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(dòng)物植物，天上地下，這萬(wàn)千世界究竟是由什么構成的?古希臘的哲學(xué)家德漠克里特猜想大塊物體是由極小的叫原子的物質(zhì)粒子組成的。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(shí)期墨家在《經(jīng)》第六十二條說(shuō)：端，體之無(wú)序(厚)而最前者也。很明顯，在墨家看來(lái)，端就是組成物質(zhì)的最原始的體積最小(無(wú)厚)的微粒(最前者)，并且端沒(méi)有內部間隙(無(wú)間)，因而是不可分割的。把糖分割，開(kāi)始的分割的糖會(huì )保持甜的味道，但是不斷地分割下去，糖的微粒會(huì )越來(lái)越小，直到把糖分到?jīng)]有甜味的時(shí)刻，那時(shí)的微小粒子就不是糖了，因此保持糖原來(lái)性質(zhì)的最小微粒就是糖的 。

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

　　4. 物質(zhì)一般是由 構成的，但也有物質(zhì)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(gè)這種分子一個(gè)接一個(gè)排列才能達到一頁(yè)紙的厚度(0.1mm)。

　　6. 閱讀下文，回答問(wèn)題：

　　原子結構的發(fā)現

　　19世紀發(fā)現了比分子更小的粒子原子后，就原子內部的結構問(wèn)題

　　科學(xué)家開(kāi)展了一系列的探索。

　　1895年電子的發(fā)現，揭開(kāi)了原子結構的面紗，電子帶負電而原子本身是中性，說(shuō)明其中一定還有帶正電的東西存在。據此，科學(xué)家們對原子的結構進(jìn)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(gè)實(shí)心的球體，正電均勻分布在球體風(fēng)，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(gè)粒子的散射實(shí)驗：用放射性元素輻射出的高速粒子去轟擊金箔，觀(guān)察粒子的偏轉情況。因粒子質(zhì)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(huì )沿直線(xiàn)通過(guò)，其余的至多只發(fā)生輕微偏轉。但是，結果卻令他們難以置信，大多數粒子確實(shí)沒(méi)有發(fā)生偏轉，卻有一些粒子發(fā)生了大角度的偏轉，極少數甚至向后散射，這顯然與湯姆遜結構模型的預期結果不相符。

　　于是，盧瑟�；�了很長(cháng)時(shí)間去研究，終于在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(gè)帶正電的核，客觀(guān)存在

　　只有極小的體積，卻集中了原子幾乎全部的質(zhì)量，電子在

　　核外較大空間z繞核高速旋轉。

　　問(wèn)題： 上文所述原子的結構的發(fā)現經(jīng)歷了一個(gè)曲折的歷程，是一個(gè)典型的科學(xué)探究過(guò)程，經(jīng)歷了 五個(gè)環(huán)節，請你將各個(gè)環(huán)節的探究?jì)热?或依據、結果)分項簡(jiǎn)要列出，同時(shí)說(shuō)出你的感想。

　　5.2解剖原子

　　1.1897年，美國科學(xué)家湯姆遜研究真空管的陰極發(fā)出的射線(xiàn)，如圖5-4所示，發(fā)現這種射線(xiàn)是從 內部發(fā)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(shí)驗，提示了原子的 結構�，F在人們已經(jīng)能發(fā)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(xué)實(shí)驗證實(shí)，組成物質(zhì)的最小微粒是( )

　　A.電子 B.分子 C.原子 D.夸克

　　4.下列實(shí)驗的發(fā)現對應正確的是( )

　　A.真空管的放電實(shí)驗，發(fā)現了中子

　　B.真空管的放電實(shí)驗，發(fā)現了原子核

　　C.粒子散射實(shí)驗，建立了原子核式模型

　　D.粒子散射實(shí)驗，發(fā)現了中子

　　5.我們已經(jīng)知道分子、原子很小，質(zhì)子、中子當然更小�，F有一些微觀(guān)世界的名詞，病毒、原子、質(zhì)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(xué)家們研究原子，發(fā)現了原子內部有帶負電的電子，卻不顯電性，整個(gè)原子十分穩定。于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(shí)踐你能提出一個(gè)怎樣的模型?利用日常生活用品制作出你的設計模型，和同學(xué)們相互展示、交流。

　　5.3 飛出地球

　　1.從古至今，人們一直在觀(guān)察著(zhù)，探索著(zhù)，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(guān)察太空，以此認識宇宙;古希臘天文學(xué)家托勒玫通過(guò)對宇宙的觀(guān)察，提出了地心說(shuō)：他認為地球位于宇宙的 ，月亮、水星、金星、太陽(yáng)及其他行星都繞著(zhù) 旋轉，恒星都鑲嵌在最外邊的天球上。

　　2.1534年波蘭天文學(xué)家哥白尼通過(guò)長(cháng)期的觀(guān)察和研究，向影響人們長(cháng)達千年的地心說(shuō)提出了挑戰，提出了 中心說(shuō)。

　　3. 是研究天體運動(dòng)最基本的方法。意大利詩(shī)人卡里馬赫曾說(shuō)，天文學(xué)家只有兩樣法寶：

　　和 。

　　4.1687年偉大的英國科學(xué)家牛頓發(fā)現了 ：

　　任何兩個(gè)物體間都存在著(zhù)一種相互吸引的力，太陽(yáng)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(gè)行星乖乖地繞著(zhù)它旋轉。

　　5.發(fā)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，才能掙脫 的束縛，實(shí)現飛出地球的愿望。這一速度叫做第二宇宙速度，這應等于或大于 km/s。

　　6.俗語(yǔ)說(shuō)月有陰晴圓缺，說(shuō)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(jiǎn)圖的方式記錄下三個(gè)月內每天夜晚月亮的形狀，如遇天氣等原因晚上無(wú)月時(shí)，也應標明結果和原因。然后分析你的記錄，從中你能得出什么規律?

　　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(dòng)三定律。接著(zhù)他開(kāi)始了對天體運動(dòng)的研究，并且首先選中了月亮。牛頓認為根據慣性定律，月亮如果沒(méi)有受到力的作用，它就應當作勻速直線(xiàn)運動(dòng)，但事實(shí)上月球在繞地球旋轉，這說(shuō)明地球對它有力的作用。這個(gè)力與蘋(píng)果從樹(shù)上落下時(shí)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(jìn)行聯(lián)想對比，科學(xué)地假設論證，終于證明天體運動(dòng)與地面上物體運動(dòng)遵守共同的力學(xué)原理，實(shí)現了天地間力學(xué)的大綜合，這是人類(lèi)歷史上的一個(gè)重大的飛躍。自此，你相信牛頓是突然看見(jiàn)一個(gè)蘋(píng)果從樹(shù)上落下，于是，他就發(fā)現了萬(wàn)有引力定律嗎?你從這個(gè)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(gè)大家族的一員，其中離太陽(yáng)最遠的.是 星。

　　2.下列不是太陽(yáng)系的行星星體的是( )

　　A.地球 B.月亮 C.水星 D.天王星

　　3.在晴朗少云的夜晚，仰望天空，看到一條白茫茫的光帶橫臥在天空中，

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

　　4.距今約 億年前，太陽(yáng)從一團塵埃氣體云中逐漸誕生。地球的年齡

　　約為40億年，生命產(chǎn)生的年齡約為20億年，人類(lèi)的年齡約為10億年。人類(lèi)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(wú))限的，人們對它的認識在不斷提高和擴大。

　　5.太空是一個(gè)充滿(mǎn)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(guò)查閱資料，試填充：

　　(1)飄來(lái)飄去。物品和宇航員在太空艙內可以飄浮在任何位置。這是由于 。

　　(2)晝夜難分。在24小時(shí)內宇航員發(fā)現日出日落可以交替多次。這是由于 。

　　(3)骨質(zhì)疏松。在太空時(shí)間久了，宇航員骨骼會(huì )脆化，因此宇航員不能高興時(shí)相互擁抱。這是由于 。

　　(4)水珠球狀。在太空中，水全是一粒粒小球狀的水珠。這是由于 。

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

　　1AU=1.496108km。

　　光年比天文單位更長(cháng)，用LY表示，1LY=9.461012km。你能算算1光年(LY)等于多少天文單位(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(zhì)性質(zhì)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(xué)家是( )

　　A.牛頓 B.盧瑟福 C.查得威克 D.阿伏加德羅

　　3.關(guān)于分子直徑的大小下列說(shuō)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(zhì)子 C.中子 D.夸克

　　5.下列說(shuō)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(gè)個(gè)水分子

　　C.把一塊銅塊銼成極細的銅屑就是銅分子

　　D.由于分子非常小，人們無(wú)法直接用肉眼進(jìn)行觀(guān)察

　　6.將星系由大到小排列，正確的是( )

　　A.總星系、銀河系、太陽(yáng)系、地月系

　　B.太陽(yáng)系、銀河系、總星系、地月系

　　C.銀河系、太陽(yáng)系、總星系、地月系

　　D.太陽(yáng)系、銀河系、地月系、總星系

　　7.有關(guān)黑洞，下列說(shuō)法正確的是( )

　　A. 黑洞是一些恒星在衰亡過(guò)程中發(fā)生爆炸后留下的產(chǎn)物

　　B. 黑洞是一個(gè)密度極大的天體

　　C. 黑洞它產(chǎn)生的引力能吸引附近的所有物質(zhì)，連光都無(wú)法逃脫

　　D. 黑洞只是科幻小說(shuō)中的一種物體，實(shí)際不存在

　　二、填空題

　　8.猜想是 和 之間的一座橋梁，是一種重要的科學(xué)研究方法�？茖W(xué)探究經(jīng)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(zhì)性質(zhì)不變的最小微粒叫做 ，比它更小的粒子稱(chēng)為 。

　　10.水分子如圖5-10所示，是由一個(gè)氧 和兩個(gè)氫 組成的;二氧化碳分子是由一個(gè)碳原子和二個(gè)氧原子組成的。

　　11.1895年電子的發(fā)現，揭開(kāi)了原子結構的面紗，說(shuō)明原子是有復雜結構的。電子帶負電而原子本身是中性，說(shuō)明其中一定還有帶 電的東西存在。這個(gè)物質(zhì)就是原子核。

　　12.萬(wàn)有引力的大小跟兩個(gè)物體的 和物體間的 有關(guān)。通常物體間的引力很小，我們覺(jué)察不到。天體間的引力 大得驚人。例如，太陽(yáng)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，才能掙脫地球 的束縛，飛出地球。2003年10月15日，我國自行研制的神州五號載人飛船洞穿太空，飛離地球環(huán)繞它飛行14周后成功返回。它繞地球飛行的速度大小為 km/s.

　　三、簡(jiǎn)答與作圖

　　14.學(xué)完了解剖原子一節后，請你用簡(jiǎn)圖表達出你對原子的結構的認識。

　　15.你學(xué)完本章之后，接觸到了一系列的名詞：水滴、分子、電子、原子、質(zhì)子、夸克、月亮、地球、太陽(yáng)、太陽(yáng)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(xué)家丁肇中在談到他的科學(xué)研究體會(huì )時(shí)說(shuō)：20世紀70年代，人們已經(jīng)知道所有的基本粒子是由3種夸克組成的。我的問(wèn)題是，為什么只有3種夸克?為了尋找新夸克，我決定建造一個(gè)高靈敏度的探測器。當時(shí)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(gè)實(shí)驗被費米國家實(shí)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(shí)驗室用一個(gè)比較低能的加速器來(lái)做這個(gè)實(shí)驗，終于發(fā)現了一種新的夸克，這就表示，以前說(shuō)只有3種夸克的觀(guān)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(guān)念改變了。上述科學(xué)發(fā)現過(guò)程在認識論上對我們如何發(fā)現和發(fā)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(wàn)個(gè)銀河系。試計算宇宙的尺度有多大?

　　18.按照范例完成下表

　　速度 名稱(chēng) 數值 能力 衛星運動(dòng)

　　第一宇宙速度 環(huán)繞地球 勻速圓周運動(dòng)

　　第二宇宙速度 脫離速度 11.2km/s

　　第三宇宙速度 掙脫太陽(yáng)的束縛 繞銀河系中心運動(dòng)

　　19.猜想是科學(xué)探究的第一步。閱讀下面的短文：

　　流體的阻力

　　可以流動(dòng)的氣體或液體統稱(chēng)為流體。一般情況下，物體在流體中運動(dòng)時(shí)往往會(huì )受到流體阻力的作用。例如：人們行走時(shí)感覺(jué)不到風(fēng)，但如果騎自行車(chē)時(shí)，運動(dòng)的越快.就會(huì )感覺(jué)到有很大的阻力作用。又如：跳傘運動(dòng)員在空中下落，打開(kāi)降落傘之后以及人迎風(fēng)行走，撐開(kāi)手中的雨傘后都會(huì )感覺(jué)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(xiàn)型。例如：高速運動(dòng)的汽豐、火車(chē)以及輪船水下邵分的形狀都做成了流線(xiàn)型

　　閱讀完短文后，請你回答：

　�、� 流體的阻力大小與哪些因素有關(guān)?除此之外根據生活經(jīng)驗，請你猜想一下流體的阻力還可能與什么因素有關(guān)?

　�、� 除上面的例子外.請你再舉一個(gè)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(zhì)，分子 4。分子，原子 5。106

　　6.提出問(wèn)題猜想 設計實(shí)驗開(kāi)展實(shí)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(zhì)子、夸克

　　5.3 飛出地球

　　1.中心，地球 2。太陽(yáng) 3。觀(guān)察，觀(guān)察、物理 4.萬(wàn)有引力定律 5.地球 11 2

　　6.做這種觀(guān)察首先要有耐心;設計第日的記錄內容要有日期、月亮形狀、備注(原因)三個(gè)欄目;每日的觀(guān)察最好要在同一時(shí)刻進(jìn)行;分析時(shí)先要分析一個(gè)月的月亮外形的變化，再比較三個(gè)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(yáng)系，冥王星 2.B 3。銀河系，是 4.50，無(wú) 5.失重，衛星運行周期小于24小時(shí)，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 7.ABC 8.經(jīng)驗素材，科學(xué)理論 9.分子，原子 10.原子，原子 11.正 12.質(zhì)量，距離 13.萬(wàn)有引力 7.9 14.略 15.電子、夸克、質(zhì)子、原子、分子、水滴、月亮、地球、太陽(yáng)、太陽(yáng)系、銀河系 16.實(shí)踐是認識的來(lái)源和檢驗真理的標準。人們對真理的認識是無(wú)止境的，要發(fā)揚創(chuàng )新精神，善于思考。4種夸克取代了3種夸克，還會(huì )有5種、6種夸克。17.1010 LY18.

　　速度 名稱(chēng) 數值 能力 衛星運動(dòng)

　　第一宇宙速度 環(huán)繞速度 7.9 km/s 環(huán)繞地球 勻速圓周運動(dòng)

　　第二宇宙速度 脫離速度 11.2km/s 掙脫地球的束縛 繞太陽(yáng)運動(dòng)

　　第三宇宙速度 逃逸速度 16.7 km/s 掙脫太陽(yáng)的束縛 繞銀河系中心運動(dòng)

　　19.略

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