第七讲 从粒子到宇宙
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知识梳理
1.走进分子世界
（1）能保持物质化学性质的最小微粒称为分子，分子很小，一般分子直径的数量级为10-10m，在高倍电子显微镜下，可以看到一些物质的分子.
（2）分子动理论的主要内容：物质是由大量分子组成的，分子间有空隙；分子一直处于永不停息的运动中；分子间同时存在着相互作用的引力和斥力.
（3）纳米科技是指在纳米尺度（约在1
～100nm之间）上研究物质的特性和相互作用以及利用这些特性的科学和技术.这一技术使人类认识和改造物质世界的能力延伸到了原子和分子水平.可以说是当今最重要的新兴科学技术之一.
2.静电现象
（1）分子由原子组成.不同原子组成的分子称为化合物分子，如水分子是由氢原子和氧原子组成的，玻璃分子是由氧原子和硅原子组成的；同种原子组成的分子构成单质，如石墨、金刚石、富勒烯都是由碳原子组成的单质分子，氧气是由氧原子组成的单质分子.
（2）摩擦起电：物体具有吸引轻小物体的性质，我们就说物体带了电，或者说物体带了电荷.用摩擦的方法使物体带电，叫做摩擦起电.摩擦起电的实质不是创造了电荷，而是电子的转移，在摩擦起电中，失去电子的物体因缺少电子而带正电，得到电子的物体因多余电子而带负电，因此相互摩擦的两个物体带的是等量的异种电荷.
（3）两种电荷，自然界中只存在两种电荷，一种叫正电荷，另一种叫负电荷.人们规定，用丝绸摩擦过的玻璃捧所带的电荷叫做正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷叫做负电荷.电荷间相互作用的规律是：同种电荷相互推斥，异种电荷相互吸引.在静电现象中，两个物体相互吸引有两种可能的原因：①带电体吸引轻小物体；②异种电荷相互吸引.
3.探索更小的微粒
（1）著名科学家卢瑟福在总结实验的基础上，提出了原子结构的行星模型.如图1所示，他认为原子的中心有一个直径约为10-14m～10-15m的核，这个核的体积只有整个原子的一百万亿分之一，但它却集中了整个原子质量的99.99%.原子核带正电，带负电的电子绕着这个原子核高速旋转，就好像地球绕太阳运动.原子核带的正电荷数与原子核外所有电子带的负电荷数是相等的，整个原子呈不带电的中性状态，这样的模型称为原子的核式结构模型.
（2）百年来科学家探索物质微粒的历程
①科学家探索微观粒子的历程
②物质的结构层次
说明：质子数等于电子数，但不一定等于中子数；一个质子的质量等于一个中子的质量，一个电子的质量很小，约为一个质子质量的1/1836.
4.宇宙探秘
（1）从“地心说”到“日心说”，公元2世纪，古希腊天文学家托勒玫提出了以地球为宇宙中心的“地心说”.直到16世纪，以波兰天文学家哥白尼为代表的许多科学家对托勒玫的“地心说”提出了质疑，并创立了“日心说”，开创了科学史上的新时代.
（2）星空世界，在晴朗夜空的空烁群星中，有一条横亘天际的光带，它是由群星和弥漫物质集合而成的一个庞大的天体系统，被称为银河系，太阳是银河系中数以千亿计恒星中的一颗.宇宙是一个有层次的天体结构系统.
（3）天文学中，天体之间相距遥远，用米、千米作为距离单位显得太小、很不方便，为此采取一些特殊长度作为距离单位.例如：光年（1l.y）：光在真空中行进一年所通过的距离.1l.y.=9.46×1015m.
考点扫描
考点1 走进分子世界
例1 下列说法中正确的是（ ）.
A.两块表面光滑的铅块相互紧压后会粘在一起，这是因为分子只存在引力
B.固体和液体很难被压缩，说明分子间存在斥力
C.磁铁能吸引大头针，说明分子间有引力
D.破镜不能重圆，是因为分子间的斥力大于引力
解析 两块表面光滑的铅块相互紧压后会粘在一起是因为分子间存在引力，但分子间也同时存在着斥力.在正常情况下（分子位于平衡位置时）分子间引力和斥力是相等的，故A项错；压缩固体和液体时，分子间距离变小，当分子间距离小于平衡距离时，斥力大于引力，对外表现为斥力，故B项正确；磁铁能吸引大头针，属于磁体间的相互作用，故C项错；破镜不能重圆，是由于镜子断裂处分子间距离很大，分子间作用力几乎为零的缘故，故D项错.答案应选B.
考点2 静电现象
例2 用绝缘丝线吊起三个通草球，其中任意两个靠近时，都相互吸引，则它们的带电情况是（ ）.
A.两个带正电，一个带负电
B.两个带异种电，一个不带电
C.一个带电，两个不带电
D.两个带负电，一个带正电
解析 因为自然界中只有两种电荷，根据电荷间相互作用的规律，带电体之间要么相互吸引，要么相互排斥.因此，如果三个小球都带电，其中必有两个小球带同种电荷而相互排斥，因此选项A与D错误.如果只有一个小球带电，那么另两个不带电的小球之间不会发生相互吸引，故选项C错误.答案应选B.
考点3 探索更小的微粒
例3 氢原子是由一个质子和一个电子组成的，图2中关于氢原子的模型图，正确的是（ ）.
解析 在探索微观粒子的历程中，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.卢瑟福建立了原子的核式结构模型，认为原子的中心有一个很小的核叫原子核，核外电子围绕原子核高速旋转.选项B中电子在中心，原子核围绕电子旋转，故B项错；选项C中，原子核太大，其实原子核很小，它的直径大约是原子直径的万分之几，故C项错；选项A中电子和原子核融为一体，故A项错.答案应选D.
考点4 宇宙探秘
例4 下列在宇宙探索过程中的一些学说中，既具有科学价值又具有巨大的人文价值的是（ ）.
A.古人命名了许多星座
B.托勒玫提出“地心说”
C.哥白尼提出“日心说”
D.伽莫夫提出“宇宙大爆炸学说”
解析 古人用肉眼观察星空，绘制星图，命名了许多星座，并赋予美好的想象，具有人文价值，但由于观察工具缺乏，并没有探索到宇宙的奥秘，缺乏科学性；托勒玫的“地心说”虽然总结出许多日月运动的规律，但也缺乏科学性；“宇宙大爆炸学说”对人类探索宇宙具有巨大的科学价值；而哥白尼的“日心说”既具有科学价值，也具有巨大的人文价值.正是在哥白尼的“日心说”的基础上，牛顿发现了万有引力理论，使人类对宇宙有了更深入的探索和认识.答案应选C.
实验探究
例1 如图3所示，把一个装有空气的瓶子倒着放在装有密度较大的红棕色的二氧化氮气体的瓶子上，使两瓶口相对，两瓶口之间用一块玻璃板隔开，抽掉玻璃板后，会看到的现象是： ，这种现象表明： .在实验中，把二氧化氮放在下面而不是把它放在上面，其目的是： .
解析 本题相关的物理知识是扩散现象，抽掉玻璃板后，空气与二氧化氮气体相互接触，彼此进入对方，发生了扩散现象.物质是由分子组成的，扩散现象表明分子在不停地做无规则运动，分子间有间隙.本实验为了说明扩散现象，而扩散现象是自发进行的，而不是在外力作用下进行的，为了避免重力引起的气体运动，实验操作中把密度大的二氧化氮放在下面.
答案 上面的瓶子里也变成红棕色了，下面瓶子的颜色变浅；分子在不停地做无规则运动，分子间存在间隙；为了避免因为重力作用而引起气体流动.
例2 下表是几位科学家研究摩擦起电得出的物体的带电次序，表格中任意两个物体相互摩擦时，次序在前的带正电，次序在后的带负电.
（1）物理学中把与 摩擦过的
带的电荷叫正电荷，把与
摩擦过的 带的电荷叫负电荷.
（2）由表中可知，玻璃棒与石棉摩擦后，玻璃棒带 电.
（3）羊毛对电子的束缚能力要比木棉
（选填“强”或“弱”）.
（4）由表中 （选填“能”或“不能”）判断毛皮和尼龙摩擦后两者的带电情况.
解析 原子核对电子束缚能力强的将得到电子而带负电，原子核对电子束缚能力弱的将失去电子而带正电.
（1）物理学中把与丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫正电荷；把与毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫负电荷；
（2）因为表格中任意两种物质相互摩擦时，次序在前的带正电，次序在后的带负电，所以石棉和玻璃摩擦后，石棉带正电，玻璃带负电.
（3）按照题意，可知所给出的材料中次序越后的其原子核对电子的束缚能力越强.羊毛与木棉摩擦后，羊毛带正电，所以羊毛对电子的束缚能力弱.
（4）由表可知，排在后面的比排在前面的束缚电子本领强.尼龙和毛皮都排在羊毛后面，束缚电子本领都比羊毛强.但从表中不能判断毛皮和尼龙摩擦后的带电情况.
答案 （1）丝绸、玻璃棒、毛皮、橡胶棒；（2）负；（3）弱；（4）不能
典例解析
例1 小明参观科技馆时，静电实验给他留下了深刻的印象，回来后他把实验情境绘成一幅平面示意图如图4所示.图中A为放在绝缘支架上带正电的球体，B为用绝缘丝线悬吊的带正电的小球，先后将小球B悬吊在距A球远近不同的位置P1、P2和P3处.
（1）图中小球B偏离竖直位置是因为
；
（2）小明发现带电小球B距A球越远，偏离竖直方向的角度越小，这说明
与 有关.
解析 （1）小球在重力的作用下应该在竖直方向上静止，向右偏转，说明其受到了向右的力，由于小球与物体A都带正电，所以其向右偏转是由于受到同种电荷相互排斥力造成的.
（2）随着小球距离带电体A的距离在增大，发现小球在竖直方向上偏转的角度在减小，即其受到的作用力在减小，由此可见：电荷间的相互作用力大小与电荷间的距离有关.
答案 （1）受到同种电荷相互排斥力作用；（2）电荷间相互作用力的大小、电荷间的距离.
例2 阅读短文：太阳的一生，然后回答问题.
天文学家认为星际介质在某些条件下会形成恒星，然后进入称为主序星的稳定期.太阳目前正处于主序星演化阶段，它主要由正、负电子和质子、氦的原子核组成.维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，其反应是四个质子聚变为一个氦原子核和两个电子并释放出大量的能量，这些释放出的核能最后转化为辐射能，并同时以每秒4.2×109kg向外抛出大量物质.在演化末期，太阳将离开主序星阶段膨胀而转化为红巨星的演化阶段，最终塌陷为密度很大的白矮星.
（1）地球只接受了太阳辐射能的二十二亿分之一，就使地面温暖、万物生长.地球接受的辐射能来自太阳中的核
反应.
（2）太阳内部进行的核反应是 ，
并释放出能量.
（3）请将太阳演化过程中经历的几个阶段补充完整： 主序星
.
（4）太阳从现在演化到最终，经历的几个阶段相比，其密度的变化情况大致是
.
解析 （1）“维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应”；（2）“其反应是四个质子聚变为一个氦原子核和两个电子并释放出大量的能量”；（3）太阳的形成过程是：开始从“星际介质在某些条件下会形成恒星”，接着“进入称为主序星的稳定期”，再就是“处于主序星演化阶段”，其最后的“塌陷为密度很大的白矮星”，一方面说明太阳最后的归宿是白矮星，另一方面说明其密度变大了.
答案 （1）聚变；（2）四个质子聚变为一个氦原子核和两个电子；（3）星际介质，红巨星，白矮星；（4）先变小后变大.
仿真测试
一、选择题（每题3分，共36分）
1.以下说法中正确的是（ ）.
A.在室内打开酒精瓶盖，过一会，整个室内都有酒精味，这是酒精分子运动引起的
B.固体分子作用力大，故固体分子是静止的
C.用锉刀锉铁件时，得到很多细小的铁粉，每一粒铁粉就是一个铁分子
D.分子间作用力要么只有引力，要么只有斥力
2.人类在探索微小粒子的历程中，首先发现了（ ）.
A.夸克 B.中子 C.电子 D.质子
3.一滴红墨水滴入清水中不搅动，经过一段时间后水变成红色，这表明（ ）.
A.墨水分子和水分子间存在较大的引力
B.墨水分子和水分子间存在较大的斥力
C.墨水分子和水分子都在不停地做无规则运动
D.水在不停地对流
4.用与橡胶棒摩擦过的毛皮靠近与丝绸摩擦过的玻璃棒，则毛皮与玻璃棒（ ）.
A.相互吸引 B.相互排斥
C.无相互作用 D.无法判断
5.电视机的玻璃荧光屏表面上经常吸附很多的灰尘，其主要原因是（ ）.
A.灰尘的自然堆积
B.玻璃有较强的吸附灰尘能力
C.电视机工作时屏表面温度较高而吸附空气中灰尘
D.电视机工作时屏有静电而吸附灰尘
6.人类对原子结构的探究最早是从静电现象开始的.对静电现象的认识，下列说法中正确的是（ ）.
A.自然界只存在正、负两种电荷
B.同种电荷相互吸引，异种电荷相互排斥
C.从静电现象认识到原子核是可分的
D.摩擦起电创造了电荷
7.平常物体不带电的原因是（ ）.
A.物体的原子内没有电荷
B.原子核内所带正电荷与中子带的负电荷数相等
C.原子核内中子不带电造成的
D.原子核所带的正电与核外电子的负电数相等
8.“哥白尼”提出了（ ）.
A.“地心说” B.“日心说”
C.“大爆炸说” D.“星云说”
9.一百多年来，科学家们一直在微观世界领域不懈地探索着.下列微粒按空间尺度从大到小排列的顺序是（ ）.
A.分子 夸克 质子 电子
B.分子 原子核 质子 夸克
C.原子核 电子 质子 分子
D.分子 原子 电子 原子核
10.对物质世界的描述中，不正确的说法是（ ）.
A.地球是由物质组成的
B.物质处于不停的运动中
C.物质是由分子组成的
D.分子是微观世界中的最小微粒
11.关于宇宙大爆炸，下列说法中错误的是（ ）.
A.宇宙诞生于距今约150万年前的一次原始火球大爆炸
B.大爆炸宇宙模型认为，“原始火球”的温度和密度高得无法想象
C.“原始火球”的爆炸导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应下降
D.根据宇宙大爆炸理论可推知，所有星系都在背离我们运动
12.绝缘丝吊着的两个轻质小球，静止后如图所示.关于它们的带电情况，下列说法正确的是（ ）.
A.带同种电荷
B.带异种电荷
C.一个带电，一个不带电
D.两个都不带电
二、填空题（每空2分，共42分）
13.人们凭肉眼无法看到物质内部的微小结构，这给人们探究物质结构带来了困难.科学家采用一种非常有效的方法，就是根据 的现象，提出一种结构模型的 ，再 来证实它，从而搞清物质的结构.
14.物质是由 组成的，它是极小的微粒，其直径数量级一般为 m.
15.两滴水银靠近时，能自动结合成一滴较大的水银，这一事实说明分子之间存在着 ，物体不能无限地被压缩，说明分子间存在 ，一匙糖加入水中，能使整杯水变甜，说明 ，酒精和水混合后，总体积会 ，说明 .
16.“花气袭人知骤暖，鹊声穿树喜新情”，这是南宋诗人陆游《村居书喜》中的两句诗，写春情天暖，鸟语花香的山村美景.对于前一句，从物理学的角度可以理解为花朵分泌出的芳香油 加快，说明当时周边的气温突然 .
17.电子的发现说明 是可分的，原子是由 和 组成的，原子核由 和 组成.
18.宇宙是一个有层次的 结构系统：地球是 系中的普通一员，而太阳又是 系中数以千亿颗恒星中的一颗.
19.宇宙大爆炸理论认为，宇宙一开始是一个“原始火球”，原始的火球发生了爆炸，导致宇宙空间处处膨胀，温度则
（选填“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.
三、解答题（20题4分，21题6分，22题12分）
20.把一块表面很干净的玻璃板水平地挂在弹簧测力计下（图a），手持弹簧测力计上端，将玻璃板放到恰好与水槽内水面相接触（图b），并慢慢向上提起弹簧测力计.试说出这两次弹簧测力计示数有何不同，其原因是什么？
21.“布朗运动”
布朗是英国的一位植物学家.1827年布朗用显微镜观察植物的花粉微粒悬浮在静止水面上的形态时，却惊奇地发现这些花粉小颗粒在不停地做无规则运动.而且每个小颗粒的运动方向和速度大小都改变得很快，不会停下来.这些小颗粒是由成千上万个分子组成的分子团，受到来自各方向的液体分子的无规则撞击作用而不平衡，从而表现出无规则运动.
（1）布朗运动是 运动.
A.分子 B.原子
C.小颗粒 D.大颗粒
（2）布朗运动实质上反映了
分子的运动是 的.
22.最近研究“地外文明”的天文学家和生物学家一起用计算机模拟出了银河系中两个可能孕育着生命的外星天体，它们被命名为“奥雷里亚”和“蓝月亮”，其中“蓝月亮”更引人注目.据推测，“蓝月亮”是一颗本身不发光，却围绕着一颗巨大的行星运转的固体星，距离地球大约50光年，“蓝月亮”上的一天为240小时.“蓝月亮”上光照良好，有液态水存在，大气密度是地球大气密度的4倍，而中心引力又比地球小很多.“蓝月亮”上的O2浓度是地球上的5倍，CO2的浓度是地球上的30倍，动物、植物种类繁多.请根据上述推测，回答下列问题：
（1）“蓝月亮”上的光照最可能来自于离“蓝月亮”最近的 .
（2）“蓝月亮”上的动物大多数善翔，合理的解释是 、 .
（3）“蓝月亮”上的植物要比地球上的植物生长得高大茂盛得多（不考虑砍伐因素），你认为主要的原因是 .（写出一点即可）
（4）你认为“蓝月亮”上的平均气温与地球平均气温相比 （选填“更高”“更低”“差不多”或“难以判断”），你的理由是 .