從粒子到宇宙練習題及參考答案

第五章 從粒子到宇宙

5.1認識分子

1. 高山流水，動物植物，天上地下，這萬千世界究竟是由什麼構成的?古希臘的哲學家德漠克里特猜想大塊物體是由極小的叫原子的物質體子組成的。他認為這種很小的微粒是 分割的(填可或不可)。

2. 春秋戰國時期墨家在《經》第六十二條説：端，體之無序(厚)而最前者也。很明顯，在墨家看來，端就是組成物質的最原始的體積最小(無厚)的微粒(最前者)，並且端沒有內部間隙(無間)，因而是不可分割的。把糖分割，開始的分割的糖會保持甜的味道，但是不斷地分割下去，糖的微粒會越來越小，直到把糖分到沒有甜味的時刻，那時的微小粒子就不是糖了，因此保持糖原來性質的最小微粒就是糖的 。

3. 1811年意大利物理學家阿伏加德羅首先把自然界中存在的能保持物質 不變的最小微粒叫做 。

4. 物質一般是由 構成的，但也有物質是直接由 構成的。

5. 分子很小，現有直徑為10-10m的某分子，要將

個這種分子一個接一個排列才能達到一頁紙的厚度(0.1mm)。

6. 閲讀下文，回答問題：

原子結構的發現

19世紀發現了比分子更小的粒子原子後，就原子內部的結構問題

科學家開展了一系列的探索。

1895年電子的發現，揭開了原子結構的面紗，電子帶負電而原子本身是中性，説明其中一定還有帶正電的東西存在。據此，科學家們對原子的結構進行了大膽的猜想，提出了許多模型，其中較為典型的是1898年湯姆遜提出的結構模型：如圖5-2所示，原子像個實心的球體，正電均勻分佈在球體風，電子像西瓜籽那樣嵌在其中。

為了檢驗湯姆遜的猜想，盧瑟福建議蓋革和馬斯登做一個粒子的散射實驗：用放射性元素輻射出的高速粒子去轟擊金箔，觀察粒子的偏轉情況。因粒子質量很大，為電子的七千多倍，又是高速飛行，如果湯姆遜模型成立，大多數粒子會沿直線通過，其餘的至多隻發生輕微偏轉。但是，結果卻令他們難以置信，大多數粒子確實沒有發生偏轉，卻有一些粒子發生了大角度的偏轉，極少數甚至向後散射，這顯然與湯姆遜結構模型的預期結果不相符。

於是，盧瑟福花了很長時間去研究，終於在1911年提出了

他的核式結構模型：如圖5-3所示，原子中間有一個帶正電的核，客觀存在

只有極小的體積，卻集中了原子幾乎全部的質量，電子在

核外較大空間z繞核高速旋轉。

問題： 上文所述原子的結構的發現經歷了一個曲折的歷程，是一個典型的科學探究過程，經歷了 五個環節，請你將各個環節的探究內容(或依據、結果)分項簡要列出，同時説出你的感想。

5.2解剖原子

1.1897年，美國科學家湯姆遜研究真空管的陰極發出的射線，如圖5-4所示，發現這種射線是從 內部發出的一種帶負電的微粒組成的，這種微粒叫做 。

2.1911年盧瑟福的 實驗，提示了原子的 結構。現在人們已經能發現大塊金子是黃色的，10 nm的金顆粒是綠色的，而1 nm的金顆粒是紅色的。

3.現代高能物理學實驗證實，組成物質的最小微粒是( )

A.電子 B.分子 C.原子 D.夸克

4.下列實驗的發現對應正確的是( )

A.真空管的放電實驗，發現了中子

B.真空管的放電實驗，發現了原子核

C.粒子散射實驗，建立了原子核式模型

D.粒子散射實驗，發現了中子

5.我們已經知道分子、原子很小，質子、中子當然更小。現有一些微觀世界的名詞，病毒、原子、質子、夸克、分子、原子核。你能將它們按尺度大小由大到小排列嗎?

6.科學家們研究原子，發現了原子內部有帶負電的電子，卻不顯電性，整個原子十分穩定。於是提出了多種原子結構的模型：盧瑟福模型、湯姆遜模型等。結合你的生活實踐你能提出一個怎樣的模型?利用日常生活用品製作出你的設計模型，和同學們相互展示、交流。

5.3 飛出地球

1.從古至今，人們一直在觀察着，探索着，構成建出自己心目中想像的宇宙圖景，如圖5-7所示。中國古人很早就依靠肉眼觀察太空，以此認識宇宙;古希臘天文學家托勒玫通過對宇宙的觀察，提出了地心説：他認為地球位於宇宙的 ，月亮、水星、金星、太陽及其他行星都繞着 旋轉，恆星都鑲嵌在最外邊的天球上。

2.1534年波蘭天文學家哥白尼通過長期的觀察和研究，向影響人們長達千年的地心説提出了挑戰，提出了 中心説。

3. 是研究天體運動最基本的方法。意大利詩人卡里馬赫曾説，天文學家只有兩樣法寶：

和 。

4.1687年偉大的英國科學家牛頓發現了 ：

任何兩個物體間都存在着一種相互吸引的力，太陽依靠它對地球

和其他行星之間的巨大吸引力，使地球和各個行星乖乖地繞着它旋轉。

5.發射宇宙飛船，如圖5-8所示，地球上的物體必須要有很大的速度，才能掙脱 的束縛，實現飛出地球的願望。這一速度叫做第二宇宙速度，這應等於或大於 km/s。

6.俗語説月有陰晴圓缺，説明我們的祖先早已注意了月亮的外形在

不斷變化，你注意到了嗎?請你設計表格，以簡圖的方式記錄下三個月內每天夜晚月亮的形狀，如遇天氣等原因晚上無月時，也應標明結果和原因。然後分析你的記錄，從中你能得出什麼規律?

7.17世紀中葉，牛頓在總結伽利略等人研究成果的基礎上，建立了物體運動三定律。接着他開始了對天體運動的研究，並且首先選中了月亮。牛頓認為根據慣性定律，月亮如果沒有受到力的作用，它就應當作勻速直線運動，但事實上月球在繞地球旋轉，這説明地球對它有力的作用。這個力與蘋果從樹上落下時受到的力是不是同一種力?牛頓吸收前人研究成果，大膽地進行聯想對比，科學地假設論證，終於證明天體運動與地面上物體運動遵守共同的力學原理，實現了天地間力學的大綜合，這是人類歷史上的一個重大的飛躍。自此，你相信牛頓是突然看見一個蘋果從樹上落下，於是，他就發現了萬有引力定律嗎?你從這個故事中得到了哪些啟示?

5.4 宇宙深處

1.我們生活的地球，只是 這個大家族的一員，其中離太陽最遠的是 星。

2.下列不是太陽系的行星星體的是( )

A.地球 B.月亮 C.水星 D.天王星

3.在晴朗少雲的夜晚，仰望天空，看到一條白茫茫的光帶橫卧在天空中，

人們叫它 ，這是由1300億顆恆星形成的巨星系。而太陽系 (填是或許不是)其中的一員。

4.距今約 億年前，太陽從一團塵埃氣體雲中逐漸誕生。地球的年齡

約為40億年，生命產生的年齡約為20億年，人類的年齡約為10億年。人類對宇宙往往是不識廬山真面目，只緣身在此山中。宇宙是 (填有或無)限的，人們對它的認識在不斷提高和擴大。

5.太空是一個充滿魅力的世界，宇航員在太空中的生活有很多奇趣。下面這題有些難度，請通過查閲資料，試填充：

(1)飄來飄去。物品和宇航員在太空艙內可以飄浮在任何位置。這是由於 。

(2)晝夜難分。在24小時內宇航員發現日出日落可以交替多次。這是由於 。

(3)骨質疏鬆。在太空時間久了，宇航員骨骼會脆化，因此宇航員不能高興時相互擁抱。這是由於 。

(4)水珠球狀。在太空中，水全是一粒粒小球狀的水珠。這是由於 。

6.在日常生活中，我們用cm、m、km等計算單位來表示一個物體的長度，測量天體與我們的距離的時候，這些單位就太小了，所以在天文學上，把地球繞太陽公轉的軌道半徑平均值作為一種長度單位，稱為天文單位(AU)我們把它稱為量天的尺子。

1AU=1.496108km。

光年比天文單位更長，用LY表示，1LY=9.461012km。你能算算1光年(LY)等於多少天文單位(AU)嗎?

單元測試

一、選擇題

1.首先把自然界中存在的能保持物質性質不變的最小微粒叫做分子的人是( )

A.德漠克里特 B.湯姆遜 C.阿伏加德羅 D.盧瑟福

2.提出原子的核式結構模型的科學家是( )

A.牛頓 B.盧瑟福 C.查得威克 D.阿伏加德羅

3.關於分子直徑的大小下列説法正確的是( )

A.約為0.1mm B.約為0.1um C.約為0.1nm D.約為0.1dm

4.就目前所知道的自然界中最小的帶電體是( )

A.電子 B.質子 C.中子 D.夸克

5.下列説法中正確的是( )

A.空氣中細小的灰塵就是分子

B.大霧天，我們看到空氣中許多極小的水珠就是一個個水分子

C.把一塊銅塊銼成極細的銅屑就是銅分子

D.由於分子非常小，人們無法直接用肉眼進行觀察

6.將星系由大到小排列，正確的是( )

A.總星系、銀河系、太陽系、地月系

B.太陽系、銀河系、總星系、地月系

C.銀河系、太陽系、總星系、地月系

D.太陽系、銀河系、地月系、總星系

7.有關黑洞，下列説法正確的是( )

A. 黑洞是一些恆星在衰亡過程中發生爆炸後留下的產物

B. 黑洞是一個密度極大的天體

C. 黑洞它產生的引力能吸引附近的所有物質，連光都無法逃脱

D. 黑洞只是科幻小説中的一種物體，實際不存在

二、填空題

8.猜想是 和 之間的一座橋樑，是一種重要的科學研究方法。科學探究經常需要猜想。

9.大塊金子是黃色的，10 nm的金顆粒是綠色的，而1 nm的金顆粒是紅色的。保持物質性質不變的最小微粒叫做 ，比它更小的粒子稱為 。

10.水分子如圖5-10所示，是由一個氧 和兩個氫 組成的;二氧化碳分子是由一個碳原子和二個氧原子組成的。

11.1895年電子的發現，揭開了原子結構的面紗，説明原子是有複雜結構的。電子帶負電而原子本身是中性，説明其中一定還有帶 電的東西存在。這個物質就是原子核。

12.萬有引力的大小跟兩個物體的 和物體間的 有關。通常物體間的引力很小，我們覺察不到。天體間的引力 大得驚人。例如，太陽吸引地球的力如果作用在直徑是9000km的鋼柱上，可以把它拉斷!

13.地球上的物體必須有很大的速度，才能掙脱地球 的束縛，飛出地球。2003年10月15日，我國自行研製的神舟五號載人飛船洞穿太空，飛離地球環繞它飛行14周後成功返回。它繞地球飛行的.速度大小為 km/s.

三、簡答與作圖

14.學完了解剖原子一節後，請你用簡圖表達出你對原子的結構的認識。

15.你學完本章之後，接觸到了一系列的名詞：水滴、分子、電子、原子、質子、夸克、月亮、地球、太陽、太陽系、銀河系。你能將它們按從小到大的順序排列嗎?試一試，看你要排多久?

16.諾貝爾獎獲得者、華裔科學家丁肇中在談到他的科學研究體會時説：20世紀70年代，人們已經知道所有的基本粒子是由3種夸克組成的。我的問題是，為什麼只有3種夸克?為了尋找新夸克，我決定建造一個高靈敏度的探測器。當時所有的人都認為只有3種夸克，因為3種夸克可以解釋所有的現象，所以這個實驗被費米國家實驗室和西歐核子中心拒絕了，認為是不可能性。1972年到1974年間，我們在布魯克海文國家實驗室用一個比較低能的加速器來做這個實驗，終於發現了一種新的夸克，這就表示，以前説只有3種夸克的觀念是錯的，有第四種夸克。有了第四種，就有第五種、第六種，把以往的觀念改變了。上述科學發現過程在認識論上對我們如何發現和發展真理有哪些啟示?

四、計算與探究

17.宇宙空間是十分廣闊的，單是我們地球所在的銀河第，尺度就有1105LY 。已知宇宙中有10萬個銀河系。試計算宇宙的尺度有多大?

18.按照範例完成下表

速度 名稱 數值 能力 衞星運動

第一宇宙速度 環繞地球 勻速圓周運動

第二宇宙速度 脱離速度 11.2km/s

第三宇宙速度 掙脱太陽的束縛 繞銀河系中心運動

19.猜想是科學探究的第一步。閲讀下面的短文：

流體的阻力

可以流動的氣體或液體統稱為流體。一般情況下，物體在流體中運動時往往會受到流體阻力的作用。例如：人們行走時感覺不到風，但如果騎自行車時，運動的越快.就會感覺到有很大的阻力作用。又如：跳傘運動員在空中下落，打開降落傘之後以及人迎風行走，撐開手中的雨傘後都會感覺到很大的阻力而減小流體阻力的方法，就是把物體做成流線型。例如：高速運動的汽豐、火車以及輪船水下邵分的形狀都做成了流線型

閲讀完短文後，請你回答：

① 流體的阻力大小與哪些因素有關?除此之外根據生活經驗，請你猜想一下流體的阻力還可能與什麼因素有關?

② 除上面的例子外.請你再舉一個減小流體阻力的例子。

答案

5.1認識分子

1.不可 2。分子 3。性質，分子 4。分子，原子 5。106

6.提出問題猜想 設計實驗開展實驗與收集證據分析得出結論 略

5.2 解剖原子

1.原子，電子 2.粒子的散射，核式 3.D 4.C 5.病毒、分子、原子、原子核、質子、夸克

5.3 飛出地球

1.中心，地球 2。太陽 3。觀察，觀察、物理 4.萬有引力定律 5.地球 11 2

6.做這種觀察首先要有耐心;設計第日的記錄內容要有日期、月亮形狀、備註(原因)三個欄目;每日的觀察最好要在同一時刻進行;分析時先要分析一個月的月亮外形的變化，再比較三個月的變化是否相同，從而找出規律。7.略

5.4宇宙深處

1.太陽系，冥王星 2.B 3。銀河系，是 4.50，無 5.失重，衞星運行週期小於24小時，骨骼內的鈣流失，失重和水的張力 6.6.32104

單元測試

1.C 2.B 3.C 4.B 5.D 6.A 8.經驗素材，科學理論 9.分子，原子 10.原子，原子 11.正 12.質量，距離 13.萬有引力 7.9 14.略 15.電子、夸克、質子、原子、分子、水滴、月亮、地球、太陽、太陽系、銀河系 16.實踐是認識的來源和檢驗真理的標準。人們對真理的認識是無止境的，要發揚創新精神，善於思考。4種夸克取代了3種夸克，還會有5種、6種夸克。17.1010 LY18.

速度 名稱 數值 能力 衞星運動

第一宇宙速度 環繞速度 7.9 km/s 環繞地球 勻速圓周運動

第二宇宙速度 脱離速度 11.2km/s 掙脱地球的束縛 繞太陽運動

第三宇宙速度 逃逸速度 16.7 km/s 掙脱太陽的束縛 繞銀河系中心運動

19.略