學習筆記：奇妙的粒子世界
嗨！同學們！你有沒有想過，你身邊的事物，到底是由什麼組成的呢？你的書桌、你呼吸的空氣、你喝的水，甚至是你自己呢？答案就是：所有事物都是由一種小到你看不見的東西——「粒子」——組成的！
在這一章，我們會化身成粒子偵探。一起揭開固體、液體和氣體的秘密！理解粒子理論，你就會明白為何冰塊會融化、為何你在另一個房間也能聞到飯菜香、以及為何一艘巨型船隻可以浮在水面。即便一開始覺得有些難也不用擔心，我們會用簡單的例子逐一拆解！一起來學習吧！
基本概念：什麼是粒子理論？
認識粒子：三大重點
粒子理論其實很簡單，只要你掌握了它的精髓，就一點就通！它主要圍繞著三大概念。
1. 所有物質都由微細的粒子組成。
你可以想像它們就好比Lego積木，是所有事物的基本組成單位。這些粒子可以是「原子」（最簡單的粒子種類），或者是「分子」（當兩個或以上原子結合時）。它們小到就算用普通顯微鏡也看不到的！
2. 粒子無時無刻都在隨機移動。
這些粒子從來都不會靜止！它們是不斷地搖晃、振動，或者四處飛來飛去。溫度越高，它們的能量就越多，移動得就越快。這種移動就是氣味可以在房間中傳播開來的原因。例如：當你噴香水時，香水粒子會在空氣中隨機移動，直到抵達你的鼻子為止。
3. 粒子之間存在空隙。
粒子不是完全緊貼在一起的，它們之間會留有微細的空隙。試想一下一個裝滿彈珠的罐子——你仍然會看到彈珠之間有空隙。這些空隙非常重要，我們之後就會看到它的用處了！
你知道嗎？
粒子的隨機、之字形移動（就好比塵埃在陽光下跳舞般），就叫做「布朗運動」。它是一個真實的證據，證明了微細、看不見的空氣粒子是不斷地移動和撞擊著塵埃的！
重點提示
所有事物都是由不斷移動，而且之間有空隙的粒子組成。
固體、液體與氣體：粒子的生活
固體、液體和氣體之間的分別，完全取決於粒子的排列方式以及它們如何移動。
固體：整齊有序的群體
在固體中，粒子是：
排列：非常緊密地排列，形成整齊、有規律的圖案。
移動：它們不能隨意移動位置，只會在固定的位置上振動。
比喻：想像一下學生在課室中坐得整整齊齊。他們可以在座位上輕微移動，但不能四處走動。
這就是為何固體會有固定形狀和固定體積的原因。（一個冰塊會保持它的形狀！）
液體：隨意流動的群體
在液體中，粒子是：
排列：雖然仍然很靠近，但是隨機排列，沒有固定規律。
移動：它們有足夠能量可以互相滑動。
比喻：想像一下學生在小息時。他們仍然在課室中，但是可以四處走動和擦身而過。
這就是為何液體沒有固定形狀（它們會變成容器的形狀），但是有固定體積的原因。（你將水倒入任何杯中，它都會裝滿杯底！）
氣體：自由奔放的粒子
在氣體中，粒子是：
排列：互相之間距離很遠。
移動：它們會快速和隨機地向所有方向移動，互相撞擊，亦會撞擊到容器的壁。
比喻：想像一下學生在一個大操場上自由奔跑。他們四處跑，互相之間隔得很遠。
這就是為何氣體沒有固定形狀和沒有固定體積（它們會膨脹，充滿整個容器）的原因。（氣球中的空氣會充滿整個氣球！）
快速回顧：物質的狀態
固體：粒子緊密排列 & 振動。
液體：粒子靠近 & 滑動。
氣體：粒子相距甚遠 & 飛散。
消失的魔術：溶解原理揭秘
當你將糖攪拌入茶中時，發生了什麼事呢？糖好像消失了！但這不是魔術，而是粒子理論在發揮作用！
溶解的原理（逐步講解）
1. 想像一下我們將鹽溶於水中。水由水粒子組成，而鹽晶體則由鹽粒子組成。
2. 當你攪拌時，移動中的水粒子會撞擊鹽晶體，將鹽粒子撞散。
3. 這些被撞散的鹽粒子會擴散開來，填補水粒子之間的空隙。
4. 鹽粒子混合得非常均勻，讓你再也看不到它們。一個「溶液」就這樣形成了！
重要一點：質量守恆！
當你溶解東西時，你不會流失任何粒子。它們只是混合在一起罷了。這就意味著總質量會保持不變。這個定律就叫做「質量守恆定律」。
例如：如果你將5克鹽溶在100克水中，鹽水的最終質量將會剛剛好是105克！
重點提示
溶解就是指一種物質的粒子填滿另一種物質粒子之間的空隙。粒子的總數目沒有改變，所以質量守恆。
熱力感應：膨脹與收縮
你有沒有留意過火車軌道或混凝土路上的小間隙？它們在那裡有一個與粒子相關的非常重要的原因！
熱膨脹（變大）
當你加熱一種物質時，你會給予更多能量它的粒子。這樣會令它們移動得更快，振動得更厲害。當它們搖晃和撞擊時，它們會將對方推得更遠。因為粒子佔用更多空間，所以整個物體就會變大。這個現象叫做「熱膨脹」。
真實例子：橋樑上的間隙，就是為了讓金屬在炎熱的夏天可以膨脹，而不會彎曲或斷裂。
熱收縮（變小）
當你冷卻一種物質時，你會從它的粒子中奪走能量。它們會減慢移動，振動亦會減少。這樣粒子之間的作用力就可以將它們拉得更近。因為粒子佔用的空間減少，所以整個物體就會變小。這個現象叫做「熱收縮」。
真實例子：架空電纜會掛得有些鬆弛，就是為了它們在寒冷天氣收縮變緊時，都不會斷裂。
記憶小貼士
簡單記憶方法：
熱力會令物件膨脹。
冷卻會令物件收縮。
重點提示
加熱會令粒子移動更多並擴散開來，導致物件膨脹。
冷卻會令粒子減慢移動並互相靠近，導致物件收縮。
壓力之下：粒子的力量
氣體壓力
為何氣球會保持漲卜卜？就是因為「氣體壓力」！
在氣球中，數十億的空氣粒子正以高速四處飛竄。它們不斷撞擊氣球的內壁。每一次微細的撞擊，都是一個微細的推力（一種力）。所有這些微細的推力加在一起，就產生了令氣球撐開的壓力。
大氣壓力
我們生活在一個巨大的空氣海洋底部，這個海洋就叫做大氣層。所有那些空氣粒子都有質量，而地心引力會將它們向下拉。這層巨大的空氣「毛毯」會從四面八方壓向所有事物。這個就叫做「大氣壓力」。
那為何我們不會被壓扁呢？因為我們身體內部的壓力（來自體液和氣體）會以相同的力向外推，形成了一個平衡！
你知道嗎？
當你用吸管喝東西時，你不是真的「吸」起液體。而是你降低了吸管中的空氣壓力，然後飲品表面較高的大氣壓力就會將液體推上吸管，再進入你口中！
重點提示
氣體壓力是由氣體粒子撞擊容器壁而產生的力。大氣壓力就是來自環繞我們周圍空氣的重量所產生的壓力。
浮或沉？秘密是密度！
什麼是密度？
為何石頭會沉，而木頭會浮？這個秘密就是「密度」。密度是量度在某個體積（體積）中，有多少「物質」（質量）被壓縮在一起。
比喻：想像有兩個相同大小的箱子。你將其中一個裝滿羽毛，另一個裝滿石頭。裝滿石頭的箱子，在相同體積下塞入了更多質量，所以它的密度更大。
密度公式
我們可以用一個簡單的公式計算密度。
$$Density = {Mass \over Volume}$$
浮沉法則
以下是預測物件在液體（例如水）中會浮或沉的簡單法則：
1. 如果物件的密度大於液體，它就會沉。
（一顆小石子的密度大於水。）
2. 如果物件的密度小於液體，它就會浮。
（一隻塑膠鴨子的密度小於水。）
常見錯誤警示！
這不是看物件有多重！一艘巨型郵輪之所以能夠浮起，是因為它的形狀包含了許多充滿空氣的空位。這使得它的整體平均密度小於水的密度。而一顆細小的石子之所以會沉，就是因為它的密度大於水的密度。
重點提示
密度是指在某個體積中的質量。如果物件的密度小於它所處的液體，它就會浮；如果密度大於液體，它就會沉。