理论分析

初中物理光的色散问题(为什么能闻到远处的花香)(1)

你想过吗?为什么可以闻到远处的花香?

早在2500年前,古希腊哲学家留基伯就提出了原子论。他认为万物都是由极其微小的原子构成的。于是人们猜测:可能是花香原子飘到了我们的鼻子里。

初中物理光的色散问题(为什么能闻到远处的花香)(2)

现代科学研究发现,常见的物质是由分子、原子构成的,分子很小,原子更小。人们通常以m 为单位来度量分子(nm=m,μm=m,mm=m,m 相当于nm,nm 相当于mm 的)。分子、原子如此之小,无法用肉眼和光学显微镜分辨,必须用电子显微镜才可以观察到。

虽然看不见花分子,却能闻到远处的花香,因此可以推测:花香分子是可以运动的。

通过直接感知的现象,推测无法直接感知的事物,是物理学中常用的方法。

构成物质的分子都是运动的吗?

初中物理光的色散问题(为什么能闻到远处的花香)(3)

气体探究:在装有红棕色二氧化氮气体的瓶子上面,倒扣一个空瓶子,使两个瓶口相对,之间用一块玻璃板隔开。抽掉玻璃板后,下瓶内颜色变浅,上瓶内颜色变深,最后颜色变为均匀一致。

初中物理光的色散问题(为什么能闻到远处的花香)(4)

液体探究:在量筒里装一半清水,用细管在水的下面注入硫酸铜的水溶液。可以看到无色的清水与蓝色硫酸铜液体之间有明显的界面。放置几天,界面逐渐模糊。30天之后,整个量筒内液体颜色均匀一致,颜色稍浅。

初中物理光的色散问题(为什么能闻到远处的花香)(5)

固体探究:把磨得很光滑的铅片和金片紧紧压在一起,在室温下放置5年后切开,可以看到它们互相渗入约mm 深。

不同物质在互相接触时彼此进入对方的现象,叫做扩散。

二氧化氮的密度大于空气的密度,硫酸铜的密度大于水的密度;密度大的物质放在下方,密度小的物质放在上方,可以有效避免重力因素对实验现象的影响。

上述实验中的扩散现象表明:气体、液体、固体分子都在不停地运动,并且分子之间有间隙。

分子运动是否有快慢之分呢?

初中物理光的色散问题(为什么能闻到远处的花香)(6)

在一个烧杯中装半杯热水,另一个同样的烧杯中装等量的凉水。用滴管分别在两个杯中滴入一滴墨水。观察发现,热烧杯中的墨水扩散较快。

实验表明:分子运动与温度有关,温度越高,分子运动越剧烈。

值得注意的是:现实世界中,任何温度的物体,分子都在运动。

分子在不停的运动,固体和液体为什么不会散开?

初中物理光的色散问题(为什么能闻到远处的花香)(7)

将两个铅柱的底面削平、削干净,然后紧紧地压在一起,两个铅柱就会结合起来,甚至下面吊一个重物都不能把它们拉开。

由此推测:本来距离很远的分子,当它们的距离变得足够小时,彼此之间就产生了引力。

分子之间有间隙,为什么压缩固体和液体很困难呢?

有间隙,却不能被压缩。因此推测:压缩固体和液体时,分子之间产生斥力。

分子间作用力

初中物理光的色散问题(为什么能闻到远处的花香)(8)

初中物理光的色散问题(为什么能闻到远处的花香)(9)

现代科学认为:当分子间的距离很大时,分子间没有作用力。当分子间的距离等于某个特定值时,分子之间既有引力又有斥力,两者同时存在,但合力为零,既不表现出斥力,也不表现出引力。当分子距离小于这个特定距离时,合作用力表现为斥力;当分子距离大于这个特定距离时,合作用力表现为引力。

气体、液体、固体分子间的作用力

气体分子间的距离很大,分子间的作用力可以忽略不计,因此气体没有确定的体积和形状。

液体分子处于分子间作用力较强的位置,压缩液体,斥力增长迅速,不易被压缩;拉伸液体时,引力增长缓慢,易分离。因此液体有一定的体积,没有确定的形状,具有流动性。

固体分子处于分子间作用力最强的位置,压缩固体,斥力增长迅速,不易被压缩;拉伸固体,引力增长迅速,不易被拉伸。所以固体具有一定的体积和形状。

分子动理论的基本观点

知识运用

不属于分子的物体

初中物理光的色散问题(为什么能闻到远处的花香)(10)

可以用分子动理论解释的现象

初中物理光的色散问题(为什么能闻到远处的花香)(11)

说明分子之间有间隙的现象不能用分子动理论解释的现象:

初中物理光的色散问题(为什么能闻到远处的花香)(12)

参考资料:,