第11章　小粒子与大宇宙

11.1-11.3

第一节  走进微观

1.自然尺度

目前人类可以观测到宇宙尺度为1026m。微观领域可以观察10-15m。

2.物质的组成

分子是保持物体化学性质不变的最小微粒。大多数分子的尺度在10-10m。物体是由分子或原子构成。

3.微观粒子

微观的探索历程：19世纪初道尔顿发现了原子。1897年汤姆逊发现了电子。1911年卢瑟福发现了原子核式结构模型。20世纪60年代发现了最小的粒子，夸克。

原子核式结构模型

原子核与核外电子

第二节 看不见的运动

1.分子间有间隙

2.分子在做永不停息的无规则运动，扩散现象

3.分子间存在引力和斥力

第三节  探索宇宙

1.探索历程

托勒密地心说到哥白尼的日心说

开普勒三大定律

牛顿三定律

阿波罗11号首次登月

引力波探测成功

嫦娥四号月球登陆

2.浩瀚星空

太阳系及八大行星

银河系及河外星系

【例1】（2020·泉州） 在人类对世界的探索和认识中，伽利略利用自制的望远镜进行了大量天文观测，支持了哥白尼的（ ）

A. 日心说 B. 地心说  C. 星云说  D. 大爆炸说

【答案】A

【解析】

经典力学和实验物理学的先驱伽利略率先用望远镜观察天空，由此得到的关于天体运行的结果支持了哥白尼的日心说。

1.走进微观

【例1】（2019·常州） 在探索比原子更小的微观粒子的历程中，人们首先发现了电子．最早发现电子的科学家是（        ）

A . 卢瑟福B . 汤姆生C . 托勒玫D . 哥白尼

【答案】B

【解析】

1897年，英国物理学家汤姆生首先发现了电子，人类开始揭开原子内部结构的秘密．

2.分子运动

【例2】（2019·连云港） 关于粒子和宇宙的相关知识，下列说法正确的是（　　）

A . 电子的发现说明原子并不是最小的微粒，还可以再分

B . 分子间只存在引力不存在斥力

C . 气体中的分子是运动的，固体中的分子是不运动的

D . 银河系、地球、质子、原子核、分子是按照尺度由大到小的顺序排列的

【答案】A

【解析】

（1）原子是由位于中心的原子核和核外电子组成的，原子核带正电，核外电子带负电；原子核又是由质子和中子组成，其中质子带正电，中子不带电；

（2）（3）物质是由大量分子组成的；分子在永不停息地做无规则运动；分子间存在相互作用的引力和斥力；

（4）宇宙由物质组成的，宇宙中拥有数十亿个星系，银河系只是其中之一，银河系很大，太阳系只是其中之一，地球是太阳系中一员；物体是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是由位于中心的原子核和核外电子构成的，原子核包括质子和中子两部分。

A、物质由分子组成，分子由原子组成，而原子又包括原子核和核外电子两部分；电子的发现说明原子是可再分的，故A正确；

B、分子间同时存在相互作用的引力和斥力，故B错误；

C、分子不停地做无规则运动，气体中的分子是运动的，固体中的分子也是运动的，故C错误；

D、质子和中子构成原子核，电子和原子核构成原子，原子构成分子，分子构成物质，地球又是太阳系中的一颗行星，太阳系只是银河系中之一，所以它们从大到小的顺序为：银河系、地球、分子、原子核、质子，故D错误。

3.探索宇宙

【例3】3.（2020·西安）下列物体尺度最大的是（　　）

A . 太阳系        B . 银河系       C . 木星          D . 地球

【答案】B

【解析】

银河系、太阳系属于宏观世界，银河系包含太阳系，地球是太阳系的组成部分，地球上生存着各种各样的生物体。宏观的银河系大于宏观的太阳系，木星、地球是太阳的卫星，木星、地球是太阳系里的一个组成部分，木星大于地球；故尺度最大的是银河系。

【热点题型1】小粒子与大宇宙

【例1】（2019·连云港）关于粒子和宇宙的相关知识，下列说法正确的是（ ）

A. 电子的发现说明原子并不是最小的微粒，还可以再分

B. 分子间只存在引力不存在斥力

C. 气体中的分子是运动的，固体中的分子是不运动的

D. 银河系、地球、质子、原子核、分子是按照尺度由大到小的顺序排列的

【答案】A

【解析】

A、物质由分子组成，分子由原子组成，而原子又包括原子核和核外电子两部分；电子的发现说明原子是可再分的，故A正确；

B、分子间同时存在相互作用的引力和斥力，故B错误；

C、分子不停地做无规则运动，气体中的分子是运动的，固体中的分子也是运动的，故C错误；

D、质子和中子构成原子核，电子和原子核构成原子，原子构成分子，分子构成物质，地球又是太阳系中的一颗行星，太阳系只是银河系中之一，所以它们从大到小的顺序为：银河系、地球、分子、原子核、质子，故D错误。

1.（2018·济南）在α粒子散射实验的基础上，提出了原子核式结构模型的科学家是（ ）

A. 阿伏加德罗 B. 道尔顿  C. 汤姆孙  D. 卢瑟福

【答案】D

【解析】

1909年，卢瑟福进行了α粒子散射实验后提出：原子中央是一个很小的核，叫原子核，原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部的质量；带负电的电子在原子核外绕核高速运动。根据物理学史可知，原子的核式模型首先是由卢瑟福提出的，原子由原子核和核外电子组成。

2.（2020·新乡）物质世界多姿多彩，从浩瀚宇宙到微观世界，它们都体现了物质的不停运动和变化．下列说法正确的是（        ）

A. 炒菜时油烟上升能说明分子在做无规则运动

B. 分子是由原子组成，原子核中有质子和电子

C. 用毛皮摩擦过的橡胶棒可以吸引泡沫小球，是因为泡沫小球带正电

D. 宇宙是一个有层次的天体结构系统，它是有起源的、膨胀的和演化的

【答案】D

【解析】

A．油烟上升，那是物质的机械运动，不是分子在运动，分子运动是肉眼看不见的，故A错误；

B．原子核中有质子和中子，故B错误；

C．用毛皮摩擦过的橡胶棒可以吸引泡沫小球，是因为带电体可以吸引轻小物体，故C错误；

D．宇宙是由物质组成的，宇宙中有很多的星系，星系中又有很多星体，宇宙是一个有层次的天体结构系，并且处于不断的演化过程中，故D正确． 

3.（2020·宁德）下列说法中正确的是（ ）

A. 海绵容易被压缩，说明分子间有空隙

B. 扫地时灰尘飞舞，说明分子在做无规则运动

C. 地球绕太阳运动，说明太阳是宇宙的中心

D. 在探索比分子更小的微观粒子历程中，人们首先发现了电子

【答案】D

【解析】

解：A．油烟上升，那是物质的机械运动，不是分子在运动，分子运动是肉眼看不见的，故A错误；

B．原子核中有质子和中子，故B错误；

C．用毛皮摩擦过的橡胶棒可以吸引泡沫小球，是因为带电体可以吸引轻小物体，故C错误；

D．宇宙是由物质组成的，宇宙中有很多的星系，星系中又有很多星体，宇宙是一个有层次的天体结构系，并且处于不断的演化过程中，故D正确． 

4.（2020·鹤壁）小明在学习“粒子和宇宙”的知识后，有了下列认识，其中正确的是（        ）

A  . 马路上的尘土飞扬，说明分子在不停地运动 

B  . 原子的核式结构模型与太阳系结构很相似
C. 人类登月成功标志着完成了对宇宙的探索 

D. 人类能对微观世界探索的最小尺度是纳米
【答案】B

【解析】暂无 

5.（2020·金昌）下列关于认识物质世界的叙述中错误的是（ ）

A. 卢瑟福通过粒子散射实验发现了原子核

B. 电子的发现使人们认识到原子不是构成物质的最小单元

C. 最早确立物质原子论的学者是阿伏伽德罗

D. 哥白尼把人们从“地球是宇宙中心”的错误认识中解脱出来

【答案】C

【解析】

A、1911年英国科学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，发现了原子是由原子核和核外电子构成的。故A正确；

B、1897年，英国科学家汤姆生发现原子中存在电子。电子的发现使人们认识到原子不是构成物质的最小单元。故B正确；

C、1808年，英国科学家道尔顿提出了原子论，他认为物质都是由原子直接构成的；原子是一个实心球体，不可再分割。故C错误；

D、近代波兰科学家哥白尼提出以太阳为中心的宇宙模型，简称“日心说”。把人们从“地球是宇宙中心”的错误认识中解脱出来。故D正确。

6.（2019·景德镇）物理学研究的范围很大，研究对象从微观粒子到整个宇宙，既包括生活中的各种现象，也有我们不能直接感知的事物。下列说法正确的是（ ）

A. 英国物理学家汤姆生利用阴极射线管的实验发现质子

B. 古希腊学者德谟克利特提出地心说

C. 物体内分子同时存在的引力和斥力均随间距的减小而增大

D. 用注射器封闭一部分气体，推活塞压缩气体时感到存在阻力说明气体分子间存在斥力

【答案】C

【解析】

A、1897年，英国物理学家汤姆发现阴极射线是由速度很高的带负电的粒子组成的，这种粒子就是电子，它的发现表明原子是可分的。故A错误；

B、德谟克利特提出了古典原子论，地心说最初由米利都学派形成初步理念，后由古希腊学者欧多克斯，然后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。故B错误；

C、分子间的引力和斥力是同时存在的，引力和斥力都随距离的减小而增大。故C正确；

D、用注射器封闭一部分气体，推活塞压缩气体时感到存在阻力，是压缩气体，气体压强增大，与分子间作用力无关。故D错误。

7.（2019·西安）为了揭示大自然的奥秘，无数科学家进行了不懈的探索。下列说法错误的是（ ）

A. 汤姆发现了电子，从而揭晓了原子是可以再分的

B. 卢瑟福建立了原子结构的核式模型

C. 组成大自然的大体和微观粒子都在不停地运动，其中太阳是宇宙的中心

D. 近代科学家提出质子和中子都是由被称为夸克的更小粒子组成的

【答案】C

【解析】

A、汤姆逊发现了电子，从而揭示了原子是可以再分的，故A正确；

B、卢瑟福建立了原子结构的行星模型，即原子的核式结构，故B正确；

C、宇宙个有层次的结构，并没有真正的中心，但是组成大自然的天体和微粒都在不停地运动，故C错误；

D、近代科学家提出质子和中子都是由被称为夸克的更小粒子组成的，故D正确。

8.（2019·厦门）面对宇宙万物，人类一直在探索，如图是今年问世的第一张黑洞照片，下列关于小粒子与大宇宙的说法正确的是（ ）
 

A. 黑洞的特点是质量很大而体枳很小         B. 地球尺度大于银河系
C. 分子是不可再分的粒子         D. 固体分子间没有空隙
【答案】A

【解析】

A、黑洞是一类密度极大的天体，也就是黑洞的质量极大而体积非常小，故A正确；

B、地球是太阳系中一颗普通的行星，在尺度上比银河系小得多，故B错误；

C、分子是由原子组成的，说明分子是可以再分的，故C错误；

D、固体分子间距小，但是有空隙，任何分子间都是有空隙的，故D错误。

9.（2019·南通）下列说法正确的是（ ）

A. 宇宙大爆炸理论认为宇宙诞生于大爆炸，爆炸引起宇宙膨胀

B. “破镜难重圆”是因为固体分子间只存在着排斥力

C. 宇宙是一个有层次的天体结构系统，太阳是字宙的中心

D. 原子核内质子所带的正电荷数与中子所带的负电荷数相等，所以平常物体不带电

【答案】A

【解析】

A、宇宙大爆炸理论认为宇宙诞生于大爆炸，并且爆炸引起了宇宙膨胀，而这种膨胀还在继续，故A正确；

B、分子间作用力的大小与分子间的距离有关，破镜接触处绝大多数分子间的距离较大，此时分子间的作用力就非常小了，所以破镜难重圆，故B错误；

C、宇宙是一个有层次的天体结构系统，不存在所谓的中心，故C错误；

D、原子是由带正电荷的原子核和带负电荷的核外电子构成，在原子中质子数等于核外电子数，所以平常物体不带电，故D错误。 

10.（2019·扬州）为了揭示大自然的奥秘，无数科学家进行了不懈的探索。下列说法错误的是（ ）

A. 卢瑟福建立了类似于行星绕日的原子核式结构模型

B. 组成大自然的天体和微观粒子都在不停地运动，其中太阳是宇宙的中心

C. 近代科学家提出质子和中子都是由被称为夸克的更小粒子组成的

D. 汤姆生发现了电子，从而说明原子是可以再分的

【答案】B

【解析】

A、物理学家卢瑟福和他的同事们根据α粒子散射实验，提出了类似于行星绕日的原子核式结构模型，故A正确；

B、太阳只是宇宙中众多恒星中的一颗，它不是宇宙的中心，故B错误；

C、近代科学家提出质子和中子都是由被称为夸克的更小粒子组成的，故C正确；

D、汤姆生发现了电子（比原子小的带负电微粒），从而揭示了原子是可以再分的，故D正确。

1.（2020·盐城）将水分子、质子、氢原子、夸克按由小到大的顺序排列起来，正确的顺序是（ ）

A. 水分子、质子、氢原子、夸克     B. 水分子、氢原子、质子、夸克
C. 氢原子、水分子、质子、夸克     D. 夸克、质子、氢原子、水分子
【答案】D

【解析】

水分子由氢原子和氧原子组成，所以水分子大于氢原子；

原子是由原子核和核外电子组成的，原子核是由质子和中子组成的，氢原子比质子大得多；而夸克则是组成质子更小的微粒。

因此，微粒按空间尺度从小到大顺序排列的是夸克、质子、氢原子、水分子。

2.（2019·岳阳）微观粒子与宇宙天体有很多相似之处。下列说法中错误的是（ ）

A  . 原子结构与太阳系结构很相似 

B  . 宇宙天体、分子都在永不停息的运动
C. 天体之间、分子之间都存在相互作用力 

D. 宇宙天体、分子的运动都没有规律

【答案】D

【解析】

A、原子结构类似于太阳系的结构，中心为原子核，核外为绕核转动的电子，故A正确；

B、宇宙中任何物质都在永不停息地运动，运动是绝对的，而静止则是相对的，故B正确；

C、天体之间、分子之间都存在着相互的作用力，故C正确；

D、宇宙天体的运动符合牛顿的万有引力定律，故其运动是有规律的，故D错误；

3.（2019·延安）关于小粒子和大宇宙，下列认识中正确的是（        ）

A  . 宇宙是一个有层次的天体结构，恒星是绝对不动的 

B  . 原子核是由质子和中子组成的
C. 红墨水在水中散开说明分子之间有排斥力 

D. 固体、液体很难被压缩是因为分子间存在引力

【答案】B

【解析】

A．运动是相对而言的，没有任何物体是绝对不动的，选择了不同的参照物，物体的运动情况就是不同的，恒星相对于从它旁边运动过的流星而言就是运动的，故A错误；

B．原子由原子核和核外电子组成，原子核是由更小的质子和中子组成，故B正确；

C．红墨水在水中会散开，是因为墨水分子运动到水中，说明了分子在不停地做无规则运动，与分子间的斥力无关，故C错误；

D．固体、液体很难被压缩是因为分子间存在斥力，而不是引力，故D错误．

4.（2020·江苏省初二期中）如图所示，将两个表面平整、干净的铅柱紧压后，它们就会粘在一起，即使在下面吊一个较重的物体也不会被拉开，这个实验表明

A．分子间存在引力 B．分子间存在斥力

C．分子在永不停息地运动 D．分子间有空隙

【答案】A

【解析】

将两个底面平整、干净的铅柱紧压后，两个铅柱的底面分子之间的距离略大于平衡距离，表现为引力，使两个铅柱结合在一起，即使下面吊一个重物也不会将它们拉开．故选A.

5.（2020·江苏省初二期中）用素描炭笔在纸上画一条线，再用放大镜仔细观察，发现这条线是“断裂”的；将100 mL的酒精和100 mL的水混合后，发现总体积小于200 mL．基于上述现象所设想的物质微观结构模型，较为合理的是

A．物质是由微粒组成的，微粒之间有空隙

B．固体是由微粒组成的，液体是连成一片的

C．液体是由微粒组成的，固体是连成一片的

D．物质是由微粒组成的，各个微粒紧靠在一起，形成了我们所看到的连续体

【答案】A

【解析】

用放大镜或低倍显微镜对笔迹仔细观察，可以看到笔画是由许多黑色的小颗粒组成的说明物质由微小的颗粒组成，发现这条线是“断裂”，说明微粒之间存在间隙；将100mL的水和100mL的酒精充分混合，混合后水与酒精的总体积将小于200mL，正是由于酒精分子和水分子之间有间隙，才会导致混合合总体积变小，故A正确，BCD错误．

6.（2020·江苏省初二期中）对下列现象的解释，正确的是（ ）

A．打开香水瓶盖后，能闻到香味，说明分子在永不停息地做无规则运动

B．封闭在容器内的液体很难被压缩，说明分子间有引力

C．用手捏海绵，海绵的体积变小了，说明分子间有间隙

D．铅笔笔芯用了一段时间后会变短，说明分子间有斥力

【答案】A

【解析】

A．香味分子在空气中做无规则运动，A正确；

B．液体很难被压缩，说明分子之间存在斥力，B错误；

C．海绵可以用肉眼观察到，所以海绵不是分子，C错误；

D．笔芯变短是由于质量变小，和分子斥力无关，D错误；

故选A。

7.（2020·北京初三一模）“墙角数枝梅，凌寒独自开．遥知不是雪，为有暗香来．”（王安石《梅花》）诗人在远就能闻到淡淡梅花香味的原因是

A．分子间有相互作用的引力        B．分子在不断地做无规则运动

C．分子间有相互作用的斥力         D．分子间同时存在引力和斥力

【答案】B

【解析】

诗中说到在远远的地方就能闻到梅花的香味，是因为梅花中含有香味的分子在不断的运动，扩散到作者鼻孔中的原因．因此说明了分子在不断地运动．故选B.

8.（2020·盐城）2018年3月，现代最伟大的物理学家霍金逝世，引发全球悼念、他证明了宇宙起源于“大爆炸”，说明宇宙是一个________（有/无）起源的天体结构系统，天体之间相距遥远，天文学中常用________做长度单位；宇宙也是有层次的，地球是太阳系中的一颗________（恒/行/卫）星。

【答案】有   光年   行 

【解析】

光年是光在一年内通过的路程，天体之间相距遥远，天文学中常用光年做长度单位（1）（3）太阳是银河系中的一颗普通恒星，地球是太阳系中的一颗行星。 

9.（2019·吕梁）上世纪初，有科学家预言宇宙中存在一种体积非常小，质量极大的天体——“黑洞”．它引力非常强，以至于周围一定区域内连光也无法逃逸，这一区域被称为“事件视界”．如果该天体存在，它的密度非常________（选填“大”或“小”），核心区域为________（选填“亮斑”或“阴影”）．4月10日晚9时许，包括中国在内，全球多地天文学家同步公布了“黑洞真容”（如图所示）．天体间的引力是英国物理学家________最早发现的．
  
  【答案】大   阴影   牛顿 

【解析】

黑洞密度非常大，它引力非常强，以至于周围一定区域内连光也无法逃逸，故人们观测到他的核心区域为阴影，牛顿发现了万有引力定律，揭示了天体运动的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑．

10.（2020·永州）各种原子都有相似的结构，如图所示是卢瑟福原子结构模型，原子中心的________和中子组成原子核，原子核周围有带________电荷的________绕核运动．
 

【答案】质子   负   电子 

【解析】

卢瑟福核式结构模型：原子是由位于原子中心的原子核和核外绕原子核做圆周运动的电子组成的，原子核由质子和中子组成，质子带正电，电子带负电．

11.在银河系、宇宙、太阳系中尺度最大的是________．组成原子的质子、中子、电子中质量最小的是________．同种物质在固态、液态和气态中，分子间作用力最小的是________．

【答案】

宇宙   电子   气态 

【解析】

（1）宇宙有数十亿个星系组成，银河系是其中之一，太阳系是银河系中的一员；地球是太阳周围的八大行星之一；地球以及所有星球都是由物质组成的，物质是由分子构成的；分子是由原子构成的，原子是由原子核和电子构成的；原子核由质子和中子构成；质子和中子都是由更小的夸克组成的。原子核几乎集中了整个原子的质量，电子的质量很小；

（2）固体分子之间距离最小，分子间作用力最大，液体次之，气体分子间距离最大，分子作用力最小.

在银河系、宇宙、太阳系中尺度最大的是宇宙；

组成原子的质子、中子、电子中质量最小的是电子；

同种物质在固态、液态和气态中，分子间作用力最小的是气态.