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原子实心球模型的建立与应用(一)
科学原子模型的建立
科学原子模型的建立：从道尔顿到玻尔
公元前5世纪的希腊学者曾指出：万物是由极其微小的、不可分割的微粒——“原子”构成的；中国古代哲学家墨子在他的著作中也提到了与“原子”相似的说法。1803年，英国科学家道尔顿（John Dalton，1766-1844）借用“原子”概念提出了原子学说。科学家后来沿用“原子”这个名称来表示构成物质的一种基本微粒。
道尔顿的科学原子论（实心球模型）
道尔顿的科学研究生涯可以说是从观测气象和大气开始的。他为了说明气体的各种物理性
质，首先假定大气中各种物质都是由同样大小的原子构成的，他所说的原子也就是现在几乎尽人
皆知的构成物质的最小粒子。后来他发现用这种假设不能解释各种气体的性质，于是他又设想原
子有大有小。他把原子视为大小不同的小球。
1803年，他把对大气研究所取得的成果运用到化学上。他认为，不同元素的原子具有不同
的类型，它们在大小、重量和每一单位体积内的数目都各不相同，形成不同的品种；任何同一种
元素的原子都一样，并且都带有这种元素自身的特性；同一物质的原子相互排斥，不同物质的原
道尔顿
子相互并不排斥。
道尔顿在确认了原子的客观存在的同时，通过化学实验测定了一些元素原子的相对质量。因为原子具有不同大小的概念对他的学说至关重要，所以他力求测定原子大小的不同数值，更确切一点说，也就是想测定原子量的不同数值。这样他对原子的认识从定性阶段进入定量阶段，并在此基础上逐步建立起科学原子论的新体系。
道尔顿的科学原子论的核心思想是：
①所有物质都是由非常微小的、不可再分的物质微粒即原子构成；
②同一元素的所有的原子，各方面的性质（特别是重量），都完全相同；不同元素的原子重量不同；原子的重量是每一种元素的特征性质；
③不同元素的原子按简单数目的比例相结合，形成化学中化合现象；化合物称为“复合原子”，其重量为所含各种元素原子重量之总和；
④原子是参加化学变化的最小单位，在化学反应中，原子仅仅是重新排列，而不会被创造或者消失。
虽然，经过后人证实，这是一个失败的理论模型，但作为近代原子学说的奠基者，道尔顿把前人模糊的原子假说变成明确的科学原子理论，化学真正从古老的炼金术中摆脱出来。他对化学以致整个自然科学的贡献，赢得了科学界的崇敬，更被后人誉为“近代化学之父”。
汤姆生的原子模型（枣糕模型）
在道尔顿的原子论里，仍然保留着古希腊学者德谟克利特、近代学者牛顿的一种具有局限性的观
点，即认为原子是宇宙中最小的、不可再分的粒子。这种观点到19世纪末被科学的进程所打破。
冲破这种陈旧观点的事件是：1897年英国物理学家汤姆生（Joseph John Thomson，1856-1940）
发现并证实了所有原子都含有的电子，表明原子内部结构比较复杂，原子并不是构成物质的最小粒子。也就是说，汤姆生发现了第一个亚原子粒子即电子。他开始时把这种组成一切原子的粒子叫做“微粒”，后来改称“电子”。电子这个名词是爱尔兰物理学家斯托尼（1826-1911）于1891年提出来的，当时只
汤姆生
是用来表示电荷的最小单位（基元）。汤姆生研究发现，电子是一种带负电荷的粒子，其质量不到氢原
子质量的千分之一，他的这一发现与科学家们在19世纪对阴极射线的研究有关。
汤姆生在发现电子之后，便进一步地思考原子结构的问题。电子是从原子
里跑出来的，原子是中性的，原子失去了电子之后剩下的粒子应带等量的正电
荷，那么这些正电荷在原子中是怎样分布的呢？他认为正电荷在原子内作球状
均匀分布，电子对称地镶嵌在其中，犹如葡萄干面包一样。其中电子在平衡位
置作振荡，其频率就是原子发光的频率。
汤姆生提出的这个“枣糕模型”，不仅能解释原子为什
么是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，而且还能解
释阴极射线现象和金属在紫外线的照射下能发出电子的现
象。而且根据这个模型还能估算出原子的大小约10-8厘【原子实心球模型的建立与应用】
米，这是件了不起的事情，正由于汤姆生模型能解释当时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家所接受。但以后出现的很多新的实验结果不能用此模型来解释，所以这种模型都没有得到进一步的发展。数年后，汤姆生的原子模型被自己的学生卢瑟福推翻了。
卢瑟福的原子模型（行星模型）
卢瑟福（Ernest Rutherford，1871-1937）出生于新西兰，1895年来到英国卡文迪许实验室，跟
随汤姆生学习，成为汤姆生第一位来自海外的研究生。卢瑟福好学勤奋，在汤姆生的指导下，卢瑟
福在做他的第一个实验——放射性吸收实验时发现了α射线。他经过深入细致的研究后指出，α射
线是带正电的粒子流，这些粒子是氦原子的离子，即少掉两个电子的氦原子。
1911年卢瑟福用α粒子轰击金
箔时，发现大多数α粒子会正常穿过；卢瑟福
但是大概还有万分之一的α粒子以各
种不同的角度反弹回来，
即发生大角度偏转现象。
按照汤姆生的枣糕模型，
质量微小的电子分布在
均匀的正电荷中，而α粒
子是失去两个电子的氦
原子，它的质量要比电子大几千倍。当这样一颗重型炮弹轰击原子时，小小的电子是抵
挡不住的；而金原子中的正电荷均匀分布在整个原子中，也不可能抵挡住α粒子的轰击。
也就是说，α粒子将很容易地穿过金箔，即使受到一点阻挡的话，也仅仅是α粒子穿过
金箔后稍微改变一下前进的方向而已。因此，极少数α粒子发生大角度偏转现象表明，它们必定是在金原子中与某些东西发生了撞击。卢瑟福由此得出结论，只有当金原子中的所有正电荷，也就是几乎所有的质量，都集中在一个小小的中心核上，而这个核只有整个原子的万分之一大小，α粒子才会以这种方式反弹。卢瑟福就这样发现了原子核。这一发现也说明原子内部大部分是空的。
在此基础上，卢瑟福提出了原子的行星模型推翻了他的老师汤姆生的枣糕模型。他认为，原子
有原子核和电子构成，电子在离原子核一定距离的地方围绕着核旋转，就像行星围绕太阳运行那
样；原子核的质量占整个原子质量的绝大部分，但所占空间极小，约10-12米范围，电子的质量
占整个原子质量的极小部分，但占据整个原子空间的绝大部分，约10-10米范围。
概括起来，卢瑟福的行星模型是以经典电磁学为理论基础的，主要内容包括：
①原子的大部分体积是空的；
②在原子的中心有一个体积很小、密度极大的原子核；
③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核空间进行高速的绕核运动。 玻尔的氢原子模型（玻尔模型）
卢瑟福的原子模型也有其缺陷：由于绕原子核旋转的电荷在运动时必然要不断释放能量，其能量必定要持续地减少，这就意味着随着能量的丧失电子将会盘旋下降进入原子核，从而导致原子坍缩，但事实并非如此。这个理论缺陷是由另一位物理学家玻尔解决的。
1913年丹麦原子物理学家玻尔在卢瑟福的核式原子模型的基础上提出：核外电子只能在限定的、稳定的轨道（即区域）内绕核运转，按能量高低远近不同，即电子分层排布和运动。玻尔的这种原子模型被后人称为玻尔模型，他也因此获得了1922年诺贝尔物理学奖。
1920年卢瑟福又提出的天才的中子假说，认为原子核中除了含带正电荷的质子外，还应该有一种和质子质量相近的电中性的微粒，后来他的学生查德威克通过实验证明了中子的存在，也因此获得1935年的诺贝尔物理学奖。
继这些科学家之后，原子结构模型还在不断地发展，如现代量子力学模型等。
参考：1.百度——“原子”“原子结构”条目 2.《简明科学史》 3.上海教育出版社《化学》九年级上册，有删改
编辑：宋志昭
原子实心球模型的建立与应用(二)
《原子模型》
原子模型
执教教师：上海市闵行区诸翟学校 乔利亚
点评人：上海市闵行区教师进修学院 戴金平
一、背景和教学任务简介
教学对象分析：上海市闵行区诸翟学校是位于城乡接合部的一所九年一贯制学校，学生学习水平处于区中等偏上水平。通过六、七年级《科学》学习，学生已具有一定的探究意识与能力。
教学任务分析：初中物理基础型课程部分一级主题共有四个：物质、机械运动、电磁运动和能量。“原子模型”是一级主题物质所属三个二级主题密度、分子原子和宇宙中的一个。在教材中隶属于初中物理 “从原子到星系”这一章的第一节内容，这一章包含了物质主题的两个二级主题，微观世界和宏观世界的结构。虽然，这一部分内容不多，但却是研究物体运动的一般规律和物质结构的物理学这门学科的重要组成部分，由于初中学生已有知识基础的限制，课程标准只要求学生通过学习这一章的原子结构和太阳系，认识物质的基本结构，感悟科学的物质观和宇宙观。
“原子”这个词在我们实际生活中经常出现，学生比较熟悉，而“原子”这个物理学的概念与七年级《科学》课中“粒子”的概念有什么区别，学生认识比较模糊，容易混淆。因此，就需要教师和学生一起首先回顾《科学》课中“粒子”的概念，弄清“粒子”概念的内涵，然后来学习“原子”这个物理学的概念，从而较好地认识微观的物质结构。“粒子”和“原子结构”均是通过模型来理解的，而模型是事物实际情况在人脑中的想象图，从了解科学家在实验的基础上通过猜测和推理，建立微观的原子结构模型的过程，为学生打开一扇微观世界的大门就是教学中的重点和难点。
二、教学目标
1、 知识与技能【原子实心球模型的建立与应用】
⑴了解原子模型建立过程中的三种模型。
⑵了解原子结构和原子核与原子大小的数量级。
2、过程与方法
⑴通过探究活动，引导学生感受原子模型的建立过程。
⑵在探究活动中，促进学生通过运用猜测、思考和推理的方法，从自身的知识结构和实际生活体验出发，来认识“原子模型”。【原子实心球模型的建立与应用】
3、情感态度与价值观
⑴通过对“原子结构”的学习，感悟科学的物质观。
⑵通过介绍科学家建立“原子模型”的过程，突出了人类探索物质构成奥秘艰难曲折的历程，说明了科学研究的长期性和艰巨性。
⑶通过了解人类对物质结构的认识历程，体验科学是不断发展的、认识是逐渐深化的，从而激发科学探究的热情。
三、教学重点和难点
1. 教学重点：原子结构模型
2. 教学难点：“原子模型”的建立过程。
四、教学设计思路和教学流程
这节课以人类对物质结构的认识历程展开教学，以学生的探究活动、猜测和推理来判断物质结构为突
破点，来体验“原子模型”的建立过程，让学生了解看不见的“原子结构”。通过介绍科学家建立“原子模型”的过程，突出了人类探索物质构成奥秘艰难曲折的历程，说明了科学研究的长期性和艰巨性。
课程标准对这部分内容的要求是通过了解物质结构的基本形态“原子模型”的概念，感悟科学的物质观。对原子结构不做过深的要求。由于教学中知识与技能内容较少，故可以从学生的体验和感悟出发，培养学生的探究意识与精神，因此本节课力图将自主探究、实践体验、合作交流的学习方式与接受性学习方式的有机结合，“做”、“想”、“讲”有机统一，利用信息技术提供给学生丰富资料、图片等，变抽象为形象，突破教学难点。
针对学生对原子究竟小到什么程度没有一定的感性认识，而且无法想象出来，通过两个自主的探究实验，在实验的基础上思考并讨论、猜测、推理和想象粒子的模型，建立粒子模型的概念。阅读《J·道尔顿的观点》一文，了解在认识“粒子”概念的基础上J·道尔顿原子观点的形成。通过两个分梯度的“黑盒子”实验模拟科学家发现原子结构的历程，认识到物理学家是根据实验和猜测来推断和想象原子内部的情况，并且经过不断的发现和发展逐步认识原子的内部结构，建立了“原子模型”。在学生通过探究活动和阅读，对原子结构有一定认识的基础上，运用现代信息技术平台，以多媒体动画模拟原子结构的发现过程，为学生呈现形象的原子模型，把原子内部结构情况在人脑中的抽象的想象图转化为形象的模型，使学生的抽象思维能力得到提高。
本节课教学内容需1课时。
五、学习资料和器材准备
资料：多媒体动画课件。
器材：多媒体计算机一套，两种黑盒子若干，锥子若干。
六、案例实录
对于看不见摸不着的原子，人们根本无法看到原子的真面目，只能通过宏
观的实验现象来猜想原子的内部结构。原子就像这样的密封的“黑盒子”
，盒学生经历观察实验现子里面装的是什么物体，我们不知道，非常像原子的内部情况科学家当初也不清楚一样，需要通过实验来推测和猜想内部情况。我们来做一个小实验，模拟科学家研究的过程。 活动三 现在每组有三个相同的“黑盒子”分别装有不同的物体，你们采取什么实验方法在不打开“盒子”的情况下，并把实验过程和推断结果写在学习活动卡上。然后请同学回答你猜测的结果和理由。 生甲：A是沙子和石块，理由是通过听声音可以判断。 生乙：B生丙：C是软软的小球，理由是手捏起来的感觉，具体是什么不清楚。 „„ 补充日本长岗半太郎提师：“黑盒子”实验与研究原子结构比较相似，后来科学家又对道尔顿的原子观点进行了长达89年大量的实验研究，发现道尔顿的观点与实验事实矛盾，说明道尔顿原子观点并不十分正确。 师：1889年，汤姆逊在实验中发现了从原子中能跑出比它质量小得多的带负
电电子来。打破了原子是坚固的、不可再分的最小粒子的观念。汤姆逊1906
年获得了物理诺贝尔奖。 汤姆逊根据实验研究，推测正电荷像液体一样均匀分布在原子里，带负电的电子则浸在其中，这一模型被人们称为“葡萄干蛋糕模型”，在当时提出的各种模型中影响最大。 师：与汤姆逊同时代的日本科学家长岗半太郎提出了“土星模型”，他认为原子就像土星一样，中间是有核的，电子就像土星的卫星均匀地排列在一个环上。 当时这两种观点，引起了科学家们的争议。原子中除电子外还有什么东西此实验可以帮助学生理电子是怎么呆在原子里的? 原子中什么东西带正电荷?正电荷是如何分布的?哪个模型更接近实际呢？ 师：就像这两个包好的红、白纸包中分别包了两种水果，一个水果有核是黑布 林，一个水果无核是橘子，在不打开盒子的情况下，你们怎样判断有核与无核？生甲：踩烂，看一看。 师：如果不能踩烂，还又何方法？ 生乙：闻一闻有无橘子味。 师：若包裹得比较厚闻不出。怎办？ 生丙：用锥子刺透和刺不透。 师：很好，请一位同学来刺一下这两个红、白纸包，判断两种水果分别在哪个包中。（一位同学到讲台作实验） 生：红纸包中是橘子、白纸包中是黑布林。 师：理由呢？ 生：红纸包锥子能刺透、白纸包中间锥子刺不透。 师：很好，因为原子太小无法看到，也很难一个个打开，因此汤姆逊的学生卢
原子实心球模型的建立与应用(三)
原子结构的模型
年级 八年级 学科： 科学 授课时间： 月 日
主备： 审核：
第 1 页 共 2 页 2013学年第二学期 第一章
第 2 页 共 2 页 2013学年第二学期 第一章
原子实心球模型的建立与应用(四)
类比法的概念及其在中学物理教学中的意义
摘 要：类比法是一种重要的科学研究方法。通过在中学物理教学实践中应用类比法，对同一领域的物理问题和不同领域物理问题的物理过程、数学形式、情景图像的类比分析研究，找出有关物理事物之间的共性；用已知的物理规律去对照、描述未知的物理规律，使物理规律简洁明了，易于学生掌握。与此同时，在进行类比教学的过程中，通过具体事例，不但要使学生学会应用类比法来分析问题、解决问题，而且要使其科学创新思维能力得到一定的培养和提高。 关键词：物理教学；类比法；意义
类比法在物理学的发展和研究过程中有着不可替代的作用。同样，类比法在中学物理教学中也具有其独特的作用和意义。它不仅有利于克服教学活动中的难点问题，也有利于旧知识向新知识的迁移，更重要、更有意义的是，通过这种教学活动，还有利于培养和提高学生的创新思维能力及其开拓精神。
一、类比法的概念
所谓类比法，实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理，即它是根据两个（或两类）对象或事物在某些属性上的相同或相似而推出它们在另一些属性上也可能相同或相似的一种推理方法。关于类比法的研究和应用，国内外不少文献都有论述。归纳起来，类比法的具体过程是：通过两个不同的对象进行比较，找出它们的相同点或相似点，然后以找出的两对象间的相同点或相似点为依据和前提，把其中某一对象已知的属性推移到另一对象中去，从而获得对另一对象原来未知属性的认识。由此得出类比法的基本模式为：
已知A对象具有a、b、c、d属性，B对象具有a′、b′、c′属性，其中a′、b′、c′分别与a、b、c相同或相似，则由类比法，B对象可能具有与d属性相同或相似的属性d′.
例如，在二十世纪初近代物理学发展史上，英国著名物理学家卢瑟福与其助手盖革和马斯顿为了探索原子内部结构的奥秘，设计并进行了著名的α粒子散射实验。结果他们发现，原子并不像汤姆逊所提出的是具有10-10米那样半径的实心球体，而是与太阳系的情况十分相似：太阳作为太阳系的核心，具有太阳系总质量的99.87%，而太阳所占太阳系的体积甚小；原子则是由一个原子核和核外的电子所组成，原子核所占体积甚小但其质量约占原子总质量的99.97%；并且还了解到，原子核与电子之间的作用力（遵从库仑定律F=kq1q2/r2）和太阳与行星之间的作用力（遵从万有引力定律F=Gm1m2/r2）的数学形式也很相似，都是作用力与距离平方成反比的关系。于是，卢瑟福经过类比推理，于1911年正式提出了原子结构的“行星模型”或“核式模型”。这一模型为后来的众多实验所证实。卢瑟福的类比推理过程可归纳为：
由此推出结论：原子可能是由电子环绕原子构成。
在物理学中还有许多重要理论的建立和重大的发现，最初就是通过类比推理而得出的。因此，教师要充分挖掘这方面的历史素材，并将其渗透到教学中去，通过类比不但能有效地揭示自然现象，掌握物理规律，并且要不断创新，以促进学生的创造性思维的发展。
二、类比法在中学物理教学中的作用和意义
运用类比法可以高效地认识物理世界，类比法不仅运用于物理研究中，在中学物理教学中也具有独特的作用和意义。
1.培养学生的发散思维和逻辑思维能力。在科学探索的过程中，类比法的价值为世界上许多科学家所称道。开普勒曾说过：“我重视类比胜于任何别的东西，它是我最可信赖的老师，它能揭示自然界的秘密。”康德也曾说过：“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往能指引我们前进。”运用物理类比法可以把陌生的对象和熟悉的对象进行对比，把未知的东西和已知东西相对比，这样可使学生能动地认识客观事物，通过分析、推理获取并掌握知识。在这一过程中，他们必然要产生联想，反复思考，从不同的角度观察事物，进行一定的逻辑推理以获得相应的结论。显然，在此过程中，学生不仅习得了必要的专业知识、提高了获取知识的能力，同时还能使自己的思维方法得到培养，尤其是发散思维与逻辑思维能力得到很好的培养。在这样的学习过程中，学生不是接受现成的知识，而是经过自己的主动探索而获得知识，这样得到的知识会更有效、记忆更加牢固、理解的也会更透彻。
2.使抽象的物理概念和规律更加具体化。中学生以形象思维为主，抽象思维相对较差。虽然物理学是以实验为基础的学科，给人的感觉好像是比较实在，但是，物理学的理论（概念、规律、定义、定律等）是对实验、事物实体等经过抽象化后而形成的。所以，有些理论对中学生来说还是颇为费解的，学生对它们缺乏感性认识的基础，掌握起来有一定的难度。如果运用类比法教学，就能够给这些抽象的事物赋予一定的、间接的直观形象，从而可把研究对象具体化，帮助学生有效地把握这些形象，从中获取物理知识，发展智力，培养自身的能力。
总之，物理教学过程中的方法多种多样，而被誉为科学家活动中的“伟大的引路人”的类比法在中学物理中有着广泛的应用。类比法可激发学生探索的意向并引导学生进行实地探索，使他们成为学习的真正主体，变被动学习为主动、自觉、积极的学习。类比法是培养、提高学生的创新意识、创新能力的重要途径之一。
经过以上探讨，我们了解到类比法是人们认识客观世界的重要科学思维方法之一。在中学物理教学中，广泛而恰当地运用这种科学思维方法，可以提高物理教学水平。
编辑 武慧慧
原子实心球模型的建立与应用(五)
专题Ⅱ物质构成的奥秘
一、化学物质的多样性 （一）课标要求
1．认识物质的多样性。
2．区分纯净物和混合物、单质和化合物、有机化合物和无机化合物。
3．能从元素组成上认识氧化物。
4．知道无机化合物可以分成氧化物、酸、碱、盐。
（二）典例分析
【例1】（滨州）下列各组物质按单质、氧化物、混合物的顺序排列的是（）
A.钢、氧化镁、空气
B.氮气、氧气、牛奶
C.焊锡、水、果汁
D.金刚石、冰水、矿泉水
【解析】单质是同种元素组成的纯净物，氧化物是含有两种元素且其中一种是氧元素的化合物，混合物则是含有多种成分的物质。对照这3个概念，并结合题给12种物质的组成可以看出，氮气、氧气、金刚石属于单质，氧化镁、水、冰水属于氧化物，钢、空气、牛奶、焊锡、果汁、矿泉水属于混合物。显然，D组物质是按照单质、氧化物、混合物的顺序排列的。
【答案】D
【例2】（南京）写出含有氮元素的常见氧化物、酸、碱、盐的化学式各一个。
物质的类别氧化物酸碱盐物质的化学式【解析】含有氮元素的氧化物显然是由氮元素和氧元素组成的，即二氧化氮（NO2）或一氧化氮（NO）。酸、碱、盐中如果含有氮元素，那么氮元素应该在原子团中；常见的含有氮元素的原子团是硝酸根（NO－3）、铵根（NH+4），所以含有氮元素的酸是硝酸（HNO3），含有氮元素的碱是NH4OH（常写成NH3・H2O形式，即氨水），含有氮元素的盐是硝酸盐（如KNO3等）或铵盐（如NH4Cl）。
【答案】NO2（或NO）HNO3NH3・H2O
KNO3（或NH4Cl等）
（三）专题演练
1.（黄冈）下列各组物质中，均属纯净物的是（）
A．合成纤维油脂
B．天然气水银
C．冰水干冰
D．医用酒精碘盐
2.（孝感）下列说法正确的是（）
A．只含有一种元素的物质一定是纯净物
B．化合物中一定含有不同种元素
C．混合物一定由不同种分子构成
D．含有氧元素的物质一定是化合物
3.（南宁）下列各图中，“”和“”分别表示不同元素的原子，则其中表示化合物的是()
4.（济宁）下列各组物质都属于氧化物的是()
A.氮气、空气B.水、过氧化氢
C.烧碱、纯碱D.生石灰、熟石灰
5.（温州）根据物质的组成，小明将部分物质分为甲、乙两类（如图所示），下列分类结果判断正确的是（）
类别物质甲氯化钠、水乙氧气、铜A.甲为化合物，乙为单质
B.甲为单质，乙为化合物
C.甲为氧化物，乙为金属
D.甲为金属，乙为氧化物
6.（锦州）下列各组物质，按单质、氧化物、混合物顺序排列的是（）
A.石墨、氯酸钾、石油
B.钢、氧化镁、铁锈
C.臭氧、二氧化硫、冰水混合物
D.液态氧、干冰、空气
7.(乌鲁木齐)分类是学习和研究化学物质的一种常用的科学方法。下列分类正确的是()
A.碘酸钾的化学式是KIO3，属于盐
B.一氧化碳中含有碳元素，属于有机物
C.臭氧中含有氧元素，属于氧化物
D.碳酸氢钠能解离出H+，属于酸
8.（德州）在科学研究中，分类是常用的方法之一。对于同一种物质，由于分类的依据不同分类的结果也有所不同。以“水”为例，下列各组物质中，水均与其他三种物质所属类别不同。
（1）依据物质通常存在的状态：在H2O、CO2、MgO、CaO中，水属于。
（2）依据所含物质种类数目：在水、空气、土壤、海水中，水属于。
（3）依据物质所含元素种类：在H2O、H2SO4、Na2CO3、NaOH中，水属于。
9.（泰安）分类是研究物质的一种重要方法，但分类要有一定的标准。请按照物质用途、组成两种分类标准，将下列物质：①甲烷、②铁、③碳酸氢铵、④水、⑤硫酸、⑥氢氧化钠，按要求的顺序填写在相应的空格中（每种物质只能选填一次，只填写序号）。
二、微粒构成物质
（一）课标要求
1．认识物质的微粒性，知道分子、原子、离子都是构成物质的微粒。
2．能用微粒的观点解释某些常见的现象。
3．知道原子是由原子核和核外电子构成的。
4．知道原子可以结合成分子，同一元素的原子和离子可以互相转化。
5．初步认识核外电子在化学反应中的作用。
（二）典例分析
【例1】（青岛）建立宏观和微观之间的联系是化学学科特有的思维方式。下列对宏观事实的微观解释错误的是（）
A.10mL酒精和10mL水混合后体积小于20mL，是因为分子变小了
B.缉毒犬能根据气味发现毒品，是因为分子在不断地运动
C.水电解生成氢气和氧气，是因为分子在化学变化中可以改变
D.不同的碱化学性质有所不同，是因为解离生成的金属阳离子不同
【解析】10mL酒精和10mL水混合后体积小于20mL，是因为分子之间有间隔，而不是因为分子变小了。毒品中的分子不断运动，向四周扩散，因而缉毒犬能找到毒品。水电解时水分子发生了变化，变成了氢分子和氧分子。碱既具有相似的化学性质（都含有OH-），也因为解离生成的金属阳离子不同而使碱的化学性质出现差异。
【答案】A
【例2】（呼和浩特）下列说法中正确的是（）
①分子是保持物质性质的一种微粒②原子是不能再分的一种微粒③镁原子与镁离子的化学性质不同④原子团在化学反应中可能发生变化
A.①②B.②③
C.①④D.③④
【解析】分子是保持物质化学性质的最小粒子，所以①错误。原子还可以分为原子核和核外电子，所以②错误。决定元素化学性质的是粒子最外层电子数，由于镁原子与镁离子最外层电子数不同，所以化学性质不同，即③正确。原子团在有的反应中是可以分开的，如高锰酸钾、碳酸氢铵的分解反应，故④正确。
【答案】D
（三）专题演练
1.（常州）“花气袭人知骤暖，鹊声穿树喜新晴”，描述了春天晴暖、鸟语花香的山村美景。下列从微观角度对“花气袭人知骤暖”的解释最合理的是（）
A.微粒的体积小、质量轻
B.微粒间有空隙
C.微粒在不断运动
D.温度越高，微粒运动越快
2.(武汉)下列说法错误的是（）
A.在化学变化中分子可以分成原子
B.空气由空气分子组成
C.构成物质的粒子有分子、原子和离子等
D.氧化物中一定含有氧元素
3.(南京)下列物质中由原子构成的是（）
A．蒸馏水B．氯化钠
C．金刚石D．C60
4.（山西）对水的沸腾现象解释合理的是（）
A．水分子体积增大
B．水分子本身发生变化
C．水分子质量变轻
D．水分子间隔发生变化
5.（广州）右图是元素X的一种粒子结构示意图，下列说法正确的是（）
A.X是金属元素
B.该粒子最外电子层已达到稳定结构
C.该粒子的核电荷数为18
D.该粒子可表示为X＋
6.（龙东）下列结构示意图中的粒子，化学性质相似的是（）
A.（1）（2）B.（2）（3）
C.（3）（4）D.（2）（4）
7.（长沙）用分子、原子的观点分析下列生活中的现象，其解释不合理的是（）
A．50mL水和50mL酒精混合后，总体积小于100mL――分子之间有间隔
B．八月桂花飘香――分子在不断运动
C．一滴水中约含有1.67×1021个水分子――分子很小
D．水结成冰――分子停止运动
8.（山西）化学的学科特征是在原子、分子水平上研究物质和创造物质。从Na、Mg原子结构示意图推知，金属Na、Mg性质不同的原因是（合理即可）；一氧化碳和二氧化碳性质不同的原因是（合理即可）；NaOH溶液、Ca(OH)2溶液都能使酚酞变红的原因是。由此可见：物质的结构决定物质的性质。
三、认识化学元素
（一）课标要求
1.认识氢、碳、氧等与人类关系密切的常见元素。
2．记住并能正确书写一些常见元素的名称和符号。
3．知道元素的简单分类。
4．根据元素的原子序数能在元素周期表中找到指定的元素。
5．形成“化学变化过程中元素不变”的观念。
（二）典例分析
【例1】（舟山）臭氧（O3）、二氧化氯（ClO2）、过氧化氢(H2O2）等都是生产、生活中的消毒剂，三种物质中都含有（）
A.氧分子B.氧离子
C.氧气D.氧元素
【解析】三种物质都是分子构成的物质，但是都不含有氧分子，也不可能含有氧离子。三种物质都是纯净物，都不可能含有氧气。由三种物质的化学式可知，三种物质中都含有氧元素。
【答案】D
【例2】（德州）碘是人体必需的微量元素，缺少或过量都会引起甲状腺肿大，右图是元素周期表中关于碘元素的信息。下列说法错误的是（）
A.碘元素属于非金属元素
B.相对原子质量为126.9
C.原子核内中子数为53
D.碘原子核外有53个电子
【解析】根据图示元素周期表中的一格可知，碘属于非金属元素，其相对原子质量为126.9。因为碘元素的原子序数为53，而“原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数”，所以碘原子的质子数为53，核外电子数为53。因为碘原子有53个质子，所以其中子数为：127-53=74。
【答案】C
（三）专题演练
1.(天津)地壳中含量最多的非金属元素是（）
A．SiB．Fe
C．AlD．O
2.（北京）决定元素种类的是（）
A．质子数B．电子数
C．中子数D．核外电子数
3.（衡阳）衡阳是有色金属之乡，水口山铅、锌矿历史悠久，世界闻名，这里的铅、锌指的是（）
A．单质B.元素
C.原子D.化合物
4.（潍坊）不法商贩在黄金中掺入铱损害了消费者的利益。由图中信息可知，下列说法中错误的是（）
A.铱的原子序数是77
B.铱的相对原子质量是192.2
C.铱的质子数是77
D.铱属于非金属元素
5.（常州）2012年6月，第117号化学元素被成功验证。下列关于该元素原子的叙述错误的是（）
A.由原子核和核外电子构成
B.核电荷数等于核外电子数
C.质量主要集中原子核上
D.是一个实心球体
6.（绵阳）最近，大米中镉超标受到人们广泛关注。镉有剧毒，首先引起肾脏损害，然后破坏人体内的钙，使人患上无法忍受的骨痛病。结合图示判断，下列关于镉的说法错误的是()
A.是一种对人体有害的金属元素
B.相对原子质量为112.4
C.原子序数和原子核内中子数均为48
D.原子核外有5个电子层，最外层有2个电子
7.（沈阳）元素周期表是化学学习和研究的重要工具。下图是元素周期表的一部分，根据表中信息回答下列问题。
ⅣAⅤAⅥAⅦA6C
碳
12.017N
氮
14.018O
氧
16.009F
氟
19.0014Si
硅
28.0915
磷
30.9716S
硫
32.0717Cl
氯
35.45（1）硫元素的原子序数是，相对原子质量是。
（2）第15号元素的符号是。
（3）利用表中元素，写出一种分子构成与微粒模型相似的物质的化学式：。
8.（泸州）下图为元素周期表的一部分，请按要求填空。
（1）表中3至10号元素位于第二周期，11至18号元素位于第三周期，分析其规律可知，每一周期元素原子的相同。
（2）表中9号和17号元素最外层电子数相同，都易（填“得到”或“失去”）电子；则钠元素和氟元素组成的化合物的化学式为。
（3）请在表中①～⑤五种元素里选出恰当的元素组成一种常见的盐，该盐在农业生产上可用作复合肥料，则该盐的化学式为。
四、物质组成的表示
（一）课标要求
1．能说出几种常见元素的化合价。
2．能用化学式表示某些常见物质的组成。
3．利用相对原子质量、相对分子质量进行物质组成的简单计算。
4．能看懂某些商品标签上标示的组成元素及其含量。
（二）典例分析
【例1】（荆门）下列含有硫元素的物质中，硫元素的化合价最高的是（）
A．H2SO3B．H2SO4
C．KHSO3D．Na2S2O3
【解析】在这4种物质中，氧元素均显-2价，氢元素、钾元素、钠元素均显+1价，根据“化合物中元素正负化合价的代数和为零”，不难求出4种物质中硫元素的化合价分别是+4、+6、+4和+2。因此，硫酸中硫元素的化合价最高。
【答案】B
【例2】（山西）天然气的主要成分是甲烷。由甲烷的化学式“CH4”获得的信息正确的是（）
A．甲烷的相对分子质量是16g
B．甲烷中有4个氢原子
C．甲烷中碳的质量分数为20%
D．甲烷是一种有机物
【解析】相对分子质量的单位是“1”，常省略不写，而不是“g”。甲烷是由甲烷分子构成的，1个甲烷分子中才含有4个氢原子。甲烷中碳元素质量分数为：1216×100%=75%。甲烷是含碳元素的化合物，也属于有机物。
【答案】D
（三）专题演练
1.（安顺）下列各物质中均含有N元素，在这些物质中N元素的化合价最低的一种是（）
A.KNO3B.NH4Cl
C.NOD.NO2
2.(南京)氦气中氦元素的化合价为（）
A．+1B．0
C．-2D．-1
3.（绵阳）二甲醚是一种应用前景广阔的清洁燃料。完全燃烧二甲醚4.6g，生成CO28.8g、H2O5.4g，下列判断不正确的是()
A.二甲醚由C、H两种元素组成
B.二甲醚中C、H元素的质量比为4∶1
C.二甲醚中H的质量分数为13%
D.4.6g二甲醚完全燃烧消耗O29.6g
4.（南昌）帕拉米韦是一种新型的抗流感病毒药物，对其主要成分（化学式为C15H28N4O4）描述正确的是（）
A．属于有机物
B．由碳、氢、氮、氧四种元素组成
C．其中碳、氢元素的质量比为15∶28
D．它的1个分子中含有两个氧分子
5.（东营）H7N9禽流感，使人们谈“禽”色变。从香料八角中提取的莽草酸是合成治疗禽流感药物――达菲（Tamiflu）的原料，莽草酸为白色粉末，熔点是191℃，气味辛酸，易溶于水，能使紫色的石蕊溶液变红色。下图是莽草酸的结构模型，下列选项不正确的是（）
A．莽草酸的化学式为C7H10O5
B．莽草酸属于酸类化合物
C．熔点191℃、气味辛酸、易溶于水，属于莽草酸的物理性质
D．莽草酸完全燃烧，产物不仅有CO2和H2O，还可能有SO2
6.（绵阳）将ag铁和碳的混合物在氧气中充分灼烧，冷却，称量，发现剩余固体的质量仍为ag，该混合物中碳的质量分数为()
A.30.0%B.22.2%
C.27.6%D.10.3%
7.（常州）下图是元素周期表中的一格，提供了氯元素的相关信息。
（1）氯元素的原子序数为。
（2）用化学符号表示氯离子：。
（3）二氧化氯是一种常见的漂白剂，化学式为，其中氯元素的化合价为。
8.（济宁）俗话说“酒是陈的香”。白酒的主要成分是乙醇，把酒密封好埋在地下窖藏几年后，其中的乙醇就和白酒中少量的乙酸发生反应，生成一种具有浓郁果香味，名叫乙酸乙酯(CH3COOC2H5)的物质。上述反应速度较慢，因此，窖藏时间越长，乙酸乙酯含量越多，酒就越醇香。
阅读上面信息后回答：
(1)乙酸乙酯分子中C、H、O三种原子的个数比为。
(2)乙酸乙酯中元素的质量分数最大。
9.（庆阳）地沟油中含有一种强烈致癌物黄曲霉素B2（C17H14O6），长期食用会引起消化道癌变，请回答：
(1)黄曲霉素B2的相对分子质量为。
(2)黄曲霉素B2中碳、氢、氧三种元素的原子个数比为。
(3)15.7g黄曲霉素B2中含有g氧元素。
10.（苏州）某食用盐是取自深埋地下千余米的岩盐为原料，用先进工艺精制而成。
(1)在实验室若将5.0g该岩盐经溶解、过滤和等步骤，初步提纯后得到4.0g精盐，其产率为%。
(2)每百克该食用盐中还需添加亚铁氰化钾1mg，其作用是。
(3)现有一批采用此岩盐精制所得的食用盐，其主要成分(按质量分数计)是氯化钠60.0%、氯化钾40.0%。请列式计算该批食用盐中钠元素质量分数比纯氯化钠中钠元素的质量分数低多少？
原子实心球模型的建立与应用(六)
类比方法在物理学研究中的应用
摘 要： 类比法是指通过对两个不同物理事件进行比较，找出它们的相似点或相同点，然后以此为依据把其中某一物理事件有关知识推移到另一物理事件中去，从而对另一物理事件的特点、规律进行更好的理解和把握。 关键词： 类比法 物理学 类比推理
类比法是物理学研究中的一种重要推理方法，是从事科学研究必不可少的素养之一。德国天文学家开普勒曾说过：“我珍视类比胜于任何别的东西，它是我最可信赖的老师，它能揭示自然的秘密。”在物理学史上，许多科学预言的提出、物理问题的解决、物理模型的建立及科学发现和发明的获得都运用了类比推理。
例如卢瑟福在提出行星式原子模型时就应用了类比法。“原子”一词出自古希腊语，意思是不可分的。1897年汤姆逊在研究阴极射线时发现了原子中电子的存在，打破了古希腊“原子不可分割”的理念。那这个内部结构是怎样的呢？汤姆逊据自己的想象勾勒出这样的图景：原子成球状带正电荷，带负电荷的电子一粒粒的“镶嵌”在这个圆球上。此即“葡萄干布丁模型”。
但1910年卢瑟福和他的学生们在他实验室里进行了次留名青史的实验。他们用带正电的氦核轰击一张极薄的金箔，想通过散射来确认那个“葡萄干布丁”的大小和性质。但出现了极不可思议的情况。少数氦粒子的散射角甚至超过90度。卢瑟福将此情况形象的描述为：“这就像你用十五英寸的炮弹像一张纸轰击，结果这炮弹却被反弹了回来，反而击中了你自己一样”。他认识到氦粒子反弹必定是因为它们和金箔原子中某种极为坚硬密实的核心发生了碰撞。此核心应带正电且集中了原子的大部分质量。但从氦粒子只有很少一部分出现大角度散射来看核心所占地方极小，不到原子半径的万分之一。于是1911年卢瑟福发表了这个新模型：一占据绝大部分质量的“原子核”占据了原子中心，四周带负电的电子沿特定轨道绕它运行，这酷似一行星系统，如太阳系。此模型被称为“行星系统“模型。在这里原子核就像我们的太阳，而电子则是围绕太阳运行的行星。这样通过类比是人们形象直观的认识了此模型，为以后原子模型的完善奠定了坚实的基础。可见类比法在原子模型的建立过程中起了承前启后的关键性作用。
又比如库仑定律的发现和验证也是类比推理的产物。18世纪中叶，牛顿力学已取得辉煌胜利，人们借助于万有引力的规律进行类比推理，对电力和磁力作了各种猜测。
德国柏林科学院院士爱皮努斯认为电的吸引与排斥类似于万有引力，并假设电荷之间的斥力和引力随带电物体间的距离的减小而增大，据此对静电感应现象作出了更完善的解释。美国普利斯利在做了空罐实验（也叫冰桶实验）后，于1767年在《电学历史和现状及其原始实验》一书中写到：“难道我们就不可以从这个实验得出结论：电的吸引与万有引力服从同一定律。”这些科学家的观点并非凭空想像出来的，而是通过类比推理得到的。
苏格兰科学家罗比逊据爱皮努斯的猜测设计了一个杠杆装置，测出了静电力和距离的关系，但有指数偏差。罗比逊认为，指数偏大原因应归于实验误差，由此得出结论，静电力服从平方反比定律。
卡文迪许于1773年用两个同心金属球壳设计了一个巧妙的实验装置，进行了同心金属实验，经过多次重复实验，确定电力服从平方反比定律，指数偏差不超过0.02。
库仑在研究静电力时也是把它跟万有引力进行类比，事先建立了平方反比的概念，并且结合前人经验发明了扭秤（库仑扭秤），扭秤能以极高的精度测出非常小的力。库仑用他的扭秤精确地测量了静电力与距离间的关系，若用二次方反比表示，其指数偏差约0.04（比卡文迪许测的指数偏大一倍）。在类比推理思想的支配下，并结合实验误差分析，库仑推断应服从平方反比关系，从而建立了库仑定律，最终确定了在真空中两个点电荷之间的相互作用力与两点电荷所带的电量及距离间的定量关系。
从库仑定律的发现历程可见，类比推理在科学研究中所起的作用是巨大的。若不是先有万有引力定律的发现，并利用类比推理进行合理猜想，单靠具体实验数据的积累，不知何年才能得到严格的库仑定律表达式。
另外类比方法在物理教学中的应用也很广泛。类比不仅可以把抽象的新知识纳入到已有的知识系统中来，化抽象为形象、化难为易、化繁为简，同时又可激发学生进行联想。
高中物理课中学习库仑定律时可以类比万有引力定律，因为他们在形式上特别相似，都遵循乘积二次方反比的形式。实际上这种巧合是一种必然。考虑广义相对论中的结论，物体的质量可以造成时空的弯曲，这种弯曲的传递在三维空间内以球面的形式传播。同一球面上，时空的曲率完全相同，这就类比与在真空中有一个点电荷，它的等势面亦是一个球面。这就相当于把一个性质平摊到一个球面上，也就是这个性质的密度。若将此性质表示为m，则性质密度为m＼S（其中S为球的表面积）。在宏观上，性质密度的表现是在这一点上所受的性质（物体所受的万有引力及库仑力）。而引起这种性质的原因对于万有引力，是质量；对于库仑力，是电荷量。而此性质是两个物体的质量或电荷量相互作用而成的，因此在表达式中它们起相互促进的乘积作用。
初中物理教学过程中大量运用了类比法。比如学习电学知识时学生在老师的引导下，联想到水压迫使水沿着一定的方向流动，水管中便形成了水流；类似地电压迫使自由电荷做定向移动使电路中形成了电流。抽水机是提供水压的装置；类似地电源是提供电压的装置。水流通过涡轮时，消耗的水能转化为涡轮的动能；类似地电流通过电灯时，消耗的电能转化为电灯的内能和光能。又如我们学习分子的动能时，将它与物体的动能进行类比；学习功率时，将它与速度进行类比。
总之在现实生活中，智慧、知识、思想都绝不是一蹴而成的。类比法使许多新概念诞生、使许多科学之谜破解，铸造了物理学史上一座座里程碑。可见它是我们研究物理学的一大法宝。我们应好好利用这一法宝，在物理学这一肥沃的土地上开辟更多的新天地。
参考文献
[1] 弗格拉希.逻辑学[M] .上海 ：三联书店出版社，1979.
[2] 潘家懿，辛举.普通逻辑基础[M] .太原：山西高校联合出版社，1991.
[3] 张延惠，林圣路，王传奎.原子物理教程[M].济南：山东大学出版社，2003.
本文来源：http://www.zhuodaoren.com/shenghuo341696/
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