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擴散與粒子運動

化學建議年齡: 11–15

沒有人攪拌,為什麼氣味或顏色仍會慢慢散開?

追蹤兩種粒子如何從局部聚集走向更均勻的分佈,並分清擴散、攪拌與化學反應。

學習目標

  • 用隨機粒子運動解釋淨擴散方向。
  • 預測溫度與擴散速率的關係。
  • 區分擴散、整體流動和化學反應。

開始前

  • 理解物質由持續運動的粒子構成。
  • 會比較「多/少」和「快/慢」。

互動科學實驗

  1. 1分隔
  2. 2移除隔板
  3. 3升溫比較
  4. 4趨向均勻

正在準備互動模型…

正在準備互動模型…

定性教學模型:數值和圖示用於比較趨勢,並非精密測量。

邊觀察,邊解釋

依次完成四步。按鈕會把互動模型切換到對應觀察狀態。

  1. 一側單位體積內示蹤粒子較多,另一側較少,這就是濃度差。

    你的任務: 暫停模型,指出高濃度區與低濃度區。

  2. 每個粒子都無規則運動,兩個方向都有人越過中線。因為高濃度側粒子更多,平均而言從高到低越界的數量更多。

    你的任務: 運行模型,分別尋找一次向左和一次向右的越界。

  3. 在同一物態和其他條件不變時,較高溫度通常意味著粒子平均運動更快,混合趨勢更快出現。

    你的任務: 先低溫再高溫運行相同時間,比較分佈。

  4. 均勻並不表示粒子停止;它表示任一時刻仍有雙向運動,但長期看沒有持續的淨濃度變化。

    你的任務: 繼續運行,說明為什麼「動態平衡」不等於靜止。

把現象連成解釋

淨變化來自統計

擴散沒有一位「指揮者」告訴粒子去低濃度區。隨機運動加上起始數量差,產生了可預測的總體趨勢。

沒有生成新物質

染料在水中擴散時,染料與水的空間分佈改變,但這本身不表示化學鍵改變或生成了新物質。

檢查理解

1擴散開始後,粒子會怎樣越過中線?
2分佈變得均勻後,粒子怎樣運動?
3其他條件相同時,提高溫度通常會怎樣影響擴散?

可列印學習單

先獨立完成練習頁;答案和解釋在獨立一頁。

化學

擴散與粒子運動

姓名:________________日期:________________

沒有人攪拌,為什麼氣味或顏色仍會慢慢散開?

  1. 擴散開始後,粒子會怎樣越過中線?
  2. 分佈變得均勻後,粒子怎樣運動?
  3. 其他條件相同時,提高溫度通常會怎樣影響擴散?

解答頁

擴散與粒子運動

  1. 雙向都有,但淨變化通常從高到低

    隨機運動產生雙向越界;起始數量差使總體淨變化從高濃度區指向低濃度區。

  2. 繼續隨機運動

    動態均勻狀態仍有粒子運動,只是不再有持續的淨濃度變化。

  3. 平均運動更快,擴散更快

    較高溫度通常提高粒子的平均動能,使分佈更快趨於均勻。