物體含有物質的多少叫質量，它不随物體形狀、狀态和空間位置的改變而改變，是物質的基本屬性。它與重力無關，比如，一個物體在地球上與在月球上的重量不同，但質量還是不變的。

這段話很正确，但除了靠記憶背誦或者自己去悟之外，并不能讓學生理解什麼是質量，假使我們從微觀角度去解析，将能深刻把握質量這一重要的物理概念。

我們知道，物質由分子組成，組成分子的單位是原子，即不同元素的原子以共價鍵的形式形成分子，而分子則構成了豐富多彩的萬物世界。

先說化學課講到的元素，以我們常見的物質水、空氣（氮氣和氧氣等）和鐵為例，最小的元素是氫H原子，相對質量我們規定為1，相對較重有氮原子N（相對質量是14）、氧原子（相對質量是16），這幾個中元素最重的是鐵原子Fe（相對質量是56）；而實際的水分子H2O相對質量是18；氧氣分子O2相對質量是32，氮氣分子N2相對質量是28，鐵分子也是一個鐵原子Fe相對質量仍是56。

以上數據咋一看，怎麼氧氣、氮氣分子還比水分子重？為什麼其真實的密度（同體積下質量）要比水輕很多呢？

要搞清這個問題，須回答如下問題，

（1）真實客觀的微觀粒子中，原子、分子尤其分子的質量和體積是多少呢？

這還得從化學單位說起。

1摩爾（mol）任何理想氣體在标況下（一個大氣壓、0攝氏度）的體積是22.4升，而我們科學測定1mol的氣體有約6.02x10^23（這個大數叫作阿伏伽德羅常數）個分子，也就是說，1mol氧氣約有6千萬億億個氧氣分子O2；同樣1mol水約有6千萬億億個水分子H2O。

為了比較形象地比較大小，我們腦海裡可産生一個理想實驗（實際上不容易做到）：在标況下我們用一個密閉的袋子裝滿水，然後讓這個袋子體積擴張，一部分水變成了水蒸氣填補了增加的空間，正好得到1mol的水和1mol的水蒸氣。經測量，1mol水的質量是18g，體積是18毫升，空間裡的水蒸氣體積是22.4升。

數學計算：

1個水分子H2O的質量和體積是，

18/6.02*10^23=3*10^-23 （g）

或18/6.02*10^23=3*10^-23 （ml）

即3千萬億億分之一克或毫升。

1個水蒸氣分子H2O的質量和體積是，

質量應與水分子相同，仍為3*10^-23 （g）；

體積：22.4/6.02*10^23=3.8*10^-23 （l）

（2）固液體與氣體密度差别如此大的原因是什麼？

由于分子有大有小，尤其有機物大分子不好算，物理教材裡沒有把這些細節講清楚。真實情況是，大約水分子的直徑與水分子之間的間隙在一個數量級，以分子之間的間隙等于分子尺寸粗略計，如把間隙也想象成另一種與水分子尺寸相當的分子，那麼水分子真實體積是其占用空間的1/2，那麼空隙占用空間也為1/2（隻是估計粗略數據，不是真實準确數據）；因為分子之間相互耦合，其間隙也是不可壓縮的，比如，1萬米以下的海溝處的水被壓縮的壓力達到1000個大氣壓，但水的密度增加幾乎可以忽略。根據以上一個水蒸氣占用體積與一個水分子占用體積來計算：

3.8*10^-23 （l）/3*10^-23 （ml）

=1300倍（相當于一個1300立方當量體積内隻有一個水蒸氣分子）

這樣估算，水蒸氣分子之間的間距是其水分子直徑的11-1=10倍。

也就是說，水分子之間有間隙，但幾乎不可壓縮，這是由分子結構決定的，除非其原子被壓縮成了中子，空間進一步被壓縮一定極限還有可能變成黑洞的組成物質。

水蒸氣體積在高壓下可以從原有蒸氣體積壓縮到1000分之一左右，分子之間的距離變為原水蒸氣分子間距的1/10，間隙回到與分子直徑一個數量級，即與液态時水分子之間的間隙相當。

粗略計算後總結為，物質密度之所以不同，跟組成物質的分子的質量與分子占有體積相關，固态物質還跟晶體結構排列形成的間隙相關，即跟物質緻密程度相關；

而氣體體積之所以這麼大，是因為其分子的間距是分子尺寸的10倍左右，空隙占了絕大部分體積，導緻分子的體積與其分子本身的結構關系不大，隻與壓力和溫度相關，即1mol理想氣體如氮氣、氧氣、空氣或者水蒸氣等在标況下的體積都是22.4升。

附圖：用數學計算去認識物理世界

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