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第三册
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上海科学技术出版社
定价：10.10元


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普通高中教科书
物理
选择性必修
第三册
上海科学技术出版社


21
主 编：蒋最敏 高 景本册主编：朱 臻编写人员：（以姓氏笔画为序） 朱 臻 李希凡 杨鸣华 杨 炯 徐建军 廖 灿 谭一宁
责任编辑：武执政 金波艳 李林高美术设计：房惠平
出 版　上海世纪出版(集团)有限公司　上海科学技术出版社　　　　（上海市钦州南路71号　邮政编码200235）发 行　上海新华书店印 刷　当纳利（上海）信息技术有限公司版 次　2021年3月第1版印 次　2021年3月第1次开 本　890毫米×1240毫米　1/16印 张　8字 数　175千字书 号　ISBN 978-7-5478-5296-5/G·1034定 价　10.10元
版权所有·未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分·违者必究如发现印装质量问题或对内容有意见建议，请与本社联系。电话：021-64848025，邮箱：jc@sstp.cn
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　　声明　按照《中华人民共和国著作权法》第二十三条有关规定，我们已尽量寻找原作者支付报酬。原作者如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系。普通高中教科书 物理 选择性必修 第三册上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写


1 1�目录
目
录
1
第十章·分子动理论
第一节 分子的大小 2
第二节 分子的运动 分子间的相互作用 6
第三节 分子运动速率分布的统计规律 10
15
第十一章·气体、液体和固体
第一节 气体的状态 16
第二节 气体的等温变化 19
第三节 气体的等容变化和等压变化 24
第四节 液体的基本性质 29
第五节 固体的基本性质 34
第六节 材料及其应用简介 39
46
第十二章·热力学定律
47
第一节 物体的内能
51
第二节 能量的转化与守恒
55
第三节 能量转化的方向性


2目录22 1
62
第十三章·原子结构
63
第一节 电子的发现
66
第二节 原子的核式结构模型
70
第三节 玻尔的原子模型
第十四章·微观粒子的波粒二象性 79
80
第一节 光电效应 光子说
86
第二节 波粒二象性
90
第三节 原子结构的量子力学模型
95
第十五章·原子核
第一节 天然放射现象 原子核的衰变 96
第二节 原子核的组成 99
第三节 核能及其应用 104
第四节 粒子物理简介 111


1
第十章
分子动理论
物质是由分子组成的，但分子太小，人类无法直接观察分子及其运动。同时，由于组成物质的分子难以计数，分子的运动又是杂乱的、随机的，用经典力学手段研究每个分子的运动实际上是不可能的。物理学家将力学方法和统计方法相结合，分析宏观可测的热现象，获得了分子无规则运动和分子间相互作用的重要信息，建立了分子动理论。
在初中阶段我们已经学习了分子动理论的基本观点。在本章中将估测油酸分子直径；了解扩散现象，观察布朗运动，了解分子动理论基本观点和相关的实验证据；了解分子运动速率分布的统计规律；知道分子运动速率分布的物理意义。在解释布朗运动的过程中，增强证据意识，提升科学论证能力；通过学习分子运动速率分布的统计规律，体会统计方法对于复杂系统研究的重要意义，提升运动的观念；通过实验认识用积累法测量微小量和用宏观量间接测量微观量的方法，发展科学探究能力。本章也是学习气体、液体和固体的性质以及热力学定律的基础。


2第十章 分子动理论 分子的大小3第一节
第一节
分子的大小
如图10-1所示，一片叶子在显微镜下放大6倍，可以看到清晰的叶脉；再放大100倍，可以看到叶面的表皮细胞和气孔；再不断放大，可以看到叶绿体。物体都是由分子、原子构成的，要放大到什么程度我们才能看到组成叶片的分子？分子究竟有多小？
放大6倍再放大100倍再放大5倍再放大6倍叶脉气孔叶绿体
分子大小的测量
多年以来，科学家一直希望能看到分子和原子的样子，但由于这类微粒实在太小，受传统显微镜原理上的限制一直未能如愿。直到20世纪80年代初，根据量子力学原理研制的扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）问世，才圆了科学家长期的梦想。图10-2所示是一张在扫描隧道显微镜下看到的被放大近千万倍的硅片表面原子排列的图像，可以看到原子线度的数量级约为0.1 nm。用扫描隧道显微镜不仅能“看到”单个原子，还能随心所欲地操控单个原子，这是显微技术划时代的进步。图10-3所示是我国科学家通过移动硅表面原子“写”成的中文汉字。我们肉眼虽然看不见分子，但能通过实验估测分子的大小。
图10-2 硅片表面原子排列图像图10-1 显微镜下不断被放大的叶子
图10-3 我国科学家移动硅原子“写”成的汉字


3第一节 分子的大小
用油膜法估测油酸分子的大小提出问题如何估测出分子的大小？实验原理与方案为了研究分子的大小，我们将组成物质的分子视作球形。如果能把一定量的某种物质的分子一个紧挨一个地平铺开来，形成一层单分子膜，那么只要知道这部分物质的体积V和这层膜的面积S，根据体积公式V = Sd，就可以估算出膜的厚度d，即分子的直径。将油酸酒精溶液滴在水面上时，溶液会在水面上很快散开，其中酒精溶于水，最后在水面上形成一层纯油酸组成的单分子薄膜，如图10-4所示。
助 臂助 臂
一
1.估测是一种常用的科学研究方法。通过建立模型将问题合理简化，获得对复杂问题的粗略估计。实际分子有复杂的结构，将其视为球形正是建立模型进行估测的方法。2.积累法是测量微小量的一种科学方法，又称累计法。它是将微小量积累成一个可测的、较大的量后再取平均值，这一方法可以减小测量误差。例如，测量一枚邮票的质量、细铜丝的直径、单摆的周期等，都可使用这种方法。
图10-4 油酸单分子薄膜
实验装置与方法实验中使用的器材包括：油酸酒精溶液、注射器、痱子粉和筛子、量筒、刻度尺、浅水盘、刻有方格的透明板、水彩笔等，如图10-5所示。测出一滴溶液中所含油酸的体积V及其形成的单分子油膜的面积S。根据公式算出分子的大小。
① 刻有方格的透明板② 浅水盘③ 量筒④ 油酸酒精溶液⑤ 刻度尺⑥ 水彩笔⑦ 注射器⑧ 痱子粉和筛子
①②③④⑤⑥⑧⑦
图10-5 实验器材


4第十章 分子动理论 分子的大小5第一节
图10-6 水面上形成的油膜
_________ 单分子油膜的面积：S =
_________
实验结论油酸分子的直径 d ==S
V
_________
交流与讨论（1）各组测得的分子大小一样吗？（2）如何提高测量结果的精确程度？
物理学中有多种测定分子大小的方法，用不同方法测出的分子直径的数量级是相同的。随着技术的进步，分子大小的测量越来越精确。现代测量结果表明，除了一些大分子，例如某些有机物质的分子外，多数分子直径的数量级为0.1 nm。
油酸不溶于水，但溶于酒精、乙醚等有机溶剂。油酸分子式是CHO，其中羧基-COOH是亲水基，另一基团C
18342
H-则不亲水。将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，酒精溶于水，油酸就在水面散开。油酸分子的羧基-COOH在水面下，基团C
1733
H-在水面上，整个油酸分子便“站立”在水面上，形成一层薄薄的单分子油膜。
1733
物质的量 阿伏加德罗常数
我们在化学课中学过物质的量的概念，它的单位是摩尔（mol），简称摩。1 mol物质所含的粒子数是恒定的，即6.02×10
23
个，这个数叫做阿伏加德罗常数（Avogadro constant），通常用符号N
表示。物质的量是国际单位制中七个基本量之一。实验操作与数据收集把已知浓度的油酸酒精溶液滴入量筒，记下滴数，测量溶液体积并计算出每滴溶液中油酸的体积； 将痱子粉均匀地撒在水面上，滴入一滴油酸酒精溶液，待油膜的形状稳定后，将油膜的轮廓描绘在刻有方格的透明板上，如图10-6所示。数出油膜覆盖的格子数，算出油膜的面积。数据分析一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积：V =
A


5第一节 分子的大小
1811年，意大利化学家阿伏加德罗率先提出：在等温等压的条件下，相同体积的任何气体都含有相同的分子数。后来人们就把标准状态（0℃，1个标准大气压*）下体积为2.24×10
-23
m“阿伏加德罗常数”。2018年国际计量大会第26次会的气体所含的分子数称为议将摩尔的定义修改为：“1 mol包含6.022 140 76×10
23
个基本单元，这一常数被称为阿伏加德罗常数，单位为mol
-1
”。
知道了分子的大小，可以粗略地算出阿伏加德罗常数。反之，知道了阿伏加德罗常数，也可以估算出液体和固体分子的大小，还可以算出分子的质量。
自主活动
-10-53
如果水分子的直径是4.0×1010，并且知道1 mol m水的体积是1.8× m，请估算阿伏加德罗常数。
阿伏加德罗常数是一个基本常量，它将宏观意义下物质的量与微观意义下的粒子数联系起来，成为宏观世界与微观世界之间的重要桥梁。物理学家们提出各种方法来测定阿伏加德罗常数，一百多年以来，测量的精度不断提高，目前通常取N
23-1
= 6.02×10 mol。
A
与
问题 思考
1.验中在“用油膜法估测油酸分子的大小”实 ，用注射器在水面上滴一滴酒