探索更小的微粒 宇宙探秘
【学习目标】
1、知道分子不是微观的最小微粒,分子是由原子组成的;
2、知道原子也不是组成物质的最小单元,原子还是可以由更小的微粒组成;
3、初步了解人类探索太阳系及认识宇宙的艰辛历程,并认识到人类对宇宙的探索将不断深入;
4、知道宇宙是一个有层次的天体结构系统,地球是太阳系中普通的一员,而太阳又是银河系数以千亿颗恒星中的一个。
【要点梳理】
要点一、更小的微粒
1.物质的构成:物质是由分子构成的,分子是由原子构成的。
2.卢瑟福的原子核式结构模型:
(1)原子是由带正电的原子核和带负电的电子构成的,且正负电荷数量相等;
(2)原子核位于原子的中心,电子受原子核吸引,绕核做高速运动。
3.原子核的构成:
(1)由带正电的质子和不带电的中子构成。质子和中子被称为核子。
(2)20世纪60年代,科学家提出质子和中子都是由被称为夸克的更小微粒构成。
要点诠释:
1.原子结合成许多物质的分子,如:两个氢原子组成一个氢气分子,一个氧原子和两个氢原子组成一个水分子。有些物质的分子是由单个原子构成的,例如氦分子就是一种单原子分子。
2.原子的质量几乎集中在原子核里。原子直径的数量级为10-10m,原子核直径的数量级为10-15—10-14m。
3.物质的微观结构:
要点二、宇宙探秘
1.“地心说”:古希腊天文学家,托勒玫提出了以地球为宇宙的中心的“地心说”。
2.“日心说”:波兰天文学家哥白尼创立了“日心说”。
3、银河系:由群星和弥漫物质集合而成的一个庞大的天体系统,称为银河系。
4、光年:光在真空中一年所经过的距离作为长度单位,称为1光年(l.y)1i.y=9.46×1015m。
要点诠释:
1、太阳是银河系中数亿千计的恒星中的一颗,而银河系又只是浩瀚宇宙中普通的一员。宇宙是一个有层次的天体结构系统,它是有起源的、膨胀的和演化的。
2、大爆炸理论认为,宇宙起始于一个“原始火球”。“原始火球”发生爆炸,这种爆炸是整体的,涉及宇宙的全部物质及时间、空间。爆炸导致宇宙空间处处膨胀,温度则相应下降。温度降低到一定程度时,逐步形成了行星和恒星、星系、星系团和超星系团等。
3、根据哈勃定律的推断,星系在远离我们而去,提供了宇宙在膨胀的有力证据。
【典型例题】
类型一、物质的构成
1.关于物质的组成,下列说法错误的是( )
A.物质是由分子组成的 B.原子由原子核和中子组成
C.原子核由质子和中子组成 D.质子和中子还有更小的精细结构
【答案】B
【解析】物质是由分子组成,分子又由原子组成的,原子又由原子核和核外电子组成,且核外电子绕原子核高速运动,原子核又是由质子和中子组成,比质子中子还小的微粒还有夸克。
【总结升华】本题考查了原子的结构,相对比较简单,但越是简单的题越要细心,防止粗心大意而出错。
2.原子核是由下列哪组粒子组成的( )
A.质子和电子 B.质子和中子
C.中子和电子 D.质子、中子和电子
【答案】B
【解析】分子是由原子组成的,原子是由原子核和核外电子组成的,而原子核还可以再分,它是由更小的粒子:质子和中子组成的。
【总结升华】题目考查了原子核的内部结构,属于简单题目。
举一反三:
【变式】关于原子,下列说法不正确的是( )
A.核子包括质子和中子 B.原子核虽小,但却集中了原子的所有电荷
C.原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成的 D.原子是由原子核和带负电的电子组成的
【答案】B
类型二、探索宇宙
3.天文学中常用天文单位(AU)做距离单位。1AU是指地球到 (太阳/月球)之间的平均距离。“神舟五号“载人飞船在太空中围绕地球飞行1圈所通过的路程 1光年。(小于/等于/大于)
【思路点拨】了解两个天文学中用来表示距离的单位:“AU”和“光年”地球到太阳的平均距离为1个天文单位(AU),1AU=1.496×1011m;而光年是指光在一年里通过的距离。神州五号的飞行速度远小于光速,它在不到一天的时间里通过的路程小于1光年。
【答案】太阳,小于
【解析】地球到太阳的平均距离为1个天文单位(AU),1AU是指地球到太阳之间的平均距离;神舟五号,一天的时间里在太空环绕地球飞行了14圈,飞行速度远小于光速,在太空中围绕地球飞行1圈所通过的路程小于1光年(光在一年里通过的距离)。
【总结升华】题考查了学生对天文单位、光年的了解,属于天文学知识,平时要多积累这方面的知识。
举一反三:
【变式】天文学中取地球到太阳的平均距离为一个 单位(AU);光在 所经过的距离为一光年。
【答案】天文;真空中传播一年
4.下列关于宇宙的认识错误的是( )
A.太阳是宇宙的中心 B.宇宙是无边的、膨胀的
C.地球是太阳系中的行星之一 D.宇宙是由大量不同层次的星系构成的
【思路点拨】大爆炸理论论为宇宙处在不断的膨胀之中。地球是太阳系中的一颗行星,太阳系是银河系的一员,银河系又是宇宙的一个星系,宇宙由大量的不同层次的星系构成。
【答案】A
【解析】太阳系是银河系的一员,银河系又是宇宙中的一个星系,太阳不是宇宙的中心,A项错误;大爆炸理论认为宇宙起源于一次大爆炸,并不断的膨胀,B项正确;太阳系中有八大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,C项正确;银河系就是宇宙的一个星系,D项正确。
【总结升华】解答本题要了解一些有关宇宙的知识,宇宙由物质组成,物质处在不停的运动和发展之中。
举一反三:
【变式】宇宙大爆炸理论认为,宇宙一开始是一个“原始火球”,原始的火球发生了大爆炸,导致宇宙空间处处膨胀,温度 (填“上升”、“下降”或“不变”)到一定程度时,逐步形成了超星系团、星系团、星系乃至恒星和行星等。若用如图所示黏有小金属粒的气球来类比宇宙,小金属粒可看成宇宙中的 ,气球膨胀时,任一小金属粒周围的其他金属粒都在 ,此理论被 现象所证实。
【答案】下降、天体、运动、谱线红移
【巩固练习】
一、选择
1.依据卢瑟福的原子行星模型理论,在原子中绕核高速旋转的是( )
A.核子 B.电子 C.质子 D.中子
2.在探索微小粒子的进程中,人们认识到“原子是有结构的”,这是源于发现了( )
A.电子 B.中子 C.质子 D.夸克
3.关于原子和原子核,下列说法正确的是( )
A.原子由原子核和核外电子组成 B.原子由中子和质子组成
C.原子核由中子和电子组成 D.原子核不能再分
4. 能比较方便地用来表示银河系大小的长度单位是( )
A.光年 B.m C.nm D.km
5.下列关于原子结构的说法,正确的是( )
A.原子由位于中心的原子核和核外电子组成 B.原子核集中了原子的全部质量
C.质子的个数一定等于中子的个数 D.质子的个数一定不等于中子的个数
6. 下面对宇宙和微观世界的描述中,错误的是( )
A.宇宙是一个有层次的天体结构系统 B.分子是构成物质的最小微粒
C.物质是由大量分子组成的 D.分子处于不停的运动中
二、选择
7. 在夏天的夜晚,仰望天空,会看到一条白茫茫的光带横卧在天空中,就是人们常说的 ,也就是天文学中讲的 。
8. 宇宙大爆炸理论认为,宇宙起始于一个“原始火球”,原始的火球发生了爆炸,导致宇宙空间处处膨胀,温度则 (选填“上升”、“不变”或“下降”),到一定程度时,逐步形成了超星系团、星系团、星系乃至 和行星等。
9.物质是由 和原子等微粒组成的,原子的结构与太阳系相似,它的中心是原子核,在原子核周围有一定数目的 绕核运动。
10.原子核是由 和 组成的,若一个原子的直径是10-10m,我国科学家制造的纳米碳纤管的直径是33nm,相当于 个原子一个一个紧密排列起来的长度。
11.如图是用来说明原子及原子核结构情况的示意图。由此图提供的信息可知:原子是由原子核和核外的 组成的;原子核内的质子和中子 (选填“有”或“没有”)更精细的结构。
12. 古人通过观察和猜想,建立了不同的宇宙模型,其中古希腊天文学家托勒密提出以 为中心的宇宙模型,简称“地心说”。近代波兰科学家哥白尼提出以 为中心的宇宙模型,简称“日心说”。
13.浩瀚的星空,天体之间相距遥远,例如,地球到太阳的平均距离为1个天文单位(AU),1AU=1.46乘10的11次方米,若不考虑地球大气层等因素对太阳光传播过程的影响,那么,你每天接受到的太阳光大约是________秒前从太阳上发出的。
三、简答
14. 如图所示,在吹一个表面画有许多斑点的气球时会发现,随着气球的鼓起,斑点间的距离在不断变化。从任何一点出发,其他的点都可以以它为中心向四周散开,并且距离越远散开的速度越快。如果我们把这个气球比作宇宙,试回答下列问题。
(1)根据多谱勒效应,当星系靠近观察者时,见到的星光光谱线向频率高的蓝光方向移动,反之则向红光方向移动.把气球上的斑点看作一个个星系,并选定一个作为太阳系.当我们把气球逐渐吹起时,以太阳系为观测中心,我们观测到的星系大多在向 光方向移动,也就是说它们都在 (靠近/远离)太阳系,并且距离太阳系越远的星系移动的速度越 (快/慢)。
(2)实验说明大多数星系之间的距离都在 ,由此推测宇宙正处于 之中。
(3)这种研究宇宙的方法是 。
A.对比法?????B.类比法?????C.模型法?????D.控制变量法。
15. 图是卢瑟福建立的原子结构模型,画出模型里电子和原子核的位置。
【答案与解析】
一、选择
1.【答案】B
【解析】卢瑟福的原子行星模型理论中,正电荷集中在原子核,带负电的电子在原子中绕核高速旋转。
2.【答案】A
【解析】在探索微小粒子的过程中,人们首先发现了电子,进而认识到原子是由电子和原子核组成的,卢瑟福建立了原子结构的行星模型。后来,人们又发现,原子核是由质子和中子组成的。
3.【答案】A
【解析】由原子结构的基础知识可知:原子是由位于原子中心的原子核和核外电子组成的,原子核又是由带正电的质子和不带电的中子组成的。
4. 【答案】A
【解析】光年是一个长度单位,光年是指光在一年内传播的距离。1光年=9.46×1015m,1nm=10-9m,1km=103m。从以上的单位换算就不难看出:在表达天体间的距离时,用光年这个单位,描述起来比较方便。
5.【答案】A
【解析】原子是由位于中心的原子核和核外电子组成;原子核集中了原子的绝大多数质量;质子数和中子数是不一定相等的;质子的个数不一定等于中子的个数。
6.【答案】B
【解析】宇宙的结构层次是行星--太阳系--银河系--星系团--超星系团--总星系,该选项说法正确,A不符合题意;就现在的科学技术水平而言,夸克是构成物质微观结构的最小粒子,该选项说法不正确,B符合题意;物质是由大量分子组成的,该选项说法正确,C不符合题意;分子处于不同的运动和发展中,该选项说法正确,D不符合题意。故选B。
二、填空
7.【答案】天河(银河);银河系
8.【答案】下降;恒星
【解析】1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论:整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中,后来发生了大爆炸,碎片向四面八方散开,形成了我们的宇宙。美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中,提出了热大爆炸宇宙学模型:宇宙开始于高温、高密度的原始物质,最初的温度超过几十亿度,随着温度的继续下降,宇宙开始膨胀,到一定程度时,逐步形成了超星系团、星系团、星系乃至恒星和行星等。
9.【答案】分子;电子
【解析】物质由分子或原子组成。原子可以分为原子核和电子。电子在永不停息地绕原子核做运动
10.【答案】质子;中子;330
【解析】原子核是由质子和中子组成的;
若一个原子的直径是
则纳米碳纤管的直径
纳米碳纤管的直径是一个原子直径的330倍。
11.【答案】电子;有
【解析】由图知,原子是由位于中心的原子核和外围电子构成,组成的原子核的质子和中子也有更精细的结构。
12.【答案】地球;太阳
【解析】古希腊天文学家托勒密提出以地球为中心的宇宙模型,简称“地心说”。近代波兰科学家哥白尼提出以太阳为中心的宇宙模型,简称“日心说”。
13.【答案】498.67s
【解析】太阳光从太阳到地球的时间:
三、简答
14.【答案】(1)红;远离;快(2)变大;膨胀(3)C
【解析】(1)把气球上的斑点看作一个个星系,并选定一个作为太阳系。当我们把气球逐渐吹起时,气球上的斑点远离太阳系。以太阳系为观测中心,星光光谱线向频率低的红光方向移动。发光星体接近观测者时,星光光谱线向频率高的蓝光方向移动;当离开观测者时,星光光谱线向频率低的红光方向移动。科学家发现,我们所观测到的星系的星光光谱线大多向频率低的红光方向移动。即星系都在远离我们而去;星系离我们越远,运动的速度越快;星系间的距离在不断的扩大。
(2)根据现在绝大多数星系两两之间的距离都在增加这一现象,可以推测宇宙正在膨胀之中。因此,科学家推测宇宙是由大爆炸产生的。
(3)由于宇宙天体这些物理现象离我们很远,因此为了便于研究,我们要建立模型。
15.【答案与解析】带正电的原子核位于原子的中心;带负电的电子在原子核的外围绕原子核高速旋转。由此可知原子结构中电子和原子核的位置。答案如下图所示: