從粒子到宇宙練習(xí)題及參考答案
第五章 從粒子到宇宙
5.1認(rèn)識(shí)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(gòu)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(rèn)為這種很小的微粒是 分割的(填可或不可)。
2. 春秋戰(zhàn)國(guó)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(nèi)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(gòu)成的，但也有物質(zhì)是直接由 構(gòu)成的。
5. 分子很小，現(xiàn)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(dá)到一頁(yè)紙的厚度(0.1mm)。
6. 閱讀下文，回答問(wèn)題：
原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)
19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)了比分子更小的粒子原子后，就原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)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(xiàn)，揭開(kāi)了原子結(jié)構(gòu)的面紗，電子帶負(fù)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(jù)此，科學(xué)家們對(duì)原子的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yàn)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(yàn)：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(zhuǎn)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(shù)粒子會(huì)沿直線通過(guò)，其余的至多只發(fā)生輕微偏轉(zhuǎn)。但是，結(jié)果卻令他們難以置信，大多數(shù)粒子確實(shí)沒(méi)有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，卻有一些粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至向后散射，這顯然與湯姆遜結(jié)構(gòu)模型的預(yù)期結(jié)果不相符。
于是，盧瑟福花了很長(zhǎng)時(shí)間去研究，終于在1911年提出了
他的核式結(jié)構(gòu)模型：如圖5-3所示，原子中間有一個(gè)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(zhì)量，電子在
核外較大空間z繞核高速旋轉(zhuǎn)。
問(wèn)題： 上文所述原子的結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)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(jié)，請(qǐng)你將各個(gè)環(huán)節(jié)的探究?jī)?nèi)容(或依據(jù)、結(jié)果)分項(xiàng)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(guó)科學(xué)家湯姆遜研究真空管的陰極發(fā)出的射線，如圖5-4所示，發(fā)現(xiàn)這種射線是從 內(nèi)部發(fā)出的一種帶負(fù)電的微粒組成的，這種微粒叫做 。
2.1911年盧瑟福的 實(shí)驗(yàn)，提示了原子的 結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在人們已經(jīng)能發(fā)現(xiàn)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(xiàn)代高能物理學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yàn)的發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)正確的是( )
A.真空管的放電實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了中子
B.真空管的放電實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了原子核
C.粒子散射實(shí)驗(yàn)，建立了原子核式模型
D.粒子散射實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了中子
5.我們已經(jīng)知道分子、原子很小，質(zhì)子、中子當(dāng)然更小。現(xiàn)有一些微觀世界的名詞，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(xiàn)了原子內(nèi)部有帶負(fù)電的電子，卻不顯電性，整個(gè)原子十分穩(wěn)定。于是提出了多種原子結(jié)構(gòu)的模型：盧瑟福模型、湯姆遜模型等。結(jié)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(shè)計(jì)模型，和同學(xué)們相互展示、交流。
5.3 飛出地球
1.從古至今，人們一直在觀察著，探索著，構(gòu)成建出自己心目中想像的宇宙圖景，如圖5-7所示。中國(guó)古人很早就依靠肉眼觀察太空，以此認(rèn)識(shí)宇宙;古希臘天文學(xué)家托勒玫通過(guò)對(duì)宇宙的觀察，提出了地心說(shuō)：他認(rèn)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 旋轉(zhuǎn)，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(zhǎng)期的觀察和研究，向影響人們長(zhǎng)達(dá)千年的地心說(shuō)提出了挑戰(zhàn)，提出了 中心說(shuō)。
3. 是研究天體運(yùn)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(guó)科學(xué)家牛頓發(fā)現(xiàn)了 ：
任何兩個(gè)物體間都存在著一種相互吸引的力，太陽(yáng)依靠它對(duì)地球
和其他行星之間的巨大吸引力，使地球和各個(gè)行星乖乖地繞著它旋轉(zhuǎn)。
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(xiàn)飛出地球的愿望。這一速度叫做第二宇宙速度，這應(yīng)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(qǐng)你設(shè)計(jì)表格，以簡(jiǎn)圖的方式記錄下三個(gè)月內(nèi)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(yīng)標(biāo)明結(jié)果和原因。然后分析你的記錄，從中你能得出什么規(guī)律?
7.17世紀(jì)中葉，牛頓在總結(jié)伽利略等人研究成果的基礎(chǔ)上，建立了物體運(yùn)動(dòng)三定律。接著他開(kāi)始了對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的研究，并且首先選中了月亮。牛頓認(rèn)為根據(jù)慣性定律，月亮如果沒(méi)有受到力的作用，它就應(yīng)當(dāng)作勻速直線運(yùn)動(dòng)，但事實(shí)上月球在繞地球旋轉(zhuǎn)，這說(shuō)明地球?qū)λ辛Φ淖饔谩＿@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(duì)比，科學(xué)地假設(shè)論證，終于證明天體運(yùn)動(dòng)與地面上物體運(yùn)動(dòng)遵守共同的力學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)了天地間力學(xué)的大綜合，這是人類歷史上的一個(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(xiàn)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(yuǎn)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(tuán)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，人類的年齡約為10億年。人類對(duì)宇宙往往是不識(shí)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(duì)它的認(rèn)識(shí)在不斷提高和擴(kuò)大。
5.太空是一個(gè)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(qǐng)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(nèi)可以飄浮在任何位置。這是由于 。
(2)晝夜難分。在24小時(shí)內(nèi)宇航員發(fā)現(xiàn)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(jì)算單位來(lái)表示一個(gè)物體的長(zhǎng)度，測(cè)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(zhuǎn)的軌道半徑平均值作為一種長(zhǎng)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(zhǎng)，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(cè)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(jié)構(gòu)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(xì)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(xì)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。科學(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(xiàn)，揭開(kāi)了原子結(jié)構(gòu)的面紗，說(shuō)明原子是有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的。電子帶負(fù)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(guó)自行研制的神州五號(hào)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(jié)后，請(qǐng)你用簡(jiǎn)圖表達(dá)出你對(duì)原子的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。
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(jiǎng)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(jì)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(cè)器。當(dāng)時(shí)所有的人都認(rèn)為只有3種夸克，因?yàn)?種夸克可以解釋所有的現(xiàn)象，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)被費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和西歐核子中心拒絕了，認(rèn)為是不可能性。1972年到1974年間，我們?cè)诓剪斂撕Ｎ膰?guó)家實(shí)驗(yàn)室用一個(gè)比較低能的加速器來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)了一種新的夸克，這就表示，以前說(shuō)只有3種夸克的觀念是錯(cuò)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(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程在認(rèn)識(shí)論上對(duì)我們?nèi)绾伟l(fā)現(xiàn)和發(fā)展真理有哪些啟示?
四、計(jì)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(jì)算宇宙的尺度有多大?
18.按照范例完成下表
速度 名稱 數(shù)值 能力 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)
第一宇宙速度 環(huán)繞地球 勻速圓周運(yùn)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(yùn)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(tǒng)稱為流體。一般情況下，物體在流體中運(yùn)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)，但如果騎自行車時(shí)，運(yùn)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(yùn)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型。例如：高速運(yùn)動(dòng)的汽豐、火車以及輪船水下邵分的形狀都做成了流線型
閱讀完短文后，請(qǐng)你回答：
① 流體的阻力大小與哪些因素有關(guān)?除此之外根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，請(qǐng)你猜想一下流體的阻力還可能與什么因素有關(guān)?
② 除上面的例子外.請(qǐng)你再舉一個(gè)減小流體阻力的例子。
答案
5.1認(rèn)識(shí)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(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)分析得出結(jié)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。觀察，觀察、物理 4.萬(wàn)有引力定律 5.地球 11 2
6.做這種觀察首先要有耐心;設(shè)計(jì)第日的記錄內(nèi)容要有日期、月亮形狀、備注(原因)三個(gè)欄目;每日的觀察最好要在同一時(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(guī)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(wèi)星運(yùn)行周期小于24小時(shí)，骨骼內(nèi)的鈣流失，失重和水的張力 6.6.32104
單元測(cè)試
1.C 2.B 3.C 4.B 5.D 6.A 7.ABC 8.經(jīng)驗(yàn)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(rèn)識(shí)的來(lái)源和檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)。人們對(duì)真理的認(rèn)識(shí)是無(wú)止境的，要發(fā)揚(yáng)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 數(shù)值 能力 衛(wèi)星運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動(dòng)
19.略
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