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2.1 走进微观世界
在我们周围的世界里，有着各种各样的物质，如空气、水、岩石、金属、塑料等。我们接触的物质是由什么构成的呢？如何进入微观层面去探究物质的构成？我们可以借鉴哪些方法探究物质的微观构成？
研究一个物体的内部结构时，我们很容易想到的方法是切割。
将块状物体进行研磨，使之不断变小，但得到的颗粒仍然肉眼可见，将物质进行溶解也可以看作是一种分割，某种物质溶解后就看不见了。
一、感受分子的存在
1.用放大镜观察一块冰糖，我们可以看到什么？
2.将冰糖碾碎后，再用放大镜观察，我们可以看到什么？
3.将碾碎后的冰糖放入水中，用放大镜观察，我们可以看到什么？
冰糖由一些小颗粒构成
构成冰糖的颗粒更小了
冰糖分散到水中，看不到冰糖颗粒了
由水变甜的事实可知，冰糖并没有消失，而是以极小的微粒状态存在于水中。
图2.1-1 观察冰糖
以上实验说明：
1.研磨后的冰糖细小颗粒远不是构成冰糖的最小单元；
结论：
如果对物体一直进行分割，那么就能得到组成单元——分子。
1、分子：
跟蔗糖一样，水、氧气等多种物质都是由分子构成的。
是构成物质的一种微观粒子。
冰糖块→冰糖粉末→冰糖小颗粒→肉眼看不见的蔗糖分子。
通过分割：
2.冰糖颗粒在水中被拆分为肉眼看不见的颗粒，科学研究表明，冰糖的成分是蔗糖，即冰糖在水中会分散成无数个蔗糖分子。
2、分子很小。
一滴水（以20滴水为1mL计）中就含有约1.67×1021个水分子，1个水分子的质量约是3×10-26kg(即3/1026kg)
水是由 构成的，
水分子
酒精是由 构成的，
酒精分子
二氧化碳是由 构成的，
氧气是由 构成的，
氧气分子
二氧化碳分子
3、构成物质微粒还有原子和离子。
铁由 构成，
铁原子
氯化钠由 构成。
钠离子和氯离子
小到看不见、摸不着，分子的直径通常以10-10米来度量，所以一个看似很小的物体中都包含大量的分子。
图2.1-2 用扫描显微镜观察到的苯分子的成像图
构成物质的众多分子是紧密无间地挤在一起，还是彼此间存在一定的空隙呢？
水和酒精都是液体，它们的分子间存在空隙吗？请选择合适的器材，通过实验获取证据来说明。
二、分子之间存在空隙。
1.取一根一端封口的细长玻璃管（长40cm左右），
按图2.1-3进行下面的实验。
2.先往玻璃管中加入滴有红墨水的水至玻璃管容积
的1/2，再加入无水酒精，使其充满玻璃管。
3.用手指堵紧开口一端，上下颠倒多次。
4.可观察到什么现象？这一实验现象说明什么？
现象：
解释：
图2.1-3 水和酒精混合
水和酒精的混合后液面下降，即水和酒精混合后的总体积小于水和酒精混合前的体积之和。
构成物质的分子之间存在着空隙。两种物质混合时由于分子之间的空隙会发生变化，进而引起体积的变化。
你可以设计一个模拟实验帮助理解分子间存在空隙吗？
选取材料要求：
1、物体颗粒大小不同；
2、颗粒间有空隙。
1、在量筒内先倒入黄豆,再倒入芝麻。用橡皮筋标记下黄豆和芝麻的总体积。
2、用手将量筒堵住反复摇晃几次，使它们混合后，记下它们的总体积。
模拟实验
黄豆和芝麻的混合后体积 (大于、小于、等于）混合前的体积。
小于
黄豆、芝麻混合实验，能不能证明分子间存在间隙？
不能，这只是一个模拟实验。
⑴分子之间有空隙；
⑵水分子和酒精分子大小不同。
⑶当水和酒精混合时，水分子和酒精分子彼此进入对方空隙，
使混合后液体分子之间的空隙减小，从而引起总体积减小。
1、水跟酒精混合后总体积减小的原因：

酒精
水
酒精和水
的混合液
1.取两支大小相同的医用注射器，将活塞向外拉，分别吸入等体积的空气和水，用手指堵住注射器末端的小孔，将活塞慢慢推入，如图2.1-4。
2.实验发现，哪一支注射器内的物质容易被压缩？你知道其中的原因吗？
现象：
分析：
压缩水和空气
图2.1-4 压缩水和空气
水难以被压缩，空气容易被压缩。
不论固体、液体、还是气体，构成物质的粒子之间都有一定的空隙。在固体和液体中，粒子之间空隙比较小；在气体中，粒子之间的空隙比较大。所以气体往往比较容易被压缩，固体和液体不易被压缩。
一般情况下固体、液体和气体分子之间的空隙大小比较？
2、一般情况下，固体分子之间空隙最小，气体分子之间空隙最大。
固体
液体
气体
天然气一般怎样存储？
天然气可以压缩储存于钢瓶中，因为天然气分子之间有较大空隙，受到压缩时，分子间空隙减小，直至气体液化。
压缩天然气
思考：物体的热胀冷缩的实质是什么？
温度升高时，分子之间的空隙变大，物体的体积变大；
温度降低时，分子之间的空隙变小，物体的体积变小。
3、物体的热胀冷缩的实质：
1.如图2.1-5所示，压一下香水瓶的喷嘴，当你闻到香水味时，请马上举手示意。
三、分子处在不停的运动之中
说明：气体能扩散。
图2.1-5 喷香水
图2.1-6 气体扩散
装空气的瓶子慢慢变成红棕色，装二氧化氮的瓶子颜色慢慢变浅。
2.如图2.1-6所示，两只分别装有空气和二氧化氮气体的玻璃瓶瓶口相对，中间用玻璃板隔开。抽去玻璃板，使两个瓶口相互紧贴，观察到什么现象？
说明：
两只烧杯中分别装入热水和冷水，按图2.1-7所示的方法用注射器慢慢地将红墨水注入两杯水的底部。观察发生的现象。
现象：
红墨水向水中扩散，整杯水变红，且在热水中比在冷水中扩散得快。
分析：
液体也能扩散，且温度越高扩散越快。
图2.1-7 红墨水扩散
（1）液体也能扩散；
（2）温度越高，分子无规则运动越剧烈。
冷水 热水
扩散现象还能在固体与液体之间以及固体与固体之间发生。
有人曾经把磨得很光滑的铅片和金片紧压在一起，在室温下放置5年后，发现它们结合在一起了。再将它们切开，可以看到金和铅互相渗入了约1mm。
图2.1-8 晶体管
电子元件晶体管在制造时就用到了固体扩散的原理。
在长期堆放煤的地方，墙角和地面都会染上一层黑色，用刀刮去一层墙的表皮，可以看到里面仍有黑色。　
人们采用渗碳技术，用固体扩散的方法使低碳钢的表面渗入更多的碳原子，以增大表面的硬度，增强其耐磨性。
1、气体、液体、固体分子都在不停地做无规则运动，不同物质的分
子能彼此进入对方分子的空隙中，即固体、液体、气体都会发生
扩散现象。
2、温度越高，分子无规则运动越剧烈。
3、热运动：
分子永不停息的无规则运动。
因为分子的运动快慢跟温度有关，所以，我们把分子永不停息的无规则运动叫作热运动。
水分子运动的佐证
布朗的发现引发了多位学者的思索，最终给出了科学的解释：悬浮于水中的每一个花粉颗粒，都处在无数个水分子的包围之中，而且在某一瞬间不同方向所受到的水分子撞击力不尽相同，因此花粉颗粒才会不断地做无规则运动。布朗的发现后来成为水分子运动的有力佐证。
1827年，英国科学家布朗（R.Brown）将新鲜花粉撒到水面上，用显微镜观察，发现花粉颗粒在水面上不停地做无规则运动。布朗想，难道花粉是会动的生命体吗？于是他又换成干花粉重复了上述实验，也观察到了类似的实验现象。
物质是由大量做无规则运动的分子构成的，那么这些分子为什么能够聚集在一起。构成各种各样的物体，而不会分散开来呢？
原来，构成物质的分子之间存在着相互作用的引力。正是分子之间的引力，像一只无形的手，将分子聚集在一起，成为各种固体和液体。
四、分子间存在引力和斥力
不但物体内部的分子之间存在着引力，两个物体接触面上的分子之间同样存在着相互作用的引力。
取两块铅块，将它们的端面挫平后，用力将它们压在一起。把它们悬挂起来，并在下方铅柱上挂一个重物，看重物能否将两块铅柱拉开。
结论：
分子间存在引力。
图2.1-9 铅柱粘合
既然分子之间有间隙且有引力，为什么压缩固体和液体很困难呢？　 　
1、分子间既有引力，又有斥力，引力和斥力同时存在。
2、分子间引力和斥力随分子间距离的增大而
减小，只是斥力减小得更快。
⑴当引力等于斥力时，分子间距离为平衡距离；
⑵分子间距离小于平衡距离时，斥力大于引力；
⑶分子间距离大于平衡距离时，引力大于斥力。
1、下列现象属于扩散现象的有（ ）
A.水从高处流向低处 B.打扫房间的灰尘飞扬
C.放在空气中的铁器过一段时间生锈了
D.在一杯水中放一些盐，一会儿整杯水变咸了
D
2.有关分子热运动，下列说法正确的是( )
A.液体很难被压缩，说明分子间有引力
B.用手捏海绵，海绵的体积变小了，说明分子间有空陳
C.有霾天气大量极细微的尘粒飘在空中,说明分子在做无规则运动
D.在做墨水滴入水中的扩散实验中，我们看不到墨水的分子在运动
A
4.下列说法错误的是（ ）
A.花香四溢，说明分子在不停运动
B.热胀冷缩，说明分子的大小随温度升降而改变
C.20mL酒精和20mL水混合后体积小于40mL，说明分子间有空隙
D.湿衣服在晴天比阴天容易晾干，说明分子的运动速率随温度升高而加快
B
3.下列事例中，能说明分子在不停地做无规则运动的是（ ）
A．春天，柳絮飞扬 B．夏天，荷花飘香
C．秋天，黄沙扑面 D．冬天，雪花飘飘
B
5、 将一根细线松松地系在一个铁丝框架的相对的两边上。把框架浸到肥皂液里再取出来，框架上便会出现一层肥皂膜，如图甲。用烧热的针刺破线的一侧的肥皂膜，另一侧的肥皂膜会把细线拉过去，如图乙。这个实验现象说明（ ）
A．物体是由大量分子组成的
B．分子之间存在着空隙
C．分子不停地做无规则运动
D．分子之间存在着引力
D
再见

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