第十四章 宇宙和微观世界
二、微观世界的结构
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知识点1 电子的发现与原子的图像
1.图甲是卢瑟福用α粒子轰击原子而产生散射的实验，在分析实验结果的基础上，他提出了图乙所示的原子核式结构模型，卢瑟福的研究过程是一个( )
A.建立模型的过程 B.得出结论的过程
C.提出问题的过程 D.验证结论的过程
2.【新独家原创】汤姆孙发现了 ，揭示了原子是 (选填“可再分”或“不可再分”)的；卢瑟福通过 实验，提出了 模型，揭示了原子是由居于中心的 和 组成的。
知识点2 粒子与人类
3.(2023北京大兴期中)如图所示，符合原子核式结构模型的是( )
A B C D
4.【新独家原创】下列不属于常规能源的是 ( )
A.煤 B.原子核能 C.石油 D.天然气
5.对纳米技术应用的研究正在 、 、 、 四大领域高速发展。
6.【新独家原创】人类利用原子核能的两种方式是 和 ；原子弹爆炸是利用 产生的能量，而氢弹爆炸是利用 产生的能量。
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7.(2022广东中考，3，★☆☆)下列微观粒子中，尺度最大的是( )
A.原子 B.电子 C.质子 D.中子
8.(2022湖南益阳中考，1，★☆☆)地球、太阳系、电子、原子按空间尺度从大到小的排列顺序是 ( )
A.太阳系——地球——电子——原子
B.电子——原子——地球——太阳系
C.太阳系——电子——原子——地球
D.太阳系——地球——原子——电子
9.(2022山东枣庄中考，12，★★☆)核电站发电流程如图所示，在核电站的发电过程中，下列所述能量转化顺序正确的是 ( )
A.核能→化学能→内能→电能
B.核能→化学能→机械能→电能
C.核能→内能→机械能→电能
D.核能→机械能→内能→电能
10.(2020湖南郴州中考，7，★★☆)我国现有两艘常规动力航母，国产核动力航母也指日可待。关于核动力航母，下列说法正确的是 ( )
A.核动力航母核反应堆发生聚变反应，是可控的
B.核动力航母使用的核能是一次能源
C.核动力航母与北斗卫星之间导航信息是用光导纤维传输的
D.核动力航母产生的核废料对环境无污染
11.(2023北京丰台期末，14，★★☆)(多选)关于原子和原子结构，下列说法中正确的是 ( )
A.一切物质都是由原子组成的
B.原子是由原子核和核外电子构成的
C.原子结构类似核式结构模型
D.原子核不带电
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12.【科学态度与责任】阅读材料并回答问题。
核聚变与中国的“人造太阳”
2021年5月，中科院合肥物质科学研究院有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，标志着我国受控核聚变研究工作又上升到一个新的高度。
人们对核聚变的研究源于对太阳能源的认识。太阳每秒辐射出的能量约为3.8×1026 J。是什么使太阳有如此丰富的能量的 科学家们通过研究发现，太阳中心区处于高温、高压和高密度状态。在此条件下，原子的所有电子几乎都摆脱了原子核的束缚，这些失去电子的原子核相互之间的距离很小，易于结合成质量较大的原子核，同时释放出能量。因此，太阳的能源是核聚变释放出来的。
人们也一直在努力尝试实现受控核聚变，进而利用核聚变中的能源。与核裂变相比，核聚变有很多优点。第一，核聚变产能效率高。第二，地球上核聚变燃料氘和氚储量丰富。第三，核聚变更为安全、清洁。然而，在地球上要想实现受控核聚变，需要将超高温(1亿摄氏度以上)状态下的核燃料，长时间地约束在一个非常小的空间内。但是地球上没有任何容器能够承受如此高的温度，为此科学家们想到了利用磁场来约束，并设计了名为托卡马克的实验装置，其主要结构类似于一个两端相连的闭合通电螺线管，如图所示。由于核燃料在超高温状态下已经变成了带电粒子，磁场对运动的带电粒子可以产生力的作用，因此超高温状态下的核燃料可以被托举在磁场中，避免与容器直接接触。为了更好地约束上亿摄氏度的核燃料，人们利用超导材料制作导体线圈来产生强大的电流和磁场。
目前，关于受控核聚变的研究工作还在继续，相信不久的将来这一领域将有所突破。核聚变一旦开始大规模地开发利用，就可以向人类提供“取之不尽，用之不竭”的能源，这将帮助人类彻底解决能源危机。
(1)“人造太阳”是通过 (选填“核裂变”或“核聚变”)来释放能量的。
(2)原子是由原子核和 构成的。
(3)相比核裂变，核聚变具有的优点:
。
(4)请你根据所学知识，解释超导材料制作的导体线圈可以产生强大电流的原因:
。
答案全解全析
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1.A 卢瑟福在α粒子散射实验的基础上，建立了原子的核式结构模型。
2.答案 电子 可再分 α粒子散射 原子核式结构 原子核 核外电子
解析 汤姆孙发现了电子，揭示了原子是可再分的；卢瑟福通过用α粒子轰击原子而产生散射的实验，提出了原子的核式结构模型，原子是由居于中心的原子核和核外电子组成的。
3.C 著名科学家卢瑟福在进行了α粒子散射实验后，提出了原子核式结构模型。原子是由处于其中心的带正电的原子核和带负电的核外电子构成的，核外电子绕原子核高速运动，且原子核的体积比原子小很多，故选C。
4.B 煤、石油、天然气都是被广泛利用的能源，称为常规能源。而原子核能是新能源。
5.答案 半导体芯片 癌症诊断 光学新材料 生物分子追踪
解析 对纳米技术应用的研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪四大领域高速发展。
6.答案 核裂变 核聚变 核裂变 核聚变
解析 人类利用原子核能的两种方式是核裂变和核聚变；原子弹爆炸是利用核裂变产生的能量，而氢弹爆炸是利用核聚变产生的能量。
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7.A 原子是由原子核及核外电子组成，而原子核由质子及中子组成，所以尺度最大的是原子。故A符合题意，B、C、D不符合题意。
8.D 地球是围绕在太阳周围的一颗行星，而太阳系只是银河系中的一个星系，电子和原子核构成原子，原子核几乎集中了整个原子的质量，原子构成分子，分子构成物体。故A、B、C不符合题意，D符合题意。
9.C 核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料(铀)在反应堆内发生裂变，原子核能转化为内能，来加热水使之变成蒸汽，蒸汽通过管路进入汽轮机，蒸汽的内能转化为机械能，推动发电机发电，发电机的机械能转化为电能。所以核电站的发电过程中，能量的转化是核能→内能→机械能→电能。故选C。
10.B 核动力航母核反应堆发生的核裂变是可控的，故A错误；核能是可以从自然界直接获取的能源，属于一次能源，故B正确；核动力航母与北斗卫星之间通过电磁波来传输信息，故C错误；核废料对环境污染很严重，故D错误。
11.BC 一切物质都是由极其微小的分子或原子组成的，故A错误；原子由带正电的原子核及带负电的核外电子构成，故B正确，D错误；科学家们研究发现，原子结构与核式结构模型相似，故C正确。
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12.答案 (1)核聚变 (2)核外电子 (3)核聚变产能效率高；地球上核聚变燃料氘和氚储量丰富；核聚变更为安全、清洁 (4)超导体没有电阻，电流流过时不会发生热损耗，可以毫无阻碍地形成强大的电流
解析 (1)由材料可知“人造太阳”是通过核聚变反应释放能量的。(2)原子是由居于中心的原子核和核外电子构成的。(3)由材料可知，和核裂变相比，核聚变具有的优点:核聚变产能效率高；地球上核聚变燃料氘和氚储量丰富；核聚变更为安全、清洁。(4)超导材料几乎没有电阻，由Q=I2Rt知，电流通过导体的线圈产生的热损失可以忽略，因此可以通过强大的电流。
