八年级物理小粒子和大宇宙上海科技版知识精讲

【本讲教育信息】 一. 教学内容： 小粒子和大宇宙

基本要求：

1. 知道物质是由分子和原子组成的。

2. 了解原子的核式模型。了解人类探索微观世界的历程，并认识到这种探索将不断深入。

3. 大致了解人类探索太阳系及宇宙结构的历程，并认识到人类对宇宙的探索将不断深入。

4. 对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解。

5. 能从生活、自然中的一些简单热现象推测分子的热运动。初步认识宏观热现象和分子热运动的联系。

6. 能举例说明自然界存在多种多样的运动形式。知道世界处于不停的运动中。

二. 重点、难点

重点内容：物质是由分子和原子组成的；分子动理论的基本观点；物质世界从微观到宏观的尺度的大致数量级概念；人类对微观世界和宇宙的探索将永无止境。 难点内容：对微观世界概念的建立，人类探索微观和探索宇宙过程中的科学方法和科学态度的形成，以及从中感受科学精神和人文情操的过程。

重点内容讲解：

我们可观察一下我们周围的一切，我们生活的自然界是由什么组成的呢？同学们会说是各种各样的东西，这些东西我们称其为物质，我们生活的世界是物质的，人们

呼吸的空气、喝的水、盖房的木料、织布的棉花、制造汽车的钢铁、农田施用的化肥等都是物质。

从无垠的宇宙到微小的粒子，物质以各种各样的形态展现着。

（一）自然的尺度

浩瀚的星空，群星闪烁，距我们最近的恒星也有4.21光年。宇宙到底有多大呢？人们还在探索着。

在我们的周围，有潺潺的流水，美丽的鲜花，飞翔的小鸟，嬉闹的人群。这便是人们所熟悉的世界。

在人们不能直接看到的世界里，同样奥秘无穷，那里有细胞、病毒、分子、原子……，目前科学家的研究已进入到了这样的微观领域。下图就是另人类感到措手不及的SARS病毒的电子显微镜照片。

（二）物质的组成

物质是由什么组成的呢？从古到今，人们一直在探索着这个问题的答案。 1. 四元素说

四元素说是古希腊关于世界的物质组成的学说。这四种元素是土、气、水、火。这种观点在相当长的一段时间内影响着人类科学的发展。

巴比伦人和埃及人曾经把水，后来又把空气和土，看成是世界的主要组成元素。米利都派哲学家阿那克西曼德又加上第四元素火，并且设想在元素形成之前还有一种原始物质。四大元素由这种原始物质形成之后，就以土、水、气、火的次序分为四层。火使水蒸发，产生陆地，水气上升把火围在云雾的圆管里。人们眼中看见象是天体的东西，就是这些管子的洞眼，使我们能从洞眼中望见里面的火。

在中世纪，四元素说曾经作为了炼金术的理论依据。炼金术士们认为只要改变物质

中这四种原始性质的比例，即可使普通金属变为黄金。

四元素说承认了世界的物质性，是其进步的一面。但是却使化学的发展长期受到了阻碍。直到波义耳才否定了四元素说的错误，使得化学得以迅速发展。

2. 五行说

五行是中国古代的一种物质观。多用于哲学、中医学和占卜方面。五行指：金；木；水；火；土。认为大自然由五种要素所构成，随着这五个要素的盛衰，而使得大自然产生变化，不但影响到人的命运，同时也使宇宙万物循环不已。

五行学说认为宇宙万物，都由木、火、土、金、水五种基本物质的运行（运动）和变化所构成。它强调整体概念，描绘了事物的结构关系和运动形式。如果说阴阳是一种古代的对立统一学说，则五行可以说是一种原始的普通系统论。

3. 科学发现

后来人们认识到若将物质无限的分下去，所得到的颗粒愈分愈小，小到这种颗粒能保持其化学性质（物质在发生化学变化时所表现出来的性质叫化学性质。化学变化是指变化时生成了新物质。与此相对的是物理性质，物质不需要发生化学变化表现出来的性质叫物理性质，包括：颜色、状态、气味、熔点、沸点、硬度、密度等。）不变为止，通常所说的物质就是由这种颗粒构成的。1811年，意大利物理学家阿伏加德罗第一个把这种颗粒命名为“分子”。所以在化学中人们认为分子是保持物质化学性质的最小微粒。

物质是由分子或原子组成的。现代科技可以使人们观察到构成物质的分子或原子。

分子很小，而且组成物质的分子的个数很多。氢分子是最小的分子，其尺度相当于一根头发丝直径的十万分之一，如果把分子看作球形的，一般分子的直径只有几个埃(1=10-10m)。质量只有10-27千克左右。组成生命的基本组成DNA分子每个都含有几百万个原子。1cm3的水中就含有3.34×1022个水分子。一个水分子的质量只有3×10-26

千克。

（三）微观粒子 分子是由原子构成的。

大约在2400年前，古希腊哲学家德谟克利特相信一切都是由微小的粒子组成的。分子也是如此吗？直到19世纪初，英国科学家道而顿才证明了原子的存在。他认为物质由原子组成，原子不能创造，也不能毁灭，且在化学变化中不可再分割，它们在化学反应中保持本性不变。有的分子由单个原子组成，叫做“单原子分子”；绝大多数分子都是由多个原子组成的，叫做“多原子分子”；例如，水分子是多原子分子，它是由两个氢原子和一个氧原子组成的。如图所示：

下图则是一个水分子的结构示意图：

19世纪后期，物理学家对低气压下气体的放电现象进行进一步研究，发现了阴极射线。17年，英国物理学家汤姆生发现了电子，进一步的实验又证明电子是一种带负电并具有一定质量的微粒，电子能从各种不同物质中分离出来，说明电子普遍存在于原子中。既然电子是原子的一个组成部分，电子又是带负电荷的微粒，而整个原子是呈电中性的，说明在原子中还存在着某种带正电荷的组成部分，而且它所带正电荷的电量必定和原子中所含电子的负电总量相等。

1911年英国物理学家卢瑟福通过α粒子散射实验证明，原子中这个带正电荷的部分集中在一起，被称为原子核。在此实验的基础上，卢瑟福提出了带核的原子模型：原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电荷，并位于原子中心，电子带负电荷，在原子核周围空间做高速运动，就像行星绕太阳运转一样。地球沿着固定轨道围绕太阳运动，地球的卫星（月球或人造卫星）也以固定的轨道绕地球运转。这些宏观物体运动的共同规律是有固定的轨道，人们可以在任何时间内同时准确地测出它们的运动速度和所在位置。电子是一种极微小的粒子，质量为9.1×10-31kg，在核外的

运动速度快（接近光速）。因此电子的运动和宏观物体的运动不同。原子核所带的正电荷数与核外电子所带负电荷总量相等，所以整个原子是电中性的。原子很小，原子核更小，如果把原子看成是乒乓球体，则原子核只有大头针尖大小，所以，原子内部绝大部分是空的，而原子的质量几乎全部集中在原子核上。

原子核也具有复杂的结构，它由带正电荷的质子和不带电荷的中子组成。

原子是由原子核和电子构成的，原子核是由质子和中子构成的，质子和中子是由什么构成的呢？这的确是轮中之轮！到了20世纪60年代，科学家发现质子和中子都是由被称为夸克的更小的粒子组成。夸克又分为上夸克和下夸克。一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成；一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。

下图给出了微观粒子的空间尺度。

20世纪中叶起，人类为了探索微观世界的奥秘，制造了各种各样的粒子加速器（下图就是我国自行设计制造的粒子加速器）。借助于不断完善的粒子加速器，又发现了μ子、π介子、K介子、Λ超子、Σ超子及τ子等400余种粒子。这些粒子是比原子核更深一个层次的物质存在形式。人类对自然界的认识永无止境，探索永不停止，微观世界的神秘面纱还有待于同学们去揭开。

（四）物质结构概要

近代以来的物理学研究发现，物质是由不同层次的微粒构成的，形成了一个阶梯系列。二三百年前，人们发现物质由分子及原子组成。到19世纪末，在科学实验基础上，科学家认识到原子由原子核和核外电子构成。原子很小，直径约亿分之一厘米。原子核大约是原子的10万分之一，电子则更小，大约是原子的亿分之一。再进一步，人们发现原子核又是由质子和中子组成的。

到此，曾有人以为找到了构成物质的最小“砖块”。然而，不久人们就发现了这种认识的局限性。

通过对宇宙射线的观察分析和高能加速器的实验，又发现了比上述微粒更小、更基本的大批新粒子，如介子、中微子、反粒子以及组成质子、中子的夸克等，达到几百种之多。其中，大部分在自然界中并不存在，而是在高能束流的轰击下才产生出来的。

下图是中子结构示意图。从中可见到中子内部有三个夸克。

微观粒子之间存在不同的相互作用。根据这些相互作用力的特点，可把几百种粒子分为强子、轻子和传播子三类。夸克、轻子是不是就是最基本的物质结构单元呢？也不是。已有许多迹象表明，它们也可能还存在内部结构。

对更微观层次的探究，是当代科学研究的最前沿之一。1979年的诺贝尔物理奖得主格拉肖曾建议，假如一旦在实验上发现了比夸克更小的微粒，应命名为“毛子”，以纪念关于物质无限可分的哲学思想。这一设想虽尚未实现，但说明了科学家对辩证思维的重视。

同学们可能会问：这样无限分下去有什么意义呢？当然有它的意义了。一是哲学上的意义，证明世界的物质性和人类认识永无止境；二是科学理论上的意义，丰富了人们关于物质世界的基本知识；三是实践上的意义。当年对原子核内部结构的探索，导致了核能的广泛利用和开发。反物质有可能成为未来人类更强大的能源。除这些以外；研究超微观世界，需要庞大的高能实验设备，如对撞机、加速器等，这些设备的研制是高技术发展极强的推动力量，如我国自行设计、研制的北京正负电子对撞机，不仅取得了“精确测量τ轻子质量”这一高水平理论研究成果，而且，在对撞机的研制过程中，还带动了一大批高技术的发展。

（五）看不见的运动

物质是由分子组成的，分子是极小的微粒。如果把分子看做球形，它的直径约10-10米，这是一个极小的长度，不仅肉眼看不到，即使用现代的显微镜也看不清分子。

由于分子极小，所以物体含分子数目大得惊人。通常情况下，1厘米空气里大约有2.7×1019个分子，如果人数数的速度能达到每秒数100亿个，要数完这个数，也得用80多年。

又小又轻的分子是不是一个挨一个地挤在一起不动呢？我们来看一个实验：酒精和水的混合。

在托里拆利管中放一半水，再放一半加颜色的酒精，用手堵住管口，来回倒置几次，总体积的高度下降1厘米多。

由于分子间有空隙，在酒精与水混合的过程中，有些酒精分子进入了水分子的空隙中，有些水分子也进入酒精分子的空隙中，这一实验证明了水分子、酒精分子之间有空隙。这就好比一碗黄豆和一碗小米混合，混合后的总体积一定小于两碗。因为小米与小米、黄豆与黄豆之间存在间隙。

又例如，人们用高分辨率的电子显微镜拍摄的三硫化二钛（Ti2S3）晶体内硫原子的图象，也证实了分子间空隙的存在。

构成物质的分子永不停息地运动着。由于分子太小，目前尚无法直接观察分子的行为，但我们可以从宏观的实验现象，来判断分子的行为。 实验：扩散现象

事先装有二氧化氮（或溴气）气体的广口瓶。瓶内红棕色的气体是二氧化氮。再取一只空的广口瓶，其实瓶内装满了空气。将装有二氧化氮的瓶子向空瓶倾倒，这时看到红棕色气体流入空瓶，开始先沉到瓶底。此现象说明二氧化氮的密度大于空气的密度。

另取一只“空”瓶，将其倒扣在装有二氧化氮气体的瓶子上。装有密度较大的二氧化氮气体的瓶子在下，装有空气的瓶子在上，抽掉玻璃隔板，二氧化氮气体不会流进空气瓶内，没有出现二氧化氮气体流动的现象，过一会儿观察瓶内出现的现象。我们发现空气瓶出现了红棕色，下面红棕色的二氧化氮瓶中颜色变淡。实验现象表明，二氧化氮气体进入了空气，空气进入了二氧化氮气体中。像这样，不同的物体在互相接触时，彼此进入对方的现象，叫做扩散。 扩散现象也可以发生在液体之间。

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墨水扩散实验：桌上的烧杯里盛有清水，不要振动桌子，保持清水平静。向清水里慢慢的滴入一滴墨水，观察墨水的变化情况。滴入的墨水将下沉，在清水中留下了清晰的墨迹，过一段时间墨迹的轮廓变模糊，墨迹变淡，周围的水色变黑。

再观察一下刚才滴入清水的墨水，已经没有明显的墨迹了，整杯水都变黑些了，说明墨水和水也发生了扩散。为了说明液体的扩散现象，我们再来做个实验：硫酸铜与水的扩散实验。

固体之间也会发生扩散现象。将铅片和金片紧压在一起，放置5年后再将它们分开，可以看到它们相互渗入约1毫米。其实在日常生活中，我们也观察到过固体的扩散。煤矸石有的原来就是石灰岩，由于长期地跟煤挤压在一起，它的内部也变黑了。 大量事实说明气体、液体、固体都有扩散现象，即使在日常生活中大家也能找到许多事例。例如，某同学擦点清凉油，周围同学就能闻到清凉油味。

扩散现象表明：一切物体的分子都在不停地做无规则的运动。只有分子不停地运动才能相互进入对方。同时也说明分子不是紧密地挤在一起，而是彼此间存有间隙。 分子间的作用力

固体、液体的分子都在不停地做无规则运动，且分子间又有间隙，为什么分子不会飞散开，反而聚合在一起呢？这可能是分子间存在着吸引力，这个猜想是否正确呢？需要我们用实验来证实。 实验：分子引力实验

我们把两个铅圆柱随意将它们对在一起，这时两铅块并没有表现出吸引力。实验似乎得到分子间没有引力的结果，但是我们不要轻易地放弃我们的猜想，应再进一步

分析原因。大家都知道磁铁能够吸引铁钉，但把铁钉远离磁铁，这时磁铁不能吸起铁钉，这是为什么？因为距离太远。两铅块没有表现出吸引力，是不是也是因为分子间的距离不够近呢？那么我们想法让两铅块靠的更近些。先用小刀将两铅块表面刮光亮，然后用力将两铅块挤压在一起。实验结果两铅块能吸引在一起，并能负重达500克以上。这表明分子之间的吸引力，这种吸引力只有在分子靠得很近时，才能表现出来。一般分子距离要小于10-9米时才能表现出引力。

在实际生产中，人们早就利用分子间有吸引力，来进行金属焊接了。一般焊接是靠熔化金属，从而使分子间的距离足够近，金属冷却后就焊接到一起。近代还有爆破焊接技术，它是将金属表面清洁后靠在一起，然后靠爆炸产生的巨大压力，将两金属压接在一起。

液体分子之间也存在吸引力。静止在玻璃片上的水滴，总是呈球形。

实验证实了我们关于分子引力的猜想。我们再进一步思考，又会发现新的矛盾：分子之间有间隙，分子之间又有引力，这两者是矛盾的，分子相互吸引最终应该相互靠紧，而不应该有间隙。既然分子间有间隙，物体应该很容易压缩。我们利用针筒抽取半筒水，用食指按住针筒嘴，然后用力推入活塞，我们发现水很难被压缩。其他物体也是同样如此。事实表明我们对分子的认识还不够全面，还有没认识到的方面。

原来分子之间还存在斥力。分子之间既有引力，又有斥力，会不会两种力总是相互抵消呢？当然不会，只有在特定的距离r时，分子间的引力不等于斥力，这个距离r就是通常的分子间隙的距离，大约是10-10米。当分子距离小于r时，斥力和引力都增大，但斥力增大得快，分子间表现为斥力。当分子间距离增大时，斥力和引力都减小，但斥力减小得更快、分子间表现为引力。当分子距离再增大，分子引力继续减小，当分子距离大于10r时，分子间的作用力将变得十分微弱，可以忽略了。 有了对分子间存在斥力的认识，前面所说的矛盾也就迎刃而解了。 物质中的分子状态：

在固体中，分子彼此靠的很近，因而，固体有一定的体积和形状。

在液体中，分子靠在一起，但在一定限度内，分子能运动或滑动。因而，液体没有确定的形状，但占有一定的体积。

在气体中，分子分离得比较远，能自由地沿各个方向运动。因而，气体没有固定的形状，也没有确定的体积。

（六）探索宇宙 1. 探索的历程

宇宙自古以来就是人类关注、困惑、探索的一个重大问题。

在人类漫长的历史进程中，大部分时间人们主要依靠肉眼观察、简单的猜测与推理来认识宇宙。他们对宇宙的认识很有限，并具有很深的神话与宗教色彩。 中国古代的人们很早就对星空进行观察、并根据星象制定历法。下图就是中国古代的星象图。

在欧洲，在宗教的影响下，人们长期认为地球是宇宙的中心。下图所示是地心说的宇宙观：地球居于中心，太阳和其他行星围绕地球转动。这种理论影响人们思想长达千年之久。

公元1500年左右的欧洲，文艺复兴运动和地理大发现，极大地了人们的思想。展现在人们面前的，一方面是古希腊和古罗马哲学和艺术的辉煌；另一方面是新的发现和环球航行的成功，让欧洲开眼界，大长见识。所以说15世纪末期，由于欧洲文艺复兴运动了人的思想，使人类进入了一个暂新的、对宇宙进行科学探索的伟大时代。

13年，哥白尼通过30多年的观察与分析，提出了“日心说”。

作为一个牧师，哥白尼并没有把精力完全放在宗教职位上，而是更多倾注于天文学的研究和观测方面，他用教堂城垣的箭楼建立了一个小小天文观测台，自制了一些

仪器，有四分仪、三角仪、等离仪等，进行了观测和计算，三十年如一日，终于完成了他的天体运行学说，写成划时代的科学著作《天体运行论》。哥白尼在《天体运行论》中明确宣布，地球不是宇宙的中心。它和别的星球一样，是一种一边自转一边公转的普通行星，天球由远到近顺序如下：“最远的是恒星天球，包罗一切，本身是不动的…。在哥白尼所处的时代，托勒密的“地心说”在欧洲占统治地位，中世纪的教会把地心说加以神化，用它来作为上帝存在的依据，哥白尼正确地指出：托勒密由于没有区别现象和本象，而将假象视为真实，由于感觉不到地球的自转以致只感觉到太阳自东方升起而在西方下落，这正像人们坐在大船上行驶时，往往感觉不到船在动，而只见到岸上的东西在往后移一样，同样，太阳绕地球转是假象，地球自转并绕太阳运动才是真实的，这段叙述是多么恰当生动。

哥白尼学说的诞生，在自然科学史上具有深远的意义。诗人哥德也说：“哥白尼地动学说撼动了人类意识之深，自古无一种创建，无一种发明，可与之相比…自古以来没有这样天翻地覆地把人类意识颠倒过来。”

1632年，伽利略利用望远镜探索宇宙，人类的视线深入到了更为宽广的星空。1687年，牛顿发表了《自然哲学的数学原理》一书，为探索宇宙奠定了坚实的理论基础。 1849年，科学家根据牛顿发现的万有引力定律，预测天王星外还存在一颗未知的行星，并计算出了这颗行星的运动轨道。不久，在预测的轨道上就发现了这颗后来被命名为“海王星”的行星。下图就是海王星的照片。

飞向太空一直是人类的梦想。随着科学技术的发展，到了20世纪，人类终于梦想成真，踏上了太空的旅程。

1957年10月4日，前苏联第一颗人造卫星上天（如下图所示），拉开了人类航天时代的序幕。

第一位进入太空的人，就是大名鼎鼎的前苏联宇航员加加林。1961年4月12日，他乘坐“东方号”宇宙飞船环绕地球飞行一圈，历时108分钟，写下了人类航天飞

行的新篇章。下图就是加加林。

月球是距离地球最近的天体（约38万公里），是人类进行太空探险的第一站。前苏联1959年发射的月球2号探测器在月球着陆，这是人类的航天器第一次到达地球以外的天体。同年10月，月球3号飞越月球，发回第一批月球背面的照片。1970年发射的月球16号着陆于丰富海，送回地球100克月球土壤。

美国人也不甘落后，在20世纪60年始了雄心勃勃的征服月球的“阿波罗”计划。它的目的就是登上月球进行实地考察。在此之前的1961年到1967年间，9个“徘徊者”探测器，7个“勘探者”探测器以及5个月球轨道器先后对月球进行考察。它们拍摄了照片并分析了月球的土壤，为登上月球做准备。紧接着，“土星”5号运载火箭先后向月球发射了17艘“阿波罗”飞船。

1969年7月16日，美国“阿波罗11号”飞船，载着阿姆斯特朗，奥尔德林和柯林斯三人在美国肯尼迪航天中心升空，飞向月球。上图是“阿波罗”11号宇航员奥尔德林迈出登月舱。到达了月球轨道后，由柯林斯驾驶飞船绕月飞行，而阿姆斯特朗和奥尔德林驾驶登月舱于7月20日在月面静海降落。阿姆斯特朗第一个登上月球。他说出了下面这段意味深长的话：“对于一个人来说，这只是一小步；但对人类来说，这是巨大的一步。”他们在月面上进行实地科学考察，并把一块金属纪念牌插上月球，上面镌刻着“公元1969年7月，来自行星地球上的人首次登上月球。我们是全人类的代表，我们为和平而来。”他们在月球上安装了测量月震的月震仪，采集了月球岩石和土壤。在完成月面考察任务以后，进入登月舱，离开月球回到月球轨道上的指令舱中，与柯林斯汇合后开始返回地球，完成了这一史无前例的航天飞行。在此之后，又有5次成功的登月飞行，宇航员们总共在月球上停留了约300小时，使人们对月球的认识大大加深了。

1994年，美国发射了\"克莱门汀\"号无人驾驶飞船，对月球进行了新的地貌测绘，为在不久的将来建立月球基地和月基天文台作准备。

1998年1月6日发射升空的“月球勘探者”，携带中子光谱仪探测氢原子。最终发

现在月球两极的盆地底部存在水。

人类对于未知世界的探索是永无止境的。人们并不满足于对月球的了解，目标又转向了太阳系中的大行星。

2. 浩瀚的星空

我们生活的地球是浩瀚星空中太阳系这个大家庭里一颗相对很小的行星。太阳系除了太阳这个唯一的恒星外，至今已经发现还有9大行星、66颗卫星、2000多颗有正式命名或编号的小行星，以及数量众多的彗星和流星。下图就是太阳系的结构图片。

银河系中有众多像太阳这样的恒星。除太阳以外，距地球最近的恒星是半人马座的比邻星。这与地球之间的距离大约是40万亿千米，光从比邻星出发大约需要4.2年才能到达地球。银河系大约包含两千亿颗星体，其中约一千亿颗恒星——我们的太阳就是其中之一。人们一直认为它是一个典型螺旋状恒星系，与仙女座星系类似。然而近代观测却发现，它的核球是稍带棒形的。这意味着我们的银河系很可能是某类棒旋星系。银河系的直径约为十万光年，太阳距离银河中心约二万八千光年。银河系有三个主要组成部分：银盘、银核和晕轮。

四条巨大的旋臂环绕组成了银河系的银盘，银盘的主体是无数年轻的蓝色恒星，太阳位于人马座旋臂和英仙座旋臂之间的猎户座旋臂上。

星系的中心凸出球状部分是银核，它非常明亮。这个区域主要由大量的密度很高的恒星组成——主要是年龄在一百亿年以上的老年红色恒星。大量的证据表明，在银河的中心区域可能存在着一个巨大黑洞。

在银盘周围的一个球型区域内弥散着晕轮，这里恒星的密度很低，存在着许多由大约一万到一百万颗老年恒星组成的星团。

可见光拍摄的银河

红外线拍摄的银河

近红外线拍摄的银河

在浩瀚的宇宙中，还有许多像银河系这样的星系。其中，仙女座河外星系是离银河系比较近的一个星系。从仙女座发出的光需要200万年才能到达地球，也就是说，我们在夜空中所见到的仙女座已是200万年以前的仙女座了。仙女座河外星系的直径为17万光年，包含3000多亿颗恒星。它和我们银河系很相似，也是漩涡状的，也有很多变星、星团、星云等。有趣的是，在它身旁还有两个小星系，它们一起构成了一个三重星系。仙女座中最著名的天体，大概要算是那个大星云了。在仙女座υ星附近，晴朗无月的夜晚，我们可以看到一小块青白色的云雾，这就是仙女座大星云。这个星云早在1612年就被天文学家发现了，但直到本世纪20年代，美国天文学家哈勃才彻底搞清，它和人马座中的那些星云完全是两码事，它是远在220万光年外的一个大星系，所以它的正确名称应该是“仙女座河外星系”。

3. 幻想与追求

翻开人类探索宇宙的历史篇章，我们不难发现，无论过去还是现在，无论在东方还是在西方，人类对天空一直充满了美好的希望和幻想。回首20世纪，人类已冲破了地球引力的束缚，将自己的足迹留在了地球以外坚实的土地之上。展望21世纪，人类探索宇宙的步伐将会不断加快，在太空建立永久性的居住地将不会再是人类的幻想。

【典型例题】

例1. 分子之间既有引力又有斥力，这两种力是不是总会互相抵消呢？ 分析：可从分子间引力和斥力的范围来考虑。

答：不会。这两种力的作用范围不同，一般地说，当分子间的距离小于10-10m时，斥力起主要作用；当分子间的距离大于10-10m时，引力起主要作用，引力和斥力都随着距离的增大而减少得很快，当分子之间的距离大于分子直径的10倍时，分子间

的作用力变得十分微弱，可以忽略了。只有当分子间距离等于10m时，引力才等于斥力，分子处于受力平衡状态。

例2. 原子核是由质子和 组成的。若一个原子的直径是10-10米，我国科学家制造的纳米碳纤维管的直径是33纳米，相当于 个原子一个一个排列起来的长度。

分析：原子核是由质子和中子组成的，质子带正电、中子不带电；33nm=33×10-9m,是原子直径n=33×10米/1×10米=330倍。 答：中子 330倍

例3. 把汽油装在滴管内，适当调节阀门，记录汽油滴了200滴时，管内汽油少了0.2cm3，把其中一个油滴在水面上形成最大的油面的面积是3m2，试估算分子的直径。 解：一滴汽油的体积V=0.2cm3/200=10-9m3 汽油分子直径d=V/s=10-9m3/3 m2=3.3×10-10m

例4. 有一个圆柱形的玻璃容器，下半部分装水，上半部分装酒精，封闭后直立放置，经过一段时间后，发现水和酒精的总体积变 ，这一现象说明分子间有 ；同时，还说明水和酒精分子在不停地做 运动。

分析：水和酒精混合后，由于分子的运动，水分子和酒精分子彼此进入到对方的间隙中去，所以总体积变小。 解：小、空隙、无规则

例5. 扩散现象证明了（ ） A. 分子有一定大小 B. 分子间有相互作用 C. 分子有一定质量

D. 分子永不停息地在做无规则的运动

-9

-10

-10

分析：扩散现象是指不同的物质互相接触时，彼此进入对方的现象，大量事实证明，气体、液体、固体都能发生扩散现象，表明气体、液体、固体的分子都在不停地运动。故应选D。 答：D

例6. 下列说法是错误的是（ ）

A. 酒精和水混合后，总体积变小了。这说明分子间有空隙 B. 当温度降低到0℃时，水分子的运动停止

C. 咸鱼放在水里泡一段时间会变淡一些，这是因为咸鱼中的盐分子有一部分扩散到水里去了

分析：将分子动理论转化为解释本题中的现象，分子的无规则运动是永不停息的，故B是错误的，其余皆正确。 ∴选B。

例7. 汽车行驶时，带起一股灰尘在空中飞舞，这是否就是灰尘的分子运动？ 分析：分子是具有物质的化学性质的最小微粒，它的体积和质量都极小，肉眼能看见的灰尘不是分子，故不是灰尘的分子运动。

例8. 固体和液体很难被压缩的原因是（ ） A. 分子间存在着斥力 B. 分子间无空隙 C. 分子在不停地运动 D. 分子间无引力

分析：分子间总是同时存在着相互作用的引力和斥力的，只是在某一时刻是分子引力占优势还是分子斥力占优势，要由分子间的距离确定。故D是错误的。酒精与水混合后总体积减小的实验，表明了分子间存在着空隙，故B也是错误的，“分子在不停地运动的”这句话本身不错，但与题无关。故选A。

例9. 下列事实能说明分子在不停运动的是（ ）

A. 在长期堆煤的墙角，地面和墙壁都染上了一层黑色，即使用小刀刮去一薄层墙皮，里面仍呈现黑色

B. 炒菜时放点盐，菜就有了咸味 C. 扫地时扬起许多灰尘 D. 固体和液体难以被压缩

分析：在初中的物理学习中，主要强调了扩散现象证明了分子的不停运动。故应选A、B，C中的灰尘不是分子，D不能说明分子的运动。

例10. 稻草一拉就断，而铁丝不易拉断。按照分子动理论的观点，这是因为（ ） A. 稻草的分子间没有引力，铁丝的分子间有引力

B. 稻草、铁丝的分子间都存在着引力，但稻草分子的引力远小于铁丝分子间的引力 C. 稻草的分子间存在斥力，铁丝的分子间没有斥力 D. 稻草具有“一拉就断”的性质

分析：分子间同时存在着相互作用的引力和斥力。A、C对于分子只存在某一种相互作用的说法是不正确的。D并不能根据分子动理论的观点说明为什么一拉就断。B指出虽然它们分子间都存在着引力，但稻草分子间的引力小得多。故应选B。

【模拟试题】（答题时间：30分钟） 一. 填充题

1. 希腊人认为宇宙万物由 、 、 、 组成，称为“四元素说”；我国古代认为宇宙万物由 、 、 、 、 组成，称为“五行说”。

2. 人们认识到若将物质 地分下去，所得颗粒愈分愈小。小到这种颗粒能保持其

不变为止。通常所说的物质就是由这种颗粒构成的，这种颗粒就是 。

3. 1909年，卢瑟福提出了原子 结构模型。原子的中心叫 ，占 的体积，但其 很大，几乎集中了原子的全部 ；带 电的 在不同的轨道上绕着 运动，就像地球绕着太阳运动一样。 4. 分子运动的基本内容是：（1）______；（2）______；（3）______。

5. 不同的物质相互接触时，物质分子互相进入______的现象叫做扩散，扩散现象说明了分子是在______地运动着。

6. 物质在不同条件下，以______态、______态或______态的形式存在，这是由于物质分子排列______的缘故。

二. 选择题

1. 固体、液体和气体的分子之间的相互作用力从弱到强的排列顺序（ ） A. 固体、液体、气体 C. 气体、固体、液体

B. 液体、气体、固体 D. 气体、液体、固体

2. 下列现象中属于固体扩散现象的是（ ） A. 小树一年比一年长高 B. 铁块放久后生了锈

C. 打开醋瓶能迅速闻到醋的酸味

D. 长期放石灰的墙角有相当厚的一层墙壁染上了白色

3. 已知9克水内含有3.01×1022个水分子，那么每个水分子的体积是（ ） A. 0.16×10-3厘米3

B. 2.99×10-23厘米3

D. 1.49×10-23厘米3

C. 9.224×10-26厘米3

4. 以下现象能说明分子间有斥力的是（ ） A. 一根细铅丝很难被拉断 B. 沾在物体上的灰尘能被抖掉 C. 液体很难被压缩

D. 用浆糊很难把两块木头粘合在一起

5. 分子的体积很小，如果把分子看成是球形的，则分子直径一般为（ ）

A. 几毫米

B. 几微米

D. 几千分之一微米

C. 几十分之一微米

6. 把两块光滑的玻璃贴紧，它们不能吸引在一起，原因是（ ） A. 两块玻璃分子间存在斥力

B. 两块玻璃的分子间距离太大，作用力太小 C. 玻璃分子间隔太小，不能形成扩散 D. 玻璃分子运动缓慢

7. 有这样几种现象：（1）潮湿的地面变干；（2）一滴红墨水在清水中慢慢散开；（3）地面洒了香水，整个房间充满香味。其中属于扩散现象的是（ ） A. （1）和（2） C. （1）和（2）

B. （2）和（3） D. （1）、（2）、（3）

8. 把下列现象与产生的原因用直线对应相连。 液体和固体很难被压缩

分子间有空隙

分子间存在引力

打开樟脑丸（萘丸）袋子闻到樟脑丸气味 两块干净的铅块压缩后可吊起重物 气体可以被压缩

三. 说理题

分子间存在斥力 分子的扩散现象

气体压缩到一定程度时也很难继续压缩，这是什么原因？

【试题答案】 一. 填空题

1. 水、火、土、气；金、木、水、火、土 2. 无限、化学性质、分子

3. 核式、原子核、很小、密度、质量、负、电子、原子核

4. 物质是由大量分子构成的；分子间存在相互作用力；分子在做永不停息地、无规则地运动

5. 对方，无规则地永不停息 6. 固，液，气，方式不同。

二. 选择题 1. D 7. B

三. 因为气体被压缩过程中，其内部分子间距不断变小，分子斥力急剧增大，到一定程度时斥力远大于引力，达到足够大时，就很难压缩。

2. D 8. 略

3. B

4. C

5. D

6. B