蘇科版

八年級下冊

第十章

從粒子到宇宙10.3探索更小的微粒

科學家研究發現，分子是由原子構成的。例如，如圖（a），一個水分子由兩個氫原子和一個氧原子構成。那么，原子是否還可以再分呢？如圖（b），原子是由帶正電的原子核和帶負電的電子構成的。情景引入

（a）

（b）0102030405CONTENTS

分子、原子、電子

原子的核式結構模型

由原子的結構解釋摩擦起電的原因

微觀粒子探索進展PARTONE分子、原子、電子一、原子一、分子是由原子構成：一個水分子是由一個氧原子和兩個氫原子構成的一個氧氣分子是由兩個氧原子構成的。食鹽分子一、原子水分子DNA分子

不同原子構成的分子一、原子

相同原子構成的分子富勒烯氫分子氧分子石墨金鋼石電子的發現19世紀末，英國物理學家湯姆孫發現了比原子小得多且帶負電荷的粒子——電子，從而說明原子也是可分的。1897年，湯姆生借助陰極射線管發現了電子。原子核電子原子二、更小的微粒：電子的發現湯姆生(1856-1940)PARTTWO

原子的核式結構模型

原子有怎樣的結構呢？1911年，盧瑟福（圖10-19）在實驗的基礎上提出了類似行星繞日的核式結構模型。

圖10-19盧瑟福（ErnestRutherford，1871—1937），英國物理學家原子圖10-20原子核式結構模型

如圖10-20所示。

他認為，原子是由帶正電的原子核和帶負電的電子構成的，且正負電荷數量相等；原子核位于原子的中心，電子受原子核吸引，繞核做高速運動。若把原子核看成一個小球，

則它的半徑約為10-15m。如果把原子比作一個足球，那么原子核(幾乎集中了原子的全部質量)只有針尖般大小。原子核20世紀初，科學家相繼發現原子核可以釋放出質子和中子，原子核是由帶正電的質子和不帶電的中子構成的.PARTTHREE由原子的結構解釋摩擦起電的原因

在公元前600年左右，人們就已經發現了摩擦起電現象，但在很長一

段時間內，對物體帶電的認識相當模糊。直到建立原子結構理論，摩擦起電現象才得到科學解釋。

根據原子核式結構模型，原子核所帶的正電荷和核外電子所帶的負電荷數量相等，因此原子呈電中性。不同物質的原子核束縛電子的本領不同。

兩種不同物質相互摩擦時，哪種物質原子核束縛電子的本領弱，它的一些電子就會轉移到另一種物質上。失去電子的物體就會因缺少電子而帶正電，

得到電子的物體就會因有多余的電子而帶等量的負電。

因此，摩擦起電并不是產生了電荷，只是電子由一個物體轉移到了另

一個物體。讀一讀

摩擦起電的原因

束縛電子能力弱的甲物體

束縛電子能力強的乙物體未摩擦前甲：假設6個質子（紅球），6個電子（藍球），不帶電乙：假設8個質子（紅球），8個電子（藍球），不帶電相互摩擦后甲：6個質子（紅球），4個電子（藍球），帶正電乙：8個質子（紅球），10個電子（藍球），帶負電轉移2個電子

失去電子的物體就會因缺少電子而帶正電，得到電子的物體就會因有多余的電子而帶等量的負電。1．用紙巾擦完的玻璃表面很容易粘上細小絨毛，這是由于帶電體有

的性質，擦完玻

璃的紙巾與毛皮摩擦過的橡膠棒相互排斥，說明紙巾

（得到/失去）

電子，帶了

（正/負）

電荷。即學籍練吸引輕小物體得到

負2

．小明做飯時不小心把胡椒粉灑在粗粒鹽上，他急中生智，拿橡膠小勺在干燥毛料布上摩擦了幾下，然后把小勺靠近胡椒粉，胡椒粉立刻被吸到勺子上，成功將胡椒粉和粗粒鹽分開。

橡膠小勺摩擦后帶

電是因為它

（得到/失去）了電子。橡膠小勺能吸引胡椒粉

是因為帶電體能夠

，毛料布摩擦后帶

（等量/不等量）的電。

負得到吸引輕小物體等量3

．“金陵金箔”是國家級非物質文化遺產，金箔輕薄，不能直接拿取，正確的方法是：如圖所示，用羽毛輕輕摩擦干燥的紙墊，隨后讓羽毛靠近金箔，金箔被吸起，以下說法正確的是(

)

A

．羽毛和紙墊摩擦創造了電荷C

．羽毛和紙墊帶上了同種電荷B

．正電荷在羽毛和紙墊間轉移D

．羽毛帶電從而吸引輕小物體DPARTFOUR

微觀粒子探索進展

在探索比分子更小的微觀粒子的歷程中，人們首先發現了電子，進而認識到原子是由電子和原子核構成的。后來，

人們又發現原子核是由質子和中子構成的，質子帶正電，中子不帶電。質子和中子統稱為核子。20世紀60年代，科學家又提出質子和中子都是由被稱為夸克的更小微粒構成的，一系列高能物理實驗證實了這一說法的合理性。微觀粒子的層次結構示意，如圖10-21所示。圖10-21粒子世界概貌1909年，盧瑟福和他的學生利用一束高速運動的帶正電的α粒子（由兩個質子和兩個中子構成）轟擊很薄的金箔，獲得了極有價值的實驗現象和數據。1911年，盧瑟福根據上述α粒子散射實驗的結果提出了著名的原子核式結構模型。該實驗也啟發了人們用更高能量的粒子作為“炮彈”來探索微觀世界的奧秘。

我們把能使帶電粒子加速到很高能量的裝置稱為加速器。20世

紀30年代，美國物理學家勞倫斯發明了回旋加速器。1988年，我

國建成了北京正負電子對撞機。這是當時世界八大高能加速器之一，

也是我國繼導彈、原子彈、氫彈、人造衛星、核潛艇之后的又一偉大科技成就。生活?物理?社會

加速器及其應用

圖10-22所示的高能同步輻射光源直線加速器由中國科學院高

能物理研究所承擔建造。它在先進材料、航空航天、能源、環保以

及生物工程等方面發揮了重要作用。

加速器在生產、生活中同樣有著非常重要的作用，如用于癌癥的治療、工業探傷、食品的防腐保鮮、復合材料的生產以及醫療用

品消毒等。

圖10-22高能同步輻射光源直線加速器1.

假定以直徑為

10mm

的玻璃球代表一個原子核，那么一個原子大約要用多大直徑的球來表示呢？實踐與練習原子直徑大約在100m~1000m。2.請在電子的發現者湯姆孫、原子核式結構模型的提出者盧瑟福和中子的發現者查德威克中任選一位，查閱資料進一步了解他們。例如，他們的生平、對科學的貢獻以及有關的趣聞軼事等。盧瑟福的生平：歐內斯特·盧瑟福于1894年獲得新西蘭大學文學學士、文學碩士、理學學士學位；1895年進入卡文迪許實驗室；1898年擔任加拿大麥吉爾大學物理教授；1907年返回英國出任曼徹斯特大學物理系主任；1908年獲得諾貝爾化學獎；1914年被封為爵士；1919年擔任卡文迪許實驗室主任

；1925年當選為英國皇家學會會長；1931年受封為納爾遜男爵；1937年10月19日因病在劍橋逝世，享年66歲

。盧瑟福的科學貢獻：1898年，歐內斯特·盧瑟福報告了鈾輻射中α射線和β射線的存在，并指出了它們的一些性質

。并首先提出放射性半衰期的概念，證實放射性涉及從一種元素到另一種元素的嬗變。他又將放射性物質按照貫穿能力分類為α射線與β射線，并且證實前者就是氦離子

。1911年，歐內斯特·盧瑟福根據α粒子散射實驗現象提出原子核式結構模型，創建了盧瑟福模型（行星模型）。1919年，歐內斯特·盧瑟福做了用α粒子轟擊氮核的實驗。他從氮核中打出的一種粒子，并測定了它的電荷與質量，它的電荷量為一個單位，質量也為一個單位，盧瑟福將之命名為質子

。1932年，詹姆斯·查德威克（JamesChadwick）在歐內斯特·盧瑟福的指導下發現了中子

。3.在標準狀況（1×105Pa、0℃)下，22.4L氦氣（分子含4個核子、2個電子）的質量約為4g；相同體積的氬氣（分子含40個核

子、18個電子）的質量約為40g；相同體積的汞蒸氣（分子含200個

核子、80個電子）的質量約為200g。試找出它們質量與內部微粒數量之間的關系，并推算標準狀況下相同體積氖氣（分子含20個核子、10個電子）的質量。20g。1

．下列微粒中，從空間尺度來看最小的是(

)A

．原子

B

．夸克

C

．中子D

．分子B課堂練習2

．下列說法錯誤的是(

)A

．1911年，物理學家盧瑟福建立了類似行星繞日的核式結構模型B

．19世紀末，英國物理學家湯姆生發現了比原子小得多的帶負電荷的粒子——電子，

從而說明原子是可分的C

．中子的發現者是查德威克D

．夸克的提出者是夸克D3

．關于微觀粒子，下列說法正確的是(

)A

．原子結構與太陽系相似，質子、中子和電子像行星繞太陽運動一樣在繞核運動B

．原子結構與西瓜很相似，西瓜籽就如同分布在原子中的電子

C

．只要視力足夠好，人們憑肉眼就能看到電子D

．原子核由質子和中子組成，質子和中子則是由更小的粒子組成DA

．

實心球模型

B

．

西瓜模型C

．原子核式結構模型D

．電子云模型4

．20世紀初，科學家在探索物質結構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哪個原子結構模型(

)C5

．知識梳理有助于我們對已學知識的鞏固，如圖是某同學學習物質結構層次后，以氧氣為例進行的梳理，下列選項中與

a

、b

、c對應的是(

)A

．原子、原子核、核外電子B