，微觀粒子既看不見也摸不著，為此，在進(jìn)行本課題教學(xué)時(shí)，要充分利用學(xué)生熟悉的宏觀現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)好教學(xué)情境，發(fā)揮學(xué)生的想象、推理能力。

2、在探究分子的性質(zhì)時(shí)，因?yàn)榉肿硬豢捎|摸，因此，一方面可以借助生動(dòng)的比喻、類比或形象的多媒體課件來(lái)說(shuō)明；另一方面，在進(jìn)行探究活動(dòng)時(shí)，可以改變探究的步驟，讓學(xué)生體驗(yàn)探究的樂(lè)趣，并在分析現(xiàn)象的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力。

重點(diǎn)與難點(diǎn)

重點(diǎn)：認(rèn)識(shí)分子、原子是客觀存在的，是構(gòu)成物質(zhì)的兩種微粒，認(rèn)識(shí)分子的基本特征。

難點(diǎn)：培養(yǎng)對(duì)自然現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的猜測(cè)、觀察，分析、等探究能力。

教學(xué)準(zhǔn)備：教師

多媒體課件 燒杯 量筒 酚酞 濃氨水等

學(xué)生

小燒杯 注射器 水

教學(xué)過(guò)程

一、創(chuàng)設(shè)情景

趣味實(shí)驗(yàn)演示---鐵樹開花

（激發(fā)新知）

1、水放置一段時(shí)間為什么會(huì)減少？

2、為什么當(dāng)人漫步在花園里，能陶醉在沁人肺腑的花香之中呢？

3、在加油站你能聞到什么氣味？在灑水車旁你有什么感受？（學(xué)生觀察圖片思考、討論。）

設(shè)計(jì)意圖：激發(fā)興趣，從學(xué)生熟悉的日常現(xiàn)象出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的探究欲，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

二、設(shè)問(wèn)激趣，導(dǎo)入新課

(引導(dǎo)實(shí)驗(yàn))教材中[實(shí)驗(yàn)3—2]：品紅的擴(kuò)散。（學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)并思考分析）

(設(shè)問(wèn))在靜止的水中品紅為什么會(huì)擴(kuò)散?(過(guò)渡)在很久以前，許多學(xué)者就對(duì)上述這些問(wèn)題進(jìn)行了探究。他們提出了物質(zhì)是由不連續(xù)的微小粒子組成的設(shè)想，并用以解釋這些現(xiàn)象。

（小結(jié))物質(zhì)確實(shí)是由微小的粒子——分子和原子構(gòu)成的。（學(xué)生想象物質(zhì)是由微觀粒子構(gòu)成的。確立物質(zhì)由分子和原子構(gòu)成的觀點(diǎn)）

設(shè)計(jì)意圖：在學(xué)生的親身體驗(yàn)中激發(fā)學(xué)生的思維及探究欲。通過(guò)人類對(duì)分子和原子的原始思索與現(xiàn)代證明的描述，形成物質(zhì)由分子、原子構(gòu)成的觀點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的想象能力。

(設(shè)問(wèn))肉眼看不見的分子是真實(shí)存在的嗎?<展示圖片教材P50圖3-

6、3-7。>（學(xué)生觀察圖片，想象分子的存在）

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)掃描隧道顯微鏡拍攝的圖像，讓學(xué)生了解現(xiàn)代高科技，并借助圖像讓學(xué)生從宏觀世界進(jìn)入微觀世界。

三、實(shí)驗(yàn)探究 對(duì)比分析 了解性質(zhì)

1、分子的質(zhì)量和體積都很小

（投影資料）1個(gè)水分子的質(zhì)量約是3×10-26kg；1滴水(1 mL水約為20滴)中大約有1.67×1021個(gè)水分子，全國(guó)人一起來(lái)數(shù)的話，大約要數(shù)3萬(wàn)年才能數(shù)完。

學(xué)生活動(dòng)：閱讀小資料，學(xué)生思考?xì)w納，讓學(xué)生大膽想象，感受分子很小的概念。

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用列舉數(shù)字的說(shuō)明方式，讓學(xué)生的抽象思維建立在具體的數(shù)據(jù)上，更清楚地理解分子很小的性質(zhì)。

2、分子之間有一定的間隔

(引導(dǎo)探究)50 mL酒精與50 mL水混合。（學(xué)生思考）：為什么1+1≠2？

（引導(dǎo)思考)一碗黃豆與一碗小米混合是否等于兩碗?（提問(wèn)）：該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么?（小結(jié))分子之間有間隔。

（學(xué)生活動(dòng)）感受氣體和液體不同物質(zhì)間分子間的間隙

3、分子在不停地運(yùn)動(dòng)

（教師給學(xué)生演示）氨分子的擴(kuò)散

請(qǐng)同學(xué)們猜測(cè)：為什么B燒杯中的溶液變紅了？（學(xué)生猜想）針對(duì)你的猜測(cè)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，證實(shí)你的猜測(cè)。

（小結(jié)）

1、氨水中的氨分子不斷擴(kuò)散進(jìn)入了酚酞溶液中，使酚酞溶液變成了紅色。該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了分子在不斷運(yùn)動(dòng)。

2、在受熱的情況下，分子能量增大，運(yùn)動(dòng)速率加快。

設(shè)計(jì)意圖：把實(shí)驗(yàn)步驟略作改變，讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的步驟：提出問(wèn)題→猜想假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→收集證據(jù)→得出結(jié)論。培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)與類比，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的直觀性，提高學(xué)生的抽象思維能力。

四、快樂(lè)套餐（投影出示練習(xí)，要求學(xué)生完成）

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)設(shè)置練習(xí)，鞏固所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)的運(yùn)用能力。

五、課堂小結(jié)：

1、解決課堂開頭完成的問(wèn)題。

2、學(xué)生談本節(jié)課的收獲。

六、作業(yè)

課后習(xí)題第一（1）、三題。

板書設(shè)計(jì)

課題二 分子和原子

一、分子是客觀存在的

二、分子的特征

1、分子很小

2、分子之間有間隙

一般分子間隔 氣體>液體>固體

3、分子在不斷的運(yùn)動(dòng)，一般溫度越高運(yùn)動(dòng)速度越快。

第三篇：分子和原子教案

《分子和原子》教學(xué)設(shè)計(jì)

（第一課時(shí)）

榆林市第五中學(xué)

王亞玲

教學(xué)目標(biāo)：

知識(shí)與技能

1、認(rèn)識(shí)分子的基本特征，知道物質(zhì)是由分子和原子等微小粒子構(gòu)成的；

2、能運(yùn)用分子的觀點(diǎn)解釋一些簡(jiǎn)單的生活和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。過(guò)程與方法

能從常見的現(xiàn)象入手進(jìn)行合理的推理和想像，通過(guò)討論、探究、分析、總結(jié)從而提高學(xué)生思維能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

情感、態(tài)度與價(jià)值觀

激發(fā)學(xué)生對(duì)物質(zhì)微粒構(gòu)成的探究欲，喚起學(xué)生對(duì)科學(xué)的好奇與向往。

教學(xué)資源分析

從本課題開始，學(xué)生將對(duì)微觀世界有所了解。教材首先從學(xué)生熟悉的日?，F(xiàn)象出發(fā)，提出問(wèn)題，引起學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生對(duì)微觀世界的求知欲、好奇心。接著用簡(jiǎn)單的幾句話將人類對(duì)分子、原子的原始思索和現(xiàn)代證明略作描述，確立物質(zhì)是由分子、原子等微小粒子構(gòu)成的觀點(diǎn)。然后通過(guò)探究活動(dòng)對(duì)分子的性質(zhì)作進(jìn)一步闡述。最后運(yùn)用分子模型幫助學(xué)生理解微觀粒子。

教學(xué)策略分析

1、本課題首次引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入微觀世界，微觀粒子既看不見也摸不著，為此，在進(jìn)行本課題教學(xué)時(shí)，要充分利用學(xué)生熟悉的宏觀現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)好教學(xué)情境，發(fā)揮學(xué)生的想象、推理能力。

2、在探究分子的性質(zhì)時(shí)，因?yàn)榉肿硬豢捎|摸，因此，一方面可以借助生動(dòng)的比喻、類比或形象的多媒體課件來(lái)說(shuō)明；另一方面，在進(jìn)行探究活動(dòng)時(shí)，可以改變探究的步驟，讓學(xué)生體驗(yàn)探究的樂(lè)趣，并在分析現(xiàn)象的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力。

重點(diǎn)與難點(diǎn)

重點(diǎn)：分子的性質(zhì);能用微粒的觀點(diǎn)解釋日常生活中的問(wèn)題。難點(diǎn)：形成物質(zhì)微粒性的觀點(diǎn)

教學(xué)準(zhǔn)備：教師

多媒體課件 燒杯 量筒 酚酞 濃氨水等

學(xué)生

小燒杯 注射器 水

教學(xué)過(guò)程

一、創(chuàng)設(shè)情景

趣味實(shí)驗(yàn)演示---鐵樹開花

設(shè)計(jì)意圖：設(shè)下懸念，激起對(duì)這節(jié)課學(xué)習(xí)的強(qiáng)烈愿望。（學(xué)生思考下面的問(wèn)題）

1、水放置一段時(shí)間為什么會(huì)減少？

2、為什么當(dāng)人漫步在花園里，能陶醉在沁人肺腑的花香之中呢？

3、在加油站你能聞到什么氣味？在灑水車旁你有什么感受？（學(xué)生觀察圖片思考、討論。）

設(shè)計(jì)意圖：激發(fā)興趣，從學(xué)生熟悉的日?，F(xiàn)象出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的探究欲，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

二、設(shè)問(wèn)激趣，導(dǎo)入新課

(引導(dǎo)實(shí)驗(yàn))教材中[實(shí)驗(yàn)3—2]：品紅的擴(kuò)散。（學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)并思考分析）

(設(shè)問(wèn))在靜止的水中品紅為什么會(huì)擴(kuò)散?(過(guò)渡)在很久以前，許多學(xué)者就對(duì)上述這些問(wèn)題進(jìn)行了探究。他們提出了物質(zhì)是由不連續(xù)的微小粒子組成的設(shè)想，并用以解釋這些現(xiàn)象。

（小結(jié))物質(zhì)確實(shí)是由微小的粒子——分子和原子構(gòu)成的。（學(xué)生想象物質(zhì)是由微觀粒子構(gòu)成的。確立物質(zhì)由分子和原子構(gòu)成的觀點(diǎn)）

設(shè)計(jì)意圖：在學(xué)生的親身體驗(yàn)中激發(fā)學(xué)生的思維及探究欲。通過(guò)人類對(duì)分子和原子的原始思索與現(xiàn)代證明的描述，形成物質(zhì)由分子、原子構(gòu)成的觀點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的想象能力。

(設(shè)問(wèn))肉眼看不見的分子是真實(shí)存在的嗎?<展示圖片教材P50圖3-

6、3-7。>（學(xué)生觀察圖片，想象分子的存在）

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)掃描隧道顯微鏡拍攝的圖像，讓學(xué)生了解現(xiàn)代高科技，并借助圖像讓學(xué)生從宏觀世界進(jìn)入微觀世界。

三、實(shí)驗(yàn)探究 對(duì)比分析 了解性質(zhì)

1、分子的質(zhì)量和體積都很小

（投影資料）1個(gè)水分子的質(zhì)量約是3×10-26kg；1滴水(1 mL水約為20滴)中大約有1.67×1021個(gè)水分子，全國(guó)人一起來(lái)數(shù)的話，大約要數(shù)3萬(wàn)多年才能數(shù)完。

學(xué)生活動(dòng)：閱讀小資料，學(xué)生思考?xì)w納，讓學(xué)生大膽想象，感受分子很小的概念。

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用列舉數(shù)字的說(shuō)明方式，讓學(xué)生的抽象思維建立在具體的數(shù)據(jù)上，更清楚地理解分子很小的性質(zhì)。

2、分子之間有一定的間隔

(引導(dǎo)探究)50 mL酒精與50 mL水混合。（學(xué)生思考）：為什么1+1≠2？

（引導(dǎo)思考)一碗黃豆與一碗小米混合是否等于兩碗?（提問(wèn)）：該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么?（小結(jié))分子之間有間隔。（學(xué)生探究）取氣密性良好的兩支大小相同的醫(yī)用注射器,將栓塞向外拉,分別吸入等體積的空氣和水,用手指頂住針筒末端的小孔,將栓塞慢慢推入.（現(xiàn)象）空氣易壓縮，水難壓縮。

（結(jié)論）空氣中氣體分子的間隔大，易壓縮;水分子的間隔小，難壓縮。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生真實(shí)的感受到物質(zhì)的分子間有間隔，不同的物質(zhì)分子間的間隔大小不同，更能很好的理解分子間有間隔的這一性質(zhì)。

3、分子在不停地運(yùn)動(dòng)

（教師給學(xué)生演示）氨分子的擴(kuò)散

請(qǐng)同學(xué)們猜測(cè)：為什么B燒杯中的溶液變紅了？（學(xué)生猜想）針對(duì)你的猜測(cè)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，證實(shí)你的猜測(cè)。主要是做出三個(gè)猜想：

? 猜想一：酚酞溶液放置一會(huì)兒，才會(huì)變色；

? 猜想二：大燒杯上沾有的某種物質(zhì)使酚酞溶液變色了； ? 猜想三：A杯構(gòu)成濃氨水的粒子跑到B杯酚酞溶液中去了。（小結(jié)）

1、氨水中的氨分子不斷擴(kuò)散進(jìn)入了酚酞溶液中，使酚酞溶液變成了紅色。該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了分子在不斷運(yùn)動(dòng)。

2、在受熱的情況下，分子能量增大，運(yùn)動(dòng)速率加快。設(shè)計(jì)意圖：把實(shí)驗(yàn)步驟略作改變，讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的步驟：提出問(wèn)題→猜想假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→收集證據(jù)→得出結(jié)論。培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力。通過(guò)這樣的安排，更能激起學(xué)生求知的欲望，主動(dòng)的思考，積極的發(fā)言，體現(xiàn)了學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，老師是組織者、指導(dǎo)者。通過(guò)實(shí)驗(yàn)與類比，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的直觀性，提高學(xué)生的抽象思維能力和動(dòng)手能力。

（學(xué)生活動(dòng)）從分子的角度分析并解釋“鐵樹開花”這一現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：與本課開始內(nèi)容相呼應(yīng)，讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)的魅力，同時(shí)感受到應(yīng)用此知識(shí)解決相關(guān)問(wèn)題的成功感。

4分子是由原子構(gòu)成

（教師展示）分子的模型：水分子、氧分子、氫分子。

（學(xué)生練習(xí)）說(shuō)出氧氣，二氧化碳、過(guò)氧化氫分子的構(gòu)成。設(shè)計(jì)意圖：從直觀的分子的模型入手，理解物質(zhì)是由分子等粒子構(gòu)成，分子是由原子構(gòu)成，同時(shí)幫助學(xué)生更好的區(qū)分化合物和單質(zhì)，也為下一節(jié)的內(nèi)容走好鋪墊。

四、快樂(lè)套餐

1（投影出示課堂練習(xí)）要求學(xué)生完成。2從分子的角度解釋課堂開始時(shí)提出的問(wèn)題.設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)設(shè)置練習(xí)，鞏固所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)的運(yùn)用能力。

五、課堂小結(jié)：

學(xué)生談本節(jié)課的收獲和提出要解決的問(wèn)題。

六、作業(yè)

1.課后習(xí)題第一題的（1）、（2），第三題的（2）（3）（4）（6）。2.預(yù)習(xí)本節(jié)剩下的部分。

板書設(shè)計(jì)

課題二 分子和原子

一． 分子是客觀存在的 二．分子的性質(zhì) 1分子很小

2分子之間有間隙

一般分子間隔 氣體>液體>固體 3分子在不斷的運(yùn)動(dòng)，一般溫度越高運(yùn)動(dòng)速度越快。

4分子是由原子構(gòu)成的

第四篇：分子和原子教案

分子和原子

教學(xué)目標(biāo)： 知識(shí)與技能：

1.用化學(xué)知識(shí)解釋生活中的現(xiàn)象。激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣 2.初步了解分子都在不停的運(yùn)動(dòng) 3.認(rèn)識(shí)到一切物質(zhì)都是由微粒構(gòu)成的

過(guò)程與方法

1.問(wèn)題引導(dǎo)法、實(shí)驗(yàn)探究法。通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)引發(fā)思考，引導(dǎo)學(xué)生思考物質(zhì)的性質(zhì)，進(jìn)而初步對(duì)分子和原子的性質(zhì)展開學(xué)習(xí)

2.指導(dǎo)歸納法。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的思考，歸納整理生活中的現(xiàn)象，學(xué)會(huì)觀察和思考

情感態(tài)度與價(jià)值觀

1.增強(qiáng)學(xué)生對(duì)微觀世界的好奇心和探究欲，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣 2.建立“世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是可分的”的辯證唯物主義物質(zhì)觀

3.會(huì)用分子的知識(shí)解釋日常生活中的現(xiàn)象，增強(qiáng)學(xué)生觸類旁通的能力

學(xué)習(xí)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：1.理論聯(lián)系實(shí)際，將生活中的現(xiàn)象和化學(xué)理論聯(lián)系起來(lái)，建立原子分子的基本印象。2.學(xué)習(xí)分子的基本性質(zhì)

難點(diǎn)：從宏觀現(xiàn)象觀察微粒運(yùn)動(dòng)，建立建立分子、原子的概念

教學(xué)用具

多媒體演示；黑板；

教學(xué)過(guò)程

一，[創(chuàng)設(shè)情境] 日常生活中,我們都有這樣的見聞: 1）糖放入水中為什么不見了？ 2）打開香水就聞到香味? 3）濕衣服曬干，水跑到什么地方去了？ 設(shè)問(wèn),然后引入正課

實(shí)驗(yàn)3–2：品紅的擴(kuò)散:在靜止的水中品紅為什么能擴(kuò)散呢？（同步加做加熱水中品紅）[過(guò)渡] 在很久以前許多學(xué)者就對(duì)上述這些問(wèn)題進(jìn)行了探究，他們提出了物質(zhì)是由不連續(xù)的微小的粒子構(gòu)成的設(shè)想,用于解釋以上現(xiàn)象。那么,他們的論斷是否正確呢? 展示圖片：教材P48圖3-

6、3-7 小結(jié)：物質(zhì)確實(shí)是由微小的粒子……分子和原子構(gòu)成的。二，[提問(wèn)]分子有何特點(diǎn)呢？（閱讀）分子很小 1個(gè)水分子的質(zhì)量約是3×10-26kg； 1滴水中大約有1.67×1021個(gè)水分子 [活動(dòng)與探究]做氨水的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)

請(qǐng)同學(xué)們猜想：為什么A杯中的溶液很快變紅了？而B杯中的溶液過(guò)很久才變紅呢? 小結(jié): 氨水中氨分子不斷擴(kuò)散進(jìn)入了酚酞溶液中，使酚酞溶液變成了紅色。該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了分子在不停地運(yùn)動(dòng)。

[提問(wèn)]在受熱的情況下，分子運(yùn)動(dòng)速率怎樣?能否舉例子

電腦：①1000ml酒精與100ml水的混合,思考為什么混合后體積不為200ml呢?②一碗黃豆與一碗綠豆混合是否等于兩碗？

小結(jié)：分子之間有間隔 思考題：

用分子的觀點(diǎn)分析：

1、為什么墻內(nèi)開花墻外香？

2、為什么濕衣服在陽(yáng)光下比在陰涼處易涼干？

3、物質(zhì)為何有三態(tài)變化？ 三，作業(yè)與練習(xí)

板書第一課時(shí)

一、物質(zhì)都是由微粒構(gòu)成的

二、分子的性質(zhì)

1、分子是真實(shí)存在的2、分子在不斷運(yùn)動(dòng)

3、分子之間有間隔

三、分子的概念

分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子

第五篇：分子和原子教案

《分子和原子》教案

潁上六中

盧彪

教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明

能用微粒的觀點(diǎn)解釋日常生活中的問(wèn)題是本課題的重點(diǎn)，在有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、分析過(guò)程中逐步培養(yǎng)微觀想象力和抽象思維能力也是本課題的難點(diǎn)。由于微觀粒子非常小，肉眼和普通的顯微鏡都不能觀察到，因此給學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)探究的機(jī)會(huì)，提供一些日常現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析變化現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力、想象力和分析、推理能力。教學(xué)方法以探究性教學(xué)為主。

分子和原子的概念是本課題的難點(diǎn)。通過(guò)水的蒸發(fā)、過(guò)氧化氫的分解等實(shí)例分析：由分子構(gòu)成的物質(zhì)在發(fā)生物理變化和化學(xué)變化時(shí)的不同情況時(shí)分子的特點(diǎn)，從而形象地得出分子和原子的概念，并運(yùn)用所得的定義來(lái)理解物理變化和化學(xué)變化在微觀上的本質(zhì)區(qū)別、純凈物和混合物的微觀區(qū)別。教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生自主閱讀，再輔以講解、討論、練習(xí)，極易激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，為以后的教學(xué)工作做好準(zhǔn)備，同時(shí)也深化了學(xué)生對(duì)前面有關(guān)氧氣制取知識(shí)的理解。

教學(xué)分析

（一）教材分析

從本課題開始，學(xué)生將對(duì)微觀世界有所了解。首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)物質(zhì)的可分性——分子、原子的存在，再體會(huì)它們與宏觀世界的不同，掌握用微觀理論解釋宏觀變化；最后通過(guò)認(rèn)識(shí)分子、原子在化學(xué)反應(yīng)中的不同變化來(lái)形成分子、原子的概念。

教學(xué)設(shè)計(jì)的主要流程：創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境→實(shí)驗(yàn)探究→得出結(jié)論→活動(dòng)探究→學(xué)生談?wù)摗偨Y(jié)歸納。

本課題首先從學(xué)生熟悉的日?，F(xiàn)象（水的蒸發(fā)、凝結(jié)和揮發(fā)）及品紅在水中的擴(kuò)散現(xiàn)象提出問(wèn)題，引起學(xué)生思考，接著用簡(jiǎn)單的幾句話將人類對(duì)分子、原子的原始思考與現(xiàn)代結(jié)論聯(lián)系起來(lái)。

（二）學(xué)情分析

由于本課題是學(xué)生從宏觀世界走向微觀世界的開始，一些觀點(diǎn)和結(jié)論不像認(rèn)識(shí)宏觀世界那樣容易理解，所以培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力、想象力和分析、推理能力便成了學(xué)好本課題的關(guān)鍵和難點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，主要從這幾方面著手對(duì)難點(diǎn)進(jìn)行突破。

1．給學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)探究的機(jī)會(huì)。

2．采取更為開放的探究方式，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)過(guò)程。3．多提供一些日?，F(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析變化現(xiàn)象，力求把日?，F(xiàn)象與課本理論結(jié)合起來(lái)。

4．培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力、想象力和分析、推理能力。教學(xué)目標(biāo) 1．知識(shí)與技能

（1）認(rèn)識(shí)物質(zhì)的微粒性，知道構(gòu)成物質(zhì)的微粒有體積小、質(zhì)量輕、不斷運(yùn)動(dòng)、有間隔的基本特征；知道分子、原子等微小粒子是構(gòu)成物質(zhì)的微粒；

（2）知道分子和原子的相同點(diǎn)、不同點(diǎn)及聯(lián)系；能運(yùn)用分子、原子的觀點(diǎn)解釋一些簡(jiǎn)單的生活和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；

（3）學(xué)會(huì)運(yùn)用分子的觀點(diǎn)來(lái)區(qū)別物理變化和化學(xué)變化、純凈物和混合物。2．過(guò)程與方法

（1）能從常見的現(xiàn)象入手進(jìn)行合理的想象和推理；

（2）通過(guò)討論分析能主動(dòng)和他人進(jìn)行交流，敢于表達(dá)自己的見解。3．情感態(tài)度與價(jià)值觀

（1）激發(fā)對(duì)微觀粒子的探究欲，建立“世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是可分的”的辯證唯物主義物質(zhì)觀。

（2）感受物質(zhì)無(wú)限可分的哲學(xué)思想，喚起學(xué)生對(duì)科學(xué)的好奇與向往。教學(xué)重點(diǎn)

（1）認(rèn)識(shí)物質(zhì)的微粒性并認(rèn)識(shí)微粒的特征，能用微粒的觀點(diǎn)解釋日常生活中的問(wèn)題。（2）培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自然現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的猜測(cè)、觀察，分析、交流、總結(jié)等探究能力。教學(xué)難點(diǎn)

（1）分子和原子的概念；（2）理解化學(xué)反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)。課時(shí)設(shè)計(jì) 2課時(shí) 教學(xué)策略

創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境→實(shí)驗(yàn)探究→得出結(jié)論→活動(dòng)探究→學(xué)生談?wù)摗偨Y(jié)歸納 教學(xué)過(guò)程

第一課時(shí)

【引課】我們的世界是一個(gè)物質(zhì)的世界，里面由千千萬(wàn)萬(wàn)種物質(zhì)組成。那么物質(zhì)又是由什么構(gòu)成的呢？從今天這節(jié)課開始，我們將從微觀的角度來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。

【思考】首先，請(qǐng)學(xué)生根據(jù)我們?nèi)粘Ｉ钪械慕?jīng)驗(yàn)思考下列問(wèn)題：

1．盛放在容器里的水，在常溫下會(huì)逐漸減少，如果受熱會(huì)減少得更快，這是為什么？ 2．為什么桂花會(huì)十里飄香呢？

3．濕衣服為什么在太陽(yáng)下曬比掛在室內(nèi)干得更快？

4．糖塊放在水里，會(huì)逐漸消失，而水卻有了甜味，這是什么原因？

【分析】其實(shí)，上述生活中的現(xiàn)象在很久以前就引起了一些學(xué)者的探究興趣，他們經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和探究，提出了物質(zhì)都是由看不見的微小粒子構(gòu)成的設(shè)想。并用這一設(shè)想來(lái)解釋上述問(wèn)題。那么，事實(shí)上是否如此呢？這些微小粒子到底是什么呢？科學(xué)事實(shí)證明這些微小粒子就是我們本課題要學(xué)習(xí)的分子和原子。

【提問(wèn)】肉眼看不見的微小粒子是否存在呢？它們又有什么特點(diǎn)？

【過(guò)渡】請(qǐng)大家仔細(xì)觀察以下實(shí)驗(yàn)??

【實(shí)驗(yàn)】向盛有水的小燒杯中加入少量品紅，靜置，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。現(xiàn)象：品紅在水中迅速擴(kuò)散，但較長(zhǎng)時(shí)間后才擴(kuò)散均勻。【提問(wèn)】為什么品紅能在水中擴(kuò)散呢？

【回答】如果物質(zhì)都是由不連續(xù)的粒子組成的，那么品紅也不例外，組成品紅的微小粒子向水中運(yùn)動(dòng)，就出現(xiàn)了品紅向水中擴(kuò)散的現(xiàn)象。

一、物質(zhì)由微觀粒子構(gòu)成

【講解】科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步早已證明，物質(zhì)確實(shí)是由微小粒子——分子、原子等構(gòu)成的?，F(xiàn)在我們通過(guò)先進(jìn)的科學(xué)儀器不僅能直接觀察到一些分子和原子，還能移走原子。

【投影】展示分子的圖像

顯微鏡下苯分子的圖像

1.分子是真實(shí)存在的

【過(guò)渡】現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了分子是真實(shí)存在的，那么它有哪些特點(diǎn)呢？ 2.分子的特點(diǎn)

【提問(wèn)】我們可以用肉眼看見分子嗎？ 【回答】不可以。

【提問(wèn)】用普通的顯微鏡能觀察到分子嗎？ 【回答】也不可以。

【提問(wèn)】那怎么樣才能看見分子呢？

【回答】必須用非常先進(jìn)的科學(xué)儀器，如剛才照片提到的掃描隧道顯微鏡。

【總結(jié)】用肉眼和普通的顯微鏡都不能觀察到分子，必須用比較先進(jìn)的電子顯微鏡才能觀察到，可見分子是一種非常小的粒子。如果拿水分子跟乒乓球相比，就好像拿乒乓球跟地球相比一樣。

【提問(wèn)】分子這么小，有沒(méi)有一定的質(zhì)量和體積呢？

【回答】經(jīng)過(guò)預(yù)習(xí)可知，分子盡管很小，也有一定的質(zhì)量和體積。例如：1個(gè)水分子的質(zhì)量約為3×1026 kg,一滴水中大約有1.67×1021個(gè)水分子(以20滴水為1mL計(jì)算)。這個(gè)-數(shù)字有多大呢？如果10億人來(lái)數(shù)一滴水里的水分子，每人每分鐘數(shù)100個(gè)，日夜不停，需要數(shù)3萬(wàn)多年才能數(shù)完?？梢姺肿拥囊粋€(gè)顯著特點(diǎn)是：質(zhì)量很小，體積很小。

（1）體積小，質(zhì)量輕。

【過(guò)渡】你想知道更多的有關(guān)分子的知識(shí)嗎？那么，請(qǐng)大家按以下建議進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。【活動(dòng)與探究】分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)

分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)

已知酚酞和氨氣都是由分子構(gòu)成的物質(zhì)，它們?nèi)苡谒煞謩e得到酚酞溶液和氨水。1．向盛有約20 mL蒸餾水的小燒杯A中加入5～6滴酚酞溶液，用玻璃棒攪拌均勻，觀察溶液的顏色。

2．從燒杯A中取少量溶液置于試管中，向其中慢慢滴加濃氨水，觀察溶液顏色有什么變化。

3．另取一個(gè)小燒杯B，加入5 mL濃氨水，用一個(gè)大燒杯罩住A、B兩個(gè)小燒杯。觀察幾分鐘，有什么現(xiàn)象發(fā)生？這一現(xiàn)象說(shuō)明了什么？

【實(shí)驗(yàn)1的結(jié)論】溶液為無(wú)色。說(shuō)明：酚酞本身是一種無(wú)色溶液，把酚酞加入蒸餾水中，只是對(duì)酚酞進(jìn)行稀釋，所以溶液仍為無(wú)色。

【實(shí)驗(yàn)2的結(jié)論】溶液顏色由無(wú)色變紅色。

說(shuō)明：酚酞是一種酸堿指示劑，遇酸不變色，遇堿顯紅色，濃氨水顯堿性，所以由無(wú)色變紅色

【思考】生活中的食醋常顯酸性，若往醋中滴入酚酞溶液，顏色會(huì)不會(huì)變化？為什么？ 【回答】不會(huì)。因?yàn)閯偛耪f(shuō)到酚酞遇酸不變色，食醋顯酸性，所以滴入酚酞溶液后，顏色不會(huì)有變化。

【實(shí)驗(yàn)3的結(jié)論】燒杯A中的酚酞溶液由無(wú)色變?yōu)榧t色?！咎釂?wèn)】出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是什么呢？

【回答】分子在不斷運(yùn)動(dòng)。B中的氨分子運(yùn)動(dòng)到了燒杯A中的酚酞分子中，所以A溶液變?yōu)榧t色。

【提問(wèn)】濕衣服為什么在太陽(yáng)下比掛在室內(nèi)干得更快呢？ 【回答】溫度越高，分子的運(yùn)動(dòng)速率越快。

（2）分子總在不斷地做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，且溫度越高，分子的運(yùn)動(dòng)速率越快。實(shí)驗(yàn)：50 mL水與50 mL酒精混合?，F(xiàn)象：觀察混合后的體積小于100 mL?！窘Y(jié)論】分子之間有間隔。

【討論】水溫升高，液態(tài)水變成水蒸氣“跑”走了，溫度下降水蒸氣凝成雪花。水的三態(tài)變化可以用關(guān)于分子的哪些知識(shí)來(lái)解釋？

【結(jié)論】 一定量的水，在它的三態(tài)變化中，分子間的間隔在發(fā)生變化，但分子的數(shù)目、大小不變。

【分析】我們知道氣體可以壓縮儲(chǔ)存于鋼瓶中，這是因?yàn)榉肿又g有間隔，在受壓的情況下氣體液化，分子間的間隔變小。相同質(zhì)量的同一種物質(zhì)在固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)時(shí)所占的體積不同，是因?yàn)樗鼈兎肿娱g的間隔不同；而物體的熱脹冷縮現(xiàn)象，則是物質(zhì)分子間的間隔受熱時(shí)增大、遇冷時(shí)縮小的緣故。

【提問(wèn)】癟了的乒乓球如何復(fù)原呢？為什么？

【回答】放在熱水中。因?yàn)闇囟仍礁?，分子之間的間隔越大。（3）分子之間有間隔。分子之間的間隔大小隨溫度的升高而增大。

【小結(jié)】本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子（分子）的有關(guān)知識(shí)。知道了物質(zhì)的微粒性，并且可以用分子、原子的觀點(diǎn)來(lái)解釋一些常見現(xiàn)象。

板書設(shè)計(jì)

分子和原子

一、物質(zhì)是由微觀粒子構(gòu)成 1．分子是真實(shí)存在的 2．分子的特點(diǎn)

（1）分子體積小、質(zhì)量輕。

（2）分子總在不斷地做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，且溫度越高，分子的運(yùn)動(dòng)速率越快。（3）分子之間有間隔。分子之間的間隔大小隨溫度的升高而增大。教學(xué)反思

本課題運(yùn)用多媒體的圖像和動(dòng)感設(shè)計(jì)，把宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與微觀粒子的理解較好地聯(lián)系了起來(lái)，從而形象地表現(xiàn)微觀世界的變化。注重情景創(chuàng)設(shè)，運(yùn)用多媒體和實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了大量宏觀、微觀、直接、形象、抽象的信息，讓學(xué)生自己去感覺(jué)、發(fā)現(xiàn)。同時(shí)教師又及時(shí)提供協(xié)作學(xué)習(xí)引起學(xué)習(xí)者探索新知的強(qiáng)烈欲望，從而培養(yǎng)起學(xué)生創(chuàng)新探索的精神和信心。