第16章 从原子到星系（知识清单）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

第16章 从原子到星系（知识清单） 思维导图 知识清单 第1节 原子 原子结构 一、原子 1、原子 19 世纪初，英国科学家道尔顿在研究化学反应时发现，物质是由在化学反应中保持不变的最小单元构成的，或者说，构成物质的最小单元在化学反应中保持不变。道尔顿把这个最小单元称为原子。 2、物质的构成 我们所知道的常见物质是由分子、原子构成的，而分子又是由原子构成的。 3、原子的大小 原子非常小，平均来说，一 个原子的直径约为10-10m，也就是说，100 000 000个原子紧密地排列成一行，长度也大约只有1cm。一根头发的直径大约可以排列60万个以上的原子。要想看到原子，普通的显微镜是无能为力的，必须使用扫描隧道显微镜或原子力显微镜，图16-1-1是我国物理学家利用扫描隧道显微镜拍摄的单层碳原子照片。 二、原子的内部结构 1、电子的发现—汤姆孙 ①电子的发现：1897 年英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了比原子小得多的带负电的粒子，称为电子，这 是人类发现的第一个比原子更小的微观粒子。电子的质量很小，大约只有氢原子质量的二千分之一。 ②枣糕模型：电子的发现说明原子并不是构成物质的最小微粒，原子是有结构的，电子是原子的构成部分。由于电子带负电，而原子是电中性（对外不显电性）的，因此原子必定包含带正电的部分。汤姆孙由此提出了原子的结构模型—枣糕模型，即原子中的正电荷均匀分布在整个原子球体内，而电子则嵌在其中，如图16-1-3所示。这个模型虽然能解释原子的电中性（选填“正电”、“负电”、“电中”），但并没有得到更多实验的支持。 2、卢瑟福提出原子的核式结构模型 ①原子的核式结构模型：英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验的研究在1911年提出了原子的核式结构模型，也称行星模型（图16-1-4）。即原子的质量几乎全部集中在尺度很小的核心区域，称为原子核，原子核带正电，半径约10-15 m， 而电子则在核外绕原子核运动。卢瑟福的核式结构模型能很好地解释一些实验现象。 ②：原子的尺度要比原子核大近10万倍，如果把原子比作体育场，那原子核就只有蚂蚁那么大。 三、原子核的结构 1、质子和中子的发现 原子的核式结构被发现之后，物理学家又开始探索原子核的结构。为此，卢瑟福做了大量用α粒子轰击各种原子核的实验，并于1919年发现了一个新的带正电的粒子，称为质子。 因为各种不同的原子核都能打出质子，所以可以确认质子是原子核的构成部分。质子实际上就是最简单的原子核—氢原子核。根据对质子质量和电荷的测量，卢瑟福预言原子核中一定还有另 一种粒子—中子。1932年，英国物理学家查德威克在实验中发现了中子。实验发现，中子不带电，质量比质子稍大。 2、原子、原子核的结构 原子是由集中了绝大部分质量的原子核与核外电子构成的，原子核又是由质子和中子构成的，其中质子的数量与核外电子数相同，以保证原子是电中性的。 3、夸克 1964年，美国物理学家盖尔曼又提出了夸克模型，认为质子和中子都是由更小的微粒—夸克构成的。电子和夸克是目前已知构成常见物质的最小微粒。图16-1-5是原子及原子核结构的示意图。 第2节 地球 太阳系 一、地球是如何运动的？ 1、“地心说”与“日心说” 在很长的时间里，人们一直认为地球是不动的，所有天体都围绕地球运动。古希腊天文学家托勒密系统总结了前人的成就，完善了被称为“地心说”的天体运行理论［图 16-2-2（a）］。波兰天文学家哥白尼在他的《天体运行论》一书中建立了被称为“日心说”的天体运行理论［图 16-2-2（b）］，即太阳位于中心，地球和其他行星都围绕太阳公转。哥白尼的理论不仅引发了天文学的革命，也为近代科学的发展铺平了道路。 2、日月星辰、四季变化的原因 实际上，所有天体都处于不断地运动之中，日月星辰的东升西落是因为地球的自转造成的。 地球每隔约24 h自转一周，每隔约 365天绕太阳公转一周。地球的赤道平面和公转轨道平面（即黄道面）有一个 23°26′的夹角。正是由于这个夹角，使得太阳的直射点每年在南北半球之间来回移动，这是造成地球上四季变化的根本原因。 二、 太阳系“家族”的成员 1、太阳系“家族”的成员 太阳是一颗普通的恒星，由内而外，围绕太阳公转的八颗行星分别是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、 天王星及海王星（图 16-2-1 ）。在火星与木星之间是包含50万颗以上小行星的小行星带。有多颗小行星以中国科学家名字命名，如袁隆平星、 杨振宁星、钱学森星、钱三强星等。曾经长期作为第九颗行星存在的冥王星因其质量不够大等原因，在2006年被剔除出行星行列，而改称矮行星。 2、太阳系“家族”成员的介绍 ①月球是地球唯一的天然卫星，而地球的人造卫星则数不胜数。由于从地球上看，月球的大小和太阳几乎相同，因此当月球、地球和太阳运行到连成一线时，就会发生日食或月食；而当月球处在其绕地球轨道的不同位置时就会造成不同的月相。“西楼望月几回圆”“百尺老松衔半月”“露似珍珠月似弓”都是描写月相的诗句。 ②水星和金星是仅有的两颗没有卫星的行星，木星的卫星则是最多的，其中木卫一到木卫四是伽利略在 1610年用自制望远镜发现的，这一发现对哥白尼的日心说是有力的支持。太阳系家族除了太 阳、八颗行星、矮行星以及它们的卫星外，还有大量的小行星、彗星等。 三、 太阳系的形成 1、太阳系的起源与演化 德国哲学家康德于 1755 年提出了太阳系起源的星云假说，认为太阳系是由一团巨大的原始星云通过引力作用演化而来，星云中心部分形成太阳，外围部分形成星盘并演化成行星及卫星。随着物理学的不断发展和探测技术的提高，关于太阳系起源和演化的理论已经发展为现代星云说，人们对太阳系的形成和演化也有了更多的认识。 第3节 银河系 宇宙 一、肉眼可见的恒星离我们有多远？ 1、光年 天体之间的距离非常遥远，如果用米或者千米来衡量天体之间的距离会很不方便。在天文学 上，我们常常用光年作为天体距离的单位。光年 指的是光在真空中一年内行进的距离。光年的符号是l.y.。光年与米的换算关系是： 1 l.y.= 9.46×1015 m 作为比较，日地距离约1.5×1011 m ，太阳光从发出到地球，约需时8 min。 2、开启天文学一个新的时代 由于视力所限，我们肉眼所见的恒星（图16-3-2）大部分距离地球都在几百光年以内，比邻星是离我们最近的恒星，距离地球约4.3光年。 从地球上看，天狼星是除太阳外最亮的恒星，距离我们约8.6光年。伽利略在1609年首次使用望远镜观测天体，开启了天文学一个新的时代。 二、银河系 1、银河系 在很长的一段时期内，人类对宇宙的认识实际上局限在太阳系内。1750 年首次提出银河系的概念，太阳系以及我们肉眼可见的众多恒星都属于一个更大的恒星系统—银河系。图 16-3-1 所示即为银河系的一部分。 2、河外星系 银河系只是宇宙中一个普通的星系，宇宙中还存在着无数个类似银河系的星系，统称为河外星系。我们已知的河外星系超过1 000亿个。图 16-3-4所示为距离我们约250万光年的河外星系—仙女座星系M31。 三、宇宙及其演化 1、宇宙 2 000多年前的《尸子》一书中已经有 “四方上下曰宇，往古来今曰宙”的说法。我们将时间、空间以及所有物质、能量构成的整体称为宇宙。宇宙是物理学最大的研究对象。 2、自主活动 对一个均匀画有小圆点的气球缓慢吹气。观察气球膨胀时，相邻小圆点及相距较远的小圆点之间的距离如何变化（图 16-3-6 ）。 现象：相邻小圆点及相距较远的小圆点之间的距离都在变大。 3、哈勃的发现 美国天文学家哈勃通过对大量星系的观测研究发现，所有的星系都在远离我们，并且离我们越远的星系，远离的速度就越大。也就是说，随着时间的流逝， 星系之间的距离在不断增加。那么反过来看，在很久以前，星系之间的距离一定比现在小得多， 即宇宙是在膨胀的。发现星系都在远离，并不能说明地球是宇宙的中心。站在任何一个星系上看，所有其他星系也都在远离。 上述活动中，形象地模拟了哈勃的发现。气球上的每个小圆点都 可看成一个星系；当气球膨胀时，站在任何一个圆点上看，会发现所有的圆点都在互相远离，并且距离越远的圆点其远离的速度也越大。 4、宇宙的演化 美国核物理学家伽莫夫在前人研究工作的基础上，于1948年提出我们的宇宙诞生于138亿年前的大爆炸。根据这个理论，大爆炸之初，温度和密度极高。随着时间的推移，宇宙不断膨胀，温度逐渐下降，各种粒子开始形成。 大爆炸之后约38万年，质子、中子和电子结合形成原子，大量原子形成分子云，最后在引力作用下形成恒星和星系。随着宇宙的膨胀，大爆炸留下的光就变成了今天探测到的宇宙微波背景辐射。这个理论与目前的观测结果符合得比较好，在解释元素起源、宇宙微波背景辐射以及星 系形成等方面都取得了很大的成功。 5、宇宙的探索任重而道远 因为光速是有限的，光的传播需要时间。当 我们用望远镜观测一个遥远的天体时，我们看到的实际上是这个天体在遥远的过去的样子。现在世界上最大的望远镜能够探测到100 亿光年以外的天体，也就是说，我们能看到宇宙 100 亿年以前的样子。宇宙早期的奥秘竟然隐藏在遥远的宇宙深处。图 16-3-7 所示为韦伯 空间望远镜拍摄的遥远星空，其中有些星系距离我们将近100 亿光年。 6、从微观、宏观到宇观 微观粒子是物理学最小的研究对象，宇宙则是物理学最大的研究对象。物理学既可以描述电子、质子的性质，也可以描述星系和宇宙的起源。极大和极小在物理学中得到了绝妙的统一。 无论是微观还是宏观或是宇观（图 16-3-8），也无论是在实验室还是茫茫太空，物理世界的过去、现在和未来都应该遵循物理学的普遍规律。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第16章 从原子到星系（知识清单） 思维导图 知识清单 第1节 原子 原子结构 一、原子 1、原子 19 世纪初，英国科学家____________在研究化学反应时发现，物质是由在化学反应中保持不变的最小单元构成的，或者说，构成物质的最小单元在化学反应中保持不变。道尔顿把这个最小单元称为____________。 2、物质的构成 我们所知道的常见物质是由____________、原子构成的，而分子又是由____________构成的。 3、原子的大小 原子非常小，平均来说，一 个原子的直径约为____________m，也就是说，100 000 000个原子紧密地排列成一行，长度也大约只有1cm。一根头发的直径大约可以排列60万个以上的原子。要想看到原子，普通的显微镜是无能为力的，必须使用扫描隧道显微镜或原子力显微镜，图16-1-1是我国物理学家利用扫描隧道显微镜拍摄的单层碳原子照片。 二、原子的内部结构 1、电子的发现—汤姆孙 ①电子的发现：1897 年英国物理学家____________通过对阴极射线的研究，发现了比原子小得多的带负电的粒子，称为____________，这 是人类发现的第一个比原子更小的微观粒子。电子的质量很小，大约只有氢原子质量的二千分之一。 ②枣糕模型：电子的发现说明原子并不是构成物质的最小微粒，原子是有结构的，电子是原子的构成部分。由于电子带负电，而原子是电中性（对外不显电性）的，因此原子必定包含带正电的部分。汤姆孙由此提出了原子的结构模型—____________模型，即原子中的正电荷均匀分布在整个原子球体内，而电子则嵌在其中，如图16-1-3所示。这个模型虽然能解释原子的____________性（选填“正电”、“负电”、“电中”），但并没有得到更多实验的支持。 2、卢瑟福提出原子的核式结构模型 ①原子的核式结构模型：英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验的研究在1911年提出了原子的____________结构模型，也称____________模型（图16-1-4）。即原子的质量几乎全部集中在尺度很小的核心区域，称为原子核，原子核带____________电，半径约10-15 m， 而____________则在核外绕原子核运动。卢瑟福的核式结构模型能很好地解释一些实验现象。 ②：原子的尺度要比原子核大近10万倍，如果把原子比作体育场，那原子核就只有蚂蚁那么大。 三、原子核的结构 1、质子和中子的发现 原子的核式结构被发现之后，物理学家又开始探索原子核的结构。为此，____________做了大量用α粒子轰击各种原子核的实验，并于1919年发现了一个新的带正电的粒子，称为____________。 因为各种不同的原子核都能打出质子，所以可以确认质子是原子核的构成部分。质子实际上就是最简单的原子核—氢原子核。根据对质子质量和电荷的测量，卢瑟福预言原子核中一定还有另 一种粒子—中子。1932年，英国物理学家____________在实验中发现了中子。实验发现，中子不带电，质量比质子稍大。 2、原子、原子核的结构 原子是由集中了绝大部分质量的____________与核外电子构成的，原子核又是由质子和中子构成的，其中质子的数量与核外电子数____________，以保证原子是电中性的。 3、夸克 1964年，美国物理学家盖尔曼又提出了夸克模型，认为质子和中子都是由更小的微粒—____________构成的。电子和夸克是目前已知构成常见物质的最小微粒。图16-1-5是原子及原子核结构的示意图。 第2节 地球 太阳系 一、地球是如何运动的？ 1、“地心说”与“日心说” 在很长的时间里，人们一直认为地球是不动的，所有天体都围绕地球运动。古希腊天文学家____________系统总结了前人的成就，完善了被称为“____________”的天体运行理论［图 16-2-2（a）］。波兰天文学家____________在他的《天体运行论》一书中建立了被称为“____________”的天体运行理论［图 16-2-2（b）］，即太阳位于中心，地球和其他行星都围绕太阳公转。哥白尼的理论不仅引发了天文学的革命，也为近代科学的发展铺平了道路。 2、日月星辰、四季变化的原因 实际上，所有天体都处于不断地运动之中，日月星辰的东升西落是因为地球的自转造成的。 地球每隔约24 h自转一周，每隔约 365天绕太阳公转一周。地球的赤道平面和公转轨道平面（即黄道面）有一个 23°26′的夹角。正是由于这个夹角，使得太阳的直射点每年在南北半球之间来回移动，这是造成地球上四季变化的根本原因。 二、 太阳系“家族”的成员 1、太阳系“家族”的成员 太阳是一颗普通的____________星，由内而外，围绕太阳公转的八颗行星分别是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、 天王星及海王星（图 16-2-1 ）。在火星与木星之间是包含50万颗以上小行星的小行星带。有多颗小行星以中国科学家名字命名，如袁隆平星、 杨振宁星、钱学森星、钱三强星等。曾经长期作为第九颗行星存在的冥王星因其质量不够大等原因，在2006年被剔除出行星行列，而改称矮行星。 2、太阳系“家族”成员的介绍 ①月球是地球唯一的天然____________星，而地球的人造卫星则数不胜数。由于从地球上看，月球的大小和太阳几乎相同，因此当月球、地球和太阳运行到连成一线时，就会发生日食或月食；而当月球处在其绕地球轨道的不同位置时就会造成不同的月相。“西楼望月几回圆”“百尺老松衔半月”“露似珍珠月似弓”都是描写月相的诗句。 ②水星和金星是仅有的两颗没有卫星的行星，木星的卫星则是最多的，其中木卫一到木卫四是____________在 1610年用自制望远镜发现的，这一发现对哥白尼的日心说是有力的支持。太阳系家族除了太 阳、八颗行星、矮行星以及它们的卫星外，还有大量的小行星、彗星等。 三、 太阳系的形成 1、太阳系的起源与演化 德国哲学家____________于 1755 年提出了太阳系起源的____________假说，认为太阳系是由一团巨大的原始星云通过引力作用演化而来，星云中心部分形成太阳，外围部分形成星盘并演化成行星及卫星。随着物理学的不断发展和探测技术的提高，关于太阳系起源和演化的理论已经发展为现代星云说，人们对太阳系的形成和演化也有了更多的认识。 第3节 银河系 宇宙 一、肉眼可见的恒星离我们有多远？ 1、光年 天体之间的距离非常遥远，如果用米或者千米来衡量天体之间的距离会很不方便。在天文学 上，我们常常用光年作为天体距离的单位。光年 指的是光在真空中一年内行进的距离。光年的符号是____________。光年与米的换算关系是： 1 l.y.= 9.46×1015 m 作为比较，日地距离约1.5×1011 m ，太阳光从发出到地球，约需时8 min。 2、开启天文学一个新的时代 由于视力所限，我们肉眼所见的恒星（图16-3-2）大部分距离地球都在几百光年以内，比邻星是离我们最近的恒星，距离地球约4.3光年。 从地球上看，天狼星是除太阳外最亮的恒星，距离我们约8.6光年。____________在1609年首次使用望远镜观测天体，开启了天文学一个新的时代。 二、银河系 1、银河系 在很长的一段时期内，人类对宇宙的认识实际上局限在太阳系内。1750 年首次提出银河系的概念，太阳系以及我们肉眼可见的众多恒星都属于一个更大的恒星系统—银河系。图 16-3-1 所示即为银河系的一部分。 2、河外星系 银河系只是宇宙中一个普通的星系，宇宙中还存在着无数个类似银河系的星系，统称为河外星系。我们已知的河外星系超过1 000亿个。图 16-3-4所示为距离我们约250万光年的河外星系—仙女座星系M31。 三、宇宙及其演化 1、宇宙 2 000多年前的《尸子》一书中已经有 “四方上下曰宇，往古来今曰宙”的说法。我们将时间、空间以及所有物质、能量构成的整体称为____________。宇宙是物理学最____________的研究对象。 2、自主活动 对一个均匀画有小圆点的气球缓慢吹气。观察气球膨胀时，相邻小圆点及相距较远的小圆点之间的距离如何变化（图 16-3-6 ）。 现象：相邻小圆点及相距较远的小圆点之间的距离都在变大。 3、哈勃的发现 美国天文学家哈勃通过对大量星系的观测研究发现，所有的星系都在____________我们，并且离我们越远的星系，远离的速度就越____________。也就是说，随着时间的流逝， 星系之间的距离在不断增加。那么反过来看，在很久以前，星系之间的距离一定比现在小得多， 即宇宙是在膨胀的。发现星系都在远离，并不能说明地球是宇宙的中心。站在任何一个星系上看，所有其他星系也都在远离。 上述活动中，形象地模拟了哈勃的发现。气球上的每个小圆点都 可看成一个星系；当气球膨胀时，站在任何一个圆点上看，会发现所有的圆点都在互相远离，并且距离越远的圆点其远离的速度也越____________。 4、宇宙的演化 美国核物理学家伽莫夫在前人研究工作的基础上，于1948年提出我们的宇宙诞生于138亿年前的大爆炸。根据这个理论，大爆炸之初，温度和密度极高。随着时间的推移，宇宙不断膨胀，温度逐渐____________，各种粒子开始形成。 大爆炸之后约38万年，质子、中子和电子结合形成____________，大量原子形成分子云，最后在引力作用下形成恒星和星系。随着宇宙的膨胀，大爆炸留下的光就变成了今天探测到的宇宙微波背景辐射。这个理论与目前的观测结果符合得比较好，在解释元素起源、宇宙微波背景辐射以及星 系形成等方面都取得了很大的成功。 5、宇宙的探索任重而道远 因为光速是有限的，光的传播需要时间。当 我们用望远镜观测一个遥远的天体时，我们看到的实际上是这个天体在遥远的过去的样子。现在世界上最大的望远镜能够探测到100 亿光年以外的天体，也就是说，我们能看到宇宙 100 亿年以前的样子。宇宙早期的奥秘竟然隐藏在遥远的宇宙深处。图 16-3-7 所示为韦伯 空间望远镜拍摄的遥远星空，其中有些星系距离我们将近100 亿光年。 6、从微观、宏观到宇观 微观粒子是物理学最____________的研究对象，宇宙则是物理学最____________的研究对象。物理学既可以描述电子、质子的性质，也可以描述星系和宇宙的起源。极大和极小在物理学中得到了绝妙的统一。 无论是微观还是宏观或是宇观（图 16-3-8），也无论是在实验室还是茫茫太空，物理世界的过去、现在和未来都应该遵循物理学的普遍规律。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $