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在蔚蓝的海边,金色的沙滩上,有个小朋友在专注地筑城堡,可是,干燥的沙子不断地滑下来,怎么也筑不成城堡,他想了想,将水倒在沙子里,沙子湿了,一会儿,他筑出了一座漂亮的城堡,尽管手上全是潮湿的沙子,可是他很开心,以上是某广告中的一个片段,为什么干燥的沙子不能捏成团,潮湿的沙子就能捏成团呢?
分子动理论告诉我们,物体中的分子在永不停息地做无规则运动,它们之间存在着相互作用力,分子间是同时存在着吸引力和排斥力的,至于分子间主要表现为吸引力还是排斥力,与分子间的距离有关。
一、分子间表现为吸引力现象
现象1 两个圆柱体铅块,用刀将端面刮平后,让它们端面紧压在一起。合起来后,它们分不开,而且悬挂起来后,下面还可以吊起一定量的重物(图1),为什么?
解答这是因为分子间有力的作用,分子间的作用力与分子间的距离有关,铅块切口很平时,稍用压力就能使两断面分子间距离达到吸引力作用的距离,分子间的引力使两段铅块重新接合起来,同学们可能会想到“破镜难圆”,为什么将看似平整的两块玻璃紧压在一起,却不能结合呢?原来玻璃断面凹凸不平,即使用很大的力也不能使两断面间距接近分子引力作用的距离,超出分子作用力的范围,所以两块玻璃不能变成一整块。
现象2 把一块表面很干净的玻璃板挂在弹簧测力计的下面,手持弹簧测力计上端,把玻璃板向下放到刚好和水面接触(图2),然后,慢慢地提起弹簧测力计,发现弹簧测力计的示数变大,大于玻璃板受到的重力,为什么?
解答 玻璃板离开水面时,由于水分子之间有引力存在,外力要克服这些分子引力,造成外界拉力大于玻璃板的重力。
现象3 图3(a)是一个铁丝圈,中间松松地系一根棉线,(b)是浸过肥皂水并附着皂液薄膜的铁丝圈,(c)表示用手指轻轻地碰一下棉线的任意一侧,(d)表示这一侧的肥皂液薄膜破了,棉线被拉向了另一侧,究竟是谁在拉棉线呢?这说明了什么?
解答 当捅破一侧的皂液膜,另一侧皂液膜的分子引力将棉线拉向了另一侧。
分子间存在着吸引力的现象和事实依据还有很多,如:
1、一张纸从边缘稍一用力就可将它撕开,可是若用两只手向相反方向拉,却要用较大的力气才能将纸拉开,你知道这是什么道理吗?
解答当用手向两侧拉纸时,纸分子间表现为引力,要用较大的力气才能将纸拉开,
2、用胶水把邮票贴在信封上。等胶水干了以后就很难直接把邮票完整地从信封上揭下来,这是为什么?
解答 当胶水干了以后,邮票和信封的纸分子间距离减小到进人分子作用力的范围,分子间距离大于10-10m,表现为吸引力,所以很难直接把邮票完整地从信封上揭下来。
3、两滴水珠互相接近后能自动结合成一滴较大的水珠。
解答 是水分子的引力使两滴水珠结合成一滴。
4、两块光滑、表面干净的玻璃紧贴在一起,我们很容易把它们分开,如果在两块玻璃间滴入一点水,却需要用较大的力才能把它们分开,为什么?
解答两块玻璃间滴入水后,水与玻璃分子间距离很近,要想把两块玻璃分开,还需要克服分子间的引力,所以要用较大的力才能把它们分开,与此类似,本文开头广告片中,干燥的沙子不能捏成团,潮湿的沙子就能捏成团,是因为有了水后,水与沙子间距离很近,由于分子的引力作用,能使潮湿的沙子捏成团。
我们还可以运用反证法推理,分子在永不停息地做无规则运动,分子间又有空隙,固体、液体分子为什么没有成为一盘散沙?相反的,固体、液体内大量分子却能聚集在一起形成固定的形状或固定的体积,根据这些事实,我们可以推理出分子之间一定存在着相互吸引力。
二、分子间表现为排斥力现象
分子间既然有相互的吸引力,它们会不会一个一个毫无空隙地紧挨在一起呢?以下事实说明分子间存在着空隙,之所以有空隙,是因为分子间还存在排斥力。
1、取一根长约1m、外径约1cm的玻璃管,一端封口,在玻璃管中注入约一半容积的水,然后小心地注入染成红色的酒精,注满,堵住管口,将玻璃管反复翻转,使水和酒精充分混合,最后将管子竖起来,发现液面下降。
这个实验现象直观地说明了分子间存在着空隙。
2、气球吹足气,并用细线将口扎紧,过一两天就瘪掉了,气球中充的气怎么会没有了?这个事实能说明什么问题呢?
气球中的气跑到外面去了,这个事实说明气体分子在不停地做无规则运动,同时也说明气球皮囊的分子间存在着空隙。
3、有人用两万标准大气压的压强压缩钢筒内的油,发现油可以透过筒壁溢出。
说明钢铁这样坚固的固体的分子之间也有空隙。
分子间有空隙,间接地说明了分子间有排斥力。
现象 给自行车内胎打气,起初空气很容易被压入车胎,可是到后来就不那么容易了,越到后来用的力越大,怎么回事呢?
解答 越到后来,车胎内的气体越多,气体分子间变得很拥挤,分子间距离小于10-10m。表现为排斥力,所以越到后来用的力越大,同理,固体和液体很难被压缩,用力压缩固体(或液体、气体)时,物体内会产生反抗压缩的力,这些事实都是分子之间存在斥力的表现。
当然,分子间的引力和斥力是同时存在的,分子力的作用要使分子聚集起来,而分子的无规则运动又要使它们分散开来,由于这两种相反因素的作用结果,形成同体、液体和气体三种不同的物质状态,固体、液体、气体三种状态的分子之间距离不同,分子之间作用力的变化也由大到小至几乎不计,如气体分子,因为气体分子间距离大于分子直径的10倍,分子间的作用力很小,几乎不存在,可以认为气体分子除了相互碰撞或跟器壁碰撞外是不受其他力作用的,是最自由的分子,能充满它所能到达的任意空间。
分子动理论告诉我们,物体中的分子在永不停息地做无规则运动,它们之间存在着相互作用力,分子间是同时存在着吸引力和排斥力的,至于分子间主要表现为吸引力还是排斥力,与分子间的距离有关。
一、分子间表现为吸引力现象
现象1 两个圆柱体铅块,用刀将端面刮平后,让它们端面紧压在一起。合起来后,它们分不开,而且悬挂起来后,下面还可以吊起一定量的重物(图1),为什么?
解答这是因为分子间有力的作用,分子间的作用力与分子间的距离有关,铅块切口很平时,稍用压力就能使两断面分子间距离达到吸引力作用的距离,分子间的引力使两段铅块重新接合起来,同学们可能会想到“破镜难圆”,为什么将看似平整的两块玻璃紧压在一起,却不能结合呢?原来玻璃断面凹凸不平,即使用很大的力也不能使两断面间距接近分子引力作用的距离,超出分子作用力的范围,所以两块玻璃不能变成一整块。
现象2 把一块表面很干净的玻璃板挂在弹簧测力计的下面,手持弹簧测力计上端,把玻璃板向下放到刚好和水面接触(图2),然后,慢慢地提起弹簧测力计,发现弹簧测力计的示数变大,大于玻璃板受到的重力,为什么?
解答 玻璃板离开水面时,由于水分子之间有引力存在,外力要克服这些分子引力,造成外界拉力大于玻璃板的重力。
现象3 图3(a)是一个铁丝圈,中间松松地系一根棉线,(b)是浸过肥皂水并附着皂液薄膜的铁丝圈,(c)表示用手指轻轻地碰一下棉线的任意一侧,(d)表示这一侧的肥皂液薄膜破了,棉线被拉向了另一侧,究竟是谁在拉棉线呢?这说明了什么?
解答 当捅破一侧的皂液膜,另一侧皂液膜的分子引力将棉线拉向了另一侧。
分子间存在着吸引力的现象和事实依据还有很多,如:
1、一张纸从边缘稍一用力就可将它撕开,可是若用两只手向相反方向拉,却要用较大的力气才能将纸拉开,你知道这是什么道理吗?
解答当用手向两侧拉纸时,纸分子间表现为引力,要用较大的力气才能将纸拉开,
2、用胶水把邮票贴在信封上。等胶水干了以后就很难直接把邮票完整地从信封上揭下来,这是为什么?
解答 当胶水干了以后,邮票和信封的纸分子间距离减小到进人分子作用力的范围,分子间距离大于10-10m,表现为吸引力,所以很难直接把邮票完整地从信封上揭下来。
3、两滴水珠互相接近后能自动结合成一滴较大的水珠。
解答 是水分子的引力使两滴水珠结合成一滴。
4、两块光滑、表面干净的玻璃紧贴在一起,我们很容易把它们分开,如果在两块玻璃间滴入一点水,却需要用较大的力才能把它们分开,为什么?
解答两块玻璃间滴入水后,水与玻璃分子间距离很近,要想把两块玻璃分开,还需要克服分子间的引力,所以要用较大的力才能把它们分开,与此类似,本文开头广告片中,干燥的沙子不能捏成团,潮湿的沙子就能捏成团,是因为有了水后,水与沙子间距离很近,由于分子的引力作用,能使潮湿的沙子捏成团。
我们还可以运用反证法推理,分子在永不停息地做无规则运动,分子间又有空隙,固体、液体分子为什么没有成为一盘散沙?相反的,固体、液体内大量分子却能聚集在一起形成固定的形状或固定的体积,根据这些事实,我们可以推理出分子之间一定存在着相互吸引力。
二、分子间表现为排斥力现象
分子间既然有相互的吸引力,它们会不会一个一个毫无空隙地紧挨在一起呢?以下事实说明分子间存在着空隙,之所以有空隙,是因为分子间还存在排斥力。
1、取一根长约1m、外径约1cm的玻璃管,一端封口,在玻璃管中注入约一半容积的水,然后小心地注入染成红色的酒精,注满,堵住管口,将玻璃管反复翻转,使水和酒精充分混合,最后将管子竖起来,发现液面下降。
这个实验现象直观地说明了分子间存在着空隙。
2、气球吹足气,并用细线将口扎紧,过一两天就瘪掉了,气球中充的气怎么会没有了?这个事实能说明什么问题呢?
气球中的气跑到外面去了,这个事实说明气体分子在不停地做无规则运动,同时也说明气球皮囊的分子间存在着空隙。
3、有人用两万标准大气压的压强压缩钢筒内的油,发现油可以透过筒壁溢出。
说明钢铁这样坚固的固体的分子之间也有空隙。
分子间有空隙,间接地说明了分子间有排斥力。
现象 给自行车内胎打气,起初空气很容易被压入车胎,可是到后来就不那么容易了,越到后来用的力越大,怎么回事呢?
解答 越到后来,车胎内的气体越多,气体分子间变得很拥挤,分子间距离小于10-10m。表现为排斥力,所以越到后来用的力越大,同理,固体和液体很难被压缩,用力压缩固体(或液体、气体)时,物体内会产生反抗压缩的力,这些事实都是分子之间存在斥力的表现。
当然,分子间的引力和斥力是同时存在的,分子力的作用要使分子聚集起来,而分子的无规则运动又要使它们分散开来,由于这两种相反因素的作用结果,形成同体、液体和气体三种不同的物质状态,固体、液体、气体三种状态的分子之间距离不同,分子之间作用力的变化也由大到小至几乎不计,如气体分子,因为气体分子间距离大于分子直径的10倍,分子间的作用力很小,几乎不存在,可以认为气体分子除了相互碰撞或跟器壁碰撞外是不受其他力作用的,是最自由的分子,能充满它所能到达的任意空间。