粒子
Section outline
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一切都由物质构成
你也是由物质构成的。山、草等等也是如此。几乎所有的东西，实际上都由物质构成。有两个标准决定某物是否由物质构成：
- 物质必须有质量；
- 物质必须占据空间。
如你所知，空气占据空间。因此，空气是物质。实际上，如果你足够热，也可以变成气体，就像空气一样。这一点稍后会解释。
以下是一些其他的物质例子：
- 你
- 其他生物
- 你的书包
- 你的科学课本
然而，并不是所有的东西都是由物质构成的。以下是一些常见的例外：
- 从灯泡发出的光
- 从收音机传出的声音
但这一切与粒子有什么关系呢？正如你稍后会学到的，物质是由粒子组成的。由于我们周围几乎所有的东西都由物质构成，了解粒子对解释进一步的主题是至关重要的。
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粒子理论是科学家提出的一种理论，它提出了以下几点：
不幸的是，这个小东西不能帮助我们看到粒子。物质是由粒子构成的；
粒子非常小，目前的科学仪器无法看到它们；
不同种类的粒子有不同的大小；
粒子之间必须存在空隙；
粒子总是处于运动状态。粒子之间的空隙
粒子之间存在空隙。想象你把小石子放入量筒中，读数是200毫升。然后你取200毫升沙子，混合进去。结果不会是400毫升，因为石子之间有空隙，沙子可以填充这些空隙。
因此，如果你混合等量的酒精和水，结果不会是酒精或水体积的两倍，而是略微少一些。看右侧的图示，了解粒子的样子。或者，如果你把糖放入咖啡中，咖啡的液面不会像糖的体积那样升高。这是因为粒子之间存在空隙。
粒子总是运动的
粒子总是处于运动状态，尽管它们的运动方式不同——这将在后面的物质状态章节中解释。例如，当水被加热沸腾时，“蒸汽”——其实是微小的水粒子——无法停留在一个地方。更多关于这个内容将在下一章讲解，内容涉及扩散。
测验
以下哪项说法是正确的？
固体中的粒子通常是静止的。（静止意味着不动。）
粒子只能通过电子显微镜看到。
热不是由粒子组成的。
酒精和水的粒子大小相同。列出上文没有使用的规则，并给出一个例子。
答案：
3
粒子之间存在空隙。当等量的水和酒精混合时，结果不会是两种液体体积的总和。 -
在我们开始讨论粒子模型之前，让我们回顾一下之前章节的一些要点。
物质是由粒子构成的。
粒子总是处于运动状态。
粒子通常从高浓度的地方移动到低浓度的地方。这里还有一个我们之前没有讨论过，但同样重要的要点：
热量使粒子的运动更加剧烈。
现在这些要点已经学习完毕，我们可以用粒子模型解释很多事情。那么，粒子模型究竟是什么呢？粒子模型基本上是展示粒子运动的模型。它们在现实生活中是无法看到的，因为无法通过显微镜观察到它们。它们可以是三维模型或二维模型，可以用来解释很多现象，例如物质的三种基本状态、密度、热膨胀和收缩等。
物质的三种基本状态
它们为什么是这样呢？
你还记得我们之前学习的物质的三种基本状态吗？我们可以用粒子模型来解释这三种状态。你将会发现，为什么物质是可压缩的，以及为什么固体的形状更加稳定。气体压力
气体是可压缩的；然而，当气体被压缩时，气体的压力会发生变化。本章将专门讲解气体和空气压力。确保在继续阅读本章之前，你已经阅读了前一章。密度
密度是指在固定体积内有多少物质。阅读本章不需要太多的先前知识，除了在“物质”和“粒子理论”章节中讨论的内容。热膨胀与收缩
正如你所知道的，热的物体会膨胀，冷的物体会收缩。这些现象称为热膨胀和收缩。但是，为什么它们会发生呢？它们能否应用到日常生活中？测验
以下哪项是你认为可以轻松用粒子模型解释的？水循环
光合作用（植物制造食物的过程）
溶解前后密度的比较
磁场
不同温度下粒子的运动
呼吸系统（你呼吸的系统）答案：
3 和 5。 -
介绍
物质的属性
- 物质必须有质量
- 物质必须占据空间
物质
- 不同种类的物质
- 固体的形状无法改变，体积也不能改变
- 液体的形状可以改变，但体积不变
- 气体的形状和体积都可以改变
状态变化
- 固体 → 液体：熔化
- 发生在固定的温度下
- 液体 → 固体：冻结
- 发生在固定的温度下
- 气体 → 液体：凝结
- 不发生在固定的温度下
- 液体 → 气体：沸腾
- 发生在固定的温度下
- 蒸发不发生在固定的温度下
粒子理论
- 物质是由粒子组成的；
- 粒子是极其微小的，当前的科学仪器无法观察到它们；
- 不同种类的粒子有不同的大小；
- 粒子之间必定存在空隙；
- 粒子总是在运动。
- 观察到的粒子运动中的一种常见现象；
- 粒子总是向密度较低的地方扩散。
- 粒子碰撞后，朝随机方向运动；
- 在烟雾实验中观察到；
- 由罗伯特·布朗于1827年发现；
- 在观察花粉颗粒时发现。
粒子模型
- 模拟粒子运动的模型；
- 能够解释：
- 三种物质的状态；
- 气体压力；
- 密度；
- 热膨胀和收缩；
- 热量使粒子更加剧烈地运动。
三种物质的状态
- 固体：
- 粒子不能自由移动；
- 粒子只能在固定位置振动；
- 粒子保持固定形状。
- 液体：
- 粒子没有固定形状；它们的形状依赖于容器的形状；
- 粒子有固定体积；
- 粒子可以相互滑动；
- 粒子不像气体那样自由移动。
- 气体：
- 粒子在各个方向上自由移动；
- 形状和体积依赖于容器的形状。
- 指气体对表面施加的压力；
- 测量单位：帕斯卡（Pa）；
- 可使用博尔登表或压力传感器测量；
- 存在于空气中，这时称为空气压力或大气压力。
真空
- 空气的缺失；
- 马格德堡半球实验：
- 两个中空的半球组成一个空心球；
- 这两个半球无法分开；
- 外部的空气压力远大于内部的空气压力。
密度
- 密度 = 质量 / 体积
Density=MassVolume{\(\text{Density}\)} = \(\frac{\text{Mass}}{\text{Volume}}\) - 如果物体被浸入液体或气体中：
- 如果物体的密度小于液体或气体的密度，则物体浮起；
- 如果物体的密度大于液体或气体的密度，则物体下沉。
- 水的密度 = 1
热气球
- 热气球内有一个发动机；
- 随着发动机加热，气球内的粒子运动更剧烈，粒子之间的距离增大；
- 气球内空气的密度减小，气球因此浮起。
船只
- 船的整体密度低于水的密度，因为船内有大量空气；
- 这样船就能浮在水面上。
潜艇
- 潜艇的沉浮取决于压舱舱；
- 当压舱舱充满海水时，潜艇下沉；
- 当海水被泵出时，潜艇上浮。
热膨胀和收缩
- 当物体加热时，粒子运动更剧烈，粒子间的距离增大；
- 这使得物体变大，发生膨胀；
- 当物体冷却时，粒子运动减弱，粒子间的距离变小；
- 物体变小，发生收缩。
双金属条
- 由两条由不同金属制成的金属条组成；
- 这些金属的膨胀程度不同；
- 加热时，金属条弯曲，因为一条金属条膨胀得更多；
- 常用于：
- 温控器：当电器过热时，温控器内的双金属条膨胀，从而断开电路，停止电器工作；
- 火警报警器：当报警器过热时，电路闭合，报警器响起，提醒人们逃生。
这块奶酪是固态的。
橙汁是液体。
如果你把水放在冰箱里，过一会儿它就会结冰。
这是废气，这是气！
当你用水壶烧水时，一些水会变成气体。