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10.1 探索微觀
第十章 從粒子到宇宙
知識點
物質(zhì)是由分子和原子構(gòu)成的
知1－講
1
水沖刷時間長了，能使石塊表面變得圓滑 銅像的手被摸多了，會變小變光亮
鐵鏟用久了，
會變薄
石塊、銅像的手、鐵鏟 它們是很微小地一點一點散失的。因此猜想，大塊物體是由極小的物質(zhì)粒子組成的 猜想：大塊物體都是由極小的物質(zhì)微粒構(gòu)成的。
1. 關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的猜想
知1－講
思想方法
歸納法：這些現(xiàn)象共同的特征是這些物質(zhì)可分解成極小的部分，故歸納出物質(zhì)都是由微粒構(gòu)成的，采用的方法是歸納法。
猜想法：由于物質(zhì)微粒非常微小，人們無法用肉眼進行觀察，因而，研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)時，經(jīng)常需要猜想。
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2. 物質(zhì)由分子和原子構(gòu)成
(1)分子：物理學(xué)中，把構(gòu)成物質(zhì)的仍能保持其化學(xué)性質(zhì)不變的最小微粒叫做分子。
(2)物質(zhì)由分子構(gòu)成。
水滴 螞蟻 石塊 金塊
我們常見的物體，例如固體、液體或氣體，無論大小、輕重有何不同，也無論是否有生命，都是由分子構(gòu)成的
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釋疑解難
化學(xué)性質(zhì)
物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)變化時所表現(xiàn)出來的性質(zhì)叫做化學(xué)性質(zhì)。
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(3)分子由原子構(gòu)成。大多數(shù)分子是由多個原子構(gòu)成的，叫做多原子分子。例如，如圖1 所示的水分子是由一個氧原子和兩個氫原子構(gòu)成的，二氧化碳分子是由一個碳原子和兩個氧原子構(gòu)成的。有些分子則是由單個原子構(gòu)成的，叫做單原子分子。鐵、
銅、金、鉑等大多數(shù)金屬
的分子也就是原子。
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關(guān)聯(lián)思考 如何理解什么是分子？
關(guān)聯(lián)結(jié)果
(1)分子是構(gòu)成物質(zhì)的微粒( 并不是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒)。
(2)分子能保持物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。
(3)分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不變的最小微粒，它并不是指體積、空間、數(shù)目等方面的“最小”。
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3. 分子的大小
(1)大多數(shù)分子直徑為10 -10 m(0.1 nm) 左右。
解釋說明：除一些有機物質(zhì)的大分子外，一般分子的直徑數(shù)量級為10 -10 m，以后無特別說明，我們就以
10-10 m 作為分子直徑的數(shù)量級。
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(2)如何理解分子很小？
通常1 cm3 的空氣中，約有2.7×1019 個分子， 若在一個容積為1 cm3 的小盒子上開一個小孔，每秒讓1 億個空氣分子跑出來，則要經(jīng)過約9 000 年，小盒子中的分子才能全部跑出來 一滴水里含有約15 萬億億個水分子。若10 億人來數(shù)一滴水里面的水分子， 若每人每分鐘數(shù)100 個，則需要數(shù)約30 000 年 分子很小，人們把它視為“ 小球模型”，2 500 萬個水分子一個挨一個地排成一行，長約1 cm
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下列說法中正確的是( )
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小水珠就是一個個水分子
C. 由于分子非常小，人們無法直接用肉眼進行觀察
D. 將一鐵塊銼成極細的鐵粉就是鐵分子
例 1
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解題秘方：物質(zhì)是由分子和原子構(gòu)成的。分子十分微小，它的直徑的數(shù)量級一般為10 -10 m, 是肉眼看不見的。
解析：分子是肉眼看不見的，灰塵、小水珠和鐵粉都是能夠用肉眼看到的物體，不是分子，因此A、B、D 選項說法不正確，C 選項說法正確。
答案：C
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特別提醒：本題考查對分子的了解，抓住“分子是肉眼看不見的”這個特點是解題的關(guān)鍵。
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1. 關(guān)于物質(zhì)的構(gòu)成，下列說法正確的是( )
A. 分子的直徑很小，一般為10-10 cm
B. 可以借助光學(xué)顯微鏡觀察到分子
C. 分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不變的最小微粒
D. 無生命的物體是由分子構(gòu)成的， 而有生命的物體不是由分子構(gòu)成的
C
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知識點
把原子“切開”
2
1. 電子的發(fā)現(xiàn)
實驗操作 19 世紀末，科學(xué)家用真空管進行放電實驗，發(fā)現(xiàn)真空管的陰極能發(fā)出一種射線。陰極射線經(jīng)過磁場附近會發(fā)生偏轉(zhuǎn)
實驗 發(fā)現(xiàn) 英國物理學(xué)家湯姆孫確定了陰極射線是由一種帶負電的微粒構(gòu)成的，這種微粒被命名為“電子”
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分析 電子是原子的組成部分。由于電子是帶負電的，而整個原子
結(jié)論 原子內(nèi)部有電子，原子也是可分的
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電子是比分子、原子更小的物質(zhì)粒子。它的質(zhì)量約為9 .11×10-3 1 kg, 約等于氫原子質(zhì)量的，半徑小于10 -16 m，一個電子所帶的電荷量很少，6.25×1018 個電子所帶的電荷量才是1 C ( 庫)。
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2.α 粒子散射實驗
實驗操作 盧瑟福用α 粒子轟擊金箔
實驗現(xiàn)象 (1)絕大多數(shù)α 粒子穿過金箔后運動方向沒有改變
(2)少數(shù)α 粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn)
(3)極少數(shù)α 粒子的偏轉(zhuǎn)角度較大，有的甚至幾乎原路返回
結(jié)論 原子內(nèi)部很大部分是空的，原子中間有一個帶正電的核，它只占有極小的體積，卻集中了原子的幾乎全部質(zhì)量，電子在核外較大空間繞核高速旋轉(zhuǎn)
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3. 原子結(jié)構(gòu)的兩種模型
湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型 盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型
模 型 圖
知2－講
續(xù)表
湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型 盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型
結(jié)論 在湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型中，原子像一個實心球體；正電荷均勻分布在整個球內(nèi)，而電子猶如糕中的棗子， 鑲嵌在原子中 在原子的中心有一個極小的核，叫做原子核。原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里。
評價 α粒子散射實驗否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型
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4. 原子核是否可以再分
(1)具有單位正電荷量的氫原子核叫做質(zhì)子。實驗表明，質(zhì)子是原子核的構(gòu)成部分。
1932 年，英國物理學(xué)家查德威克從實驗中發(fā)現(xiàn)，原子核中還有一種不帶電的粒子，它的質(zhì)量跟質(zhì)子差不多，這種粒子叫做中子。
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質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子。原子核中的質(zhì)子和中子的數(shù)目稱作核子數(shù)。各種元素的原子核中的質(zhì)子數(shù)和核子數(shù)一般是不同的。
(2)到目前為止，科學(xué)界已普遍確認質(zhì)子、中子也有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它們是由一種叫做夸克的更小微粒構(gòu)成的。
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5. 歸納總結(jié) 人類認識到的微觀世界的尺度大致如圖2所示。
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思想方法
推理法
原子世界用肉眼是無法直接觀察的，在研究原子構(gòu)成時一般從實驗現(xiàn)象探索產(chǎn)生的原因，從宏觀推斷微觀。
(1)科學(xué)家通過實驗得知真空管的陰極能發(fā)出電子，從而推測出原子內(nèi)部有電子，原子也是可分的。
(2)從α 粒子散射實驗結(jié)果中可知，絕大多數(shù)α 粒子穿過金箔后運動方向沒有改變，推測出原子內(nèi)部很大部分是空的；少數(shù)α 粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn)和極少數(shù)α 粒子的偏轉(zhuǎn)角度較大，推測原子中間有一個帶正電的核，它只占極小的體積。
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思想方法
模型法
在描述原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，根據(jù)實驗結(jié)果，畫出了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，建立了湯姆孫的原子“棗糕模型”和盧瑟福的原子“核式結(jié)構(gòu)模型”。 其實，真實的原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不能用肉眼或顯微鏡看到，我們畫出的只是模型。
盧瑟福的“核式結(jié)構(gòu)模型”否定了湯姆孫的“棗糕模型”，但它也并不是完美的。以后的實驗進一步表明，原子中的電子并不像行星環(huán)繞太陽運轉(zhuǎn)時那樣有固定的軌道，而是以電子云的形式分布在原子核的外圍。
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[模擬·濟南] 1909 年，物理學(xué)家盧瑟福進行“用一束高速α 粒子(質(zhì)量接近氦原子質(zhì)量的帶正電的粒子)轟擊非常薄的金箔”的實驗，如圖3 所示。大量實驗發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)α粒子的運動方向不發(fā)生改變，
極少數(shù)α 粒子的運動方向發(fā)生
了較大的改變，個別α 粒子甚
至原路返回。在此實驗基礎(chǔ)上，
盧瑟福于1911 年提出原子核式結(jié)構(gòu)模型。
例 2
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原子的中心叫原子核，帶正電，帶負電的電子在不同的軌道上繞著原子核運動，就像地球繞著太陽運動一樣。原子核在原子中所占的( )
A. 質(zhì)量極小，體積極大 B. 質(zhì)量極小，體積極小
C. 質(zhì)量極大，體積極大 D. 質(zhì)量極大，體積極
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解題秘方：物質(zhì)是由分子和原子構(gòu)成的；原子是由原子核和核外電子構(gòu)成的；原子核的質(zhì)量較大，利用推理法，結(jié)合實驗現(xiàn)象判斷原子核所占原子的體積大小。
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解析：α 粒子散射實驗中絕大多數(shù)α 粒子的運動方向不發(fā)生改變，推測出原子內(nèi)部很大部分是空的，極少數(shù)α 粒子運動方向改變或原路返回，推測原子核只占極小體積。所以原子核在原子中所占的質(zhì)量極大，體積極小，故D 正確，A、B、C 錯誤。
答案：D
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2. [模擬·湖南]20 世紀初，科學(xué)家在探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的歷程中取得了突破性進展。最終盧瑟福通過α 粒子散射實驗驗證了以下原子結(jié)構(gòu)模型中的( )
C
探索微觀
探索微觀
物質(zhì)由分子和原子構(gòu)成
原子
原子核
電子
質(zhì)子
中子
夸克
原子結(jié)構(gòu)模型
棗糕模型
核式結(jié)構(gòu)模型

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