第十六章 粒子和宇宙
一、探索微观世界的历程
知能演练提升
ZHINENG YANLIAN TISHENG
/能力提升/
1.自从汤姆孙发现了电子,人们开始研究原子的内部结构。科学家提出了许多原子结构的模型,在20世纪上半叶,最为大家接受的原子结构与下列图形最相似的是( )
/
2.20世纪初,科学家在探索物质结构的历程中,相继发现原子核可以放出质子和中子,这一发现说明( )
A.分子是可分的 B.原子是可分的
C.原子核是可分的 D.质子和中子是可分的
/
3.1934年,卢瑟福等科学家通过核反应发现了氢的同位素原子——氚。氚可用
“
1
3
H”表示(其中“1”表示核电荷数),氚原子的模型如图所示,图中“/”表示的粒子是( )
A.原子核 B.质子
C.中子 D.核外电子
4.(2017·上海黄浦一模)下列原子模型按照建立的先后顺序排列正确的是( )
/
A.①②③ B.③②①
C.②①③ D.③①②
5.上层的粒子由下层的粒子构成,下列选项正确描述物质结构的是( )
/
6.下面揭示了原子核存在的实验是( )
A.奥斯特实验 B.电磁感应实验
C.α粒子散射实验 D.托里拆利实验
7.2011年2月9日,美国伯克利加大电子工程系首席华裔女教授常瑞华领导的研究小组,成功运用纳米技术,将光和电两个系统的不互溶材料成功结合在一起,实现发光源在硅片上的成长。下列不能用纳米技术来完成的是( )
A.将原子一个个排列起来
B.将原子核拆开,组成新核
C.将炸药颗粒做得很小
D.做成分子开关
8.19世纪和20世纪之交,物理学中一个重大的发现是 的发现,它把人们带入了 的世界。?
9.“采用最新技术制成的纳米机器人小得像跳蚤一样”,“离太阳系最近的恒星比邻星距我们约4.3光年”。这里提到的“纳米”“光年”都是 的单位。珠穆朗玛峰海拔高度为8 844.43 m,我国最长的河流长约6 400 。?
/
原子结构模型
10.如图是原子结构模型示意图。由该图你可以获得哪些信息?写出其中两条。
(1)?
。?
(2)?
。?
/探究创新/
11.在1911年前后,新西兰出生的物理学家卢瑟福把一束高速运动的α粒子(α粒子是一种具有质量且带正电的微粒)射向一片极薄的金箔。他惊奇地发现,过去一直认为原子是“实心球”,而由这种“实心球”紧密排列的金箔,竟被大多数α粒子畅通无阻地通过,就像金箔不在那儿似的。但也有极少数α粒子发生偏转,或被笔直地弹回。根据以上实验现象,能得出关于金箔中金原子结构的一些结论。试写出其中的两点:
(1) 。?
(2) 。?
(3)卢瑟福在科学研究中采用了什么方法 (可从下列方法中选出一种:数学方法、调查法、实验法、观察法、假说法、比较法、分类法)。?
12.纳米(nm)是长度单位,1 nm等于10-9(十亿分之一) m,1 nm 大体上相当于4个原子的直径。纳米科学与技术,有时简称为纳米技术,是人类在认识和探索物质世界微观结构的进程中发展起来的一种技术,是指研究结构尺度在0.1~100 nm范围内材料的性质和应用的技术。纳米材料是指材料显微结构中至少有一维尺度在100 nm以内的材料。科学研究表明,当物质被细分到纳米尺度,即物质小颗粒的尺度小到0.1~100 nm时,物质原有的属性一般会发生比较显著的变化。人们对纳米材料的研究正是利用它在某一方面的特性变化来改变原材料的性能。纳米材料由于其超凡的特性,引起了人们越来越广泛的关注,不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一,纳米技术将成为21世纪的主导技术。
(1)人的头发直径约为20微米(μm),等于 纳米(nm),相当于 个原子排列的长度。?
(2)在文中用下划线标出什么是纳米技术。
(3)人类利用纳米材料的方向是什么?
参考答案
知能演练·提升
1.D 原子是由居于中心的原子核和核外电子组成,与太阳系的结构类似。
2.C 原子核可以放出质子和中子,只能说明原子核可以再分,而不能说明原子或分子可以再分,更不能说明质子和中子是可分的,选C。
3.B 氢原子不显电性,氢的核外只有一个电子,所以核内只能有一个质子,图中“/”表示的粒子是质子。
4.C 三种模型依次为②原子葡萄干蛋糕模型、①原子行星模型、③原子电子云模型,现代科学家普遍认为电子云模型能更好地解释我们观察到的有关电子的现象。
5.A 原子由位于中心的原子核和核外电子组成,故A正确,D错误;原子核又是由带正电的质子和不带电的中子组成,故B、C错误。
6.C 英国科学家卢瑟福等人利用α粒子去轰击其他的原子,通过对实验现象的分析证明了原子核的存在。
7.B 纳米数量级是10-9 m,比原子的直径 10-10 m 大一些,所以A、C、D都是可以在纳米技术条件下完成的。而原子核尺度空间比纳米数量级要小得多,所以拆分原子核是不能在这一数量级上完成的。
8.答案: 电子 原子内部
9.解析: 微观粒子的空间尺度是需要了解的知识,纳米和光年都是衡量物质长度的单位,应该熟记这两个单位和米之间的关系。1 nm=10-9 m,1光年=9.46×1015 m。
答案: 长度 km
10.解析: 本题考查了同学们的观察能力和获取信息的能力,解答该题需要了解原子的结构。
答案: (1)原子由位于中心的原子核和绕核运动的电子组成
(2)原子的结构与太阳系的结构相类似
(3)原子核在原子中所占的体积非常小(任选两条即可)
11.答案: (1)原子里有一很小的原子核,它几乎集中了原子的所有质量 (2)原子核带正电 (3)实验法、观察法(任选一种即可)
12.答案: (1)2×104 8×104
(2)“研究结构尺度在0.1~100 nm 范围内材料的性质和应用的技术。”
(3)人们对纳米材料的研究正是利用它在某一方面的特性变化来改变原材料的性能。
二、浩瀚的宇宙
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ZHINENG YANLIAN TISHENG
/能力提升/
1.太阳系八大行星中体积最大的是( )
A.木星 B.水星
C.金星 D.地球
2.下列说法正确的是( )
A.太阳是宇宙的中心
B.太阳系中只存在太阳和它的八大行星
C.太阳系由太阳和若干个行星及它们的卫星、小行星和彗星组成
D.以上说法都不正确
3.宇宙大爆炸理论是目前被人们广为接受的一种宇宙起源学说。宇宙大爆炸理论认为:宇宙诞生于大爆炸,爆炸引起宇宙膨胀,并认为( )
A.目前宇宙仍在不断地膨胀
B.目前宇宙膨胀已结束且开始收缩
C.目前宇宙已处于既不膨胀也不收缩的稳定状态
D.宇宙膨胀早已结束,目前处于静态
4.卢瑟福把原子结构和太阳系作类比,太阳系中和原子核相对应的是( )
A.太阳 B.地球
C.月球 D.火星
5.科学家通过对星系光谱的研究发现,所有的星系都在远离我们而去,宇宙中星系间的距离在不断扩大,这说明( )
A.宇宙处在不断地膨胀中
B.银河系是一个庞大的天体系统
C.太阳是太阳系的中心天体
D.太阳和太阳系最终也会走向死亡
6.关于粒子和宇宙,下列认识正确的是( )
A.分子间仅存在吸引力,不存在排斥力
B.在质子、电子和原子中,尺度最小的是质子
C.根据银河系的直径大约为8万光年,可知光年是时间单位
D.科学家在研究物质内部结构时,常应用建立模型的方法
7.我们知道,当一列火车迎面开来时,我们听到的汽笛声音调升高,当它离我们远去时音调就明显降低,这叫多普勒效应。光同样有多普勒效应,20世纪20年代科学家发现星系的光谱向长波方向偏移(谱线“红移”),这一现象说明光波的频率在变 ,星系在 (选填“远离”或“靠近”)我们。?
8.牛顿在宇宙科学上的贡献是用万有引力正确解释了为什么行星绕太阳转而不脱离太阳,月亮绕地球旋转的原因是 ,人能站立在地球上不飞出地球的原因是 ?
。?
/探究创新/
9.2016年10月17日,“神舟”十一号发射升空。“神舟”十一号发射升空后,与“天宫”二号对接,成为一座小型空间站。从“神舟”五号到“神舟”六号,再到“神舟”十一号,中国载人航天工程的每一次壮丽腾飞,都有这样一种精神不断地震撼着人们的心灵——艰苦奋斗、勇于奉献。正是这种强大的精神力量,托举起了一个民族千年的飞天梦想。
(1)航天员在太空中要穿特制的宇航服,宇航服的作用很多,你能说出几点吗?
(2)请你说出火箭升空过程中的能量转化。
参考答案
知能演练·提升
1.A
2.C 太阳系中以太阳为中心,有八大行星绕太阳运行,有的行星还有卫星,除此之外还有17 600多颗比较小的小行星和彗星等,所以叙述较完整的是C项。
3.A 1927年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论;1948年俄国天体物理学家伽莫夫提出了宇宙大爆炸学说模型:宇宙起源于一次“大爆炸”,爆炸生成的“原始火球”不断膨胀而逐渐冷却下来形成今天还在膨胀着的宇宙。至此,宇宙大爆炸模型成为最有说服力的宇宙图景理论。虽然宇宙大爆炸的某些学说得到了实验观测的支持,但我们尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景。
4.A
5.A 考查了美国科学家哈勃对星系光谱的研究而提出的“宇宙在不断膨胀”的理论,大家对此应该有所了解。
6.D 分子间同时存在着引力和斥力,A项错误;原子是由原子核和核外电子组成的,原子核是由质子和中子组成的,在质子、电子和原子中,尺度最小的是电子,B项错误;光年是光在1年中通过的路程,故光年是长度单位,C项错误;科学家研究物质内部结构时,常应用建立模型的方法,D项正确。
7.解析: 星系的光谱向长波方向偏移,说明光波的波长在变长,由于电磁波的波速一定,并且波速=波长×频率,所以光波的频率变低,根据多普勒效应,星系正在远离我们而去。
答案: 低 远离
8.答案: 月亮受到地球的万有引力 人受地球的万有引力
9.解析: 航天员在太空中要穿特制的宇航服,是因为太空中没有空气,没有大气压,有强烈的紫外线辐射。
答案: (1)宇航服能够阻挡紫外线的辐射,能够抵抗无大气压对人体的伤害,能抵抗飞船外的寒冷和太空垃圾等。
(2)火箭升空过程中,燃料的化学能转化为内能,内能转化为飞船的机械能。
三、能源:危机与希望
知能演练提升
ZHINENG YANLIAN TISHENG
/能力提升/
1.太阳能是人类的“能源之母”,属于可再生能源。下列能源中均属于可再生能源的一组是( )
①风能 ②水能 ③煤 ④石油 ⑤核燃料
A.①②
B.①②⑤
C.③④
D.③④⑤
2.小明对“能源:危机与希望”这一节进行了总结性反思,正确的是( )
A.能量是守恒的,不会有能源危机
B.能量转化和转移具有方向性
C.核电站不会产生任何污染
D.太阳能只能转化成电能和内能
3.(2017·福建)为缓解电力紧张的状况,我国正在加大核电站的建设。下列说法正确的是( )
A.核电站将核能最终转化为电能
B.核反应堆中发生的是不可控制的核裂变
C.核能发电使用的燃料是天然气
D.核电站利用的核能属于可再生能源
4.关于能源与环境,下列说法正确的是( )
A.光的应用不会造成环境污染,城市建筑可以随意使用玻璃幕墙
B.彩电、空调、手机等家用电器在使用中,对人和环境不会产生任何不利的影响
C.石油、煤、天然气的开采和使用不会造成环境污染和生态破坏
D.太阳能是一种既无污染,又取之不尽的新能源
5.核电站发电流程如图所示,在核电站的发电过程中,下列所述能量转化顺序正确的是( )
/
A.核能→化学能→内能→电能
B.核能→化学能→机械能→电能
C.核能→内能→机械能→电能
D.核能→机械能→内能→电能
6.下列关于能源、能量转化及其获取的说法正确的是0( )
A.化石能源是可再生能源
B.太阳能不是清洁能源
C.能量在转化或转移的过程中总量保持不变
D.核能只能通过重核裂变获取
7.现代人们已经清醒地认识到煤、石油、天然气这些传统能源,由于不可再生,将引发人类未来的能源危机。为此,人类正积极地开发和利用一些新能源,如太阳能、 、 等。?
/探究创新/
8.能源问题是现代社会发展的三大基本要素之一。
(1)能源家族中:①柴薪、②煤炭、③石油、④天然气、⑤水能、⑥风能、⑦太阳能、⑧地热能等,在大量耗用时,会造成空气污染的有 ;会造成水土流失和沙漠化的有 。(均填序号)?
(2)某市城区正在进行天然气工程,有人表示赞同,有人表示反对,小刚同学收集如下两组有关数据:
燃料
热值q
(??·
??
-3
)
当地价格
(元·
??
-3
)
每户月平均用气量/m3
更换灶具费用/元
煤气
约4×107
9
6
0
天然气
约8×107
15
3
70
请你决策: (选填“A”或“B”)。?
A.继续使用煤气
B.更换使用天然气
简要说明你作出这样决策的理由:?? 。?
参考答案
知能演练·提升
1.A 本题考查能源的分类。可再生能源是指能在自然界里源源不断地得到的能源,太阳能属于可再生能源,另外,如水能、风能、生物质能等都属于可再生能源。而不可再生能源是指越用越少,不可能在短期内从自然界得到补充的能源,如化石能源(包括煤、石油、天然气)、核能等。
2.B 能量在使用中发生转化和转移,总量是不会变化的,但能源不是取之不尽、用之不竭的,也会发生危机,所以A说法错误;能量转化和转移过程具有方向性,所以B说法正确;核电站的建设与运行若有疏漏会造成环境污染,核废料具有放射性,所以C说法错误;太阳能的利用方式有多种,可以转化为内能、化学能、电能等,所以D说法错误。
3.A 核电站先将核能转化为内能,再通过汽轮机将内能转化为机械能,再通过发电机将机械能转化为电能,故A正确;核反应堆中发生的是可控的核裂变,故B错误;核电站使用的就是核燃料,而不是天然气,故C错误;核能在地球上的储量是有限的,消耗后不可能再生,属不可再生能源,故D错误。
4.D 玻璃幕墙能够成像,且能进行光的反射,影响居民的生活,造成了光污染,选项A错误;彩电、空调、手机等家用电器在使用中会发射电磁波,对人和环境产生不利的影响,选项B错误;石油、煤、天然气的大量开采和使用,不仅造成生态破坏,而且它们燃烧产生的废气也对环境产生污染,选项C错误;太阳能取之不尽、用之不竭,对环境无污染,是我们积极开发的一种新能源,选项D正确。
5.C 在核反应堆中,核能转化为介质的内能,在汽轮机中蒸汽的内能转化为汽轮机的机械能,在发电机中,机械能转化为电能,最终输送到电网上,因此,选项C的描述符合题意。
6.C 化石能源是不可再生能源,故选项A错误;太阳能是清洁能源,故选项B错误;能量既不能消灭,也不能创生,只能从一种形式转化成另一种形式,或是从一个物体转移到另一个物体,在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变,所以选项C正确;核能可以通过重核裂变和轻核聚变两种方式获取,选项D错误。
7.答案: 核能 地热能
8.解析: 题目既结合环保,又有实际生活中的天然气改造工程,很好地体现了物理知识来源于生活的本质,能较好地符合新课改中STS的思想,是命题的热点之一。
柴薪、煤炭、石油、天然气等常规能源在燃烧过程中,会产生二氧化碳、二氧化硫等物质,对大气造成污染。在使用柴薪能源时,还会因采伐植被、树木等造成水土流失和土地沙漠化。比较表格中的更换灶具费用一项,可以看出使用煤气不用更换灶具,若使用天然气,则要因更换灶具而花费70元。单从这个角度考虑,支持继续使用煤气;但如果综合比较燃料的热值、价格及每户月平均用气量可知,得到相同的热量(Q=qV=4×107 J·m-3×6 m3=2.4×108 J),使用煤气每月的花费是 9元·m-3×6 m3=54元;使用天然气每月的花费是15元·m-3×3 m3=45元。所以,从长远看,还是使用天然气更合算。
答案: (1)①②③④ ① (2)若选A,理由为更换使用天然气,则原灶具浪费,还需要新投入;若选B,理由为从长远看,更经济。
