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通过阅读,同学们不仅能了解历史上科学家们是怎样争论的,进而明白科学争论是科学自身发展的内在驱动力,以及事物总是在否定之否定中前进的道理,还会学到科学家们珍重事实,坚持真理的科学思想、科学态度和科学品质。
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热是什么?早在16世纪就有不少科学家提出各种观点。
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例如,哲学家弗兰西斯·培根,从摩擦生热的现象中,得出热是较小粒子的运动;物理学家波义耳,从钉子被敲打之后变热的现象中,得出热是物质内部微粒运动被阻碍而产生的;物理科学家胡克用显微镜观察火花,认为热是物体各部分非常活跃,极其猛烈的运动;化学家罗蒙诺索夫指出,热的充分根源在于运动的观点。但是,在17世纪又有一些学者提出热是一种无重的物质,即热质或燃素的观点。认为物质之间流动的热质多少,就会改变物体冷热的程度。因此,学者拉瓦锡把热质看成是一种化学元素并列入元素表内。
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由于热质说当时能通俗地解释许多热的现象,如物体温度变化是物体吸、放热质的多少造成的;热传导是热质的流动而形成的;摩擦和碰撞生热,是因为物质内部热质被挤压出来。这些似乎合理的解释,使得当时的人们相信热质说是正确的。直到18世纪末,英籍物理学家伦福德发现钻头钻炮膛时,会产生大量的热,钻头越钝产生的热越多,进而得出结论:热是物质运动的一种形式,是看不见的粒子振动的宏观表现。同时指出热质说和燃素说都是错误的。1799年,英国化学家戴维做了“真空中两块冰摩擦熔解为水”的实验。由于实验系统与外界隔绝,若用热质说的观点,那么,摩擦的热来自摩擦挤压出来的热质,进而要使系统的比热容变小,但水的比热容比冰更大,于是,系统热质守恒关系就不成立了。因此,戴维断言热质不存在。上述两位科学家的实验事实给热质说以致命的打击,但热质说并未因此而罢休。直到19世纪中叶,物理学家焦耳历经近40年,用400多次实验的数据精确找出功与热之间的关系,证明热是一种能量。这时的热质说才终于被否定。
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关于热的分子运动说和热质说,科学家们历经了300多年的争论,热质说一次又一次被否定的事实,说明了科学家们珍重事实,坚持真理的科学态度;证明了“科学争论是科学自身发展的内在驱动力”和“事物总是在否定之否定中前进”的道理。因此,同学们在学习物理的过程中要积极参与交流讨论,当在交流讨论的过程中出现分歧时,要勇于辩论甚至争论,但又要像科学家那样珍重事实,坚持真理!
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叩开学习物理的门与道 10.3 “解剖”原子
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本节除了演示阴极射线实验和α粒子散射实验的图示外,基本上都是文字表述。但在文字表述中渗透了人类的认识是无穷的思想。
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就拿物质结构的微观世界而言,从分子到原子,又从原子到原子核和核外电子,再到原子核内的质子和中子,以及质子和中子内的夸克等,这一个比一个小的粒子的探究是无穷的。
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本节学习要点
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●认识原子(单原子分子和多原子分子)。
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●认识电子和原子的核式结构模型。
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●认识原子核中的质子和中子以及质子和中子内的夸克。
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本节学习支架
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1.自然结构的稳定性与和谐性之美表现在哪里?
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例如,原子不显电性是因为原子核内所带的正电荷数与核外所带的负电荷数相等,这就是大自然守恒美的表现。
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图10-4 质子与中子的组成
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又例如,质子由两个上夸克和一个下夸克组成,而中子由两个下夸克和一个上夸克组成,这就是大自然对称美的表现,如图10-4所示。
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再例如,原子结构与太阳系结构十分相似,这说明在宏观世界中存在的结构,在微观世界中也能找到。
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可见,圆运动和球状,均是大自然中稳定性与和谐性在结构上美的表现。
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正如爱因斯坦所说的:“世界赋予的秩序和谐,我们只能以谦卑的方式不完全地把握其逻辑的质朴性的美。”
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2.课本本节出现电子云概念,什么是电子云?
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