【课本-科技馆“连连看”】初中化学九年级里居然有TA？！（上）

  这个展项叫做从砂到芯片这个展项全面揭示了半导体工业对我们人类发展历史的巨大影响。

  第一件展品沙子。看上去很平常的沙子就是芯片的原材料。工厂对沙子进行提纯，能够获得芯片的原材料硅，再对硅做处理以后，能够获得我们的空白晶圆，最后在空白晶圆上进行刻电路。晶圆的直径的大小直接决定了所刻芯片的数量，晶圆的直径越大所刻的芯片数量越大，芯片的成本也就越低。随着科学技术的发展，芯片的直径已经从最初的50毫米扩大到300毫米。旁边的展品就是300毫米的硅柱，工厂是利用对这种300毫米的硅柱进行切割得到300毫米直径的晶圆。在空白晶圆后进行刻电路，之后就能够获得裸芯片。所谓裸芯片就是说它还不进行封装和测试，进行封装和测试以后便是一块成熟的芯片。一块成熟的芯片只有指甲盖那么大小，但是它内部却蕴含了几百万个甚至上亿个晶体管，上到宇宙空间站和运载飞船；下到常用的手机和手表，不能离开芯片。这个展柜展示了intel公司从1974年到现在所生产的所有不相同的型号的芯片。从最早的1974年生产的8080处理器，一直发展到我们今天的非常先进的芯片。芯片的发展历史，也展示了我们人类社会持续健康发展的历程。

  近年来，空气污染问题慢慢的受到社会和公众的重视，随着治理力度的加大，城市雾霾持续得到一定的改善。展品以云朵造型为背景，设计7个展示模块，发光柱对应参与空气质量评价的6个主要污染物，1个综合空气质量指数，向观众实时呈现“北京奥体中心空气质量监测点位”数据，通过不同污染物的数值展现当前位置空气质量的状况，让观众了解大气污染情况及因此可能对健康带来的不良影响，进而提高预防意识，采取一定的防护措施。

  物质通常有三种形态，固态、液态与气态。之所以有这三种形态，是因为物质是由分子和原子构建的，而它们的运动状态与聚集方式就决定了物质的形态。我们的角度来看展像玻璃罩之内有一些运动的小球，它们就代表着物质当中的分子在运动。这时候您可以操作推动杆分别选择固态液态和气态三种模式，就可以观察小球的运动状态而得知分子的运动状态了。

  从古至今，人类从未停止对看不见的微观世界的探索，不懈地追寻构成全世界的最小粒子正是这种探索的集中体现。

  该展项由四部分所组成，分别是：“汤姆生阴极射线实验演示”、“卢瑟福α粒子散射实验演示”、“原子是什么”和“半立体加速器模型演示”，向您展示了微观粒子结构探索中的几个实验：

  （1）“汤姆生阴极射线实验演示”让您理解电子的发现过程。在圆形的展台上放着“汤姆生阴极射线实验”的装置。阴极射线管内的气体分子被电离成正负粒子，产生导电的现象，射线即会射到实验圈正前方的荧光屏上，您可转动操作台上的磁铁，发现射线的方向将会跟随磁铁的转动方向而改变。汤姆生通过对阴极射线的观察与实验，证明其由许多高速运动的颗粒构成，这种颗粒比原子小得多，命名为电子。由此汤姆生提出了自己的原子模型(1904 年)：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。

  （2）“卢瑟福α粒子散射实验演示”是让观众参与的模拟实验。圆形展台上的真空容器中放置着放射源、金箔、荧光屏、显微镜、圆盘等仿线°地移动操作台上的“观测镜”，从“观测镜”的屏幕中会发现透射、散射粒子在“接收屏”上根据所在位置的不同，而出现的不同密度的亮点。卢瑟福为了验证老师汤姆生的说法用α射线轰击金箔，结果证明原子内部有大量空间，而中心有一坚实的原子核，否定了汤姆生的原子模型。

  （3）“原子是什么”是用直观的类比方式让您理解原子的结构。如果一个原子有科技馆这么大，那么原子核有多大呢？在圆柱体的展台上，您可操作按钮做出合理的选择，看看答案。原来科技馆这么大的一个原子，它的核直径只有2.8cm，类似一个小豌豆！也就是说，原子的别的部分都是空的，那么电子就在这部分内围绕原子核运动。

  （4）“半立体加速器模型演示”是一个镶嵌在展墙中的半立体加速器模型。在加速器模型的正前方有一个脚踏开关，当您脚踏触碰开始时，LED 灯先由慢到快的逐渐亮起，表明粒子在做加速运动。当此粒子与另一个相反方向加速运动的粒子对准同一点相撞时，就能够产生出各种各样的粒子。通过操作您可对加速器产生直观的认识。

  身边的元素这件展品搭建了一个半封闭式的起居室场景，在这里您能够找到杯子椅子窗帘餐具等众多的生活用品。那么这些生活用品的分子构成和元素组成是怎样的呢？

  当我们把展品前方的激光发射器将它们左右移动对准想要了解的物品，这时候我们将会看到屏幕当中将会显示出他们的分子构成，以及元素组成。比方说在玻璃杯子当中，我们能找到大量的硅元素。而在木质的椅子当中我们能找到大量的碳元素，在古代人们只能利用

  自然界当中存在的18种元素。到了20世纪人们开始制取人造元素。进入21世纪以后，利用各种元素组成的化合物已超越了2000万种。

  世界各国和地区由于地理环境不同，拥有水资源量差别很大。按水资源总量大小排序，前几名依次是：巴西、俄罗斯、加拿大、中国、美国、印度尼西亚、孟加拉国，但按人均占有量计算，就是另一种结果了，中国人均占有量只相当于世界人均水平的1／4。目前，我国水资源污染、不合理利用及浪费情况仍较为严重，水资源短缺问题日渐加剧。展品由展台、世界地图动态灯箱、年代滑块等组成。移动滑块改变年份，可从地图上动态变化的柱状图了解世界不同国家人均占有水资源量及其近年来的变化，使公众深刻感受到我国人均水资源占有量很低，增强节水意识。

  地球是一个蓝色星球，因为其表面的70%被水覆盖，但现实是，其中的97.5%为咸水，淡水仅占2.5%，绝大部分的淡水固定在南极和格陵兰的冰层中，其余多为土壤水分或深层地下水，不能被人类直接利用。展品利用蓝色小球模拟地球上的总水量，通过演示小球的分配情况，展示地球水资源的状况。观众转动白色手轮，屏幕中1000个虚拟的蓝色小球，沿着管道分别滚入咸水储球罐（975个）和淡水储球罐（25个），转动黄色手轮，淡水储球罐中的小球分别进入不可利用淡水储球罐（22个）和可利用淡水的储球罐（3个），分配数量强烈的反差同时配合显示屏的动画，引发观众对地球水危机的思考，激发保护水资源的责任感和使命感，增强观众的节水意识。

  水循环实现了地球系统水量、能量和地球生物化学物质的迁移和转换、构成了全球性的连续有序的动态大系统。水循环联系着海陆两大系统，塑造着地表形态，不断提供再生的淡水资源。因此，水循环对于地球表层结构的演变和人类可持续发展都意义重大。展品通过机械装置运输蓝色小球（代表水）来模拟水循环的过程，观众可以操作互动机构改变小球滚动的方向，让小球从山顶流下、汇集成江河，通过截取可使小球滚入农业区、工业区、生活区、生态区，也可将水进行分流、导流，操作防洪堤坝，防止小球滚入城市，最后小球汇入代表海洋的收纳槽，通过提升机构模拟蒸发，聚集成云,再降至地表形成河流。使观众了解自然界宏观水循环过程及人类对水资源的需求和利用，形成科学利用水资源、保护水资源意识，实现人类与生态环境的和谐发展。

  在庞大包容一切的宇宙中，人类生存的地球只是一个孤独的星点。它是目前太阳系中唯一存在生命的星球，也是唯一适宜生命繁衍的星球。至少在不远的将来，人类还无法迁居到别的星球。展品以宇宙的起源演化为切入点，通过银河系诞生、太阳系的形成、太阳系中各行星的状态，展示地球的特殊性以及对人类的唯一性，地球孕育了生机盎然的生命世界，是生命的摇篮，人类的母亲，激发公众保护地球的责任感。

  地球上的生命起源于水，水是一切生物维系生命的重要条件。人体组成中70%为水，如果是婴儿，则在80%以上。水不仅是植物重要的组成部分，植物的一切生理活动都需要水分的参与。展品由两部分所组成，观众转动转盘，将转盘上不同生物的模型转到“检测”装置下，触发的视频，了解水对不同生命的重大意义。观众站到检测台，选择性别和年龄，测量体内的含水量。

  地下水是人类获得淡水资源的主要途径之一，具有流动性差、蓄水过程缓慢的特点。在潜水面（饱和带的上限）以下会形成很大水压，井须钻到潜水面以下才会有水，人们从井中抽取水到地面加以利用，当大量水被抽出时，潜水面会下降，如果短时间内无法补充足够的地下水量，会造成地下水资源短缺，还可形成地下水漏斗、造成地面塌陷。观众按下台面绿色按钮进入“探秘地下水”模式，在虚拟“小水”的引导下，下拉手柄模拟钻井，深入地下了解地下水的相关知识按下红色按钮进入“开采地下水”模式，在虚拟“小水”的引导下，按下按钮选择地下水开采点，了解不一样的地区地下水开采的情况和所面临的危机。