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學(xué)習(xí)目標(biāo) 1． 能簡單說明物質(zhì)是由分子、原子構(gòu)成的。 2． 通過實(shí)驗(yàn)知道一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則運(yùn)動。 3． 能夠識別擴(kuò)散現(xiàn)象，并能用分子熱運(yùn)動的觀點(diǎn)進(jìn)行解釋。 4． 知道分子間存在相互作用力。 預(yù)習(xí)：閱讀課本第 2—4 頁的內(nèi)容，嘗試回答下列問題：2.為什么打開一盒香皂，很快就會聞到香味，是什么跑到鼻子里了？能聞到香味的原因是什么？【學(xué)習(xí)任務(wù)一】物質(zhì)的構(gòu)成常見的物質(zhì)是__________構(gòu)成的。【學(xué)習(xí)任務(wù)二】分子熱運(yùn)動1. 擴(kuò)散現(xiàn)象：______的物質(zhì)在__________時，______________的現(xiàn)象。2.______、______、______都可以發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象。3. 擴(kuò)散現(xiàn)象表明：___________________________________________。4. 分子的運(yùn)動跟______有關(guān)，______越高，分子運(yùn)動越______，宏觀上擴(kuò)散過程就越______。我們把分子________叫做分子的____運(yùn)動。5. 水和酒精混合總體積會______，這表明____________。【學(xué)習(xí)任務(wù)三】分子間的作用力1.給汽車加油時，會聞到汽油味，從物理學(xué)角度來看，屬于______現(xiàn)象。這個現(xiàn)象表明________________________________________。2.下列事例中，不能說明分子不停地做無規(guī)則的運(yùn)動的是( )B.衣柜中的衛(wèi)生球，過一段時間后體積變小甚至消失了D.將一滴紅墨水輕輕滴在一杯水中，過一段時間后，整杯水變紅了3.如圖所示，將兩個鉛柱的底面削平、削干凈，然后緊緊地壓在一起，兩鉛塊就會結(jié)合起來，甚至下面吊一個鉤碼都不能把它們拉開。這個實(shí)驗(yàn)說明了（ ）A.一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則的運(yùn)動1.擴(kuò)散；分子在永不停息地做無規(guī)則的運(yùn)動我們怎么知道萬物都由看不見的小粒子構(gòu)成？雖然古希臘人沒有直接用顯微鏡觀察原子的證據(jù)，但是德謨克利特的確擁有一些獨(dú)到的間接證明。例如他論證說：因?yàn)槲覀兡軌蛟谶h(yuǎn)處聞到面包香味，所以小的面包粒子一定從面包上脫落下來飄進(jìn)了我們的鼻孔。他認(rèn)為這些面包粒子與面包的原子有關(guān)。在今天這仍是對氣味的一種可接受的解釋。但是，這個概念沒有得到直接的觀察結(jié)果的支持，因此，有許多科學(xué)家不相信原子的存在。關(guān)于原子的第一個明確的證據(jù)是在 1800 年前后由化學(xué)家道爾頓發(fā)現(xiàn)的。道爾頓注意到，當(dāng)某些物質(zhì)化合生成別種物質(zhì)時，它們總是按質(zhì)量的簡單比值相互結(jié)合。例如，當(dāng)氫與氧結(jié)合生成水時，兩種物質(zhì)的質(zhì)量比總是 1:8。在物質(zhì)無限可分假說的基礎(chǔ)上，難以理解為什么會有這樣簡單的比值。但如果物質(zhì)是由原子構(gòu)成的，那么就會有一個簡單的解釋。例如，如果 1 個氫原子和 1 個氧原子有一個簡單的質(zhì)量比，而且如果這些原子總以簡單的比值結(jié)合成水，那么水中氫與氧的質(zhì)量比也將是簡單的數(shù)值。今天我們知道單個氫原子與單個氧原子的質(zhì)量比為 1:16，而且每個氧原子總是和兩個氫原子結(jié)合生成水。所以，我們今天就明白了為什么質(zhì)量比為1:8。這樣，原子論解釋了道爾頓觀察到的簡單比值。然而，這證明了原子論嗎？答案是沒有！可能原子并不存在，可能對簡單比值另有解釋，甚至沒有解釋。一般的概念不能由觀察結(jié)果證明，但觀察結(jié)果能使它變得似乎更可信。幾十年后，植物學(xué)家布朗用顯微鏡觀察到懸浮在液體中的花粉小顆粒無規(guī)律地動來動去，雖然液體本身沒有可觀察到的運(yùn)動。他最初的假設(shè)是：這些花粉顆粒是活的。但是懸浮在液體中的無生命的塵埃顆粒也同樣無規(guī)律地動個不停，從而否定了這個假說。假設(shè)與理論雖然不能被證明，但是它們可以被否定。布朗運(yùn)動背后看不到的原因究竟是什么？將近 19 世紀(jì)末時，人們提出，原子的亞微觀（在普通顯微鏡下看不見）運(yùn)動引起布朗運(yùn)動。這個想法認(rèn)為，原子在不停地運(yùn)動，而塵埃顆粒受到原子的沖撞。1905 年，這個假說得到了一個當(dāng)時還未出名的年輕物理學(xué)家的有力支持，他就是愛因斯坦。愛因斯坦的貢獻(xiàn)是在理論方面，而非觀察方面。他應(yīng)用已經(jīng)建立的理論，計(jì)算像塵埃顆粒這樣的粒子（它們比原子大得多）受到運(yùn)動原子的無規(guī)則撞擊而亂沖亂撞的詳細(xì)情況。他給出了幾個定量的（數(shù)值的）預(yù)言，例如塵埃顆粒聚集物由于液體中的無規(guī)則碰撞而散開的速率，即擴(kuò)散的速率。這樣的預(yù)言是能夠通過測量檢驗(yàn)的，實(shí)際上，它很快就得到了檢驗(yàn)。測量結(jié)果與愛因斯坦的預(yù)言相符。這種定量的證據(jù)無可爭辯。要么看不見的原子真的引起了布朗運(yùn)動，要么愛因斯坦的計(jì)算極其幸運(yùn)地碰巧給出所有的正確數(shù)值。在愛因斯坦的這工作之后，科學(xué)家們不再對原子論提出疑問了。摘自《物理九年級全一冊教師教學(xué)用書》，北京人民教育出版社，2017（7）：22-23原文摘自《物理學(xué)：基本概念及其與方方面面的聯(lián)系》阿特·霍布森著，上海科學(xué)技術(shù)出版社，有改動氣體動理論( kinetic theory of gases，曾譯“氣體分子運(yùn)動論”)認(rèn)為物質(zhì)由不停運(yùn)動著的分子所構(gòu)成，大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)平均效果可說明物質(zhì)的宏觀熱性質(zhì)。它是理解宏觀與微觀世界的橋梁。伽利略、伽桑迪、培根和牛頓等人都接受并發(fā)展了原子論，特別是伽桑迪在原子論基礎(chǔ)上，進(jìn)一步假設(shè)物質(zhì)中的原子可在各個方向上運(yùn)動，從而解釋了諸如物態(tài)變化等物理現(xiàn)象。伯努利發(fā)展了伽桑迪等人的思想，他在 1738 年發(fā)表的論文《關(guān)于空氣的彈性與重量學(xué)說的答辯》中論述了氣體壓強(qiáng)的碰撞理論?；跉怏w是由許多激烈運(yùn)動的粒子構(gòu)成的假設(shè)，他對一圓筒內(nèi)氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，推導(dǎo)出玻意耳定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。大約過了近一個世紀(jì)，1821 年，英國科學(xué)家赫拉帕司也獨(dú)立地提出了類似理論。伯努利和赫拉帕司的工作是早期氣體動理論的重要成果，可惜由于當(dāng)時熱質(zhì)說頗為流行，他們的工作未引起人們的重視而被擱置起來了。1856 年，德國化學(xué)家柯尼希發(fā)表了一篇短文《氣體理論原理》，粗略提出分子運(yùn)動的假設(shè)，雖然他的論文與伯努利和赫拉帕司的工作相比，在內(nèi)容上沒有什么進(jìn)步，但由于他是當(dāng)時學(xué)術(shù)界的權(quán)威，他的論文給氣體動理論帶來了轉(zhuǎn)機(jī)。1857 年，克勞修斯在柯尼希的論文的激勵下，把他以前關(guān)于氣體運(yùn)動論的所有設(shè)想整理成具體理論，并在一篇題為《論我們稱之為熱的運(yùn)動的性質(zhì)》的論文中加以論述。不僅推導(dǎo)出理想氣體定律，此外，還計(jì)算了分子的速率、定性解釋了物質(zhì)三態(tài)變化。1859 年，麥克斯韋在《氣體動理學(xué)理論的例證》一文中，假定分子是完全彈性球，導(dǎo)出了氣體分子按速率的分布律。知道了氣體分子的速率分布函數(shù)，就可以求出有關(guān)物理量，了解多粒子系統(tǒng)的宏觀行為。這正是統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基本思想。這樣，麥克斯韋把氣體動理論推進(jìn)到了一個新的重要階段——經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)。1867 年，麥克斯韋為克服由其理論得出的黏滯系數(shù)對溫度的依賴關(guān)系與實(shí)驗(yàn)不符的困難，假定分子間的作用力與分子間距離的四次方成反比，從這個模型出發(fā)，他提出了氣體輸運(yùn)過程的數(shù)學(xué)理論，導(dǎo)出了輸運(yùn)系數(shù)。麥克斯韋所開創(chuàng)的事業(yè)，由于玻耳茲曼和吉布斯的工作，逐步建立起了完整的統(tǒng)計(jì)力學(xué)大廈。到 19 世紀(jì)末，氣體動理論的理論體系已基本完善，但它是否正確，還有待實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。眾所周知，早在 1827 年，英國植物學(xué)家布朗觀察到，幾乎任何一種懸浮在水中的微粒都做無規(guī)則的、永不停頓的運(yùn)動，即著名的布朗運(yùn)動。1877 年，德耳索指出，布朗運(yùn)動是由于微粒受到的液體分子碰撞不平衡所引起的。1908 年，皮蘭通過多種精密實(shí)驗(yàn)研究布朗運(yùn)動，證實(shí)了愛因斯坦和斯莫盧霍夫斯基分別于 1905 年和 1906 年獨(dú)自提出的布朗運(yùn)動理論，使氣體動理論為大家所公認(rèn)。1920 年，施特恩在歷史上第一次用實(shí)驗(yàn)測定了分子的速率分布。我國科學(xué)家葛正權(quán)于 1934 年測定過鉍蒸氣分子的速率分布。但由于技術(shù)條件等方面的限制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論還有某種程度的距離。1956 年，密勒和庫什用釷蒸氣的原子射線做實(shí)驗(yàn)，精確測定了分子按速率的分布，結(jié)果與麥克斯韋分布符合得十分好。這樣，以確鑿的實(shí)驗(yàn)事實(shí)證實(shí)了氣體動理論，從而確立了其在自然科學(xué)中的地位。摘自《物理九年級全一冊教師教學(xué)用書》，北京人民教育出版社，2017（7）：23-24，略有刪改。
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