第一篇：读激光冷却和操控原子文章
读激光冷却和操控原子文章
激光冷却和操控原子：原理与应用
2018-05-08 13:39技术
科技导报
激光冷却和囚禁原子的发展历程
激光冷却和囚禁原子来源于光场对原子的机械作用力。激光冷却原子最初在原子束上得以实现。1982年，美国国家标准和技术研究所（NIST）的Phillips报道了方向与原子束对射、频率相对原子谐振红移的激光多普勒冷却实验，将钠原子的热运动速度降低到原来的4%（平均速度40 m/s，速度分布10 m/s），即原子温度冷却至70 mK（对应速度分布）。1985年，Phillips和Hall研究组分别利用空间变化磁场和频率扫描的方法实现了将原子束减速，直至原子静止，原子温度分别为100 mK 和50 mK，原子密度分别为105cm-3 和106 cm-3。在此基础上，Phillips研究组利用2个环形线圈搭建静磁阱实现了冷钠原子囚禁，囚禁时间达到0.83 s，不过这种静磁阱并没有冷却原子的功能，钠原子需要预先冷却后注入静磁阱。
1985年，美国贝尔实验室的朱棣文研究组报道实现了一种新的激光冷却方法，称为“光学阻尼”。将6束激光作用于已经预冷却的钠原子团，利用多普勒冷却机制将钠原子进一步冷却至多普勒极限温度240 μK，将原子温度降低2个数量级，原子的密度106 cm-3。光学阻尼没有恢复力作用，因此无法实现原子囚禁。进一步研究利用光偶极阱实现原子囚禁。1986年，报道利用一束高功率聚焦激光囚禁了500个左右的原子，原子密度提高到1011~1012cm-3，阱的寿命达到秒量级。1987年，他们与美国麻省理工学院Pritchard研究组合作实现了一种结合光学阻尼和梯度静磁场的阱，称为“磁光阱”（MOT）。MOT不仅实现了原子的多普勒冷却，还借助塞曼效应在梯度磁场中实现了光和原子的持续循环跃迁，产生恢复力，形成势阱，实现了原子的囚禁，囚禁原子数目达到107个，密度达到1011 cm-3，原子温度达到600 μK。1990年，美国天体物理联合实验室（JILA）Wieman研究组研制的MOT直接从铯蒸气背景中冷却和囚禁原子，与1987年报道的MOT装置相比，省去了原子束冷却装置，简化了实验系统。MOT实现了激光直接冷却和囚禁原子，推动冷原子物理的发展和广泛应用。
1987年，Phillips研究组利用光学阻尼将钠原子冷却到43 μK，远低于多普勒极限温度。他们使用3种不同测量方法，证明测得的温度无误。很快，其他研究组的实验也证实了这个结果。这种超乎预期的实验结果表明，原有的多普勒冷却理论已经不足以解释新的实验现象。巴黎高等师范学院Cohen-Tannodji研究组和朱棣文研究组在理论分析中考虑了冷却激光的偏振梯度、原子的超精细结构、光频移和光抽运等效应，解释了这种突破多普勒极限的冷却机理，称为亚多普勒冷却或Sisyphus冷却。在亚多普勒冷却理论指导下，通过实验参数优化，原子冷却温度纪录不断被打破，1990年，铯原子的温度冷却至2.5μK，接近光子反冲极限温度。
Cohen-Tannodji研究组提出一种突破光子反冲极限温度的方案，选择速度接近为0的原子进入“暗态”，不与冷却激光发生作用，避免光子反冲的影响，称为“速度选择相干布居囚禁”（VSCPT）。他们在实验上利用氦原子分别实现了一维、二维和三维VSCPT，获得远低于光子反冲的冷却温度，1997年报道的数据达到5 nK。朱棣文研究组利用受激拉曼跃迁将原子的冷却温度降至低于单光子反冲极限温度，1996年，Cohen-Tannodji研究组也利用这种拉曼冷却方案将铯原子的一维温度冷却至3 nK。激光冷却与囚禁的研究经过了10多年的发展（图1），从提出最初理论方案到实验初步实现原子束的减速和光学阻尼，到实验冷却温度超越了多普勒冷却理论的预想，新的理论又推动了激光操控原子技术的进步，展示了科学发展的丰富多彩。1997年，瑞典皇家科学院把当年的诺贝尔物理学奖颁发给朱棣文、Cohen-Tannoudji和Phillips，以表彰他们在激光冷却和囚禁原子方面所做的贡献。激光冷却与囚禁技术普及和应用，有力促进了相关研究领域的发展，例如玻色-爱因斯坦凝聚、冷原子钟、冷原子干涉仪等。
图1 激光冷却和囚禁原子的发展历程
激光操控原子的基本原理：散射力与偶极力
激光对原子的操控依赖于光对原子的机械作用，这种作用源于光的电磁场性质，且与原子的内部和外部状态相关。图2用简化为一维的模型介绍基本原理。一个初速度为ν0的原子受到一束反向的近共振频率红移光照射，当光的频率红移与原子速度ν0产生的多普勒频移大小相等符号相反，光与原子跃迁频率共振，原子吸收1个光子（动量为ћk）由基态跃迁至激发态，同时速度降低为ν0-ћk/m，m 为原子质量。处于激发态的原子在有限时间内发生自发辐射，回到基态，自发辐射光子的方向随机。回到基态的原子将再次与光作用，形成循环跃迁。由于自发辐射光子的方向随机，原子n 次（n 足够大）作用自发辐射的累积平均动量为0，经历n 次受激吸收，原子的速度变为ν0-nћk/m，实现激光对原子的减速。
以钠原子为例，室温时初始速度为105 cm/s，n 次作用原子的速度变化为3ncm/s，单次作用时间为32 ns（与钠原子激发态的寿命有关），单次作用的加速度约为105g（g 为重力加速度）。因此，理论上经过1 ms时间，激光可使钠原子的速度降为0。在上述过程中，光子通过不断被原子吸收和自发辐射，对应光子的散射过程或原子的自发辐射过程，产生作用于原子的机械作用力，称为散射力或自发辐射力。这种力的作用需要光频率接近原子的能级跃迁频率，才能产生和保持。光对原子的另一种作用力则不需要保持与原子近共振，称为偶极力。光场对原子的电磁作用产生感生电偶极子，若光的频率大于原子跃迁频率，光的强度越高，对应原子的势能越强，则原子受到指向弱场的梯度作用力；相反，若光的频率小于原子跃迁频率，则原子受到指向强场的作用力。散射力与偶极力构成了激光操控原子的基础，可以用来解释各种形式的激光冷却和囚禁方案。塞曼减速
利用激光对原子的散射力可以实现对原子束减速，实验上可采用一束与原子跃迁频率负失谐的激光，反向照射原子束，按照图2所示的原理，可以降低原子束的速度。然而，原子速度降低后，多普勒频移与激光频率失谐不再相等，光对原子的减速作用无法持续，不能有效降低原子速度。
图2 激光对原子的散射力示意
为提高原子束的减速效率，需要在减速过程中连续地补偿多普勒频移。采用的一种方案是连续扫描激光的频率，使激光与原子跃迁频率持续保持共振；另一种是保持激光的频率不变，利用磁场对原子塞曼效应，改变原子的跃迁频率，称为塞曼减速。如图3所示，采用磁场线圈可以实现强度随空间变化的磁场，设计磁场分布曲线，使原子跃迁频率的变化与多普勒频移匹配，原子在行进过程中与激光持续作用，速度不断降低，实现激光减速过程。
图3 原子束塞曼减速示意（a）和磁场分布曲线（b）
光学阻尼与磁光阱：光学阻尼基于多普勒冷却的原理。图4表示一维多普勒冷却的原理，原子团处在两束频率相同的对射激光组成的一个驻波场内，激光频率相对原子跃迁频率红移，由于多普勒效应，原子在更大的概率上与反向传播的激光作用，导致减速，实现多普勒冷却的过程。
图4 多普勒冷却的一维示意
多普勒冷却原子的速度不会降至绝对静止，减速是原子和光子交换动量的过程，原子因吸收反向的光子动量而减速，自发辐射光子时，又在光子的反方向得到一个反冲动量。尽管多次自发辐射最后的平均动量为0，但原子却一直在动量空间作无规行走，类似于“布朗运动”。冷却过程中原子速度起伏涨落，导致原子的加热。原子的最终温度决定于冷却与加热的平衡，即多普勒冷却温度极限，理论上一般在几百μK量级。
图5为钠原子光学阻尼的实验和结果。先利用一束反向激光作用至热原子束，将原子束中大部分钠原子的速度由200 m/s降低至20 m/s，然后关闭减速激光，让原子漂移到真空室中心的光学阻尼区（图5（b））。关闭光学阻尼，释放原子团一段时间，再次打开光学阻尼，测量原子温度为240（+200，-60）μK，达到多普勒极限温度。
图5 光学阻尼的实验装置（a）和原子团成像（b）
光学阻尼不是势阱，它对原子运动产生阻尼减速，不产生指向中心的恢复力，无法起到囚禁原子的作用。在光学阻尼上添加2个线圈（图6（b）），通以方向相反的电流，可在光学阻尼中心形成磁场强度为0的反亥姆霍兹磁场，就构成了磁光阱（MOT）。原子的磁子能级在磁场塞曼效应的作用下分裂（图6（a）），假定原子基态总角动量J=0，激发态J=1，含有m=0，±1这3个磁子能级，在中心处能级简并，沿水平坐标轴离开中心随磁场强度的增加而线性变化。沿z 轴对射激光作用至原子，频率为ωL，相对零磁场处原子共振频率的失谐为δ0，偏振分别为σ+、σ-。假定原子初始状态位于z0（z0>0），由跃迁选择定则σ+激光的失谐为δ+，σ-激光的失谐为δ-，在z0>0处δ-<δ+，原子更多地吸收σ-光子，从而受到趋向于中心的负向力。同理，处于z0<0的原子更多地吸收σ+光子受到趋向中心的正向力。于是，所有原子都将受到指向坐标原点的辐射压力的作用。上述原理推广到三维，沿x、y、z 方向受到向心作用力，即实现MOT中原子三维的激光冷却和势阱囚禁。
图6 MOT中原子能级（a）和实验装置（b）示意 偏振梯度冷却和亚反冲冷却
偏振梯度冷却属于亚多普勒冷却，它考虑了冷却激光的偏振梯度、原子的超精细结构、光频移和光抽运等效应。进一步考虑图7所示的一维情况，2束对射激光的偏振方向相互垂直，频率和功率相等，在2束激光的交汇处合成的偏振态随着空间位置变化，存在偏振梯度，假定某个位置处为σ+，经过λ/4（λ为激光波长）距离后变为σ-，再经过λ/4恢复为σ+，在彼此之间的偏振状态为椭圆偏振或线偏振，变化周期为λ/2。
考虑原子的基态角动量Jg=1/2，存在2个磁子能级mg=±1/2，在冷却激光的作用下，2个磁子能级产生光频移，简并消失。不同偏振状态的光对2个磁子能级产生的光频移不同，如图7所示，σ+光造成mg（1/2）能级低于mg（-1/2），σ-光造成mg（-1/2）能级低于mg（1/2）。因此，原子的2个基态塞曼子能级在光频移的作用下形成周期为λ/2的空间变化的能级结构。光抽运效应是指在σ+偏振状态处，由跃迁选择定则，只与mg（-1/2）能级的原子作用（考虑上能级的角动量Je=1/2），原子跃迁至上能级后通过自发辐射返回基态2个磁子能级。其中返回至mg（-1/2）的原子将被再次激发至上能级，而返回至mg（1/2）的原子则不再与σ+光作用。光抽运效应导致在σ+光偏振状态处，原子被抽运在mg（1/2）能级。同理，在σ-光偏振状态处，原子被抽运在mg（-1/2）能级。假定原子初始处于mg（1/2）能级（图7），运动过程中在偏振光场的作用下原子的势能上升，原子走过λ/4的距离到达σ-偏振状态处。此时，σ-光将原子抽运至另一磁子能级mg（-1/2），再从这里开始重复“爬坡”的过程。根据能量守恒原理，原子在爬坡的过程中损失动能增加势能，这种势能的增加又通过自发辐射到最低能级放出较高能量光子而释放。这样，原子不断消耗能量而减速、冷却，称为偏振梯度冷却。
图7 偏振梯度冷却的原理示意
2束对射激光的偏振分别为左旋和右旋偏振，也会形成偏振梯度冷却。另外，在有磁场的情况下，即使光场没有偏振梯度，也可以发生低于多普勒极限的冷却。这些亚多普勒冷却的方案都有自发辐射过程的参与，光子动量反冲造成原子速度的涨落成为冷却温度极限，即反冲极限温度。突破这个反冲极限温度，只能让原子与光不发生作用，使速度为0的原子进入暗态，可以采用速度选择相干布居囚禁（VSCPT）的方法。另一种方法，利用受激拉曼跃迁也可实现原子速度的选择，获得低于光子反冲极限的冷却温度，称为拉曼冷却。激光操控原子的应用 玻色-爱因斯坦凝聚
原子的激光冷却和囚禁最重要的应用成果之一即玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensates, BEC）的实现。BEC是一种新的物质状态，如超导、超流和激光等系统一般，具有诸多奇异的宏观量子特性。1924年，印度科学家玻色利用新的统计方法推导黑体辐射公式，爱因斯坦将该方法推广到无相互作用的原子气体，并预言当这些原子（玻色子）的距离足够近、热运动足够慢时，将发生相变变成一种新的物质状态，即玻色-爱因斯坦凝聚态。在这种状态的原子，具有相同的最低能量状态，可以用一个波函数描述，表现出物质波干涉、涡旋晶格等宏观量子特性。BEC的实现为新的物理现象的研究提供了平台，也为精密测量、量子信息等领域打开了新的研究窗口。
自BEC的思想提出后，科学家开始探索在实际物质中实现的可能。1976年，Stwalley和Nosanow提出自旋极化的氢原子在极低的温度下保持气体状态，原子之间存在微弱的排斥力，可能形成BEC。自1980年起，荷兰阿姆斯特丹大学Walraven和美国麻省理工学院Kleppner等多个研究组开始利用氢原子实现BEC的实验。为获得低温氢原子气体，他们采用静磁阱将氢原子囚禁，然后利用射频场调节磁阱的深度，逐渐地将动能大的氢原子“蒸发”，留下动能低的氢原子，称为“蒸发冷却”，但实验上仍然没有观察到BEC 的形成。理论预期和实验证明，MOT技术和激光冷却是实现BEC的关键。
1990年，激光冷却和囚禁技术趋于成熟，利用MOT囚禁的原子冷却温度达μK量级，原子密度1012cm-3量级。在此基础上，进一步利用蒸发冷却即可达到BEC相变。实验中，首先利用MOT将原子进行激光冷却和囚禁，然后利用光抽运将原子制备到特定自旋态，关掉冷却激光，将原子囚禁在静磁阱中。由于该磁阱的中心处磁场为0，能级简并，原子从原来受磁场束缚的自旋态转换到不受磁场束缚的自旋态，即发生Majalana跃迁，导致磁阱中心成为原子漏洞。为解决这个问题，JILA的Cornell和Wieman研究组在原磁阱中加入横向旋转磁场，称为轨道时间平均势法（time orbiting potential，TOP）；而美国麻省理工学院Ketterle研究组则采用1束强激光束射入磁阱的中心，利用激光的斥力堵住漏洞。在此基础上，在磁阱中扫描微波频率，当射频场由高频逐渐降低时，通过原子间的弹性碰撞，动能高的原子将逃出阱外，动能低的原子留在阱中，实现蒸发冷却。图8中假彩色深度代表原子密度，当蒸发冷却到200 nK时（中间图形），原子开始凝聚形成BEC，当进一步蒸发冷却到50nK时，几乎全部的原子都凝聚成BEC。
图8 铷原子BEC的假彩色3D和2D图 此后，相继实现钠、锂、氢等各种原子的BEC。2001年，Cornell、Wieman和Ketterle因在BEC的实现及基本性质研究方面的贡献被授予诺贝尔物理奖。碱金属稀薄气体BEC的研究成为热点，全世界有几十家实验室实现了BEC，中国科学院上海光学精密机械研究所、北京大学、中国科学院武汉物理与数学研究所和山西大学等也相继实现了铷原子BEC。原子钟
时间频率是测量最为精确的物理量，目前用来复现秒定义的铯喷泉基准钟，不确定度已达（3~6）×10-16。激光冷却和囚禁技术在新一代高端原子钟中发挥了至关重要的作用。
1950年，美国Ramsey提出原子与2个分立微波场作用的方案，使得原子钟鉴频从Rabi 跃迁转变到Ramsey跃迁，有效压缩原子钟跃迁线宽，从而改变鉴频灵敏度。分立微波场首先在热原子束钟里以空间分立的布局实现。1955年，英国国家物理实验室（NPL）的Essen研究组建成了世界上第一台铯原子钟。1967年国际计量大会将时间单位秒的定义从天文秒改为基于铯原子（133Cs）基态超精细分裂微波辐射频率9192631770 Hz的原子秒。自那时起，实验室型铯基准钟提供复现秒定义的手段。图9为热铯束原子钟的原理示意。铯原子从铯炉中喷出后形成准直原子束，在起偏磁场的作用下，特定能态的原子运动方向偏转，进入到微波腔中，原子与Ramsey腔中空间分立的微波场作用，再经过检偏磁场，由探测器得到原子信号。在电子环路中，由压控振荡器（VCXO）产生频率信号，经过频率综合生成9.19 GHz微波信号馈入Ramsey腔，扫描微波频率可以得到图9（b）的Ramsey 条纹，利用Ramsey中心条纹“鉴频”，伺服锁定VCXO频率，将9.19GHz微波频率锁定到Ramsey中心条纹的秒定义频率。
图9 铯原子束钟的结构示意（a）和Ramsey条纹（b）原子束钟由于原子热运动导致的多普勒效应，以及原子与空间分立的2个微波场难以做到空间均匀和相位连续，与原子作用引入的微波腔相移效应等频率偏移，其频率不确定度难以超越10-14量级。显然，利用冷原子做原子钟可以有效抑制多普勒效应。针对另一项误差，微波腔相移效应，Zacharias等早在1955年就提出原子喷泉的设想。然而，当时他还完全没有激光操控原子的手段，他利用竖直热原子束，以很低的原子密度和水平方向每秒百米的原子热运动速度，不要说时间分立的Ramsey跃迁，就连实验观测到原子喷泉现象都没有实现。如果利用冷原子实现喷泉，原子就可以在上抛和下落过程2次通过同一个微波场，实现原子时间分立与同一微波场2次作用，从根本上避免空间分立的2个微波场不可避免的不一致。
直到1989年，激光冷却与囚禁技术成熟后，朱棣文研究组利用激光冷却的原子最终实现了原子喷泉，并预期利用冷原子喷泉做成的原子频标，其频率不确定度可望达到10-16量级。1995年，Clairon研究组首次报道了激光冷却-铯原子喷泉实现原子钟样机。至此，实验室型基准原子钟从磁选态-铯原子束钟，进入激光冷却原子喷泉钟时代，性能指标大幅提高。世界主要国家的计量院，如法国巴黎天文台时间空间参考实验室（SYRTE）、美国国家标准与技术研究院（NIST）、德国联邦物理技术研究院（PTB）、英国国家物理实验室（NPL）、俄罗斯国家技术物理及无线电工程研究院（VNIIFTRI）、中国计量科学研究院（NIM）、日本国家计量院（NMIJ）、印度国家物理实验室（NPLJ）等都先后研制了铯喷泉基准钟，作为复现秒定义的时间频率基准。2010 年报道铯喷泉钟的准确度已达（4~5）×10-16。中国的北京大学、中国计量科学研究院（NIM）、中国科学院上海光学精密机械研究所、中国科学院国家授时中心等单位也先后开展了喷泉原子钟的研究。其中，中国计量科学研究院（NIM）于2003年和2014年分别报道了NIM4和NIM5激光冷却-铯原子喷泉基准钟的不确定度为8.5×10-15和1.4×10-15，2017年改进后的NIM5不确定度达到9×10-16。
图10 以NIM5 为例说明铯喷泉钟的工作原理。三维正交光场形成光学阻尼，直接在高真空环境中俘获原子，形成冷原子云。向上3束光和向下3束光同时反向失谐，组成行波光学阻尼，带动冷原子云上抛。控制激光的频率和强度，利用偏振梯度冷却将原子温度降至1.5μK。冷原子云以获得的初速度上抛、自由回落，形成原子喷泉。利用氢钟输出频率作为参考，通过频率综合器产生9.19 GHz微波，原子在上抛回落的喷泉运动中2次与同一微波作用，实现时间分立Ramsey跃迁。原子继续下落与探测光作用，发出共振荧光，由探测器组接收。时序控制扫描微波频率，得到Ramsey跃迁谱线，利用条纹中心进行鉴频，产生带有微波中心频率误差的跃迁概率信号，数字伺服微波频率，直至复现原子秒定义频率。2014年，NIM5通过国际频率基准工作组（WG-PSFS）的评审，参与驾驭国际原子时（TAI），标志着中国成为国际上第8个对修正国际原子时做出贡献的国家。
图10 NIM5铯喷泉原子钟的物理部分 工作在光学频率的光钟因其振荡频率比上述的微波原子钟高4个量级，具有更好的频率稳定度和不确定度潜力。光钟分为离子光钟和原子光钟两大类。
1999年，日本东京大学Katori研究组提出锶原子具备作为冷原子光频标的优异特性。2001年，Katori研究组实现光晶格存储原子，减小原子碰撞并降低原子温度，并进一步发展了“魔术波长”避免光晶格光频移。2005 年，Katori 研究组初步实现了锶光晶格钟。经过15年的发展，目前的锶光晶格钟的评定不确定度已达到2.1×10-18。中国计量科学研究院自2005年开展锶原子光晶格钟的研究，2015年完成频率偏移的评定（不确定度2.3×10-16）和绝对频率测量（不确定度3.4 ×10-15）。目前，世界上最好的光钟的频率评定不确定度已经远优于铯喷泉钟。世界时间频率界期待光钟作为未来修改秒定义的候选，国际主要发达国家的计量院都正在开展光钟研究。2015年，第20届国际时间频率咨询委员会（CCTF）提出了修改秒定义路线图，预计在2014—2028年完成以光钟修改秒定义的技术准备。原子干涉仪
自1924年德布罗意（de Broglie）提出物质波的思想后，多种微观粒子，如电子、中子等物质波干涉和衍射现象被实验验证。在通常状态下，物质波波长太短，实验上很难观察到原子干涉现象。1991年，Carnal研究组利用横向原子热运动极小的氦原子束，观察到杨氏双缝干涉现象。同年，美国麻省理工学院Pritchard研究组模拟马赫-曾德尔（Mach-Zehnder）光学干涉仪，利用纳米技术制作的透射光栅，实现了钠原子束的分束、反射和合束的过程，实现了原子束干涉仪。1992年，Shimizu等使用激光冷却的氖原子实现了杨氏双缝干涉，由于原子温度更低，清晰地观察到双缝干涉图样。1995年，Rasel等利用激光驻波场代替了制作工艺复杂的纳米光栅，实现了原子束的空间干涉。
上述干涉仪通过原子位置不同而引起路径相位不同，称为外态干涉仪。另一种原子干涉仪，通过吸收或发射光子改变原子能态，因得到光子反冲动量而改变原子运动轨迹，实现物质波分束，称为内态干涉仪。1989年，Bordé利用两对方向相反的行波激光对热原子束作用，通过光子的反冲动量，将热原子束分束再合束，形成不同的原子路径，实现原子干涉，称为Ramsey-Bordé原子干涉仪。1991年，Riehle研究组利用钙原子束实现了该类型的原子干涉仪，并测量了Sagnac效应。热原子束干涉仪受原子热运动多普勒效应的影响，测量分辨率不高，且这种原子束干涉仪只能采用能级寿命长的原子，对激光的频率稳定性要求很高，系统复杂。1991，朱棣文研究组提出基于MOT冷却原子团，利用双光子受激拉曼跃迁实现冷原子的分束、反射和合束，构成马赫-曾德尔冷原子干涉仪。这种方案的优点是双光子跃迁可使原子获得大的动量反冲，同时降低了对激光频率稳定性和原子能级寿命的要求。特别重要的是，这种原子干涉仪利用温度更低的冷原子团，增加了原子物质波的波长，降低多普勒效应的影响，提高原子干涉的分辨率，使其在精密测量领域中得到广泛应用。
冷原子干涉仪的基本原理如图11所示，利用MOT制备处于基态g的冷原子团。初始时刻，利用2束脉冲时间为τ的拉曼激光脉冲作用至该原子团，原子有50%的概率被双光子受激拉曼跃迁到e能级；同时，受到光子的动量反冲作用，在z 方向上e能态的原子与g能态原子分离，即实现冷原子团“分束”。经过时间T后，再利用作用时间2τ的拉曼激光脉冲，使e态的原子返回g态，处于g态的原子跃迁至e态，同时，原子运动轨迹发生改变，即实现冷原子团“反射”。最后利用脉冲时间为τ的拉曼激光，完成原子的“合束”。探测处于e态（或g态）原子的数目，得到图11（b）的原子干涉条纹。在冷原子干涉路径上，重力等外场因素将引起干涉相位的变化，因此可以利用原子干涉仪测量重力加速度等。
图11 冷原子干涉仪原理（a）和原子干涉条纹（b）
1992年，该研究组利用冷原子干涉仪测量了重力加速度，1999 年重力加速度测量的灵敏度达到2×10-8 g（1.3 s），超过了落体角锥光学重力仪的指标。此后，该冷原子干涉仪实现原子的ћ/m参数、Sagnac效应、重力梯度等测量。受激拉曼冷原子干涉仪得到广泛关注，中国多家单位，如中国科学院武汉物理与数学研究所、华中科技大学、浙江大学、中国计量科学研究院等也已实现这种原子干涉仪的研制。
第二篇：分子和原子教案
《分子和原子》教学设计
（第一课时）
榆林市第五中学
王亚玲
教学目标：
知识与技能
1、认识分子的基本特征，知道物质是由分子和原子等微小粒子构成的；
2、能运用分子的观点解释一些简单的生活和实验现象。过程与方法
能从常见的现象入手进行合理的推理和想像，通过讨论交流分析能主动和他人进行交流，敢于表达自己的见解。
情感、态度与价值观
激发学生对物质微粒构成的探究欲，唤起学生对科学的好奇与向往。
教学资源分析
从本课题开始，学生将对微观世界有所了解。教材首先从学生熟悉的日常现象出发，提出问题，引起学生思考，激发学生对微观世界的求知欲、好奇心。接着用简单的几句话将人类对分子、原子的原始思索和现代证明略作描述，确立物质是由分子、原子等微小粒子构成的观点。然后通过探究活动对分子的性质作进一步阐述。
教学策略分析
1、本课题首次引导学生进入微观世界，微观粒子既看不见也摸不着，为此，在进行本课题教学时，要充分利用学生熟悉的宏观现象，创设好教学情境，发挥学生的想象、推理能力。
2、在探究分子的性质时，因为分子不可触摸，因此，一方面可以借助生动的比喻、类比或形象的多媒体课件来说明；另一方面，在进行探究活动时，可以改变探究的步骤，让学生体验探究的乐趣，并在分析现象的过程中培养学生的抽象思维能力。
重点与难点
重点：认识分子、原子是客观存在的，是构成物质的两种微粒，认识分子的基本特征。
难点：培养对自然现象、实验现象的猜测、观察，分析、等探究能力。
教学准备：教师
多媒体课件 烧杯 量筒 酚酞 浓氨水等
学生
小烧杯 注射器 水
教学过程
一、创设情景
趣味实验演示---铁树开花
（激发新知）
1、水放置一段时间为什么会减少？
2、为什么当人漫步在花园里，能陶醉在沁人肺腑的花香之中呢？
3、在加油站你能闻到什么气味？在洒水车旁你有什么感受？（学生观察图片思考、讨论。）
设计意图：激发兴趣，从学生熟悉的日常现象出发，激发学生的探究欲，培养学生学习化学的兴趣。
二、设问激趣，导入新课
(引导实验)教材中[实验3—2]：品红的扩散。（学生观察实验并思考分析）
(设问)在静止的水中品红为什么会扩散?(过渡)在很久以前，许多学者就对上述这些问题进行了探究。他们提出了物质是由不连续的微小粒子组成的设想，并用以解释这些现象。
（小结)物质确实是由微小的粒子——分子和原子构成的。（学生想象物质是由微观粒子构成的。确立物质由分子和原子构成的观点）
设计意图：在学生的亲身体验中激发学生的思维及探究欲。通过人类对分子和原子的原始思索与现代证明的描述，形成物质由分子、原子构成的观点，培养学生的想象能力。
(设问)肉眼看不见的分子是真实存在的吗?<展示图片教材P50图3-
6、3-7。>（学生观察图片，想象分子的存在）
设计意图：通过扫描隧道显微镜拍摄的图像，让学生了解现代高科技，并借助图像让学生从宏观世界进入微观世界。
三、实验探究 对比分析 了解性质
1、分子的质量和体积都很小
（投影资料）1个水分子的质量约是3×10-26kg；1滴水(1 mL水约为20滴)中大约有1.67×1021个水分子，全国人一起来数的话，大约要数3万年才能数完。
学生活动：阅读小资料，学生思考归纳，让学生大胆想象，感受分子很小的概念。
设计意图：运用列举数字的说明方式，让学生的抽象思维建立在具体的数据上，更清楚地理解分子很小的性质。
2、分子之间有一定的间隔
(引导探究)50 mL酒精与50 mL水混合。（学生思考）：为什么1+1≠2？
（引导思考)一碗黄豆与一碗小米混合是否等于两碗?（提问）：该实验说明了什么?（小结)分子之间有间隔。
（学生活动）感受气体和液体不同物质间分子间的间隙
3、分子在不停地运动
（教师给学生演示）氨分子的扩散
请同学们猜测：为什么B烧杯中的溶液变红了？（学生猜想）针对你的猜测，请设计实验方案，证实你的猜测。
（小结）
1、氨水中的氨分子不断扩散进入了酚酞溶液中，使酚酞溶液变成了红色。该实验说明了分子在不断运动。
2、在受热的情况下，分子能量增大，运动速率加快。
设计意图：把实验步骤略作改变，让学生体验实验探究的步骤：提出问题→猜想假设→设计实验→收集证据→得出结论。培养学生实验探究的能力。通过实验与类比，增强实验的直观性，提高学生的抽象思维能力。
四、快乐套餐（投影出示练习，要求学生完成）
设计意图：通过设置练习，巩固所学的知识点，同时培养学生知识的运用能力。
五、课堂小结：
1、解决课堂开头完成的问题。
2、学生谈本节课的收获。
六、作业
课后习题第一（1）、三题。
板书设计
课题二 分子和原子
一、分子是客观存在的
二、分子的特征
1、分子很小
2、分子之间有间隙
一般分子间隔 气体>液体>固体
3、分子在不断的运动，一般温度越高运动速度越快。
第三篇：分子和原子教案
《分子和原子》教学设计
（第一课时）
榆林市第五中学
王亚玲
教学目标：
知识与技能
1、认识分子的基本特征，知道物质是由分子和原子等微小粒子构成的；
2、能运用分子的观点解释一些简单的生活和实验现象。过程与方法
能从常见的现象入手进行合理的推理和想像，通过讨论、探究、分析、总结从而提高学生思维能力和实验能力。
情感、态度与价值观
激发学生对物质微粒构成的探究欲，唤起学生对科学的好奇与向往。
教学资源分析
从本课题开始，学生将对微观世界有所了解。教材首先从学生熟悉的日常现象出发，提出问题，引起学生思考，激发学生对微观世界的求知欲、好奇心。接着用简单的几句话将人类对分子、原子的原始思索和现代证明略作描述，确立物质是由分子、原子等微小粒子构成的观点。然后通过探究活动对分子的性质作进一步阐述。最后运用分子模型帮助学生理解微观粒子。
教学策略分析
1、本课题首次引导学生进入微观世界，微观粒子既看不见也摸不着，为此，在进行本课题教学时，要充分利用学生熟悉的宏观现象，创设好教学情境，发挥学生的想象、推理能力。
2、在探究分子的性质时，因为分子不可触摸，因此，一方面可以借助生动的比喻、类比或形象的多媒体课件来说明；另一方面，在进行探究活动时，可以改变探究的步骤，让学生体验探究的乐趣，并在分析现象的过程中培养学生的抽象思维能力。
重点与难点
重点：分子的性质;能用微粒的观点解释日常生活中的问题。难点：形成物质微粒性的观点
教学准备：教师
多媒体课件 烧杯 量筒 酚酞 浓氨水等
学生
小烧杯 注射器 水
教学过程
一、创设情景
趣味实验演示---铁树开花
设计意图：设下悬念，激起对这节课学习的强烈愿望。（学生思考下面的问题）
1、水放置一段时间为什么会减少？
2、为什么当人漫步在花园里，能陶醉在沁人肺腑的花香之中呢？
3、在加油站你能闻到什么气味？在洒水车旁你有什么感受？（学生观察图片思考、讨论。）
设计意图：激发兴趣，从学生熟悉的日常现象出发，激发学生的探究欲，培养学生学习化学的兴趣。
二、设问激趣，导入新课
(引导实验)教材中[实验3—2]：品红的扩散。（学生观察实验并思考分析）
(设问)在静止的水中品红为什么会扩散?(过渡)在很久以前，许多学者就对上述这些问题进行了探究。他们提出了物质是由不连续的微小粒子组成的设想，并用以解释这些现象。
（小结)物质确实是由微小的粒子——分子和原子构成的。（学生想象物质是由微观粒子构成的。确立物质由分子和原子构成的观点）
设计意图：在学生的亲身体验中激发学生的思维及探究欲。通过人类对分子和原子的原始思索与现代证明的描述，形成物质由分子、原子构成的观点，培养学生的想象能力。
(设问)肉眼看不见的分子是真实存在的吗?<展示图片教材P50图3-
6、3-7。>（学生观察图片，想象分子的存在）
设计意图：通过扫描隧道显微镜拍摄的图像，让学生了解现代高科技，并借助图像让学生从宏观世界进入微观世界。
三、实验探究 对比分析 了解性质
1、分子的质量和体积都很小
（投影资料）1个水分子的质量约是3×10-26kg；1滴水(1 mL水约为20滴)中大约有1.67×1021个水分子，全国人一起来数的话，大约要数3万多年才能数完。
学生活动：阅读小资料，学生思考归纳，让学生大胆想象，感受分子很小的概念。
设计意图：运用列举数字的说明方式，让学生的抽象思维建立在具体的数据上，更清楚地理解分子很小的性质。
2、分子之间有一定的间隔
(引导探究)50 mL酒精与50 mL水混合。（学生思考）：为什么1+1≠2？
（引导思考)一碗黄豆与一碗小米混合是否等于两碗?（提问）：该实验说明了什么?（小结)分子之间有间隔。（学生探究）取气密性良好的两支大小相同的医用注射器,将栓塞向外拉,分别吸入等体积的空气和水,用手指顶住针筒末端的小孔,将栓塞慢慢推入.（现象）空气易压缩，水难压缩。
（结论）空气中气体分子的间隔大，易压缩;水分子的间隔小，难压缩。
设计意图：让学生真实的感受到物质的分子间有间隔，不同的物质分子间的间隔大小不同，更能很好的理解分子间有间隔的这一性质。
3、分子在不停地运动
（教师给学生演示）氨分子的扩散
请同学们猜测：为什么B烧杯中的溶液变红了？（学生猜想）针对你的猜测，请设计实验方案，证实你的猜测。主要是做出三个猜想：
• 猜想一：酚酞溶液放置一会儿，才会变色；
• 猜想二：大烧杯上沾有的某种物质使酚酞溶液变色了； • 猜想三：A杯构成浓氨水的粒子跑到B杯酚酞溶液中去了。（小结）
1、氨水中的氨分子不断扩散进入了酚酞溶液中，使酚酞溶液变成了红色。该实验说明了分子在不断运动。
2、在受热的情况下，分子能量增大，运动速率加快。设计意图：把实验步骤略作改变，让学生体验实验探究的步骤：提出问题→猜想假设→设计实验→收集证据→得出结论。培养学生实验探究的能力。通过这样的安排，更能激起学生求知的欲望，主动的思考，积极的发言，体现了学生是学习的主体，老师是组织者、指导者。通过实验与类比，增强实验的直观性，提高学生的抽象思维能力和动手能力。
（学生活动）从分子的角度分析并解释“铁树开花”这一现象。
设计意图：与本课开始内容相呼应，让学生体会到化学的魅力，同时感受到应用此知识解决相关问题的成功感。
4分子是由原子构成
（教师展示）分子的模型：水分子、氧分子、氢分子。
（学生练习）说出氧气，二氧化碳、过氧化氢分子的构成。设计意图：从直观的分子的模型入手，理解物质是由分子等粒子构成，分子是由原子构成，同时帮助学生更好的区分化合物和单质，也为下一节的内容走好铺垫。
四、快乐套餐
1（投影出示课堂练习）要求学生完成。2从分子的角度解释课堂开始时提出的问题.设计意图：通过设置练习，巩固所学的知识点，同时培养学生知识的运用能力。
五、课堂小结：
学生谈本节课的收获和提出要解决的问题。
六、作业
1.课后习题第一题的（1）、（2），第三题的（2）（3）（4）（6）。2.预习本节剩下的部分。
板书设计
课题二 分子和原子
一． 分子是客观存在的 二．分子的性质 1分子很小
2分子之间有间隙
一般分子间隔 气体>液体>固体 3分子在不断的运动，一般温度越高运动速度越快。
4分子是由原子构成的
第四篇：分子和原子教案
分子和原子
教学目标： 知识与技能：
1.用化学知识解释生活中的现象。激发学生对化学的兴趣 2.初步了解分子都在不停的运动 3.认识到一切物质都是由微粒构成的
过程与方法
1.问题引导法、实验探究法。通过演示实验引发思考，引导学生思考物质的性质，进而初步对分子和原子的性质展开学习
2.指导归纳法。通过对实验的思考，归纳整理生活中的现象，学会观察和思考
情感态度与价值观
1.增强学生对微观世界的好奇心和探究欲，激发学生学习化学的兴趣 2.建立“世界是物质的，物质是可分的”的辩证唯物主义物质观
3.会用分子的知识解释日常生活中的现象，增强学生触类旁通的能力
学习重难点
重点：1.理论联系实际，将生活中的现象和化学理论联系起来，建立原子分子的基本印象。2.学习分子的基本性质
难点：从宏观现象观察微粒运动，建立建立分子、原子的概念
教学用具
多媒体演示；黑板；
教学过程
一，[创设情境] 日常生活中,我们都有这样的见闻: 1）糖放入水中为什么不见了？ 2）打开香水就闻到香味? 3）湿衣服晒干，水跑到什么地方去了？ 设问,然后引入正课
实验3–2：品红的扩散:在静止的水中品红为什么能扩散呢？（同步加做加热水中品红）[过渡] 在很久以前许多学者就对上述这些问题进行了探究，他们提出了物质是由不连续的微小的粒子构成的设想,用于解释以上现象。那么,他们的论断是否正确呢? 展示图片：教材P48图3-
6、3-7 小结：物质确实是由微小的粒子……分子和原子构成的。二，[提问]分子有何特点呢？（阅读）分子很小 1个水分子的质量约是3×10-26kg； 1滴水中大约有1.67×1021个水分子 [活动与探究]做氨水的扩散实验
请同学们猜想：为什么A杯中的溶液很快变红了？而B杯中的溶液过很久才变红呢? 小结: 氨水中氨分子不断扩散进入了酚酞溶液中，使酚酞溶液变成了红色。该实验说明了分子在不停地运动。
[提问]在受热的情况下，分子运动速率怎样?能否举例子
电脑：①1000ml酒精与100ml水的混合,思考为什么混合后体积不为200ml呢?②一碗黄豆与一碗绿豆混合是否等于两碗？
小结：分子之间有间隔 思考题：
用分子的观点分析：
1、为什么墙内开花墙外香？
2、为什么湿衣服在阳光下比在阴凉处易凉干？
3、物质为何有三态变化？ 三，作业与练习
板书第一课时
一、物质都是由微粒构成的
二、分子的性质
1、分子是真实存在的2、分子在不断运动
3、分子之间有间隔
三、分子的概念
分子是保持物质化学性质的最小粒子
第五篇：分子和原子教案
《分子和原子》教案
颍上六中
卢彪
教学设计说明
能用微粒的观点解释日常生活中的问题是本课题的重点，在有关实验现象的观察、分析过程中逐步培养微观想象力和抽象思维能力也是本课题的难点。由于微观粒子非常小，肉眼和普通的显微镜都不能观察到，因此给学生提供更多的实验探究的机会，提供一些日常现象，引导学生观察、分析变化现象，培养学生的抽象思维能力、想象力和分析、推理能力。教学方法以探究性教学为主。
分子和原子的概念是本课题的难点。通过水的蒸发、过氧化氢的分解等实例分析：由分子构成的物质在发生物理变化和化学变化时的不同情况时分子的特点，从而形象地得出分子和原子的概念，并运用所得的定义来理解物理变化和化学变化在微观上的本质区别、纯净物和混合物的微观区别。教学中指导学生自主阅读，再辅以讲解、讨论、练习，极易激发起学生学习的主动性，为以后的教学工作做好准备，同时也深化了学生对前面有关氧气制取知识的理解。
教学分析
（一）教材分析
从本课题开始，学生将对微观世界有所了解。首先通过实验认识物质的可分性——分子、原子的存在，再体会它们与宏观世界的不同，掌握用微观理论解释宏观变化；最后通过认识分子、原子在化学反应中的不同变化来形成分子、原子的概念。
教学设计的主要流程：创设问题情境→实验探究→得出结论→活动探究→学生谈论→总结归纳。
本课题首先从学生熟悉的日常现象（水的蒸发、凝结和挥发）及品红在水中的扩散现象提出问题，引起学生思考，接着用简单的几句话将人类对分子、原子的原始思考与现代结论联系起来。
（二）学情分析
由于本课题是学生从宏观世界走向微观世界的开始，一些观点和结论不像认识宏观世界那样容易理解，所以培养学生的抽象思维能力、想象力和分析、推理能力便成了学好本课题的关键和难点。在教学过程中，主要从这几方面着手对难点进行突破。
1．给学生提供更多的实验探究的机会。
2．采取更为开放的探究方式，让学生体验科学过程。3．多提供一些日常现象，引导学生观察、分析变化现象，力求把日常现象与课本理论结合起来。
4．培养学生的抽象思维能力、想象力和分析、推理能力。教学目标 1．知识与技能
（1）认识物质的微粒性，知道构成物质的微粒有体积小、质量轻、不断运动、有间隔的基本特征；知道分子、原子等微小粒子是构成物质的微粒；
（2）知道分子和原子的相同点、不同点及联系；能运用分子、原子的观点解释一些简单的生活和实验现象；
（3）学会运用分子的观点来区别物理变化和化学变化、纯净物和混合物。2．过程与方法
（1）能从常见的现象入手进行合理的想象和推理；
（2）通过讨论分析能主动和他人进行交流，敢于表达自己的见解。3．情感态度与价值观
（1）激发对微观粒子的探究欲，建立“世界是物质的，物质是可分的”的辩证唯物主义物质观。
（2）感受物质无限可分的哲学思想，唤起学生对科学的好奇与向往。教学重点
（1）认识物质的微粒性并认识微粒的特征，能用微粒的观点解释日常生活中的问题。（2）培养学生对自然现象、实验现象的猜测、观察，分析、交流、总结等探究能力。教学难点
（1）分子和原子的概念；（2）理解化学反应的微观实质。课时设计 2课时 教学策略
创设问题情境→实验探究→得出结论→活动探究→学生谈论→总结归纳 教学过程
第一课时
【引课】我们的世界是一个物质的世界，里面由千千万万种物质组成。那么物质又是由什么构成的呢？从今天这节课开始，我们将从微观的角度来研究这个问题。
【思考】首先，请学生根据我们日常生活中的经验思考下列问题：
1．盛放在容器里的水，在常温下会逐渐减少，如果受热会减少得更快，这是为什么？ 2．为什么桂花会十里飘香呢？
3．湿衣服为什么在太阳下晒比挂在室内干得更快？
4．糖块放在水里，会逐渐消失，而水却有了甜味，这是什么原因？
【分析】其实，上述生活中的现象在很久以前就引起了一些学者的探究兴趣，他们经过反复的实验和探究，提出了物质都是由看不见的微小粒子构成的设想。并用这一设想来解释上述问题。那么，事实上是否如此呢？这些微小粒子到底是什么呢？科学事实证明这些微小粒子就是我们本课题要学习的分子和原子。
【提问】肉眼看不见的微小粒子是否存在呢？它们又有什么特点？
【过渡】请大家仔细观察以下实验„„
【实验】向盛有水的小烧杯中加入少量品红，静置，观察发生的现象。现象：品红在水中迅速扩散，但较长时间后才扩散均匀。【提问】为什么品红能在水中扩散呢？
【回答】如果物质都是由不连续的粒子组成的，那么品红也不例外，组成品红的微小粒子向水中运动，就出现了品红向水中扩散的现象。
一、物质由微观粒子构成
【讲解】科学技术的进步早已证明，物质确实是由微小粒子——分子、原子等构成的。现在我们通过先进的科学仪器不仅能直接观察到一些分子和原子，还能移走原子。
【投影】展示分子的图像
显微镜下苯分子的图像
1.分子是真实存在的
【过渡】现在我们已经知道了分子是真实存在的，那么它有哪些特点呢？ 2.分子的特点
【提问】我们可以用肉眼看见分子吗？ 【回答】不可以。
【提问】用普通的显微镜能观察到分子吗？ 【回答】也不可以。
【提问】那怎么样才能看见分子呢？
【回答】必须用非常先进的科学仪器，如刚才照片提到的扫描隧道显微镜。
【总结】用肉眼和普通的显微镜都不能观察到分子，必须用比较先进的电子显微镜才能观察到，可见分子是一种非常小的粒子。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样。
【提问】分子这么小，有没有一定的质量和体积呢？
【回答】经过预习可知，分子尽管很小，也有一定的质量和体积。例如：1个水分子的质量约为3×1026 kg,一滴水中大约有1.67×1021个水分子(以20滴水为1mL计算)。这个-数字有多大呢？如果10亿人来数一滴水里的水分子，每人每分钟数100个，日夜不停，需要数3万多年才能数完。可见分子的一个显著特点是：质量很小，体积很小。
（1）体积小，质量轻。
【过渡】你想知道更多的有关分子的知识吗？那么，请大家按以下建议进行实验。【活动与探究】分子运动现象的实验
分子运动现象的实验
已知酚酞和氨气都是由分子构成的物质，它们溶于水可分别得到酚酞溶液和氨水。1．向盛有约20 mL蒸馏水的小烧杯A中加入5～6滴酚酞溶液，用玻璃棒搅拌均匀，观察溶液的颜色。
2．从烧杯A中取少量溶液置于试管中，向其中慢慢滴加浓氨水，观察溶液颜色有什么变化。
3．另取一个小烧杯B，加入5 mL浓氨水，用一个大烧杯罩住A、B两个小烧杯。观察几分钟，有什么现象发生？这一现象说明了什么？
【实验1的结论】溶液为无色。说明：酚酞本身是一种无色溶液，把酚酞加入蒸馏水中，只是对酚酞进行稀释，所以溶液仍为无色。
【实验2的结论】溶液颜色由无色变红色。
说明：酚酞是一种酸碱指示剂，遇酸不变色，遇碱显红色，浓氨水显碱性，所以由无色变红色
【思考】生活中的食醋常显酸性，若往醋中滴入酚酞溶液，颜色会不会变化？为什么？ 【回答】不会。因为刚才说到酚酞遇酸不变色，食醋显酸性，所以滴入酚酞溶液后，颜色不会有变化。
【实验3的结论】烧杯A中的酚酞溶液由无色变为红色。【提问】出现这种现象的原因是什么呢？
【回答】分子在不断运动。B中的氨分子运动到了烧杯A中的酚酞分子中，所以A溶液变为红色。
【提问】湿衣服为什么在太阳下比挂在室内干得更快呢？ 【回答】温度越高，分子的运动速率越快。
（2）分子总在不断地做无规则的运动，且温度越高，分子的运动速率越快。实验：50 mL水与50 mL酒精混合。现象：观察混合后的体积小于100 mL。【结论】分子之间有间隔。
【讨论】水温升高，液态水变成水蒸气“跑”走了，温度下降水蒸气凝成雪花。水的三态变化可以用关于分子的哪些知识来解释？
【结论】 一定量的水，在它的三态变化中，分子间的间隔在发生变化，但分子的数目、大小不变。
【分析】我们知道气体可以压缩储存于钢瓶中，这是因为分子之间有间隔，在受压的情况下气体液化，分子间的间隔变小。相同质量的同一种物质在固态、液态和气态时所占的体积不同，是因为它们分子间的间隔不同；而物体的热胀冷缩现象，则是物质分子间的间隔受热时增大、遇冷时缩小的缘故。
【提问】瘪了的乒乓球如何复原呢？为什么？
【回答】放在热水中。因为温度越高，分子之间的间隔越大。（3）分子之间有间隔。分子之间的间隔大小随温度的升高而增大。
【小结】本节课主要学习了构成物质的基本粒子（分子）的有关知识。知道了物质的微粒性，并且可以用分子、原子的观点来解释一些常见现象。
板书设计
分子和原子
一、物质是由微观粒子构成 1．分子是真实存在的 2．分子的特点
（1）分子体积小、质量轻。
（2）分子总在不断地做无规则的运动，且温度越高，分子的运动速率越快。（3）分子之间有间隔。分子之间的间隔大小随温度的升高而增大。教学反思
本课题运用多媒体的图像和动感设计，把宏观的实验现象与微观粒子的理解较好地联系了起来，从而形象地表现微观世界的变化。注重情景创设，运用多媒体和实验为学生提供了大量宏观、微观、直接、形象、抽象的信息，让学生自己去感觉、发现。同时教师又及时提供协作学习引起学习者探索新知的强烈欲望，从而培养起学生创新探索的精神和信心。
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