高中物理(選修3-3)第9章.固體液體和物態(tài)變化

第九章固體、液體和物態(tài)變化第1節(jié)、固體一、晶體和非晶體

1．晶體：具有規(guī)那么的幾何形點(diǎn)擊以下圖觀看動(dòng)畫幾種晶體的形狀.swf

取一張?jiān)颇副∑?，在上面涂一層很薄的石蠟，然后用燒熱的鋼針去接觸云母片．觀察接觸點(diǎn)周圍的石蠟熔化后所成的形狀．再在玻璃片上做同樣的實(shí)驗(yàn).由此可知：〔1〕常見的晶體有：石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、糖、味精等．〔2〕幾種常見晶體的規(guī)那么外形：食鹽的晶體呈立方體形；明礬的晶體呈八面體形；石英的晶體中間是一個(gè)六棱柱，兩端呈六棱錐；雪花是水蒸氣在空氣中凝華時(shí)形成的晶體，一般為六角形的規(guī)那么圖案．２．非晶體：沒有規(guī)那么的幾何形狀常見的非晶體有：玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等．松香瀝青3．晶體和非晶體的差異〔1〕在外形上：晶體具有規(guī)那么的幾何形狀，非晶體沒有規(guī)那么的幾何形狀．點(diǎn)擊以下圖觀看動(dòng)畫了解晶體與非晶體的導(dǎo)熱性晶體非晶體的導(dǎo)熱性能.swf由此可知：〔2〕在物理性質(zhì)上，晶體的物理性質(zhì)與方向有關(guān)〔這種特性叫各向異性〕，非晶體的物理性質(zhì)在各個(gè)方向是相同的〔這種特性叫各向同性〕．注意：①晶體具有各向異性，并不是每種晶體在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性．云母導(dǎo)熱性上表現(xiàn)出顯著的各向異性，而有些晶體在導(dǎo)電性上表現(xiàn)出顯著的各向異性，如方鋁礦，有些晶體在光的折射上表現(xiàn)出顯著的各向異性，如方解石．②晶體有一定的熔點(diǎn)，非晶體沒有一定的熔點(diǎn)．4．晶體和非晶體間的轉(zhuǎn)化1．一種物質(zhì)可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，例如水晶．天然水晶是晶體，熔化后再凝結(jié)的水晶〔石英玻璃〕就是非晶體，即一種物質(zhì)是晶體還是非晶體并不是絕對(duì)的．2．許多非晶體在一定的條件下可以轉(zhuǎn)化為晶體．3．在冷卻得足夠快和冷卻到足夠低的溫度時(shí)，幾乎所有的材料都能成為非晶體．1．單晶體：如果一個(gè)物體就是一個(gè)完整的晶體，這樣的晶體叫做單晶體．例如：雪花、食鹽小顆粒、單晶硅、單晶鍺等．2．多晶體：如果整個(gè)物體是由許多雜亂無章地排列著的小晶體組成的，這樣的物體叫做多晶體．其中的小晶體叫做晶粒．〔1〕多晶體沒有規(guī)那么的幾何形狀．〔2〕多晶體①不顯示各向異性．〔每一晶粒內(nèi)部都是各向異性的〕．②有確定的熔點(diǎn)．固體是否有確定的熔點(diǎn)，可作為區(qū)分晶體非晶體的標(biāo)志．二、單晶體和多晶體

3．多晶體和非晶體比較〔1〕多晶體和非晶體都沒有規(guī)那么的幾何形狀．〔2〕多晶體有一定的熔點(diǎn)，非晶體沒有一定的熔點(diǎn)．〔3〕多晶體和非晶體的一些物理性質(zhì)都表現(xiàn)為各向同性．

晶體和非晶體在外形和物理性質(zhì)上存在那么多的差異，這是為什么呢？1.組成晶體的物質(zhì)微?！卜肿踊蛟?、離子〕依照一定的規(guī)律在空間中整齊地排列、晶體中物質(zhì)微粒的相互作用很強(qiáng),具有空間上的周期性．微粒的熱運(yùn)動(dòng)缺乏以克服它們的相互作用而遠(yuǎn)離．微粒的熱運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為在一定的平衡位置附近不停地做微小的振動(dòng)．三、晶體的微觀結(jié)構(gòu)食鹽的晶體結(jié)構(gòu)示意圖

食鹽的晶體是由鈉離子Na+和氯離子CI－組成的，它們等距離、交錯(cuò)地排列在三組相互垂直的平行線上，因而食鹽具有正立方體的外形．(1)晶體外形的規(guī)那么性可以用物質(zhì)微粒的規(guī)那么排列來解釋．(2)晶體的各向異性也是由晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的．以下圖表示在一個(gè)平面上晶體物質(zhì)微粒的排列情況．從圖上可以看出，在沿不同方向所畫的等長直線AB、AC、AD上，物質(zhì)微粒的數(shù)目不同．直線AB上物質(zhì)微粒較多，直線AD上較少，直線AC上更少．正因?yàn)樵诓煌较蛏衔镔|(zhì)微粒的排列情況不同，才引起晶體的不同方向上物理性質(zhì)的不同．

2.有的物質(zhì)能夠生成種類不同的幾種晶體，是因?yàn)樗鼈兊奈镔|(zhì)微粒能夠形成不同的晶體結(jié)構(gòu)．

例如，碳原子如果按圖甲那樣排列就成為石墨，按圖乙那樣排列就成為金剛石．

石墨是層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間距離較大，作用力較弱，沿著這個(gè)方向容易把石墨一層層地剝下．石墨的層狀結(jié)構(gòu)決定了它的質(zhì)地松軟，可以用來制作粉狀潤滑劑，也可以用來制作鉛筆心．

金剛石中碳原子間的作用力很強(qiáng)，所以金剛石有很大的硬度，可以用來切割玻璃．如果把它裝在鉆探機(jī)的鉆頭上，能夠鉆入堅(jiān)硬的巖石內(nèi)．

石墨的密度小，金剛石的密度大；石墨能導(dǎo)電，金剛石不能導(dǎo)電．例題：以下說法中正確的選項(xiàng)是A．常見的金屬材料都是多晶體B．只有非晶體才顯示各向同性C．但凡具有規(guī)那么天然幾何形狀的物體必定是單晶體D．多晶體不顯示各向異性〔A、C、D．〕解析：常見的金屬：金、銀、銅、鐵、鋁、錫、鉛等都是多晶體，選項(xiàng)A正確．因?yàn)榉蔷w和多晶體的物理性質(zhì)都表現(xiàn)為各向同性，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤，這項(xiàng)D正確．有天然規(guī)那么的幾何形狀的物體一定是單晶體，選項(xiàng)C正確．該題的正確答案為A、C、D．第2節(jié)、液體一.液體的微觀結(jié)構(gòu)1、液體有一定的體積，不易被壓縮，這一特點(diǎn)跟固體—樣；另一方面又像氣體，沒有一定的形狀，具有流動(dòng)性。2、液體的分子間距離大約為r0，相互作用較強(qiáng)，液體分子的熱運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為在平衡位置附近做微小的振動(dòng)，這一點(diǎn)跟固體分子的運(yùn)動(dòng)情況類似。但液體分子沒有固定的平衡位置，它們?cè)谀骋黄胶馕恢酶浇駝?dòng)一小段時(shí)間后，又轉(zhuǎn)到另一個(gè)平衡位置去振動(dòng)。這就是液體具有流動(dòng)性的原因。這一個(gè)特點(diǎn)明顯區(qū)別于固體。3、液體與非晶體的微觀結(jié)構(gòu)很類似。非晶體隨著溫度的升高而逐漸軟化，流動(dòng)性也逐漸增加。因此，有時(shí)把非晶體看作是過冷液體，而固體往往只專指晶體。一、液體的微觀結(jié)構(gòu)二.液體的外表張力為什么葉面上的露珠，小水銀滴，總是球形的？為什么由滴管口緩慢流出的液體不是連續(xù)的液流而是連串的液滴？為什么一些昆蟲可以停在水面上而不致沉入水里？……二、液體的外表張力實(shí)驗(yàn)1:現(xiàn)象:刺破棉線左側(cè)的薄膜，右側(cè)的薄膜就會(huì)收縮，使棉線向右彎成弧形；刺破棉線右側(cè)的薄膜，左側(cè)的薄膜就會(huì)收縮，使棉線向左彎成弧形．實(shí)驗(yàn)2:現(xiàn)象:刺破棉線圈里的肥皂膜后，棉線圈外的薄膜就會(huì)收縮，使棉線圈張緊成圓形．液體的外表就好似張緊的橡皮膜一樣，具有收縮的趨勢(shì)．為什么液體外表具有收縮的趨勢(shì)呢？液體外表有一層跟氣體接觸的薄層，叫做外表層處于外表層的液體分子，一方面受到上方氣體分子作用，另一方面又受到下方液體分子作用。而液體分子比氣體分子的作用強(qiáng)，所以，外表層分子排列比液體內(nèi)部要稀疏些，分子間距離較液體內(nèi)部也大一點(diǎn).在外表層里，分子間的距離大，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力．如果在液面上劃一條分界線MN，把液面分為〔1〕和〔2〕兩局部，那么，由于外表層中分子間的引力，液面〔1〕對(duì)液面〔2〕有引力F1的作用，液面〔2〕對(duì)液面〔1〕有引力F2的作用，F(xiàn)1和F2大小相等、方向相反．像這種液面各局部間相互吸引的力，叫做外表張力．液體的外表張力使液面具有收縮的趨勢(shì)．在體積相等的各種形狀的物體中，球形物體的外表積最小，所以草葉上的露珠，小水銀滴等，都因外表張力使液面收縮而呈球形．三.浸潤和不浸潤放在潔凈的玻璃板上的一滴水，會(huì)附著在玻璃板上形成薄層．把一塊潔凈的玻璃片浸入水里再取出來，玻璃外表會(huì)沾上一層水．這種現(xiàn)象叫做浸潤

放在潔凈的玻璃板上的一滴水銀，能夠在玻璃板上滾來滾去，而不附著在上面．把一塊潔凈的玻璃片浸入水銀里再取出來，玻璃上也不附著水銀．這種現(xiàn)象叫做不浸潤對(duì)玻璃來說，水是浸潤液體．對(duì)玻璃來說，水銀是不浸潤液體．把浸潤液體裝在容器里，例如把水裝在玻璃容器里，由于水浸潤玻璃，器壁附近的液面向上彎曲．把不浸潤液體裝在容器里，例如把水銀裝在玻璃容器里，由于水銀不浸潤玻璃，器壁附近的液面向下彎曲．三、浸潤和不浸潤

同一種液體，對(duì)一些固體是浸潤的，對(duì)另一些固體是不浸潤的．水能浸潤玻璃，但不能浸潤石蠟．水銀不能浸潤玻璃，但能浸潤鉛．

我們用的毛巾都是用能被水浸潤的織物做成的．能夠用墨水在紙上寫字，是因?yàn)樗玫募埍荒櫍撝廾撝哪康?，在于使它從不能被水浸潤變?yōu)榭梢员凰?，以便吸取藥水．各種游禽用嘴把由體內(nèi)分泌出來的油脂涂在自己的羽毛上，使羽毛不被水浸潤．觀察浸潤液體和不浸潤液體在細(xì)管里發(fā)生的現(xiàn)象．

把幾根內(nèi)徑不同的細(xì)玻璃管插入水中，可以看到管里的水面比容器里的水面高．管的內(nèi)徑越小，管里的水面越高．如果把這些細(xì)玻璃管插入水銀中，發(fā)生的現(xiàn)象正好相反，管里的水銀面比容器里的水銀面低．管的內(nèi)徑越小，管里的水銀面越低．浸潤液體在細(xì)管里上升的現(xiàn)象和不浸潤液體在細(xì)管里下降的現(xiàn)象，叫做毛細(xì)現(xiàn)象能夠發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象的管叫做毛細(xì)管四、毛細(xì)現(xiàn)象

毛巾吸汗，磚塊吸水，粉筆吸墨水，都是常見的毛細(xì)現(xiàn)象．在紙張、棉花、毛巾、粉筆、木材、土壤、磚塊等物體內(nèi)部有許多細(xì)小的孔道，起著毛細(xì)管作用．原來，浸潤液體跟毛細(xì)管內(nèi)壁接觸時(shí)，引起液面的彎曲，使液面變大．而外表張力的收縮作用要使液面減小，于是管內(nèi)液體隨著上升，以減小液面．直到外表張力向上的拉引作用跟管內(nèi)升高的液柱的重力到達(dá)平衡時(shí)，管內(nèi)液體停止上升，穩(wěn)定在一定的高度．

應(yīng)用:土壤里有很多毛細(xì)管，地下的水分可以沿著它們上升到地面．如果要保存地下的水分，就要把地面的土壤鋤松，破壞這些土壤里的毛細(xì)管．相反，如果想把地下的水分引上來，就不僅要保持土壤里的毛細(xì)管，而且還要使它們變得更細(xì)，這時(shí)就要用滾子壓緊土壤．防止:在建筑房屋的時(shí)候，在砌磚的地基上鋪一層油氈或涂過瀝青的厚紙，防止地下的水分沿著砸實(shí)的地基以及磚墻的毛細(xì)管上升，以使房屋保持枯燥．液晶態(tài)是介于固態(tài)和液態(tài)之間的中間態(tài)．一方面像液體具有流動(dòng)性，另一方面又像晶體，分子在特定方向排列比較整齊，具有各向異性．人們把物質(zhì)的這種狀態(tài)叫做液晶態(tài)，把處于這種狀態(tài)的物質(zhì)叫做液晶．五、液晶組成晶體的物質(zhì)微?！卜肿?，原子或離子〕依照一定的規(guī)律在空間有序排列，構(gòu)成空間點(diǎn)陣，所以液晶表現(xiàn)為各向異性，液體卻表現(xiàn)分子排列無序性和流動(dòng)性，液晶分子既保持排列有序性，保持各向異性，又可以自由移動(dòng)，位置無序，因此也保持流動(dòng)性。1.關(guān)于液體的外表張力的以下說法中正確的選項(xiàng)是〔

〕A、由于液體的外表張力使外表層內(nèi)液體分子間的平均距離小于r0B、由于液體的外表張力使外表層內(nèi)液體分子間的平均距離大于r0C、產(chǎn)生外表張力的原因是外表層內(nèi)液體分子間只有引力沒有斥力D、外表張力使液體的外表有收縮的趨勢(shì)分析與解：由分子運(yùn)動(dòng)論可知：在液體與空氣接觸面附近的液體分子，液面上方的空氣分子對(duì)它們的作用極其微弱，所以它們根本上只受到液體內(nèi)局部子的作用，因而在液面處便形成一個(gè)特殊的薄層，稱為外表層。在液體外表層內(nèi)，分子的分布比液體內(nèi)部稀疏，它們之間的距離r>r0，分子間作用力表現(xiàn)為引力，因此液體外表有收縮的趨勢(shì)。D2.以下現(xiàn)象中，由外表張力引起的現(xiàn)象是〔

〕A、酒精和水混合后體積減小B、水銀溫度計(jì)中的水銀柱的升或降C、荷葉上的小水球呈球形D、洗頭發(fā)時(shí)，當(dāng)頭發(fā)浸泡在水中時(shí)呈散開狀，露出水面后頭發(fā)聚攏到一起分析與解

因?yàn)橐后w外表張力使液面具有收縮的趨勢(shì)，應(yīng)選項(xiàng)C和D是正確的。酒精和水混合后體積減小，是由于分子間存在著空隙形成的。水銀柱的升降是由于水銀柱的熱脹和冷縮造成的。CD3.分別畫出細(xì)玻璃管中水銀柱和水柱上下外表的形狀4.液體和固體接觸時(shí)，附著層外表具有縮小的趨勢(shì)是因?yàn)椋篈.附著層里液體分子比液體內(nèi)局部子稀疏；B.附著層里液體分子相互作用表現(xiàn)為引力；C.附著層里液體分子相互作用表現(xiàn)為斥力；D.固體分子對(duì)附著層里液體分子的引力比液體分子之間的引力強(qiáng)。分析：首先從題設(shè)中看出液體對(duì)固體來說是不浸潤的，而后再對(duì)附著層液體分子的作用進(jìn)行研究。在出現(xiàn)不浸潤現(xiàn)象時(shí)，在附著層里出現(xiàn)了眼外表張力相似的收縮力，即引力。并且附著層里分子的分布，雖比起外表層要密一些，但比起液內(nèi)還是要稀疏，所以附著層分子受引力比液內(nèi)分子受引力要大些。AB5.分別畫出插入在水槽和水銀槽中的細(xì)玻璃管中液柱的大概位置：6.液體在毛細(xì)管中，液面上升是由于液體

層分子的

力和

層分子間的

相互作用的結(jié)果。當(dāng)與上升液柱

相等時(shí)，液柱就不再上升。附著層、相斥、外表層、外表張力、重力。7.磚鋪的地面為什么容易返潮？要想把凝在衣料上面的蠟或油脂去掉，只要把兩層吸墨紙分別放在這局部衣料的上面和下面，然后用熨斗來熨就可以了．為什么這樣做可以去掉衣料上的蠟或油脂？

(因?yàn)橥寥篮痛u塊里都有許多細(xì)小孔道，這些細(xì)小孔道起著毛細(xì)管的作用，土壤中的水可以通過這些毛細(xì)管上升到地面上來，所以容易返潮．)(放在衣料上、下的吸墨紙內(nèi)有許多細(xì)小的孔道起著毛細(xì)管的作用．當(dāng)蠟或油脂受熱熔化成液體后，由于毛細(xì)現(xiàn)象，它們就會(huì)被吸墨紙吸掉。)8.關(guān)于液晶以下說法正確的選項(xiàng)是〔〕A．液晶是液體和晶體的混合物

B．液晶分子在特定方向排列比較整齊，但不穩(wěn)定

C．電子手表中的液晶在外加電壓的影響下，能夠發(fā)光

D．所有物質(zhì)在一定條件下都能成為液晶B9.液晶只存在于一定的溫度范圍以內(nèi)，溫度低于這個(gè)溫度范圍的下限，液晶失去液體的流動(dòng)性成為_________；溫度高于它的上限，液體變?yōu)楦飨蛲缘腳_______。(普通晶體，透明液體)第三節(jié)、飽和汽與飽和汽壓1.汽化：物質(zhì)從液態(tài)變成氣態(tài)的過程2.蒸發(fā)：發(fā)生在液體外表，即液體分子由液體外表跑出去的過程3.影響蒸發(fā)的因素：外表積溫度通風(fēng)說明：蒸發(fā)可使液體降溫液面氣壓上下一、蒸發(fā)與沸騰

4.沸騰：在一定大氣壓下，加熱液體到某一溫度時(shí)，在液體外表和內(nèi)部同時(shí)發(fā)生的劇烈的汽化現(xiàn)象，相應(yīng)的溫度叫沸點(diǎn)注：沸點(diǎn)與液面上氣體的壓強(qiáng)有關(guān)t/0Cp/kPa10020030050100150蒸發(fā)沸騰相同點(diǎn)不同點(diǎn)發(fā)生部位溫度條件劇烈程度溫度變化影響因素方式工程都是汽化現(xiàn)象，都能使液體變?yōu)闅怏w，都吸收熱量液面內(nèi)部、液面同時(shí)進(jìn)行任何溫度一定溫度〔沸點(diǎn)〕緩慢劇烈降低不變1.液體溫度的上下2.液體外表積的大小3.液體外表空氣流動(dòng)的快慢4.液體汽壓的上下液面氣壓的上下問題：夏天用涼水擦身會(huì)感到?jīng)鏊?，這是為什么？答:因?yàn)椴恋缴砩系乃舭l(fā)要吸收熱量沸點(diǎn)與液面上氣體的壓強(qiáng)有關(guān)沸騰：在一定大氣壓下，加熱液體到某一溫度時(shí)，在液體外表和內(nèi)部同時(shí)發(fā)生的劇烈的汽化現(xiàn)象，相應(yīng)的溫度叫沸點(diǎn)1.飽和汽在密閉容器中的液體不斷的蒸發(fā)，液面上的蒸氣也不斷地凝結(jié)，當(dāng)這兩個(gè)同時(shí)存在的過程到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，宏觀的蒸發(fā)也停止了，這種與液體處于動(dòng)態(tài)平衡的蒸氣叫做飽和汽。2.未飽和汽：3.飽和汽壓：沒有到達(dá)飽和狀態(tài)的蒸氣在一定溫度下，飽和汽的分子數(shù)密度是一定的，因而飽和汽的壓強(qiáng)也是一定的，這個(gè)壓強(qiáng)叫做這種液體的飽和汽壓。二、飽和汽和飽和汽壓

說明：〔1〕飽和汽壓隨溫度的升高而增大?！?〕飽和汽壓與蒸氣所占的體積無關(guān)，也和這種體積中有無其他氣體無關(guān)。〔3〕液體沸騰的條件就是飽和汽壓和外部壓強(qiáng)相等說明：〔1〕飽和汽壓隨溫度的升高而增大。溫度升高時(shí),分子平均動(dòng)能增大,單位時(shí)間內(nèi)逸出液面的分子數(shù)增多,于是原來的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)被破壞,空間氣態(tài)分子密度逐漸增大,導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)返回的分子數(shù)增多,從而到達(dá)新的條件下的動(dòng)態(tài)平衡.〔2〕飽和汽壓與蒸氣所占的體積無關(guān)，也和這種體積中有無其他氣體無關(guān)。a.往一個(gè)真空容器中注入液體,外表的上方形成飽和蒸汽時(shí),外表的上方空間的氣壓就是飽和汽壓.b.往一個(gè)密閉的原來有空氣的容器中注入液體,外表的上方形成飽和蒸汽時(shí),外表的上方空間的氣壓不等于飽和汽壓,而是飽和汽壓與空氣壓強(qiáng)的總和.c.液體的飽和汽壓只指這種氣體的分氣壓.〔2〕飽和汽壓與蒸氣所占的體積無關(guān)，也和這種體積中有無其他氣體無關(guān)。〔3〕液體沸騰的條件就是飽和汽壓和外部壓強(qiáng)相等1.絕對(duì)濕度：空氣里所含水汽的壓強(qiáng)2.相對(duì)濕度：在某一溫度下，水蒸汽的壓強(qiáng)與同溫度下飽和汽壓的比，稱為空氣的相對(duì)濕度。相對(duì)濕度=水蒸汽的實(shí)際壓強(qiáng)同溫度下的飽和汽壓即B=ppsX100%三、空氣的濕度

3.濕度計(jì)：空氣的相對(duì)濕度常用濕度計(jì)來測量。常用的濕度計(jì)有干濕泡濕度計(jì)、毛發(fā)濕度計(jì)和濕度傳感器等第4節(jié)、物態(tài)變化中的