1、物 理普 通 高 中 教 科 书选择性必修物理普通高中教科书 选择性必修 第三册广东教育出版社广东教育出版社第三册 W U L I批准文号：粤发改价格2017434号 举报电话:12315定价：10.32元2020年12月物理选修封面-审定通过（12315）.indd 32020/12/10 下午5:09图书在版编目(CIP)数据物理：选择性必修第三册 / 熊建文主编广州：广东教育出版社，2020.2（2021.12重印）普通高中教科书ISBN 978-7-5548-2983-7. 物. 熊. 中学物理课高中教材. G634.71中国版本图书馆CIP数据核字（2019）第186192号编 写
2、单 位 广东教育出版社主 编 熊建文副 主 编 王笑君 姚跃涌本 册 主 编 王笑君本 册 副 主 编 周少娜核心编写人员（以姓氏笔画为序） 朱建平 许桂清 李朝明 吴洪文 何琴玉 张军朋 段红民出 版 人朱文清责任编辑 李敏怡 李浩奇 蔡潮生责任技编 杨启承 陈 瑾装帧设计 何 维 梁 杰物理 选择性必修 第三册WULI XUANZEXING BIXIU DISANCE广 东 教 育 出 版 社 出 版（广州市环市东路472号12-15楼）邮政编码：510075网址：http:/广东新华发行集团股份有限公司发行广州市新思程印刷有限公司印刷（广州市番禺区沙头街大富村白仙岗4号）890毫米124
3、0毫米16开本8.75印张220 000字2020年2月第1版2021年12月第5次印刷ISBN 978-7-5548-2983-7定价：10.32元批准文号：粤发改价格2017434号 举报电话：12315著作权所有请勿擅用本书制作各类出版物违者必究如有印装质量或内容质量问题，请与我社联系。质量监督电话：020-87613102 邮箱：gjs-购书咨询电话：020-8777243813Y3436前言-印刷.indd 32022/2/23 9:23:39. 1 .欢迎进入物理选择性必修第三册的学习.18世纪，蒸汽机的发明，使人类摆脱了人力、畜力、水力等对生产和生活水平的约束，从此人类进入了机械
4、化工业时代随着各种机械的改进、效率的提高，人们开始构想各种永动机的制造此时的人们认为“热”是物体内所含的一种看不见、无质量的特殊物质.直到1798年，英国物理学家伦福德（Rumford，本名本杰明汤普森，B.Thompson，17531814）对钻制炮孔大量放热的现象进行研究，才让人们认识到“热”实质是运动的一种形式.英国物理学家焦耳（J. P.Joule，18181889）在18401849年间通过磁电机、桨叶搅拌、水通过多孔塞、空气压缩和膨胀等多项实验，测得大量热功当量的数据，用实验结果证明了内能和机械能及电能间的相互转化.大量的事实表明，不同形式的能量可以相互转移与转化，能量守恒定律是自
5、然界的一条基本规律，这为工业革命、科学技术的发展找到了正确的方向在物质的组成方面，我国古代学者根据自然界万物的变化，认为金、木、水、火、土是构成物质的基本元素古希腊哲学家德谟克里特（Democritus，约前460约前370）由很远就可闻到面包的香味，提出物质由不可再分割的“原子”构成1800年前后，英国物理学家、化学家道尔顿（J.Dalton，17661844）根据某些物质化合成另一种物质时，总是按相同的比例相互结合，提出了物质的原子学说1827年，英国植物学家布朗（R.Brown，17731858）在显微镜下找到了分子（原子）不停地做无规则运动的间接证据直到1981年，人类首次通过扫描隧道
6、显微镜直接观察到原子（或分子）的影像影像虽然模糊，但人们总算“看到”了原子至于对原子内部结构的认识，则经历了J.J.汤姆孙（J.J.Thomson，18561940）的“枣糕模型”、卢瑟福（E.Rutherford，18711937）的核式结构、玻尔（N.Bohr，18851962）的能级结构等一系列模型，人们在“实验假说实验验证修正假说再验证”的不断探索中，逐渐接近事物的真相今天，人们普遍认识到物质由分子和原子构成，原子由原子核与核外电子构成，原子核则由质子和中子构成这些“常识”的获得，都是千百年来不满足于对事物表象认识的思想家、科学家们艰辛努力的结果其中，科学假说及科学模型既是还原事物真相
7、的一种尝试，也是探索者们智慧的闪现，实验则是科学发展的基石和检验真理的试金石在本书中，我们将追寻先人们探索物质世界的足迹通过油膜法测定分子的大小，前 言13Y3436前言-印刷.indd 12022/2/23 9:23:38. 2 .了解分子动理论的基本观点；了解气体、液体和固体的基本物理性质，探寻它们的微观结构；通过热力学定律的学习，体会能量守恒定律是自然界最基本、最普遍的规律，了解到宏观自发过程的不可逆性，形成节能的意识；了解原子及原子核的构成，通过光及实物粒子的波粒二象性、量子论等内容的学习，建构起完整的、科学的物质观念，了解模型建构的方法和意义，体会和掌握测量微观量的思想和方法学习物理
8、是一个动手动脑、体验物理学魅力的过程，为此，本书设计了一系列引人入胜的栏目.“观察与思考”栏目，锻炼我们观察、描述、分析物理现象的能力.“实验与探究”栏目，使我们体会问题、证据、解释、交流等要素在开展科学探究中的重要性.“讨论与交流”栏目，使我们展示对物理问题的见解，感受思维碰撞的乐趣.“实践与拓展”栏目，使我们发散思维，在实践性的课题探索中提升创新能力，认识科学、技术、社会与环境发展的关系.“资料活页”栏目，让我们感悟物理学史上科学家们的智慧，感受前沿科技的成就.“练习”和“习题”栏目，巩固我们对物理概念与规律的理解以及解决实际问题的方法.“本章小结”栏目，通过知识结构图梳理全章的知识主线，
9、让我们回顾和整理学习成果，反思自己的学习情况.学习物理，不仅是为了记住物理概念和认识物理规律，而且还可以帮助我们形成正确的物理观念，指导我们认识自然万物；培养科学思维，辩证地分析实际生产和生活中遇到的问题；学会科学探究的方法，培养基于观察和实验探究自然规律的能力；形成正确的科学态度与社会责任意识.这些才是物理学习的要义，让我们共同努力！前言PHYSICS13Y3436前言-印刷.indd 22022/2/23 9:23:38. 1 .第二章 气体、液体和固体 第一节 气体实验定律（） 第二节 气体实验定律（） 第三节 气体实验定律的微观解释 第四节 液体的表面张力 第五节 晶体 第六节 新材料
10、第一章 分子动理论 第一节 物质是由大量分子组成的 第二节 分子热运动与分子力 第三节 气体分子运动的统计规律2712119202529333945第三章 热力学定律 第一节 热力学第一定律 第二节 能量守恒定律及其应用 第三节 热力学第二定律56616655目 录13Y3436目录-印刷.indd 12022/2/23 9:19:23. 2 .第五章 原子与原子核 第一节 原子的结构 第二节 放射性元素的衰变 第三节 核力与核反应方程 第四节 放射性同位素 第五节 裂变和聚变第四章 波粒二象性 第一节 光电效应 第二节 光电效应方程及其意义 第三节 光的波粒二象性 第四节 德布罗意波 第五节
11、 不确定性关系101751021081131181247681868993目录PHYSICS13Y3436目录-印刷.indd 22022/2/23 9:19:27?第 一 节物 质 是 由 大 量 分 子组 成 的组 成 物 质 的 微 粒 是 多 种 多 样 的 ，或 是 原 子 （ 如 金 属 ） ，或 是 离 子 （ 如 盐 类 ） ，或 是 分 子（ 如 有 机 物 ）在 本 章 的 学 习 中 ，为 了 简 化 ，我 们 把 构 成 物 质 的 微 粒 统 称 为 分 子那 么 组 成物 质 的 分 子 有 多 大 ？怎 样 描 述 分 子 的 数 量 呢 ？分 子 的 大 小图
12、硅 晶 体表 面 原 子 的 排 列组 成 物 质 的 分 子 很 小 ，不 仅 用 肉 眼 无 法 看 到 它 们 ，而且 用 高 倍 的 光 学 显 微 镜 也 观 察 不 到 世 纪年 代 ，人类 首 次 使 用 可 放 大 上 亿 倍 的 扫 描 隧 道 显 微 镜 观 察 到 单 个 的分 子 或 原 子图 是 用 扫 描 隧 道 显 微 镜 获 得 的 硅 晶体 表 面 的 原 子 排 列 图一 般 来 说 ，不 同 物 质 分 子 大 小 不同 ，通 常 是的 数 量 级 ，也 有 一 些 塑 料 、合 成 纤 维 等高 分 子 化 合 物 ，其 分 子 大 小 的 数 量 级
13、可 达 到分 子 如 此 小 ，能 否 通 过 简 单 的 实 验 来 估 测 它 的 大 小呢 ？根 据 油 酸 分 子 的 特 性 ，人 们 巧 妙 地 设 计 了 油 膜 法 实 验来 粗 略 测 量 分 子 的 大 小当 我 们 将 油 酸 滴 在 水 面 上 时 ，密 度 较 小 的 油 酸 会 在 水 面 散 开 ，形成 极 薄 的 一 层 油 膜油 酸 分 子 中 较 大 的 “头 部 ”（烃 链 ）不 溶 于 水 ，而 很 小 的“ 尾 巴 ”（ 羧 基 ）对 水 有 很 强 的 亲 和 力因 此 ，油 酸 分 子 在 水 中 会 竖 起 来 ，“ 头 部 ”露 出 水 面 ，
14、而 “ 尾 巴 ”则 留 在 水 中若 水 面 足 够 大 ，油 膜 展 开 得 足 够 充 分 ，则 油 酸 分 子 就图 单 分 子 层油 膜 示 意 图会 一 个 挨 一 个 整 齐 地 紧 密 排 列 在 水 面 上 ，形 成 单 分 子 层 油膜 ，如 图 所 示若 将 油 酸 分 子 视 为 球 体 ，忽 略 分 子间 距 离 ，则 只 需 测 算 出 一 滴 溶 液 中 纯 油 酸 的 体 积和 在 水 面形 成 的 油 膜 面 积，根 据 可 算 出 油 膜 的 厚 度 ，即 可 估 测出 油 酸 分 子 的 直 径 大 小 第一节物质是由大量分子组成的利 用 油 膜 法 估
15、测 油 酸 分 子 的 大 小图 测 算滴 溶 液 中 纯 油 酸 的 体 积如 图 所 示，用 滴 管 将 体积 分 数 为 的 油 酸 酒 精 溶 液 滴 入 量 筒，根 据 溶 液 体 积 分 数、滴 数 和体 积 的 关 系，可 以 测 算 出滴 溶 液 中 油 酸 体 积 的 平 均 值测 量 油 膜 面 积 的 关 键 是 让 油 膜 形 成 明 显 的 边 界在 水 平 放 置 的 浅盘（约 ）中 倒 入 约 深 的 水，用 纱 网（或 粉 扑）将 适量 痱 子 粉 均 匀 地 轻 轻 撒 在 水 面 上，如 图 所 示用 滴 管 将滴油 酸 酒 精 溶 液 轻 轻 滴 入 水
16、面 中 央，如 图 所 示油 酸 立 即 在 水面 散 开，形 成 一 块 油 膜，通 过 痱 子 粉 可 以 清 楚 地 看 出 油 膜 的 轮 廓待油 膜 形 状 稳 定 后，在 浅 盘 上 盖 上 带 有 网 格 线 的 透 明 塑 料 盖 板，用 彩 笔描 出 油 膜 的 轮 廓，如 图 所 示估 算 出 油 膜 的 面 积图 图 洗 净 浅 盘，擦 去 塑 料 盖 板 上 的 油 膜 轮 廓 线，重 复 实 验 次将 实 验 数 据 填入 自 己 设 计 的 表 格 中，然 后 利 用 公 式 计 算 出 油 酸 分 子 的 直 径，并 取 其 平 均值思 考 下 列 问 题：（）实
17、 验 中 使 用 酒 精 来 稀 释 油 酸，请 分 析 为 何 要 稀 释 油 酸（）上 述 实 验 产 生 误 差 的 主 要 原 因 有 哪 些？油 酸 分 子 大 小 的 理 论 值 是 ，即 使 用 高 倍 光 学 显 微 镜 也 无 法 直 接 观 测 ，更无 法 直 接 测 量上 述 实 验 借 用 宏 观 的 体 积 、面 积 来 估 测 微 观 的 分 子 直 径 ，这 是 一 种 借 宏 观量 来 研 究 微 观 量 的 方 法 ?阿 伏 伽 德 罗 常 数如 果 把 分 子 看 成 小 球 ，则 一 般 分 子 直 径 的 数 量 级 约 为例 如 ，水 分 子 直 径
18、约 为 ，氢 分 子 直 径 约 为 如 果 我 们 比 较 水 分 子 跟 乒 乓 球 的 大 小 ，就 像比 较 乒 乓 球 与 地 球 的 大 小 一 样 ，可 见 两 者 相 差 悬 殊分 子 很 小 ，则 构 成 物 质 的 分 子 数 目 必 定 很 大 ，我 们 能 否 估 算 这 一 数 目 究 竟 有 多 大 呢 ？例 题：已 知 水 分 子 的 直 径 约 为 ，请 尝 试 设 计 一 个 案 例 能 让 人 直 观 地 感 受到 水 分 子 数 目 的 巨 大如 果 要 数 出 这 些 分 子 ，需 要 多 少 年 才 能 数 完 ？分 析：本 题 未 明 确 指 出 究
19、 竟 要 计 算 多 少 水 中 水 分 子 的 数 目，可 以 是 一 杯 水、一 壶 水，也 可 以 是 一 桶 水，可 任 选 一 样 来 进 行 计 算解：假 设 我 们 喝 下 一 口 水 ，这 口 水 的 体 积 约 为 ，可 估 算 这 口 水 中 水 分 子 的 数 目设 水 分 子 为 球 体 ，忽 略 分 子 间 隙 ，则 水 分 子 的 数 目 为 总分 子 () 年 的 时 间 为 若 每 秒 钟 数个 ，不 停 歇 地 数 ，数 完 这 些 水 分 子 所 需 的 时 间 为 （ 年 ） （ 亿 年 ）我 们 在 化 学 课 中 学 过 ， 的 任 何 物 质 所 含
20、 的 分 子 （或 原 子 ）数 目 都 相 同 ，这 个 数目 被 称 为阿 伏 伽 德 罗 常 数（ ） ，用 符 号表 示 ，在 通 常 的 计 算 中 取 例 如 ， 水 的 质 量 是 ， 氧 气 在个 标 准 大 气 压 、的状 况 下 ，体 积 是 ，它 们 所 包 含 的 分 子 数 都 是 个阿 伏 伽 德 罗 常 数 是 一 个 重 要 的 常 数它 是 联 系 摩 尔 质 量 、摩 尔 体 积 等 宏 观 物 理 量 与 分子 质 量 、分 子 大 小 等 微 观 物 理 量 的 桥 梁 ，在 定 量 研 究 热 现 象 时 常 会 用 到 它 历 史 上，人 们 曾 通
21、 过 测 量 分 子 的 大 小 来 估 算 阿 伏 伽 德 罗 常 数请 查 阅 相 关 资料，尝 试 通 过 分 子 的 大 小 估 算 出 阿 伏 伽 罗 常 数，并 将 你 的 结 果 与 课 本 中 的 阿 伏 伽德 罗 常 数 相 比 较 第一节物质是由大量分子组成的?物 质 是 由 什 么 构 成 的？这 一 问 题 困 扰 了 人 类 近 两 千 年战 国 时 期 的庄 子 天 下 篇中 有“一 尺 之 棰，日 取 其 半，万 世 不 竭”之 说，古 希 腊 哲 学 家 德 谟 克 里特 则 认 为 万 物 的 本 源 是“原 子” ，“原 子”是 一 种 不 可 分 割 的
22、物 质 微 粒图 道 尔 顿年 前 后，英 国 物 理 学 家、化 学 家 道 尔 顿发 现 了 关 于 原 子 的 第 一 个 证 据道 尔 顿 注 意 到，当 某 些 物 质 结 合 生 成 另 一 种 物 质 时，它 们 总 是 按重 量 的 简 单 比 值 相 互 结 合例 如，当 氢 气 与 氧 气结 合 生 成 水 时，两 种 物 质 的 重 量 比 总 是 如果 物 质 无 限 可 分，就 难 以 理 解 为 什 么 会 有 这 样 的比 值，但 如 果 物 质 是 由 原 子 构 成 的，那 么 就 可 以成 为 其 简 单 的 解 释道 尔 顿 把 这 些 实 验 事 实 总
23、 结概 括 并 加 以 分 析，提 出 了 著 名 的 原 子 论 断：所 有物 质 均 由 不 可 分 割 的 原 子 组 成；任 一 元 素 的 原 子性 质，包 括 重 量，都 完 全 相 同；不 同 元 素 的 原 子重 量 不 同；在 所 有 的 化 学 反 应 中，所 有 原 子 都 保持 原 貌，不 会 消 失现 在 看 来，道 尔 顿 关 于 原 子 的 论 断 并 不 完 备，然 而 道 尔 顿 的 原 子 论 与 德 谟 克里 特 的 原 子 论 相 比 较，已 有 较 为 充 分 的 科 学 依 据正 是 这 种 坚 持 依 靠 证 据 的 思 维及 方 法，使 得 古
24、代 朴 素 的 原 子 论 思 想 发 展 成 为 科 学 的 原 子 论意 大 利 物 理 学 家、化 学 家 阿 伏 伽 德 罗（ ，）于年 发 表 文 章，在 物 质 和 原 子 这 两 种 物 质 层 次 之 间 引 进 一 个 新 的 层 次 分 子，用以 解 释 当 时 的 许 多 实 验 事 实阿 伏 伽 德 罗 认 为：对 化 合 物 而 言，分 子 即 相 当 于 道尔 顿 所 谓 的“复 杂 原 子” ；对 元 素 单 质 而 言，同 样 也 包 含 这 样 一 个 层 次，只 不 过由 几 个 相 同 的 原 子 结 合 成 分 子气 体 物 质 无 论 是 元 素 单
25、质 还 是 化 合 物，其 体 积 与 分子 数 目 之 间 存 在 着 非 常 简 单 的 关 系，即 相 同 温 度 和 压 强 下，相 同 体 积 的 任 何 气 体，其中 所 含 的 分 子 数 目 总 是 相 等 的后 来，人 们 为 了 纪 念 阿 伏 伽 德 罗 的 贡 献，把 任何 物 质 中 含 有 的 微 粒 数 目 称 为 阿 伏 伽 德 罗 常 数阿 伏 伽 德 罗 常 数 的 提 出 和 测 定，使 得 人 们 开 始 在 原 子 分 子 水 平 上 认 识 物 质的 结 构 和 性 质，这 标 志 着 人 类 对 物 质 的 探 索 研 究 步 入 微 观 领 域，
26、对 自 然 科 学 的 发展 产 生 了 深 远 的 影 响 ?在 “ 用 油 膜 法 估 测 分 子 的 大 小 ”的 实 验 中 ，实 验 用 的 盛 水 浅 盘 长 为 ，宽 为 若 将 油 酸 分 子 所 占 空 间 视 作 立 方 体 ，其 所 占 体 积 的 边 长 为 ，将滴 体积 为 的 纯 油 酸 滴 在 水 面 上（）若 该 滴 油 酸 形 成 单 分 子 层 油 膜 ，则 面 积 有 多 大 ？（）要 想 这滴 油 酸 滴 在 水 中 时 ，油 酸 的 油 膜 能 最 大 限 度 地 展 开 ，同 时 油 膜 展 开 后 又不 会 占 满 整 个 盛 水 浅 盘 ，则 至
27、 少 要 将 该 滴 油 酸 稀 释 多 少 倍 ？图 在 “ 用 油 膜 法 估 测 分 子 的 大 小 ”的 实 验 中 ，所 用 油 酸酒 精 溶 液 的 体 积 分 数 为 ，用 小 量 筒 测 得滴 该 溶 液约 为 现 把滴 该 溶 液 滴 入 盛 水 的 浅 盘 里 ，待 水 面 稳 定后 ，将 带 有 网 格 线 的 透 明 塑 料 盖 板 放 在 浅 盘 上 ，用 彩 笔 在 塑料 盖 板 上 描 出 油 膜 的 轮 廓 ，其 形 状 和 尺 寸 如 图 所 示塑 料 盖 板 上 的 小 方 格 边 长 为 ，试 求 ：（）油 酸 膜 的 面 积（）滴 油 酸 酒 精 溶 液
28、 中 含 有 纯 油 酸 的 体 积（）按 以 上 实 验 数 据 估 测 出 油 酸 分 子 的 直 径环 境 与 人 类 健 康 问 题 越 来 越 受 到 重 视 ，公 共 场 所 都 贴 有 禁 止 吸 烟 的 标 志在 一 个面 积 约 的 办 公 室 内 ，如 果 因 一 人 吸 烟 使 得 办 公 室 内 空 气 中 有 害 气 体 的 分 子 数 占 分 子总 数 的 万 分 之 五 ，假 设 有 害 气 体 在 室 内 空 气 中 均 匀 分 布 ，已 知 此 时 室 内 空 气 摩 尔 体 积 为 ，试 估 算 ：（）该 办 公 室 内 的 人 每 呼 吸 一 次 ，吸 入
29、 的 有 害 气 体 的 分 子 数（按 人 正 常 呼 吸 一 次 吸入 的 气 体 约 为 计 算 ）（）室 内 空 气 中 每 两 个 有 害 气 体 分 子 的 间 距图 雨 后 ，湖 中 荷 叶 上 有滴 体 积 约 为 的 水 珠 ，已 知 水 的 密 度 ，水 的 摩 尔 质 量 ，试 估 算 ：（ 结 果 保 留 两 位 有 效 数 字 ）（）该 滴 水 珠 含 有 的 水 分 子 数（）一 个 水 分 子 的 直 径 大 小 第二节分子热运动与分子力第 二 节分 子 热 运 动 与 分 子 力我 们 已 经 知 道 物 质 是 由 大 量 分 子 组 成 的 ，那 么 ，物
30、质 内 的 分 子 是 以 怎 样 的 方 式 聚 集 在一 起 的 呢 ？它 们 之 间 是 否 存 在 相 互 作 用 ？分 子 是 处 于 静 止 状 态 ，还 是 在 不 停 地 运 动 呢 ？下面 我 们 一 起 来 追 寻 问 题 的 答 案扩 散 现 象我 们 走 进 饭 店 ，常 会 闻 到 饭 菜 的 味 道 ；用 完 的 水 彩 画 笔 放 在 水 杯 中 ，杯 中 的 水 会 慢 慢变 色初 中 学 过 的 知 识 告 诉 我 们 ，这 些 日 常 生 活 中 的 现 象 都 与 分 子 运 动 有 关下 面 我 们 通 过 实 验 进 行 观 察 与 分 析图 如 图
31、所 示，在 一 滤 纸 条 上 间 隔 一 定 距 离各 滴 上 一 滴 酚 酞 试 剂 后，将 其 插 入 水 平 放 置 的 试 管 中，在 试 管 开 口 处 放 上 一 小 团 棉 花（棉 花 不 与 滤 纸 条 接 触）用 滴 管 在 棉 花 团 上 滴 上 几 滴 浓 氨 水 后，用 胶 塞 将 试 管 封闭注 意 观 察 试 管 中 滤 纸 条 的 颜 色 变 化取 两 个 相 同 的 玻 璃 杯，在 一 个 杯 中 倒 入 凉 水，另 一 个 杯 中 倒 入 相 同 体 积 的热 水，然 后 在 两 杯 中 同 时 轻 轻 滴 入 一 滴 红 墨 水，注 意 观 察 杯 中 水
32、 的 颜 色 变 化 情 况如 何 解 释 上 述 实 验 中 所 出 现 的 现 象 呢？通 过 实 验 我 们 可 以 发 现 ，试 管 中 滤 纸 条 从 试 管 口 向 内 逐 渐 变 色 ，热 水 比 凉 水 红 得 更快 ，这 就 说 明 无 论 是 气 体 还 是 液 体 ，都 会 发 生 物 质 迁 移 现 象实 际 上 ，这 种 现 象 在 固 体 中也 会 发 生我 们 让 一 铅 块 和 一 金 块 相 互 紧 密 接 触 ，经 过 一 段 足 够 长 的 时 间 ，就 会 发 现 在 接触 面 处 的 薄 层 中 ，铅 块 内 渗 入 了 少 量 的 金 ，金 块 内
33、渗 入 了 少 量 的 铅这 种 现 象 就 是 分 子 本身 不 停 运 动 的 结 果 ?物 理 学 中 把 由 于 分 子 不 停 地 运 动 而 产 生 的 物 质 迁 移 现 象 称 为扩 散（）由 上 面的 实 验 可 知 ，温 度 越 高 ，物 质 扩 散 得 越 快扩 散 现 象 说 明 了 物 质 中 的 分 子 在 不 停 地 运 动着那 么 ，能 否 通 过 实 验 进 一 步 说 明 ，分 子 是 在 做 无 规 则 的 运 动 呢 ？布 朗 运 动年 ，英 国 植 物 学 家 布 朗 在 用 显 微 镜 观 察 花 粉 微 粒 的 水 溶 液 时 ，发 现 花 粉 在
34、 不 停 地做 无 规 则 的 运 动下 面 我 们 也 来 做 一 下 这 个 实 验图 实 验 装 置 在 载 玻 片 上 滴 一 滴 清 水，把 载 玻 片 放 在 显 微 镜 下，如图 所 示，调 节 显 微 镜 手 轮，直 到 能 看 到 清 晰 的 水滴 影 像把 一 小 滴 碳 素 墨 水 滴 在 载 玻 片 的 水 滴 上，将 载 玻 片 放 在 显微 镜 下 观 察 炭 微 粒 的 运 动 现 象，如 图 所 示观 察 炭 微 粒 运 动 方 向 情 况追 踪 一 个 炭 微 粒 的 运 动：在 显 微 镜 影 像 显 示 屏 上 固定 一 张 透 明 的 坐 标 纸，在 坐
35、 标 纸 上 追 踪 显 示 某 一 微 粒 的 运动，调 节 节 拍 器 的 节 拍 周 期 为秒 左 右，每 次 听 到 节 拍 器的 响 声，就 用 笔 描 下 这 个 微 粒 此 时 的 位 置，并 按 顺 序 进 行 数 字 编 号，大 约 取个点如 图 所 示，把 这 些 点 按 时 间 顺 序 依 次 连 接 起 来，得 到 一 条 折 线图 显 微 镜 中 的 影 像图 炭 微 粒 运 动 情 况 折 线 图从 实 验 中 得 出 的 折 线 图 来 看，这 个 微 粒 的 运 动 是 有 规 则 的，还 是 无 规 则 的？从 实 验 现 象 可 见 ，微 粒 运 动 的 方
36、 向 是 不 断 改 变 的 ，而 且 是 无 规 则 的后 来 ，人 们 把 悬浮 在 液 体 或 气 体 中 的 微 粒 做 的 这 种 无 规 则 运 动 叫 作布 朗 运 动（ ）布 朗 运 动 究 竟 是 怎 么 产 生 的 ？开 始 时 ，人 们 以 为 是 外 界 因 素 ，比 如 液 体 受 到 振 动 或 对流 等 引 起 的 ，但 是 在 尽 量 消 除 外 界 因 素 影 响 的 实 验 条 件 下 ，布 朗 运 动 仍 然 存 在布 朗 运 动的 起 因 问 题 困 扰 了 人 类 大 半 个 世 纪 ，直 到年 ，爱 因 斯 坦 才 从 理 论 上 解 释 了 布 朗
37、 运 动 第二节分子热运动与分子力他 认 为 ，布 朗 运 动 是 大 量 液 体 分 子 对 悬 浮 微 粒 的 不 平 衡 撞 击 引 起 的 ，是 大 量 液 体 分 子 不 停地 做 无 规 则 运 动 所 产 生 的 结 果图 一 个 微 粒 每 秒 大 约 要 受 到它 周 围 液 体 分 子次 的 碰 撞悬 浮 在 液 体 中 的 微 粒 周 围 存 在 大 量 做 无 规 则 运 动的 液 体 分 子 ，它 们 不 停 地 对 悬 浮 微 粒 进 行 撞 击 ，如 图 所 示一 个 微 粒 每 秒 大 约 要 受 到 它 周 围 液 体分 子次 的 碰 撞由 于 液 体 分 子
38、 运 动 的 无 规 则 性 ，在 任 一 瞬 间 ，从 不 同 方 向 撞 击 悬 浮 微 粒 的 液 体 分 子 数目 各 不 相 同 ，碰 撞 的 冲 击 力 也 不 一 样有 时 沿 某 一 方向 的 撞 击 较 强 ，微 粒 就 顺 着 这 一 方 向 运 动 ；当 另 一 方向 的 撞 击 较 强 时 ，微 粒 就 会 改 变 运 动 方 向由 于 液 体分 子 运 动 的 无 规 则 性 ，使 微 粒 受 较 强 撞 击 的 方 向 是 偶然 性 的 ，所 以 布 朗 运 动 是 无 规 则 的我 们 观 察 到 的 悬浮 微 粒 的 无 规 则 运 动 ，实 际 上 间 接 地
39、 反 映 了 液 体 内 部的 分 子 在 不 停 地 做 无 规 则 的 运 动扩 散 现 象 和 布 朗 运 动 的 实 验 还 表 明 ，温 度 越 高 ，分 子 的 扩 散 越 快 ，悬 浮 微 粒 运 动 就 越激 烈这 表 明 物 质 的 温 度 高 低 与 物 质 内 部 分 子 无 规 则 运 动 的 剧 烈 程 度 直 接 相 关 ，温 度 越高 ，分 子 的 无 规 则 运 动 越 剧 烈可 以 说 温 度 是 物 质 内 部 分 子 无 规 则 运 动 剧 烈 程 度 的 量 度因 此 ，物 理 学 中 把 物 质 内 部 大 量 分 子 的 无 规 则 运 动 称 为热
40、 运 动（ ）分 子 力我 们 日 常 使 用 的 樟 脑 丸 ，由 于 分 子 的 热 运 动 ，最 终 会 挥 发 殆 尽 ，然 而 它 却 能 聚 成 一 个硬 块 且 很 不 容 易 掰 开 ，这 又 是 为 什 么 呢 ？人 们 猜 想 有 可 能 是 因 为 分 子 间 存 在 相 互 吸 引 的力下 面 通 过 实 验 验 证 这 种 引 力 的 存 在图 “ 粘 ”在 一 起 的铅 柱 吊 起 重 物取 两 段 直 径 为 左 右 的 铅 柱，把 它 们 的 断 面 切 平磨 光，然 后 用 力 把 两 个 光 滑 的 面 对 齐 压 紧，这 两 段 铅 柱就“粘”在 一 起
41、了，而 且 下 端 可 以 吊 起 甚 至 更 重 的物 体，如 图 所 示为 什 么 把 铅 柱 断 面 切 平 磨 光 并 且 用 力 对 齐 压 紧，两段 铅 柱 就 能“粘”在 一 起？ ?以 上 实 验 表 明 ，物 质 的 分 子 间 存 在 引 力 ，而 且 该 引 力 发 生 作 用 的 距 离 很 小正 是 这 种相 互 吸 引 的 作 用 ，才 使 得 大 量 分 子 聚 集 在 一 起 形 成 固 体 或 液 体我 们 还 知 道 ，固 体 和 液 体是 很 难 被 压 缩 的这 说 明 分 子 之 间 除 了 有 引 力 ，还 存 在 斥 力图 分 子 间 作 用 力与
42、 分 子 间 距 离 关 系 的 示 意 图分 子 间 的 相 互 作 用 一 般 不 能 由 实 验 直 接 测 定 ，但 可 以 在 一定 的 实 验 基 础 上 ，采 用 一 些 简 化 模 型 ，如 假 设 分 子 间 的 相 互 作用 具 有 球 对 称 性 等 来 加 以 研 究研 究 表 明 ，分 子 间 同 时 存 在 着引 力 和 斥 力 ，通 常 表 现 出 来 的 是 它 们 的 合 力分 子 间 引 力 和 斥力 的 大 小 都 跟 分 子 间 的 距 离 有 关图 中 的 虚 曲 线 分 别表 示 两 个 分 子 间 的 引 力 和 斥 力 随 其 距 离 变 化 的
43、 情 形 ，实 线 表 示引 力 和 斥 力 的 合 力 ，即 实 际 表 现 出 来 的 分 子 力 随 距 离 变 化 的 情形由 图 中 可 见 ，当 两 个 分 子 间 的 距 离 等 于 某 一 值时 ，分 子间 的 引 力 和 斥 力 平 衡 ，分 子 间 的 作 用 力 为对 于 不 同 物 质 的分 子 ，的 数 值 稍 有 不 同 ，数 量 级 约 为当 分 子 间 的 距离 小 于时 ，分 子 间 的 作 用 力 表 现 为 斥 力 ；当 分 子 间 的 距 离 大 于时 ，分 子 间 的 作 用 力 表现 为 引 力 ；当 分 子 间 的 距 离 大 于时 ，分 子 间
44、的 作 用 力 就 已 十 分 微 弱 ，可 以 忽 略 不 计分 子 间 的 作 用 力 本 质 上 是 一 种 电 磁 力分 子 由 原 子 组 成 ，原 子 内 部 有 带 正 电 的 原 子 核和 带 负 电 的 电 子 ，分 子 间 的 作 用 力 是 由 这 些 带 电 粒 子 的 相 互 作 用 引 起 的世 纪 以 后 ，人 们 通 过 对 物 质 微 观 结 构 的 进 一 步 研 究 ，逐 渐 建 立 起分 子 动 理 论（ ） ，其 基 本 观 点 是物 质 是 由 大 量 分 子 组 成 的；分 子 总 在 不 停 地 做 无规 则 运 动，运 动 的 剧 烈 程 度
45、与 物 质 的 温 度 有 关；分 子 间 存 在 相 互 作 用 的 引 力 和 斥 力?许 多 年 来，人 们 对 壁 虎 能 轻 松“走 壁”的 秘 诀 一 直 众 说 纷 纭，壁 虎 脚 底 的 黏着 力 究 竟 是 怎 样 产 生 的 呢？很 多 人 认 为，壁 虎 能 贴 在 光 滑 的 天 花 板 上，靠 的 是 四只 脚 掌 上 神 奇 的 吸 盘，其 实 情 况 并 非 如 此最 新 的 研 究 表 明，看 上 去 不 起 眼 的 壁虎，居 然 是 自 然 界 数 一 数 二 的“应 用 物 理 大 师”它 脚 底 的 力 量，利 用 的 是 最 基本 的 物 理 学 原 理
46、 分 子 作 用 力由 于 分 子 作 用 力 过 于 微 弱，通 常 没 有 人 会 注 意 到比 如，当 我 们 把 手 贴 在 墙壁 上 时，也 会 产 生 分 子 作 用 力，但 由 于 实 际 接 触 面 积 太 小，人 的 手 掌 不 会 被 吸 附到 墙 壁 上而 壁 虎 就 不 一 样 了，它 的 每 只 脚 底 部 长 着 数 百 万 根 极 细 的 刚 毛，而 每根 刚 毛 末 端 又 有 根 更 细 的 分 支这 种 精 细 结 构 使 得 刚 毛 与 物 体 表 面 分子 间 的 距 离 足 够 近，从 而 产 生 分 子 间 引 力虽 然 每 根 刚 毛 产 生 的
47、力 量 微 不 足 道，但 累 积 起 来 就 很 可 观根 据 计 算，一 根 刚 毛 产 生 的 力 能 提 起 一 只 蚂 蚁，而 一 只 壁虎 如 果 同 时 使 用 全 部 刚 毛，则 能 够 提 起 的 重 物 第二节分子热运动与分子力图 壁 虎 脚 底 结 构在 壁 虎 脚 趾 微 结 构 的 启 示 下，科 学 家 开 始 研 制 超 级 附 着 技 术例 如，有 人 就模 仿 壁 虎 脚 趾 的 微 结 构 研 制 出 一 种 柔 韧 的 胶 布，上 面 植 入 上 百 万 根 人 工 合 成 的、长 度 不 足 的 绒 毛，未 来 可 用 于 无 人 探 测 器，增 强 其
48、 越 野 攀 爬 能 力下 列 各 种 现 象 ，能 否 说 明 分 子 在 不 停 地 运 动 ？为 什 么 ？（）海 绵 吸 水（）汽 车 疾 驶 而 过 ，落 叶 飞 扬（）将 香 水 瓶 盖 打 开 后 能 闻 到 香 味（）洒 在 地 上 的 水 ，过 一 段 时 间 就 干 了（）大 雾 天 ，空 气 悬 浮 着 许 多 小 水 滴（）堆 煤 的 墙 角 ，一 段 时 间 后 墙 体 变 黑（）悬 浮 在 水 中 的 花 粉 碎 末 做 无 规 则 的 运 动（）在 一 杯 水 中 放 一 勺 盐 ，过 一 段 时 间 后 ，整 杯 水 会 变 咸微 粒 的 直 径 小 于 ，才
49、能 明 显 观 察 到 布 朗 运 动 实 验 现 象 ，一 般 来 说 ，花 粉 的 直径 为 ，几 乎 无 法 观 测 到 布 朗 运 动在 布 朗 的 手 稿 中 ，“ ”的 意 思 是 “ 从 花 粉 粒 中 迸 出 的 微 粒 ” ，并 不 是 指 花 粉 本 身请 从 布 朗运 动 的 产 生 机 理 出 发 解 释 ：为 什 么 直 径 大 的 花 粉 很 难 发 生 布 朗 运 动 ，而 直 径 小 的 “从 花 粉粒 中 迸 出 的 微 粒 ”比 较 容 易 发 生 布 朗 运 动 ？为 什 么 温 度 越 高 ，布 朗 运 动 越 激 烈 ？俗 话 说 “ 破 镜 难 圆
50、” ，然 而 在 光 学 镜 头 制 作 中 有 一 种 工 艺 ，是 将 两 个 镜 面 研 磨 得 非常 光 滑 后 把 它 们 贴 放 在 一 起 ，不 用 任 何 黏 合 剂 它 们 就 会 紧 紧 地 粘 在 一 起而 通 常 焊 接 钢梁 ，是 用 电 焊 机 将 钢 梁 的 断 面 熔 化 从 而 将 钢 梁 连 接 起 来请 根 据 分 子 力 的 特 性 来 解 释 这 些现 象 ?第 三 节气 体 分 子 运 动 的统 计 规 律世 纪 中 叶 ，人 们 从 “ 物 质 是 由 大 量 无 规 则 运 动 的 分 子 组 成 的 ”这 一 观 点 出 发 ，对 微观 粒 子
