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第十章 从粒子到宇宙（知识清单）
思维导图
第1节 走进分子世界
1一、分子
1. 分子
科学家把能保持物质 性质的最小微粒称为分子。分子的直径很小，通常以 m为单位来
量度，所以物质中都包含大量的分子，如一小水滴中含有约1021个水分子。
2. 分子间有间隙
如图所示，先后将50mL的水和50mL的酒精倒入玻璃管中，上下几次颠倒玻璃管，可发现水和酒精
的总体积小于100mL。这是酒精与水的混合过程，从微观的角度看，是酒精分子与水分子发生了扩散，这
一现象说明水分子和酒精分子间都有 。
二、分子的运动
1. 探究扩散现象
【探究实验】（1）如图甲所示，在透明的瓶中分别装入空气和二氧化氮，抽去玻璃板后，无色的空
气和红棕色的二氧化氮混合在一起，最后颜色变得均匀。
（2）如图乙所示，在装入清水的量筒底部注入蓝色的硫酸铜溶液。静待几天后，清水与硫酸铜溶液
的界面变得模糊，静待几周后颜色变得均匀。
甲 乙 丙
（3）如图丙所示，把磨的很光滑的铅块和金块紧紧压在一起，在室温下放置五年后在将它们切开，
发现它们互相渗入约1mm深。
【现象分析】气体、液体和固体分子都在不停地做无规则运动，能彼此进入分子的间隙中。
【探究结论】分子处在永不停息的无规则运动中。
2. 扩散
（1）定义：不同的物质在相互接触时，彼此进入对方的现象叫作扩散。
（2）扩散现象表明：一切物质的分子都在不停地做无规则运动，分子间存在 。
（3）影响扩散的因素：温度越高，扩散越 。
（4）气体、液体和固体之间都可以发生扩散现象，不同状态的物质之间也可以发生。气体扩散最快，
液体较快，固体最 。
3. 分子的运动
（1）实验探究：分子运动与温度的关系。
2【操作与现象】如图所示，取两个相同的烧杯，分别装入质量相等的适量冷水和热水，分别向两杯水
中滴入一滴红墨水，会发现，热水中的水很快变红，冷水杯中的水变红较慢。
【现象分析】红墨水在热水扩散得快，说明热水中分子运动剧烈；红墨水在冷水中扩散得慢，说明冷
水中分子运动缓慢些。
【探究归纳】分子运动的快慢与温度有关：温度越高，扩散越快，分子运动越剧烈。
（2）分子热运动：一切物质的分子都在不停地做 的运动，这种无规则运动叫分子的 运
动。温度越高，分子运动越 ，温度是物体分子热运动剧烈程度的标志。
三、分子间的作用力
1. 探究分子间的作用力
【进行实验】（1）如图甲所示，将两个铅块表面磨平，紧压在一起，在下面挂上重物也不能使它们
分开。表明物体分子之间存在 ，是分子间的引力使两个铅块不会散开。
甲 乙
（2）如图乙所示，向配有活塞的厚玻璃筒内注入一些水，用力压活塞，发现水的体积没有明显变化。
虽然分子间有间隙，但要压缩固体和液体却很困难，这是因为分子之间存在着 。
【探究归纳】分子间不仅存在引力，而且还存在斥力。
2. 分子间的作用力与分子间的距离
（1）当两个分子的距离处于平衡距离时，分子间的引力 斥力；
（2）当两个分子的距离变大时，分子间的作用力表现为 力；
（3）当两个分子的距离变小时，分子间的作用力表现为 力。
四、分子动理论
1. 科学家把关于分子、分子运动和分子间相互作用的认识，称为分子动理论。
2. 用分子动理论解释固体、液体和气体的物质状态
3（1）固体分子间作用力较大，能够将固体分子有规律地排列在一起，并且绝大多数分子只能在固定
位置附近振动。因此，固体有一定的 和 。固体分子间距离的数量级一般为10-10 m。
（2）液体分子间作用力比固体小，因此无法将液体分子紧密束缚在一起。液体分子间距离比固体分
子间距离略大，液体分子可以在一定范围内运动。因此，液体有一定的体积，但没有一定的 。
（3）气体分子间作用力最小，所以气体分子能自由地在空间运动，并充满它所能到达的全部空间。
气体分子间距离通常为固体分子间距离的10倍左右。因此，气体既没有固定的形状，也没有固定的体积。
第二节 静电现象
一、两种电荷
1. 摩擦起电
（1）电荷：物体经过摩擦后能够吸引 ，我们就说它带了电，或者说带了电荷。
（2）摩擦起电：用摩擦的方式使物体带电，叫作摩擦起电。
（3）摩擦起电的条件：不同种物体相互摩擦可能带电，同种物体相互摩擦一定不带电。
2. 带电体的性质
带电的物体具有吸引 的性质，我们可以利用带电体的这种性质检验物体是否带 。
3. 使物体带电的三种方法
（1）摩擦起电：如丝绸与玻璃棒摩擦后，带上等量的异种电荷。
（2）接触带电：一个带电的物体与另一个不带电的物体接触后，两个物体带上同种电荷。
（3）感应带电：一个带电的物体靠近另一个不带电的金属物体，金属体靠近带电物体一侧带上异种
电荷，异侧带同种电荷。
4. 两种电荷
（1）把与丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷规定为 电荷；
（2）把与毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷规定为 电荷。
5. 电荷间的相互作用：同种电荷相互 ，异种电荷相互 。
46. 摩擦起电的本质：是 发生了转移。摩擦起电不是创造了电荷，只是电荷从一个物体转移到
另一个物体，使正、负电荷分开。
7. 验电器
（1）构造：金属球、金属杆、金沙箔及绝缘外壳。
（2）作用：检验物体是否带电。
（3）原理：同种电荷相互排斥。
（4）使用方法：将被检验的物体与验电器金属球接触，如果验电器的两片金属箔张开一定角度，则
说明物体带电。
二、静电现象
1. 静电现象：在干燥和多风的秋天，晚上脱毛衣睡觉时，黑暗中常听到噼啪的声响，而且伴有蓝光；
见面握手时，手指刚一接触到对方，会突然感到指尖针刺般刺痛；早上起来梳头时，头发会经常“飘”起
来，越理越乱；拉门把手、开水龙头时都会“触电”，时常发出“啪”的声响，这就是发生在人体的静电。
夏季雷雨时，天空中划过的闪电是自然界发生的一种剧烈的放电现象。在大气强对流的天气条件下，空气
及云中的小水滴和小冰晶剧烈运动，使云层带电，当电荷积累到一定程度时，云层与云层间，云层与地面
间就会发生剧烈的放电现象，这就是闪电。
2. 静电的应用：静电复印、静电喷涂、静电除尘、空气净化器等。
3．静电的危害
（1）闪电：可能导致人畜伤亡、房屋损毁。
（2）静电引起火灾：静电产生的电火花引起起火爆炸，例如煤矿中的瓦斯爆炸。
（3）静电击穿电子元件。
4. 静电防护：人们发明了多种静电防护装置，如避雷针、防静电手环等。
第三节 探索更小的微粒
一、原子的核式结构模型
1. 道尔顿的原子论模型
化学元素由不可分的微粒——原子构成，原子在一切化学变化中是不可再分的最小单位。同种元素的
原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素基本特征之一。
2. 汤姆孙的原子模型
（1）电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙（1856～1940）在研究阴极射线时发现了电子。
（2）汤姆孙的“葡萄干蛋糕模型”：正电荷均匀分布在整个原子球体中，带负电的电子散布在原子中，
这些电子分布在对称的位置上。
3. 卢瑟福的原子核式结构模型
5（1）α粒子散射实验：卢瑟福在1898年发现了α射线。他用准直的α射线轰击厚度为微米的金箔时，
发现大多数粒子散射角度很小，但有少数α粒子偏角很大，个别粒子的偏转几乎达到180°。
（2）α粒子散射实验结论：原子中绝大部分是空的；α粒子前进时撞在一个体积很小而质量又比它大
很多的微粒上（原子核）。
（3）卢瑟福的原子核式结构模型：原子是由带正电的 和带负电的 构成的，且正负电荷
数量相等；原子核位于原子的中心，电子受原子核吸引，绕核做高速运动，就像行星绕着 运动一
样。若把原子核看成一个小球，则它的半径约为 m。
二、微观粒子探索进展
1. 质子与电子的发现
（1）质子的发现：1919年，卢瑟福用速度是20000km/s的“子弹”—α粒子去轰击氮、氟、钾等元素
的原子核时，发现在原子核中还存在一种带正电的质量比电子大很多的微粒——质子。
（2）中子的发现：中子的概念是由英国物理学家卢瑟福提出，中子的存在是1932年英国物理学家詹
姆斯·查德威克用镭的α射线轰击铍原子时的实验中证实的。在实验中进一步发现中子的质量与质子相同、
但是不带电。
2. 原子核
（1）原子核的组成及带电情况：原子核，简称“核”，位于原子的核心部分，由 和 两
种微粒构成；质子和中子统称为核子。原子核带正电（即质子所带的正电），中子不带电。
（2）夸克：20世纪60年代，科学家又提出质子和中子都是由被称为 的更小微粒构成的，一
系列高能物理实验证实了这一说法的合理性。
第四节 日心说与太阳系
一、从“地心说”到“日心说”
1. 托勒玫的“地心说”：公元2世纪，古罗马天文学家托勒玫，总结前人的成就，结合自己的天文观
测，提出了“地心说”。他认为，地球静止不动，位于宇宙的 ，日月星辰都围绕地球旋转，如图
所示。他的这一观念在天文学中统治了1300 多年。
6托勒玫的“地心说” 哥白尼的“日心说”
2. 哥白尼的“日心说”：16 世纪，以波兰天文学家哥白尼为代表的许多科学家，在长期天文观测和
大量计算的基础上，对托勒玫的“地心说”提出了质疑。哥白尼在《天体运行论》中向人们描述了一个全
新的宇宙。他认为 才是宇宙的中心，所有行星都在绕太阳运动，人们称其为“日心说”。
3. 近代天文观
（1）伽利略望远镜：1609年 用自制的望远镜观察天体，以确凿的证据支持了哥白尼的“日心
说”。第一个观测到了木星的卫星、太阳黑子和月球上的环形山。
（2）开普勒观点与万有引力理论
开普勒则进一步指出，太阳系中行星的运动不是匀速的，其轨道也不是圆，而是以太阳为其中一个焦
点的椭圆。后来，在 创立的万有引力理论指导下，人们用统一的观念认识神秘的天体运动，并发
现了离太阳最远的大行星，它被命名为“海王星”。
（3）哈勃太空望远镜：为改进对星体的观察，1990年美国向太空发射了一台望远镜，叫哈勃太空望
远镜，可以排除大气层的干扰，使人类观测宇宙的能力空前提高。
（4）中国“天眼”：中国“天眼”500米口径球面射电望远镜工程由我国天文学家于1994年提出构
想，从预研到建成历时22年，是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。
二、太阳系概貌
1. 太阳系：太阳系是一个以 为中心，受太阳引力约束在一起的天体系统。研究表明，太阳系
主要是由太阳、 及其 、彗星和小行星等组成的。（近其中卫星约500个，小行星至少120
万个，还有一些矮行星和彗星）。
2. 太阳：是离我们最近的一颗 星。直径是地球的109倍，质量是地球的33万倍，体积是地
球的130万倍。太阳的表面温度6000℃，中心温度1500万℃。太阳是太阳系的中心天体，占太阳系总体
质量的99.86%。
3. 八大行星：是指太阳系的八个大行星，按照离太阳的距离从近到远，依次为 。其中质量最
大的是木星，其质量约为地球的318倍；离地球最近的是金星，其次是火星。火星离地球的最近距离约
5.6×107km。
4. 地球
地球是太阳系八大行星之一，按照离太阳由近及远的次序排为第 颗，也是太阳系中直径、质量
和密度最大的类地行星，距离太阳1.5亿公里。地球自西向东自转，同时围绕太阳公转。现有40亿～46亿
岁。它有一个天然卫星—— ，二者组成一个天体系统——地月系统。
7在太阳系中，行星绕 旋转，卫星绕 旋转， 是地球唯一的卫星。
三、银河系
1. 描述宇宙常用的天文单位
（1）光速：3×108m/s。
（2）光年（l.y.）
天体之间相距遥远，用米、千米作为距离单位很不方便。为此，天文学中采用了一些特殊的长度做距
离单位。例如，人们将光在真空中传播一年所经过的 作为长度单位，称为1光年（l.y.）。
1 l.y.=9.46×1015 m。
2. 恒星：浩瀚的宇宙令人神往。仰望苍穹，我们可以观察到许多明亮的星星，它们的相对位置似乎保
持不变，人们称这些星星为 星，太阳就是一颗恒星。实际上，恒星也是运动的。
3. 银河系：晴朗的夜空，可见一条横亘天际的光带，它是由 和弥漫的星际物质集合而成的一
个庞大的天体系统——银河系。它好似一个中央凸起、四周扁平的旋转铁饼，直径大约为 万光年。
四、宇宙天体的结构层次
1. 宇宙天体的结构层次
（1）现代宇宙观：现代宇宙观认为，宇宙是一个有 的天体结构系统。它是有起源的，并且是
不断膨胀、演化的。
（2）宇宙的起源
关于宇宙的起源，大多数宇宙科学家都认定：宇宙诞生于约138亿年前的一次大爆炸。大爆炸理论认
为，宇宙起始于一个“原始火球”。在“原始火球”里，温度和密度都高得无法想象，使得它所处的状态
极不稳定，最终发生爆炸。这种爆炸是整体性的爆炸，包括宇宙中的能量、物质、空间以及时间。爆炸导
致宇宙空间处处膨胀，同时温度相应下降。温度降到一定程度时，逐步形成了 、 、
、星系团和超星系团等。
（3）宇宙膨胀
根据天文学的哈勃定律推断，银河系外的星系在不断远离我们而去（距离我们越远的星系，远离的速
度越快），即宇宙是 的。
我们可用粘有小塑料粒的气球类比宇宙，小塑料粒可看成是宇宙中的天体。气球膨胀时，任意小塑料
粒周围的其他小塑料粒都在离它远去。
五、物质世界的时空尺度
1. 物质：宇宙是 、 、 、 的总称。小到微观粒子，大到宇宙天体，都是
物质。它们的存在与变化，都是与时间和空间紧密联系的。
2. 人类所认识的空间尺度：人类所认识的空间尺度范围：原子直径10-10m~可观测宇宙的半径1026m。
83. 人类所认识的时间尺度：人类所认识的时间尺度范围：μ子的寿命10-6s~宇宙的年龄1017s。
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