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291655519050第四讲
第四讲
215646036830粒子和宇宙(二)
粒子和宇宙(二)
-6604085090学习内容
学习内容
400051816101.知道原子的核式结构模型;
2.对物质微观世界的尺度有大致数量级的概念;
3.知道太阳系的组成,初步了解宇宙起源理论:地心说、日心说和大爆炸理论;
4.初步了解物质世界主要物体的大致尺度,知道常用的天文单位;
5.了解人类探索太阳系及宇宙的历程,认识人类对宇宙的探索将不断深入;
1.知道原子的核式结构模型;
2.对物质微观世界的尺度有大致数量级的概念;
3.知道太阳系的组成,初步了解宇宙起源理论:地心说、日心说和大爆炸理论;
4.初步了解物质世界主要物体的大致尺度,知道常用的天文单位;
5.了解人类探索太阳系及宇宙的历程,认识人类对宇宙的探索将不断深入;
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学习过程
学习过程
一.原子可以再分,原子的结构是怎样的?
α粒子散射实验
1911年卢瑟福用 粒子加速器 将很多带 正电 的 α粒子 加速后撞击 原子 时发现:
大部分粒子顺利通过,说明___________________________________
又少部分粒子方向发生偏转,说明_____________________________
极少粒子原路返回,说明_____________________________________
从而证实了原子核式结构; 即原子是由__________和____________构成.
1.1911年,物理学家__________建立了原子核式结构模型
2.核式结构模型类似____________________
3.原子模型:(1)电子围绕原子核作高速运转
(2)原子核带正电的电量和电子带负电的电量相等
(3)原子的质量几乎集中在原子核上
(4)不同物质的原子核对电子的束缚能力不一样
二.原子核和电子是否可以再分?
中子的发现
卢瑟福于 1911 年发现了原子核,并于 1919 年观测到质子.然而,原子核中除了质子外,似乎还应该有其他的东西.例如,已知氦的原子序为2, 但质量数却是4.有一些科学家认为在原子核中还有额外的质子,以及数目相同的电子,以中和多出来的电荷.1920 年,卢瑟福提议说,一个电子和一个质子应该可以形成一个新的、中性的粒子.说者无心,听者有意,查德威克对这个中性粒子产生了极大的兴趣,并想办法验证它是否存在.
1930年,德国物理学家博特与贝克用氦核轰击铍观察到一种穿透性很强的辐射,这种射线可以穿透几厘米厚的铜板,而且穿过去后速度并不明显减小,他们称之为“铍射线”.随后,约里奥-居里夫妇用这种铍射线轰击石蜡和其他含氢物质,观察到石蜡中放射出一种强质子流.这种质子流的放射现象非常奇怪,而居里夫妇没有追根到底继续研究,只是把它当作一种辐射.
查德威克听到这个消息后,敏锐地觉察到铍福射绝不是辐射,很可能就是卢瑟福所预言的中子辐射.查德威克首先通过理论数据的计算,然后重做了一遍居里夫妇的实验,最终证实铍福射就是中子辐射,恩师预言的中子是真正存在的.查德威克于 1932 年 2 月发表了一篇论文,标题为《中子可能存在》.在论文中他指出,实验的证据显示这个神秘射线的正确解释应该是中子,而不是γ射线光子.几个月后, 在 1932 年 5 月,查德威克又送出了更确定的论文, 标题为《中子的存在》.
到了 1934 年,这个新发现的中子是一个基本粒子的事实已得到了确认.查德威克发现了中子,不仅改变了当时人们对物质结构概念的认识,同时还为研究原子核提供了一种强有力的手段,促进了核裂变研究工作的发展和原子能的利用.由于这一重大的发现,他获得了1935年的诺贝尔奖物理学奖.
1.百年来科学家探索物质微粒的进展
年代
1897
1919
1932
1961
科学家
汤姆生
卢瑟福
查德威克
盖尔曼
成果
2.为下列粒子填上适当的数量级:
大分子_____m 原子_____m 原子核_____m 质子_____m
请你给以上的粒子按从大到小的顺序排列:___________________.
3.人类在探索微观粒子的过程中,首先发现的是 ,它的发现说明______是可分的,质子和中子的发现说明_______是可分的;夸克的发现说明_____ _____是可分的.
4.卢瑟福提出的假说最接近实际,他认为原子中心有一个带正电的原子核,带负电的电子绕原子核高速旋转,人们把这种模型称为_____________模型.
三.宇宙是什么样子的?
1.我国古人对宇宙的认识:
盖天说:“天圆如张盖,地方如棋局”
浑天说:——汉 张衡“天之包地,如壳之裹黄”
2.“地心说”是由________提出的,他的观点是:_______________.
“日心说”是由________提出的,他的观点是:_______________.
万有引力理论是由 提出的
你认为宇宙有中心吗?
3.银河系是一条横亘天际的 ,它是由 和 集合而成的一个庞大的天体系统,其直径大约有 光年. 是银河系中数以千亿计恒星中的一颗.
4.河外星系是怎样被发现的?
关于河外星系的发现过程可以追溯到两百多年前.在当时法国天文学家梅西耶为星云编制的星表中,编号为M31的星云在天文学史上有着重要的地位.初冬的夜晚,熟悉星空的人可以在仙女座内用肉眼找到它——一个模糊的斑点,俗称仙女座大星云.从1885年起,人们就在仙女座大星云里陆陆续续地发现了许多新星,从而推断出仙女座星云不是一团通常的、被动地反射光线的尘埃气体云,而一定是由许许多多恒星构成的系统,而且恒星的数目一定极大,这样才有可能在它们中间出现那么多的新星.如果假设这些新星最亮时候的亮度和在银河系中找到的其它新星的亮度是一样的,那么就可以大致推断出仙女座大星云离我们十分遥远,远远超出了我们已知的银河系的范围.但是由于用新星来测定的距离并不很可靠,因此也引起了争议.直到1924年,美国天文学家哈勃用当时世界上最大的2.4米口径的望远镜在仙女座大星云的边缘找到了被称为"量天尺"的造父变星,利用造父变星的光变周期和光度的对应关系才定出仙女座星云的准确距离,证明它确实是在银河系之外,也像银河系一样,是一个巨大、独立的恒星集团.因此,仙女星云应改称为仙女星系.
从河外星系的发现,可以反观我们的银河系.它仅仅是一个普通的星系,是千亿星系家族中的一员,是宇宙海洋中的一个小岛,是无限宇宙中很小很小的一部分.
四.宇宙从何而来?
1.关于宇宙的起源,大多数科学家都认定:宇宙诞生于距今约137亿年的一次 .
2.大爆炸宇宙模型认为:宇宙起始于一个“原始火球”.在“原始火球”里,温度和密度都很 (高/低).这种状态极不稳定,最终,“原始火球”发生爆炸,这种爆炸是整体的,涉及宇宙的全部 及 、 .爆炸导致宇宙空间处处膨胀,温度则相应 (升高/不变/降低).温度到达一定程度时,逐步形成超星系团、星系团、星系及至 星和 星等.
3.理论依据:
(1)观察演示可知:当气球膨胀时,任意两个小塑料粒间的距离都在 .即气球膨胀时,任意小塑料粒周围的其他小塑料粒都在 .
(2)阅读课本“星系在远离我们而去”,可知:20世纪20年代,天文学家哈勃发现星系的光谱向长波方向偏移,称之为 ,这一现象说明 .这一发现为宇宙在膨胀(即宇宙大爆炸模型)提供了理论依据.
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巩固练习
巩固练习
1.某些无法直接感知的事实可以通过相关可感知的现象推测得到,这是物理学研究问题的一种方法.下列根据这种方法所做出的推测不符合事实的是(?? )
A.打开醋瓶能闻到酸味推测出分子做无规则运动
B.酒精和水混合后总体积变小推测出分子间存在引力
C.汤姆生发现电子推测出原子是可分的
D.温度计放在色散光带红光外侧时示数会增大推测出该区域存在一种人眼看不见的光
2.关于卢瑟福提出的原子结构的核式模型.下列说法中正确的是(?? )
A.原子是由原子核和中子组成的?????B.原子是由中子和电子组成的原子核和核外质子组成的
C.原子是由质子和中子组成的??????D.原子的质量几乎集中在原子核
3.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
4.以下几个小实验,其中有错误的是( )
A.把铁丝放在热水中一会儿铁丝变热 说明热传递能改变物体的内能
B.为了证明摩擦起电,手拿钢尺放在头发上摩擦然后靠近小纸片,观察现象
C.为了证明电流磁效应,在小磁针的上方平行放置一根直导线,导线通电后,观察现象
D.把糖块儿放在等量的热水和冷水中,发现热水中的糖块化的快,说明热运动与温度有关
5.PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物,是造成雾霾天气的主要原因之一.把它和电子、原子核等一起按照空间尺度由大到小排序,以下排列正确的是( )
A.原子核、 PM2.5、 电子 B.PM2.5、 电子、 原子核
C.PM2.5、 原子核、 电子 D.电子、 原子核、 PM2.5
6.下列认识正确的是(??? )
A.固体分子是静止不动的 B.原子核带负电,电子带正电
C.电子的发现说明原子是可分的 D.太阳是宇宙的中心且固定不动
7.下列说法中正确的是(?? )
A.“破镜难重圆”是因为固体分子间只存在着排斥力
B.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
C.在空调房间里吸烟时,会看到烟雾在空中弥漫,这是分子的无规则运动
D.原子核内质子所带的正电荷数与中子所带的负电荷数相等,所以平常物体不带电
8.关于小粒子和大宇宙,下列认识中正确的是( )
A.原子是不可再分的粒子??????? ? B.宇宙的中心是太阳,恒星是绝对不动的
C.在水分子、氢原子和电子中,尺度最小的是分子? D.宇宙是一个有层次的天体结构
9.探究原子结构的奥秘
1910年英国科学家卢瑟福进行了著名的α粒子(带正电)轰击金箔实验.结果发现:绝大多数α粒子
穿过金箔后仍沿原方向前进,但是有少数α粒子却发生了较大的偏转,并且有极少数α粒子的偏转超过
90°,有的甚至几乎达到180°,像是被金箔弹了回来.
(1)根据实验现象,卢瑟福提出“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”,卢瑟福所说的“很小的结构”指的是 。
(2)1μm金箔包含了3000层金原子,绝大多数α粒子穿过后方向不变,该现象可以说明下列两种说法中的 (选填A或B);
A.原子的质量是均匀分布的?????? B.原子内部绝大部分空间是空的
(3)科学家对原子结构的探究经历了三个过程,通过α粒子散射实验,你认为原子结构为图中的_______;
10.关于月球的形成,科学家提出了不同的假说:
分裂说:月球本来是地球的一部分,后来由于地球转速太快,把地球上一部分物质抛了出去,这些物质脱离地球后形成了月球.
同源说:月球和地球在同一个浮动星云内同时形成.
碰撞说:在太阳系形成的过程中,地球与一个较大天体发生了剧烈的碰撞,激射到太空中的地球物质和该碰撞天体的残骸不断相互吸引,最终形成了月球.
(1)有科学家用下图形象地描述了月球的一种形成过程:
你认为这种图示描述的是月球形成的哪种假说? .
(2)月球形成初期,小天体频繁撞击月球,在月球表面形成了随处可见的 .
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课后研习
课后研习
1.通过可直接感知的现象,推测无法直接感知的物理规律,这是物理学中常用的探究方法.小明观察到以下的现象,并进行了初步推测,其中, 不符合事实的是(?? )
A.现象:将小磁针靠近某物体时,小磁针发生偏转。 推测:该物体一定是磁体
B.现象:摩擦起电。推测:原子是由更小的微粒组成的。
C.现象:两滴水银靠近时,能自动结合成一滴较大的水银。推测:分子间存在引力
D.现象:温度计放在色散光带红光外侧时示数会增大。推测:该区域存在一种人眼看不见的光
2.小军帮妈妈煲鸡汤时,联想到了许多物理知识。下列说法错误的是( )
A.鸡汤香气四溢是扩散现象,说明分子在不停地做无规则运动??????????
B.鸡汤沸腾过程中吸收热量,温度不变,内能不变
C.煲鸡汤过程中,限压阀转动,此过程的能量转化与内燃机的做功冲程相似??????????
D.限压阀口“烟雾缭绕”,这是水蒸气液化形成的小水珠
3.在近代原子学说的发展过程中,有下列观点:
①物质都是由原子构成的;②原子都是实心球体;③正电荷均匀分布在整个原子内.
1911年卢瑟福用带正电的α粒子轰击原子,发现多数α粒子穿过后仍保持原来的运动方向,担忧绝
少数α粒子发生了较大角度的偏转,如图所示.分析实验结果,可以否定上述观点中的(? )
A.①②????B.①③???C.②③????D.①②③
4.微观粒子与宇宙天体之间有很多相似之处。下列说法中错误的是(??? )
A.原子结构与太阳系结构很相似????????B.宇宙天体、分子都在永不停息地运动
C.天体之间、分子之间都存在相互作用力????D.宇宙天体、分子的运动都没有规律
5.关于粒子和宇宙,下列说法中错误的是( ??)
A.分子处在永不停息的无规则运动中
B.卢瑟福发现电子说明原子是可分的
C.水和酒精混合后总体积变小,说明分子间存在空隙
D.宇宙是一个有层次的天体结构系统,恒星处在相对的运动中
6.根据物体尺度的大小,将①银河系;②电子;③分子;④太阳系;从大到小排列,其正确顺序为(?? )
488632586360A.④②③①????B.①④③②????C.②③④①????D.③④②①
7.关于微观世界和宇宙,下列认识正确的是(?? )
A.原子是由原子核和电子构成的??????B.固体中分子作用力几乎为零
C.分子是比电子更小的微粒????????D.地球是宇宙的中心
8.下列对宇宙的有关认识正确的是( )
A.月球表面有山、有空气,但没有水??B.宇宙的大小结构层次为:宇宙﹣太阳系﹣银河系﹣地月系
C.太阳系位于银河系的中心????? D.太阳是一颗能自行发光发热的气体星球
9.中国核潜艇之父﹣﹣黄旭华,他是我国第一代核动力潜艇研制创始人之一,核潜艇是集核电站、导弹发射场和海底城市于一体的尖端工程,我国核动力潜艇“长城号”利用核裂变反应提供动力,核裂变是较重的原子核变为较轻的原子核的一种核反应,原子的中心叫原子核;原子核几乎集中了原子的全部________,它由带正电的质子和不带电的________组成;原子核周围带负电的电子绕核________.虽然原子的绝大部分空间是被________所占,但它的质量却几乎全部集中在________上.
10.科学家在探寻物质微粒结构的进程中,先后经历了汤姆生发现________,而证明原子是可以再分的;紧接着________发现了________;________发现了________;后来________又提出了夸克理论,说明了电子、质子、中子仍不是最终的基本粒子.
11.有些物理量与物质的微观结构有关.为了研究不同物质的密度与其内部粒子排列紧密程度的关系,小伟通过查阅资料,得到甲、乙、丙三种物质的密度关系是ρ甲>ρ乙>ρ丙 , 及其内部粒子排列的模型如图所示.
①根据以上信息,关于物质的密度与其内部粒子排列紧密程度的关系,小伟可得出的初步结论是:不同的物质,内部粒子排列紧密程度越低,物质的密度越________.
②小张从其他资料中查到了与上述情况不符的实例,与小伟一起思考分析并查找原因,不合理的选项是:________.
A.物理量都与物质的微观结构无关
B.物质的密度还与其他因素有关
C.由少数研究对象归纳出的结论,不具有普遍意义
12.物理学中一个基本的观念是“世界是由物质组成的”.
(1)1811年,意大利物理学家阿伏加德罗将组成物质的并能保持其化学性质不变的最小微粒命名为________,1911年,著名物理学家卢瑟福在进行了α粒子散射实验后,提出了原子核式结构模型.该模型认为,原子是由带________电的原子核和带________电的核外电子构成.
390525266700(2)以氢原子为例,图中能正确示意氢原子核式结构的是图________(甲/乙/丙/丁).
13.如图甲所示,在一端开口的玻璃管中倒入一半水,然后再倒入半玻璃管的酒精,将管口密封后翻转让水和酒精充分混合,可以观察到混合液的体积________(选填“大于”“小于”或“等于”)水和酒精的总体积,这一现象说明了________。如图乙所示,分别在热水和冷水中滴入相同的红墨水,可以看到________水中墨水扩散得快,这说明________跟温度有关。