第十一單元原子和宇宙

1、第十一單元原子和宇宙本單元的知識由微觀和宇觀兩個世界的物質(zhì)特性和規(guī)律組成，微觀部分由原子的核式結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的放射性： 原子核的組成以及核能及其利用組成，宇觀部分由萬有引力定律、宇宙的結(jié)構(gòu)及天體的演化組成。本單元中， 原子的核式結(jié)構(gòu)及原子核的組成是微觀部分的核心概念，萬有引力定律為核心規(guī)律。 人們對微觀和宇觀世界的物質(zhì)特性和規(guī)律的認(rèn)知過程、方法是學(xué)習(xí)本單元知識的主線，微觀世界和宇觀世界的物理知識極大地拓展了人們的視野，增強(qiáng)了人類認(rèn)識和利用自然的能力。因此，學(xué)習(xí)本單元的知識有助于建立科學(xué)的物質(zhì)觀、宇宙觀。原子的核式結(jié)構(gòu)是在對盧瑟福的 粒子散射實(shí)驗理解的基礎(chǔ)上建立的。在了解科學(xué)家當(dāng)年的研究工作的過程中

2、逐步了解物質(zhì)的放射性及原子核的組成，并利用電場的知識理解三種射線的性質(zhì)。 如何得到大量的核能、如何和平利用核能是學(xué)習(xí)重核裂變、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及核電站有關(guān)知識的指導(dǎo)思想。在學(xué)習(xí)萬有引力定律及其發(fā)現(xiàn)的過程中，通過卡文迪什實(shí)驗感受微小量放大的科學(xué)思想，感悟萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)對人類文明史的重大推動作用。對宇宙的基本結(jié)構(gòu)的認(rèn)識是在學(xué)習(xí)一些現(xiàn)象的過程中由近及遠(yuǎn)展開的。在本單元的學(xué)習(xí)中要注意感受人類認(rèn)識自然規(guī)律的科學(xué)方法， 感悟科學(xué)家的科學(xué)精神、人文精神和治學(xué)態(tài)度，激發(fā)勇于進(jìn)行科學(xué)探究的情感和毅力，增強(qiáng)科學(xué)的物質(zhì)觀和宇宙觀。學(xué)習(xí)要求內(nèi)容1原子的核式結(jié)構(gòu)。2物質(zhì)的放射性。3原子核的組成。4重核裂變。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。5核能

3、的應(yīng)用，核電站。6我國核工業(yè)的發(fā)展。7萬有引力定律。8宇宙的基本結(jié)構(gòu)。9天體的演化。要求1知道原子的核式結(jié)構(gòu) 知道盧瑟福的 粒子散射實(shí)驗的裝置及現(xiàn)象，能說出各部分的名稱及作用； 知道原子核的核式結(jié)構(gòu)， 感受提出假設(shè)、 建立物理模型、實(shí)驗驗證等物理學(xué)的研究方法，明白科學(xué)家對于不能直接感知的事物的認(rèn)識方法。從湯姆孫的“葡萄干蛋糕”模型到盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型， 明白人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識是個不斷深化的過程，真理、研究科學(xué)的艱辛。感悟探索2知道物質(zhì)的放射性知道物質(zhì)的放射性和天然放射現(xiàn)象，知道放射線來自于原子核。知道 、射線的本質(zhì)和電離本領(lǐng)、穿透性以及速度等基本特性，能根據(jù)射線在電場中的運(yùn)動軌跡確定三種射

4、線的名稱；知道射線的基本應(yīng)用和防護(hù)方法。通過對放射線探測方法的學(xué)習(xí)， 認(rèn)識物理實(shí)驗的間接測量方法。通過學(xué)習(xí)科學(xué)家們關(guān)于放射現(xiàn)象的工作及貢獻(xiàn)，感悟歷史的偶然與必然，感悟科學(xué)家的科學(xué)精神、人文精神及科學(xué)態(tài)度。3知道原子核的組成知道原子核是由核子（質(zhì)子和中子）組成的；知道原子核的常用符號 AZX 的意義，能書寫常用粒子及原子核的符號。認(rèn)識科學(xué)家利用原子核的人工轉(zhuǎn)變對原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的方法。通過對中子發(fā)現(xiàn)過程的了解，感受分析推理、理論預(yù)見、實(shí)驗驗證的探究物質(zhì)世界的研究方法，培養(yǎng)勇于進(jìn)行探究的情感和毅力。4知道重核的裂變，知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)知道原子核變化時會放出核能，知道重核裂變是獲取核能的有效途徑之一

5、；知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件。在利用骨牌模擬鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的活動中感受類比的學(xué)習(xí)方法。5知道核能的應(yīng)用，知道核電站 知道反應(yīng)堆、核電站的基本構(gòu)成和基本原理；知道核能在能源、軍事、 生命科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。 知道核能的開發(fā)與利用是一把雙刃劍，感悟核問題對建立一個和平、和諧世界的重要意義。6知道我國核工業(yè)的發(fā)展知道我國核工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景，利用閱讀課本、網(wǎng)絡(luò)查詢、收集資料等課題研究手段了解我國核物理研究和核工業(yè)取得的成就以及有關(guān)政策，感悟鄧稼先等科學(xué)家樂于奉獻(xiàn)、報效祖國的精神，樹立獻(xiàn)身科學(xué)的遠(yuǎn)大理想。7理解萬有引力定律 知道行星運(yùn)動的基本特點(diǎn)，知道萬有引力是存在于一切物體之間的一種基本相互作用

6、力， 理解萬有引力定律， 感悟萬有引力定律對天體運(yùn)動研究的重要影響。知道萬有引力恒量的測量，感受測量中微小量放大的科學(xué)方法。8知道宇宙的基本結(jié)構(gòu)知道目前人們觀察到的宇宙圖景，能簡要描述太陽系、銀河系、宇宙的大致圖景，認(rèn)識閱讀資料、網(wǎng)絡(luò)查詢、觀看視頻、相互交流等多種開展學(xué)習(xí)的方法，關(guān)注宇宙學(xué)研究的進(jìn)展，感受宇宙學(xué)的一些研究方法，感悟探知宇宙結(jié)構(gòu)的曲折、 艱辛和執(zhí)著。9知道天體的演化知道天體演化的主要階段。通過對恒星演化的學(xué)習(xí)，感悟天體演化的漫長歷程，建立正確的物質(zhì)觀和宇宙觀。【說明】 在學(xué)習(xí)萬有引力定律時， 只要求理解定律的內(nèi)容及發(fā)現(xiàn)過程， 不要求進(jìn)行有關(guān)天體運(yùn)動的計算。學(xué)習(xí)指引知識梳理實(shí)驗指要

7、本單元沒有學(xué)生實(shí)驗，但著名的 粒子散射實(shí)驗非常重要，要了解該實(shí)驗的裝置，理解盧瑟福對實(shí)驗現(xiàn)象的分析并由此得出的原子的核式結(jié)構(gòu)模型。1主要器材：粒子源、金箔、光屏、顯微鏡。2注意事項：（ 1）當(dāng)有 粒子打到光屏上時，通過顯微鏡可在光屏上觀察到一個亮點(diǎn)。顯微鏡和光屏可一起在圓軌道上移動。（ 2）絕大多數(shù)粒子穿過金箔，方向偏轉(zhuǎn)不大；有少數(shù)粒子產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)，個別粒子偏轉(zhuǎn)超過 90°。（ 3）盧瑟福正是依據(jù)實(shí)驗中 粒子發(fā)生了大角度散射的現(xiàn)象，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。應(yīng)用示例【例題 1】關(guān)于 粒子散射實(shí)驗結(jié)果，下列說法中正確的是（）（A） 粒子的偏轉(zhuǎn)原因一是由于受到原子核內(nèi)正電荷的排斥，二是

8、與原子中的電子發(fā)生碰撞。（B）粒子散射實(shí)驗說明了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在一個很小的核上。（C）粒子散射實(shí)驗證明了質(zhì)子的存在。（D） 粒子散射實(shí)驗證明了原子核是由質(zhì)f 和中子組成的【分析】本題考查粒子散射實(shí)驗的原理和結(jié)論，要求知道粒子偏轉(zhuǎn)的原因和由實(shí)驗現(xiàn)象能得到的結(jié)論。粒子的質(zhì)量約為電子質(zhì)量的7300 倍，如果粒子在運(yùn)動中碰上電子，就好像一顆子彈碰上一?；覊m一樣，它的運(yùn)動狀態(tài)根本不會發(fā)生變化，所以 粒子偏轉(zhuǎn)的原因是由于受到原子核內(nèi)正電荷的排斥。粒子散射實(shí)驗的現(xiàn)象是絕大多數(shù)粒子穿過金箔，方向偏轉(zhuǎn)不大；有少數(shù)粒子產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子超過90°，個別粒子甚至被彈回，由此

9、分析出絕大多數(shù) 粒子碰不到正電荷，只有個別粒子能碰到正電荷，所以得出原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在一個很小的核上的結(jié)論。粒子散射實(shí)驗只能得出原子的核式結(jié)構(gòu)，至于原子核內(nèi)的組成部分，從這個實(shí)驗的現(xiàn)象是無法獲知的?！窘獯稹?B?！纠} 2】如圖所示為核電站發(fā)電流程示意圖。根據(jù)圖中標(biāo)出的文字說明可以確定在核能轉(zhuǎn)化為電能輸出的過程中還出現(xiàn)了_和 _兩種形式的能?！痉治觥窟@一題考查的知識點(diǎn)是核電站，要求知道在核電站的發(fā)電過程中能量的轉(zhuǎn)化情況。在核電站系統(tǒng)中有兩個循環(huán)系統(tǒng)，虛線左側(cè)為第一循環(huán)系統(tǒng)，右側(cè)為第二循環(huán)系統(tǒng)。核能來源于圖中左側(cè)的反應(yīng)堆，核反應(yīng)產(chǎn)生的大量的熱通過第一循環(huán)系統(tǒng)帶至蒸汽發(fā)生器，

10、這一過程核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生大量的高溫蒸汽，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功， 使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，內(nèi)能先轉(zhuǎn)化為機(jī)械能最后轉(zhuǎn)化為電能。第二循環(huán)中的蒸汽從汽輪機(jī)中排出后進(jìn)入冷凝器充分冷卻變成水，再一次進(jìn)入蒸汽發(fā)生器吸收熱量，如此循環(huán)往復(fù)，完成發(fā)電過程?！窘獯稹績?nèi)能，機(jī)械能【例題 3】潮汐現(xiàn)象主要是由于月球?qū)Φ厍虻娜f有引力影響產(chǎn)生的。 如圖所示為地球和月球的相對位置圖，則下列說法中正確的是（）（A）P 點(diǎn)離月球較近，形成高潮。BM（C）Q 點(diǎn)離月球較遠(yuǎn)，形成低潮。（D） N 點(diǎn)是高潮?！痉治觥勘绢}考查月球的存在對地球的影響，要求知道潮汐產(chǎn)生的原因。近，在這一點(diǎn)上月球?qū)Φ乇硭囊σ笥谒?/p>

11、對地球其他部位的引力，P 點(diǎn)離月球最于是水流向P 點(diǎn)，形成高潮； Q 點(diǎn)離月球最遠(yuǎn)，加上地球本身的運(yùn)動，水被拋在其后，這些被拋在身后的水形成另一個高潮 M 點(diǎn)和 N 點(diǎn)為兩個低潮點(diǎn)。【解答】 A。學(xué)習(xí)訓(xùn)練第一部分一、填空題1復(fù)習(xí)本單元內(nèi)容，完成圖中的填空：a_， b_， c_， d_， e_，f_， g_， h_， I_。“帶電情況”后面的橫線上請選填“正”、“負(fù)”或“不帶電” ，科學(xué)家后面的橫線上請?zhí)顚懯紫劝l(fā)現(xiàn)該粒子的科學(xué)家的名字。2天然放射性元素放出的 、 、 三種射線的貫穿本領(lǐng)各不相同，圖為這三種射線貫穿物體情況的示意圖，、各代表一種射線，則為 _射線，它的貫穿本領(lǐng)很弱；為_射線，它的貫

12、穿本領(lǐng)很強(qiáng)。3原子核是由 _和_組成的，它們統(tǒng)稱為_，在原子核內(nèi)把它們緊緊拉在一起的力叫做 _。4已知鐳的原子序數(shù)是88，原子質(zhì)量數(shù)是226，則鐳核中有 _個質(zhì)子， 有_個中子，鐳核所帶的電荷量為_C。5_受到其他粒子 （如中子） 轟擊時變成兩塊質(zhì)量較輕的核，同時還可能放出_，這就是 _。6鈾核受到 _轟擊而發(fā)生裂變時，能放出 23 個中子，這 2 3 個中子又引起其余鈾核的裂變，這樣裂變就會不斷地持續(xù)下去，釋放出越來越多的能量，這種反應(yīng)叫做_。7首先發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的科學(xué)家是_ ，在他發(fā)現(xiàn)該規(guī)律一百多年后，由英國物理學(xué)家 _利用扭秤實(shí)驗驗證了萬有引力定律，并測出了萬有引力常量。二、單選題8P

13、 為放在某電場中的天然放射源，該電場的電場線分布如圖所示，其放出的射線在電場的作用下分成a、 b、 c三束。下列判斷中正確的是（）（A）a 為 射線， b 為 射線（B） a 為 射線， b 為 射線（C） b 為 射線， c 為 射線（D） b 為 射線， c 為 射線9下列論述中正確的是（）（A）盧瑟福的粒子散射實(shí)驗說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)（B）湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)（C）天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)（D）天然放射現(xiàn)象揭示了原子核由質(zhì)子和中子組成10關(guān)于宇宙，下列說法中正確的是（A）地球是宇宙中唯一有衛(wèi)星的行星（B）太陽是銀河系中唯一發(fā)光的恒星（C）太陽系是銀河系的

14、一個組成部分（D）所謂恒星就是永恒不變的星球）11關(guān)于我國已建成的秦山和大亞灣核電站，下列說法中正確的是（A）它們都是利用核裂變釋放的核能（B）它們都是利用核聚變釋放的核能（C）一座是利用核裂變釋放的核能，一座是利用核聚變釋放的核能（D）以上說法都不對）三、實(shí)驗題12 1909 年，為了驗證湯姆孫提出的原子結(jié)構(gòu)，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的同事們用高速運(yùn)動的粒子去轟擊金箔來探測原子的構(gòu)造情況。如圖所示實(shí)驗裝置示意圖，其中A 為_，B 為_，C為 _，D 為 _。四、計算題13假設(shè)每個鈾核裂變時平均釋放能量200 MeV 。則每 1 kg 鈾（ 23892U）核裂變釋放的能量相當(dāng)于多少 kg 的煤完

15、全燃燒釋放的能量？（已知煤的燃燒值是3.4×107J/kg）14 A、 B 兩個行星的質(zhì)量之比為mA mB5 4，星球半徑之比RARB3 2。如果一個物體放在 A 星球的表面受到的重力大小為50 N，試問：（ 1）該物體放在 B 星球表面受到的重力大小為多少？（ 2） A、 B 兩星球表面重力加速度之比為多少？第二部分一、填空題15一置于鉛盒中的放射源發(fā)射的、和 射線由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔后，鋁箔后的空間有一勻強(qiáng)電場 .進(jìn)入電場后，射線變?yōu)閍、 b 兩束，射線 a 沿原來方向行進(jìn)，射線b 發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，如圖所示，則圖中的射線a 為 _射線，射線 b為_ 射線。16 1911

16、 年盧瑟福依據(jù) 粒子散射實(shí)驗中粒子發(fā)生了 _（選填“大”或“小” ）角度散射現(xiàn)象，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。若用動能為1 MeV 的 粒子轟擊金箔，其速度約為 _m/s 。（質(zhì)子和中子的質(zhì)量均為1.67× 10-27kg， 1 MeV 106eV）17恒星的演化過程可用下列方框圖表示出來。在空框內(nèi)填入適當(dāng)?shù)拿~：18科學(xué)家正在設(shè)法探尋“反物質(zhì)”，所謂的“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電量，但電荷的符號相反.據(jù)此，若有反 粒子，它的質(zhì)量數(shù)為 _，電荷數(shù)為 _。二、單選題19盧瑟福預(yù)言原子核內(nèi)除質(zhì)子外還有中子的事實(shí)依據(jù)是（A）電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等（B）原子核的質(zhì)量大于核內(nèi)質(zhì)子質(zhì)量（C）原子核的核電荷數(shù)只是質(zhì)子數(shù)的一半或少一些（D）質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎相等）20關(guān)于太陽系，下列說法中正確的是（A）太陽是一顆能發(fā)光、發(fā)熱的液態(tài)星球（B）太陽處在銀河系的中心位置）（C）太陽系的八大行星幾乎在同一平面