第十章 从粒子到宇宙
10.1
认识分子
新知1
分子
(1)分子是组成物质的微粒(并不是组成物质的最小微粒).
(2)分子能保持物质的化学性质.
(3)分子是保持物质化学性质不变的最小微粒，它并不是指体积、空间、数目等方面的“最小”.
例题精讲
【例1】下列关于分子的说法，正确的是( )
A.
分子是组成物质的最小微粒
B.
分子是物体不能再分的最小微粒
C.
分子是组成物质的能保持其化学性质的最小微粒
D
.以上说法都不对
【例2】体积为2
cm3的水中含有6.7×1022个水分子，水分子的直径约为4×10－10
m.
(1)若把水分子看作球形，且球的体积公式为，R为球的半径.
根据计算你能得出什么结论？(提示：可用比较法)
(2)如果将这些分子一个紧挨一个排列成长队，则队伍长多少？这列长队可绕地球多少圈？(地球半径约为6
400
km)
举一反三
关于分子直径的大小，下列说法正确的是(
C
)
A.
约为0.1
mm
B.
约为0.1
μm
C.
约为0.1
nm
D.
约为0.1
dm
第十章 从粒子到宇宙
10.2
分子动理论的初步知识
新知1
扩散现象
两种不同的物质相互接触时彼此进入对方的现象叫扩散现象.
如糖放入清水中，过会儿糖不见了，水却变甜了；在花园行走时闻到花香等.
(1)扩散现象说明分子是在不停地运动的.
(2)扩散现象可以在液体、气体、固体任意两者之间进行.
(3)扩散现象进行的快慢跟温度有关.
温度越高，扩散现象进行得越快.
也就是说温度越高，分子的热运动越剧烈.
例题精讲
【例1】下列现象中，属于扩散的是( )
A.
擦黑板时，粉笔灰在空中飞舞
B.
粉笔蹭到衣服，在衣服上留下粉笔痕迹
C.
玉兰花开，闻到阵阵花香
D.
秋天到来，树叶飘落
举一反三
如图10－2－1所示，有两个瓶子，其中一个空瓶子，另一个瓶子装着红棕色二氧化氮气体，使这两个瓶子口相对，之间用一块玻璃板隔开，抽掉玻璃板后，我们看到的现象是两个瓶子内的气体会混合在一起，最后颜色变得均匀，这个现象叫
，在实验开始前，
瓶子里装的是二氧化氮气体.
(ρ二氧化氮>ρ空气)
新知2
分子间的作用力
一根铁丝很难被拉伸，表明分子间存在引力；一块铁很难被压缩，表明分子间有斥力.
当分子间的距离减小时，作用力表现为斥力；当分子间的距离增大时，作用力表现为引力.
当分子间的距离很远时，作用力很微弱，可以忽略.
如破镜不能重圆，就是因为玻璃裂口处的分子间距离很远，分子间几乎没有引力.
例题精讲
【例2】下列现象中，支持分子间存在引力的证据是( )
A.
两块表面光滑的铅块相互紧压后会黏在一起
B.
固体和液体很难被压缩
C.
将橡皮吸盘紧压在玻璃上，很难被拉开
D.
破镜不能重圆
举一反三
液体和空气接触的表面存在一个薄层——表面层，如图10－2－2所示.
由于液体分子做无规则运动，表面层就存在一些具有较大能量的分子，它们可以克服分子间相互作用的
力，脱离液体跑到空气中去.其宏观表现就是液体的
(填物态变化名称).
新知3
分子运动的快慢与温度的关系
分子运动的快慢跟温度有关，物体的温度越高，分子的运动越快.
由于分子的运动跟温度有关，所以这种分子的无规则的运动叫做分子的热运动.
例题精讲
【例3】分别在冷水和热水中同时注入一滴墨水，5
s后的现象如图10－2－3所示，该现象说明( )
A.
只有热水的分子在做热运动
B.
热水有内能，冷水没有内能
C.
温度越高，分子运动越剧烈
D.
扩散只能在液体中发生，不能在气体、固体中发生
举一反三
将复写纸夹在两张白纸之间后放在水平桌面上，再分别取两个盛有等量冷水和热水的相同铝质易拉罐压在纸上.
一段时间后，发现纸上留下痕迹的颜色深浅不同.该现象说明
(
)
A.
分子热运动与温度有关
B.
分子间存在引力
C.
分子间存在斥力
D.
分子间有空隙
新知4
固、液、气三态中的分子
三态物质之所以会有不同的特点，就是由于物质分子的排列方式不同造成的.
固态物质中：分子与分子的排列十分紧密有规则，粒子间有强大的作用力将分子凝聚在一起.
分子来回振动，但位置相对稳定.
就像学生在自己的座位上身子可以来回晃动一样，如图10－2－4甲所示.
因此，固体具有一定的体积和形状.
液态物质中：分子没有固定的位置，运动比较自由，粒子间的作用力比固体小.
就像我们在自己的教室中交换座位，但又没离开教室一样，如图10－2－4乙所示.
因此，液体没有确定的形状，但有一定的体积且具有流动性.
气态物质中：分子间距很大，并以高速向四面八方运动，粒子之间的作用力很小，分子极度散乱.
就好比我们在操场上玩耍，处于完全自由的状态，四处奔跑，如图10－2－4丙所示.
因此气体没有一定的体积和形状，易压缩，具有流动性.
同种物质在不同状态下表现出来的宏观性质上的差异，是由于不同状态下物质的微观结构不同造成的.今后同学们在学习物理的过程中，常常会用物质结构的微观模型来解释和说明一些物理现象.
物质结构的微观模型理论主要包括：物质是由被称为“分子”的微小粒子组成，分子间存在相互作用力，分子间有一定的空隙.
相互作用力的大小、分子运动情况影响分子的排列.
例题精讲
【例4】关于物质的状态及分子结构，下列说法不正确的是( )
A.
固态物质中，分子排列十分紧密
B.
液态物质中，分子运动比较自由，分子间的作用力比气态的小
C.
液体没有固定的形状
D.
液体和气体都具有流动性
举一反三
提起压在容器中水面上方的活塞，容器中的水发生汽化，如图10－2－5所示：
下图中，最能表示水汽化后在相同空间内粒子分布的是(
)
第十章 从粒子到宇宙
10.3
“解剖”
原子
新知1
微观粒子的探索过程
(1)
1811年意大利物理学家阿伏伽德罗命名分子；
19世纪初英国科学家道尔顿证明了原子的存在；
1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子；
1911年卢瑟福提出原子核式结构模型；
20世纪初又发现了质子和中子；20世纪60年代发现了夸克.
(2)原子结构的两种模型：
一是汤姆孙提出的枣糕模型，另一种是1911年卢瑟福提出的类似行星模型的原子核式结构模型.
后来科学家根据模型研究发现了质子，英国物理学家查得威克又发现了中子.
例题精讲
【例1】在探索微观世界的过程中，科学家对原子的结构进行猜想和实验，并提出了多种模型.
在图
10－3－1
所示的两种模型中，卢瑟福提出的原子核式结构模型是( )
举一反三
1.
电子的发现，揭开了原子结构的面纱，说明原子是有复杂结构的.电子带负电而原子本身是中性，说明其中一定还有带
电的“东西”存在.
这个“东西”就是原子核.
2.
二十世纪初，英国科学家卢瑟福和他的学生查德威克揭示了原子核的组成部分是
(
)
A.
质子和中子
B.
质子和电子
C.
电子和中子
D.
核子和电子
新知2
原子的结构
原子是由原子核和核外电子构成的.
原子核是由质子和中子构成的；原子核内部还有介子、超子等粒子，质子、中子、介子和超子又是由夸克构成的.
原子的核式结构可表示为：
例题精讲
【例2】关于原子结构，下列说法正确的是( )
A.
电子绕原子核运动
B.
核外电子带正电
C.
电子比原子要大
D.
原子核带负电
举一反三
上层的粒子由下层的粒子构成，下列选项中正确描述物质结构的是
(
)
第十章 从粒子到宇宙
10.4
飞出地球
10.5
宇宙深处
新知
宏观世界的“大”与微观世界的“小”
宏观世界的宇宙、银河系、太阳系等，它们的体积非常大，度量它们的尺度通常用“光年”，大多数离我们非常远，要借助天文望远镜观察和研究.
对于宏观世界，地球上的人类可以实地观察和研究.
微观世界物体的尺寸非常的小，衡量其大小的尺度常用“纳米”等，人们要借助显微镜、电子显微镜来对它们进行观察和研究.
例题精讲
【例1】微观粒子与宇宙天体有很多相似之处.
下列说法错误的是( )
A.
原子结构与太阳系结构很相似
B.
宇宙天体、分子都在永不停息地运动
C.
天体之间、分子之间都存在相互作用力
D.
宇宙天体、分子的运动都没有规律
【例2】关于浩瀚的宇宙，下列说法错误的是( )
A.
我们生活的地球是一颗行星
B.
在太阳系中，太阳是唯一的恒星
C.
银河系中有众多像太阳这样的恒星
D.
“海王星”是一颗卫星
举一反三
关于粒子和宇宙，下列说法正确的是(
)
A.
温度为0
℃，分子的无规则运动停止
B.
物理学家汤姆孙建立了原子的核式结构模型
C.
摩擦起电的过程中，带正电的物体得到了质子
D.
宇宙是一个有层次的天体结构体系，太阳属于银河系中的一颗恒星第十章 从粒子到宇宙
10.1
认识分子
新知1
分子
(1)分子是组成物质的微粒(并不是组成物质的最小微粒).
(2)分子能保持物质的化学性质.
(3)分子是保持物质化学性质不变的最小微粒，它并不是指体积、空间、数目等方面的“最小”.
例题精讲
【例1】下列关于分子的说法，正确的是( )
A.
分子是组成物质的最小微粒
B.
分子是物体不能再分的最小微粒
C.
分子是组成物质的能保持其化学性质的最小微粒
D
.以上说法都不对
解析 分子还可以再分割，研究发现，分子是由原子组成的，所以选项A、B错误.
分子是能保持物质化学性质的最小微粒，所以选项C是正确的.
答案 C
【例2】体积为2
cm3的水中含有6.7×1022个水分子，水分子的直径约为4×10－10
m.
(1)若把水分子看作球形，且球的体积公式为，R为球的半径.
根据计算你能得出什么结论？(提示：可用比较法)
(2)如果将这些分子一个紧挨一个排列成长队，则队伍长多少？这列长队可绕地球多少圈？(地球半径约为6
400
km)
解析 题目中问根据计算能得出什么结论，需要我们发散思维.
已知每个水分子的体积(由求出)、水分子的总个数和水的总体积，我们联想到密度中判断物体空心或实心的问题，显然应该用比较法判断.
答案
(1)每个水分子的体积V0＝πR3＝×3.14×(2×10－10)3
m3＝3.35×10－29
m3，则水分子的总体积V＝nV0＝6.7×1022×3.35×10－29
m3＝2.24×10－6
m3＝2.24
cm3，此时我们是假设水中的水分子是一个紧挨一个的.
而水的真实体积V′＝2
cm3，则V＝2.24
cm3
＞V′，说明水分子之间存在间隙，彼此进入对方空间而导致体积的大小略微减小.
(2)队伍长为l1＝4×10－10
m×6.7×1022＝2.68×1013
m，地球周长l2＝2πR地＝2×3.14×6.4×106
m＝4×107
m，则可绕地球圈数为N＝＝6.7×105(圈).
举一反三
关于分子直径的大小，下列说法正确的是(
C
)
A.
约为0.1
mm
B.
约为0.1
μm
C.
约为0.1
nm
D.
约为0.1
dm
第十章 从粒子到宇宙
10.2
分子动理论的初步知识
新知1
扩散现象
两种不同的物质相互接触时彼此进入对方的现象叫扩散现象.
如糖放入清水中，过会儿糖不见了，水却变甜了；在花园行走时闻到花香等.
(1)扩散现象说明分子是在不停地运动的.
(2)扩散现象可以在液体、气体、固体任意两者之间进行.
(3)扩散现象进行的快慢跟温度有关.
温度越高，扩散现象进行得越快.
也就是说温度越高，分子的热运动越剧烈.
例题精讲
【例1】下列现象中，属于扩散的是( )
A.
擦黑板时，粉笔灰在空中飞舞
B.
粉笔蹭到衣服，在衣服上留下粉笔痕迹
C.
玉兰花开，闻到阵阵花香
D.
秋天到来，树叶飘落
解析 A.
擦黑板时，粉笔灰在空中飞舞，粉笔灰是微小的物体颗粒，它的运动不是扩散现象；B.
粉笔蹭到衣服，在衣服上留下粉笔痕迹，是粉笔的微小颗粒沾在衣服上.不是扩散现象；C.
玉兰花开，玉兰花的香气分子扩散到空气中，人们闻到阵阵花香，是扩散现象；D.
秋天到来，树叶飘落，是树叶的运动，不是分子的运动，不是扩散现象.
答案 C
举一反三
如图10－2－1所示，有两个瓶子，其中一个空瓶子，另一个瓶子装着红棕色二氧化氮气体，使这两个瓶子口相对，之间用一块玻璃板隔开，抽掉玻璃板后，我们看到的现象是两个瓶子内的气体会混合在一起，最后颜色变得均匀，这个现象叫
扩散
，在实验开始前，
B
瓶子里装的是二氧化氮气体.
(ρ二氧化氮>ρ空气)
新知2
分子间的作用力
一根铁丝很难被拉伸，表明分子间存在引力；一块铁很难被压缩，表明分子间有斥力.
当分子间的距离减小时，作用力表现为斥力；当分子间的距离增大时，作用力表现为引力.
当分子间的距离很远时，作用力很微弱，可以忽略.
如破镜不能重圆，就是因为玻璃裂口处的分子间距离很远，分子间几乎没有引力.
例题精讲
【例2】下列现象中，支持分子间存在引力的证据是( )
A.
两块表面光滑的铅块相互紧压后会黏在一起
B.
固体和液体很难被压缩
C.
将橡皮吸盘紧压在玻璃上，很难被拉开
D.
破镜不能重圆
解析 两块表面光滑的铅块紧压在一起，分子间的距离大于平衡距离，分子间的作用力表现为引力，会黏在一起就是因为分子之间的引力；固体和液体压缩时，分子间的距离小于平衡距离，分子间的作用力表现为斥力；将橡皮吸盘紧压在玻璃上，由于大气压的作用，很难被拉开；破镜不能重圆说明分子之间的距离较大时，分子之间的作用力就会很小.
故选A.
答案 A
举一反三
液体和空气接触的表面存在一个薄层——表面层，如图10－2－2所示.
由于液体分子做无规则运动，表面层就存在一些具有较大能量的分子，它们可以克服分子间相互作用的
引
力，脱离液体跑到空气中去.其宏观表现就是液体的
汽化
(填物态变化名称).
新知3
分子运动的快慢与温度的关系
分子运动的快慢跟温度有关，物体的温度越高，分子的运动越快.
由于分子的运动跟温度有关，所以这种分子的无规则的运动叫做分子的热运动.
例题精讲
【例3】分别在冷水和热水中同时注入一滴墨水，5
s后的现象如图10－2－3所示，该现象说明( )
A.
只有热水的分子在做热运动
B.
热水有内能，冷水没有内能
C.
温度越高，分子运动越剧烈
D.
扩散只能在液体中发生，不能在气体、固体中发生
解析 A.
一切物质的分子都在不停地做无规则运动；B.
一切物体不论温度高低，都具有内能；C.
分子热运动与温度有关，温度越高，扩散越快分子运动越剧烈；D.
一切物质的分子都在不停地做无规则运动，扩散现象也是分子运动的结果.不仅气体之间、液体之间会发生扩散现象，固体之间也会发生扩散现象.
答案 C
举一反三
将复写纸夹在两张白纸之间后放在水平桌面上，再分别取两个盛有等量冷水和热水的相同铝质易拉罐压在纸上.
一段时间后，发现纸上留下痕迹的颜色深浅不同.该现象说明
(
A
)
A.
分子热运动与温度有关
B.
分子间存在引力
C.
分子间存在斥力
D.
分子间有空隙
新知4
固、液、气三态中的分子
三态物质之所以会有不同的特点，就是由于物质分子的排列方式不同造成的.
固态物质中：分子与分子的排列十分紧密有规则，粒子间有强大的作用力将分子凝聚在一起.
分子来回振动，但位置相对稳定.
就像学生在自己的座位上身子可以来回晃动一样，如图10－2－4甲所示.
因此，固体具有一定的体积和形状.
液态物质中：分子没有固定的位置，运动比较自由，粒子间的作用力比固体小.
就像我们在自己的教室中交换座位，但又没离开教室一样，如图10－2－4乙所示.
因此，液体没有确定的形状，但有一定的体积且具有流动性.
气态物质中：分子间距很大，并以高速向四面八方运动，粒子之间的作用力很小，分子极度散乱.
就好比我们在操场上玩耍，处于完全自由的状态，四处奔跑，如图10－2－4丙所示.
因此气体没有一定的体积和形状，易压缩，具有流动性.
同种物质在不同状态下表现出来的宏观性质上的差异，是由于不同状态下物质的微观结构不同造成的.今后同学们在学习物理的过程中，常常会用物质结构的微观模型来解释和说明一些物理现象.
物质结构的微观模型理论主要包括：物质是由被称为“分子”的微小粒子组成，分子间存在相互作用力，分子间有一定的空隙.
相互作用力的大小、分子运动情况影响分子的排列.
例题精讲
【例4】关于物质的状态及分子结构，下列说法不正确的是( )
A.
固态物质中，分子排列十分紧密
B.
液态物质中，分子运动比较自由，分子间的作用力比气态的小
C.
液体没有固定的形状
D.
液体和气体都具有流动性
解析 固态物质中，分子排列十分紧密，分子间有强大的作用力；液态物质中，分子运动比较自由，分子间的作用力比固态的小、比气态的大；由于气体和液体物质中分子间的作用力较小，所以气体和液体都没有固定的形状，具有流动性.
答案 B
举一反三
提起压在容器中水面上方的活塞，容器中的水发生汽化，如图10－2－5所示：
下图中，最能表示水汽化后在相同空间内粒子分布的是(
C
)
第十章 从粒子到宇宙
10.3
“解剖”
原子
新知1
微观粒子的探索过程
(1)
1811年意大利物理学家阿伏伽德罗命名分子；
19世纪初英国科学家道尔顿证明了原子的存在；
1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子；
1911年卢瑟福提出原子核式结构模型；
20世纪初又发现了质子和中子；20世纪60年代发现了夸克.
(2)原子结构的两种模型：
一是汤姆孙提出的枣糕模型，另一种是1911年卢瑟福提出的类似行星模型的原子核式结构模型.
后来科学家根据模型研究发现了质子，英国物理学家查得威克又发现了中子.
例题精讲
【例1】在探索微观世界的过程中，科学家对原子的结构进行猜想和实验，并提出了多种模型.
在图
10－3－1
所示的两种模型中，卢瑟福提出的原子核式结构模型是( )
解析 图A是汤姆孙模型的切面图，他认为原子像一个实心的球体，正电荷均匀分布在球体内，电子像西瓜子那样嵌在其中.
图B是卢瑟福模型，他认为原子中间有一个带正电的原子核，它只占有极小体积，却集中了几乎全部的质量，电子在核外较大空间绕核高速旋转.
答案 B
举一反三
1.
电子的发现，揭开了原子结构的面纱，说明原子是有复杂结构的.电子带负电而原子本身是中性，说明其中一定还有带
正
电的“东西”存在.
这个“东西”就是原子核.
2.
二十世纪初，英国科学家卢瑟福和他的学生查德威克揭示了原子核的组成部分是
(
A
)
A.
质子和中子
B.
质子和电子
C.
电子和中子
D.
核子和电子
新知2
原子的结构
原子是由原子核和核外电子构成的.
原子核是由质子和中子构成的；原子核内部还有介子、超子等粒子，质子、中子、介子和超子又是由夸克构成的.
原子的核式结构可表示为：
例题精讲
【例2】关于原子结构，下列说法正确的是( )
A.
电子绕原子核运动
B.
核外电子带正电
C.
电子比原子要大
D.
原子核带负电
解析 A.
在原子内部，电子绕原子核高速运动，符合题意；
B.
核外电子带负电，
不符合题意；
C.
电子比原子核小得多，更比原子小得多，不符合题意；
D.
原子核带正电，不符合题意.
答案 A
举一反三
上层的粒子由下层的粒子构成，下列选项中正确描述物质结构的是
(
A
)
第十章 从粒子到宇宙
10.4
飞出地球
10.5
宇宙深处
新知
宏观世界的“大”与微观世界的“小”
宏观世界的宇宙、银河系、太阳系等，它们的体积非常大，度量它们的尺度通常用“光年”，大多数离我们非常远，要借助天文望远镜观察和研究.
对于宏观世界，地球上的人类可以实地观察和研究.
微观世界物体的尺寸非常的小，衡量其大小的尺度常用“纳米”等，人们要借助显微镜、电子显微镜来对它们进行观察和研究.
例题精讲
【例1】微观粒子与宇宙天体有很多相似之处.
下列说法错误的是( )
A.
原子结构与太阳系结构很相似
B.
宇宙天体、分子都在永不停息地运动
C.
天体之间、分子之间都存在相互作用力
D.
宇宙天体、分子的运动都没有规律
解析 宇宙天体运动是有规律的，约翰尼斯开普勒发现天体运动的三大规律.
答案 D
【例2】关于浩瀚的宇宙，下列说法错误的是( )
A.
我们生活的地球是一颗行星
B.
在太阳系中，太阳是唯一的恒星
C.
银河系中有众多像太阳这样的恒星
D.
“海王星”是一颗卫星
解析 银河系是由三千多亿颗恒星形成的巨大星系，我们生活的地球只是太阳系中的一员，太阳系的八大行星中离太阳最远的是海王星.
答案 D
举一反三
关于粒子和宇宙，下列说法正确的是(
D
)
A.
温度为0
℃，分子的无规则运动停止
B.
物理学家汤姆孙建立了原子的核式结构模型
C.
摩擦起电的过程中，带正电的物体得到了质子
D.
宇宙是一个有层次的天体结构体系，太阳属于银河系中的一颗恒星
