1、- 1 -第十章 从粒子到宇宙10.1 认识分子1 高山流水，动物植物，天上地下，这万千世界究竟是由什么构成的？古希腊的哲学家德漠克里特猜想大块物体是由极小的叫原子的物质粒子组成的。他认为这种很小的微粒是 分割的（填“可”或“不可” ） 。2 春秋战国时期墨家在经第六十二条说：“端，体之无序（厚）而最前者也。 ”很明显，在墨家看来，端就是组成物质的最原始的体积最小（“无厚” ）的微粒（“最前者”） ，并且端没有内部间隙（“无间” ） ，因而是不可分割的。把糖分割，开始的分割的糖会保持甜的味道，但是不断地分割下去，糖的微粒会越来越小，直到把糖分到没有甜味的时刻，那时的微小粒子就不是糖了，因此保持
2、糖原来性质的最小微粒就是糖的“ ”。3 1811 年意大利物理学家阿伏加德罗首先把自然界中存在的能保持物质 不变的最小微粒叫做 。4 物质一般是由 构成的，但也有物质是直接由 构成的。5 分子很小，现有直径为 10-10m 的某分子，要将 个这种分子一个接一个排列才能达到一页纸的厚度（0.1mm） 。6 阅读下文，回答问题：原子结构的发现19 世纪发现了比分子更小的粒子原子后，就原子内部的结构问题科学家开展了一系列的探索。1895 年电子的发现，揭开了原子结构的面纱，电子带负电而原子本身是中性，说明其中一定还有带正电的“东西”存在。据此，科学家们对原子的结构进行了大胆的猜想，提出了许多模型，其
3、中较为典型的是 1898 年汤姆逊提出的结构模型：如图 5-2 所示，原子像个实心的球体，正电均匀分布在球体风，电子像西瓜籽那样嵌在其中。为了检验汤姆逊的猜想，卢瑟福建议盖革和马斯登做一个图 5-1图 5-2图 5-3- 2 - 粒子的散射实验：用放射性元素辐射出的高速 粒子去轰击金箔，观察 粒子的偏转情况。因 粒子质量很大，为电子的七千多倍，又是高速飞行，如果汤姆逊模型成立，大多数 粒子会沿直线通过，其余的至多只发生轻微偏转。但是，结果却令他们难以置信，大多数 粒子确实没有发生偏转，却有一些 粒子发生了大角度的偏转，极少数甚至向后散射，这显然与汤姆逊结构模型的预期结果不相符。于是，卢瑟福花了
4、很长时间去研究，终于在 1911 年提出了他的核式结构模型：如图 5-3 所示，原子中间有一个带正电的核，客观存在只有极小的体积，却集中了原子几乎全部的质量，电子在核外较大空间 z 绕核高速旋 转。问题： 上文所述原子的结构的发现经历了一个曲折的历程，是一个典型的科学探究过程，经历了 五个环节，请你将各个环节的探究内容（或依据、结果）分项简要列出，同时说出你的感想。10.3 解剖原子11897 年，美国科学家汤姆逊研究真空管的阴极发出的射线，如图 5-4 所示，发现这种射线是从 内部发出的一种带负电的微粒组成的，这种微粒叫做 。21911 年卢瑟福的 实验，提示了原子的 结构。现在人们已经能发
5、现大块金子是黄色的，10 nm 的金颗粒是绿色的，而 1 nm 的金颗粒是红色的。3现代高能物理学实验证实，组成物质的最小微粒是（ ）A.电子 B.分子 C.原子 D.夸克4下列实验的发现对应正确的是（ ）A真空管的放电实验，发现了中子B真空管的放电实验，发现了原子核图 5-4- 3 -C 粒子散射实验，建立了原子核式模型D 粒子散射实验，发现了中子5我们已经知道分子、原子很小，质子、中子当然更小。现有一些微观世界的名词，病毒、原子、质子、夸克、分子、原子核。你能将它们按尺度大小由大到小排列吗？6科学家们研究原子，发现了原子内部有带负电的电子，却不显电性，整个原子十分稳定。于是提出了多种原子结
6、构的模型：卢瑟福模型、汤姆逊模型等。结合你的生活实践你能提出一个怎样的模型？利用日常生活用品制作出你的设计模型，和同学们相互展示、交流。104 飞出地球1从古至今，人们一直在观察着，探索着，构成建出自己心目中想像的宇宙图景，如图 5-7 所示。中国古人很早就依靠肉眼观察太空，以此认识宇宙；古希腊天文学家托勒玫通过对宇宙的观察，提出了“地心说”：他认为地球位于宇宙的 ，月亮、水星、金星、太阳及其他行星都绕着 旋转，恒星都镶嵌在最外边的天球上。21534 年波兰天文学家哥白尼通过长期的观察和研究，向影响人们长达千年的地心说提出了挑战，提出了 中心说。3 是研究天体图 5-5图 5-6图 5-7-
7、4 -运动最基本的方法。意大利诗人卡里马赫曾说，天文学家只有两样法宝： 和 。41687 年伟大的英国科学家牛顿发现了 ：任何两个物体间都存在着一种相互吸引的力，太阳依靠它对地球和其他行星之间的巨大吸引力，使地球和各个行星乖乖地绕着它旋转。5发射宇宙飞船，如图 5-8 所示，地球上的物体必须要有很大的速度，才能挣脱 的束缚，实现飞出地球的愿望。这一速度叫做第二宇宙速度，这应等于或大于 km/s。6俗语说“月有阴晴圆缺” ，说明我们的祖先早已注意了月亮的外形在不断变化，你注意到了吗？请你设计表格，以简图的方式记录下三个月内每天夜晚月亮的形状，如遇天气等原因晚上无月时，也应标明结 果和原因。然后分
8、析你的记录，从中你能得出什么规律？717 世纪中叶，牛顿在总结伽利略等人研究成果的基础上，建立了物体运动三定律。接着他开始了对天体运动的研究，并且首先选中了月亮。牛顿认为根据惯性定律，月亮如果没有受到力的作用，它就应当作匀速直线运动，但事实上月球在绕地球旋转，这说明地球对它有力的作用。这个力与苹果从树上落下时受到的力是不是同一种力？牛顿吸收前人研究成果，大胆地进行联想对比，科学地假设论证，终于证明天体运动与地面上物体运动遵守共同的力学原理，实现了天地间力学的大综合，这是人类历史上的一个重大的飞跃。自此，你相信牛顿是突然看见一个苹果从树上落下，于是，他就发现了万有引力定律吗？你从这个故事中得到了
9、哪些启示？105 宇宙深处1我们生活的地球，只是 这个大家族的一员，其中离太阳最远的是 星。2下列不是太阳系的行星星体的是（ ）A.地球 B.月亮 C.水星 D.天王星图 5-8图 5-9- 5 -3在晴朗少云的夜晚，仰望天空，看到一条白茫茫的光带横卧在天空中，人们叫它 ，这是由 1300 亿颗恒 星形成的巨星系。而太阳系 （填“是”或许“不是” ）其中的一员。4距今约 亿年前，太阳从一团尘埃气体云中逐渐诞生。地球的年龄约为 40 亿年，生命产生的年龄约为 20 亿年，人类的年龄约为 10 亿年。人类对宇宙往往是“不识庐山真面目，只缘身在此山中” 。宇宙是 （填“有”或“无” ）限的，人们对它
10、的认识在不断提高和扩大。5太空是一个充满魅力的世界，宇航员在太空中的生活有很多奇趣。下面这题有些难度，请通过查阅资料，试填充：（1）飘来飘去。物品 和宇航员在太空舱内可以飘浮在任何位置。这是由于 。（2）昼夜难分。在 24 小时内宇航员发现日出日落可以交替多次。这是由于 。（3）骨质疏松。在太空 时间久了，宇航员骨骼会脆化，因此宇航员不能高兴时相互拥抱。这是由于 。（4）水珠球状。在太空中，水全是一粒粒小球状的水珠。这是由于 。6在日常生活中，我们用 cm、m、km 等计算单位来表示一个物体的长度，测量天体与我们的距离的时候，这些单位就太小了，所以在天文学上，把地球绕太阳公转的轨道半径平均值作
11、为一种长度单位，称为天文单位（AU）我们把它称为量天的尺子。1AU=1.496108km。 光年比天文单位更长，用 LY表示，1LY=9.4610 12km。你能算算 1 光年图 5-4- 6 -（LY）等于多少天文单位（AU）吗？单元测试一、选择题1首先把自然界中存在的能保持物质性质不变的最小微粒叫做分子的人是（ ）A.德漠克里特 B.汤姆逊 C.阿伏加德罗 D.卢瑟福2提出原子的核式结构模型的科学家是（ ）A.牛顿 B.卢瑟福 C.查得威克 D.阿伏加德罗3关于分子直径的大小下列说法正确的是（ ）A.约为 0.1mm B.约为 0.1um C.约为 0.1nm D.约为0.1dm4就目前所
12、知道的自然界中最小的带电体是（ ）A.电子 B.质子 C.中子 D.夸克5下列说法中正确的是（ ）A.空气中细小的灰尘就是分子B.大雾天，我们看到空气中许多极小的水珠就是一个个水分子C.把一块铜块锉成极细的铜屑就是铜分子D.由于分子非常小，人们无法直接用肉眼进行观察6将星系由大到小排列，正确的是（ ）A.总星系、银河系、太阳系、地月系B.太阳系、银河系、总星系、地月系C.银河系、太阳系、总星系、地月系D.太阳系、银河系、地月系、总星系7有关“黑洞” ，下列说法正确的是（ ）A. “黑洞”是一些恒星在衰亡过程中发生爆炸后留下的产物B. “黑洞”是一个密度极大的天体C. “黑洞”它产生的引力能吸引
13、附近的所有物质，连光都无法逃脱- 7 -D. “黑洞”只是科幻小说中的一种物体，实际不存在二、填空题8猜想是 和 之间的一座桥梁，是一种重要的科学研究方法。科学探究经常需要猜想。9大块金子是黄色的，10 nm 的金颗粒是绿色的，而 1 nm 的金颗粒是红色的。保持物质性质不变的最小微粒叫做 ，比它更小的粒子称为 。10水分子如图 5-10 所示，是由一个氧 和两个氢 组成的；二氧化碳分子是由一 个碳原子和二个氧原子组成的。111895 年电子的发现，揭开了原子结构的面纱，说明原子是有复杂结构的。电子带负电而原子本身是中性，说明其中一定还有带 电的 “东西”存在。这个物质就是原子核。12万有引力
14、的大小跟两个物体的 和物体间的 有关。通常物体间的引力很小，我们觉察不到。天体间的引力 大得惊人。例如，太阳吸引地球的力如果作用在直径是 9000km 的钢柱上，可以把它拉断！13地球上的物体必须有很大的速度，才能挣脱地球 的束缚，飞出地球。2003 年 10 月 15 日，我国自行研制的“神州五号”载人飞船洞穿太空，飞离地 球环绕它飞行 14 周后成功返回。它绕地球飞行的速度大小为 km/s.三、简答与作图14学完了“解剖原子”一节后，请你用简图表达出你对原子的结构的认识。15你学完本章之后，接触到了一系列的名词：水滴、分子、电子、原子、质子、夸克、月亮、地球、太阳、太阳系、银河系。你能将它
15、们按从小到大的顺序排列吗？试一试，看你要排多久？图 5-10- 8 -16诺贝尔奖获得者、华裔科学家丁肇中在谈到他的科学研究体会时说：“20 世纪 70年代，人们已经知道所有的基本粒子是由 3 种夸克组成的。我的问题是，为什么只有 3 种夸克？为了寻找新夸克，我决定建造一个高灵敏度的探测器。当时所有的人都认为只有 3种夸克，因为 3 种夸克可以解释所有的现象，所以这个实验被费米国家实验室和西欧核 子中心拒绝了，认为是不可能性。1972 年到 1974 年间，我们在布鲁克海文国家实 验室用一个比较低能的加速器来做这个实验，终于发现了一种新的夸克，这就表示，以前说只有 3种夸克的观念是错的，有第四
16、种夸克。有了第四种，就有第五种、第六种，把以往的观念改变了。 ”上述科学发现过程在认识论上对我们如何发现和发展真理有哪些启示？四、计算与探究17宇宙空间是十分广阔的，单是我们地球所在的银河第，尺度就有 1105LY 。已知宇宙中有 10 万个银河系。试计算宇宙的尺度有多大？18按照范例完成下表速度 名称 数值 能力 卫星运动第一宇宙速度 环绕地球 匀速圆周运动第二宇宙速度 脱离速度 112km/s第三宇宙速度 挣脱太阳的束缚 绕银河系中心运动- 9 -19猜想是科学探究的第一步。阅读下面的短文：流体的阻力可以流动的气体或液体统称为流体。一般情况下，物体在流体中运动时往往会受到流体阻力的作用。例
17、如：人们行走时感觉不到风，但如果骑自行车时，运动的越快就会感觉到有很大的阻力作用。又如：跳伞运动员在空中下落，打开降落伞之后以及人迎风行走，撑开手中的雨伞后都会感觉到很大的阻力而减小流体阻力的方法，就是把物体做成流线型。例如：高速运动的汽丰、火车以及轮船水下邵分的形状都做成了流线型阅读完短文后，请你回答： 流体的阻力大小与哪些因素有关？除此之外根据生活经验，请你猜想一下流体的阻力还可能与什么因素有关？ 除上面的例子外请你再举一个减小流体阻力的例子。- 10 -答案51 认识分子1不可 2。分子 3。性质，分子 4。分子，原子 5。10 66提出问题猜想 设计实验开展实验与收集证据分析得出结论
18、略52 解剖原子1原子，电子 2. 粒子的散射，核式 3.D 4.C 5病毒、分子、原子、原子核、质子、夸克53 飞出地球1中心，地球 2。太阳 3。观察，观察、数学 4.万有引力定律 5地球 11 2 6.做这种观察首先要有耐心；设计第日的记录内容要有日期、月亮形状、备注（原因）三个栏目；每日的观察最好要在同一时刻进行；分析时先要分析一个月的月亮外形的变化，再比较三个月的变化是否相同，从而找出规律。7略54 宇宙深处1太阳系，冥王星 2.B 3。银河系，是 4.50，无 5失重，卫星运行周期小于 24 小时，骨骼内的钙流失，失重和水的张力 663210 4单元测试1C 2.B 3.C 4.B 5.D 6.A 7.ABC 8经验素材，科学理论 9.分子，原子 10.原子，原子 11.正 12质量，距离 13.万有引力 7.9 14略 15.电子、夸克、质子、原子、分子、水滴、月亮、地球、太阳、太阳系、银河系 16实践是认识的来源和检验真理的标准。人们对真理的认识是无止境的，要发扬创新精神 ，善于思考。4 种夸克取代了 3 种夸克，还会有 5 种、6 种夸克。1710 10 LY18速度 名称 数值 能力 卫星运动
