固体与液体

新课标人教版课件系列《高中物理》选修3-3第一节《固体》分子不停地做无规则运动，它们之间又存在相互作用力．分子力的作用使分子聚集在一起，分子的无规则运动又使它们分散开来．这两种作用相反的因素决定了分子的三种不同的聚集状态：固态、液态和气态．物理学又把固态和液态统称为凝聚态．凝聚态物理学是当前物理学发展最迅速的分支学科之一．固体和液体有一个共同的特点：它们的分子间的距离跟分子本身的大小具有相同的数量级，因而分子间有较强的相互作用．这使得固体和液体都不易压缩，在微观结构上不像气体那样无序．一.晶体和非晶体固体可以分成晶体和非晶体两类．在常见的固态物质中，石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精等都是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等都是非晶体．1.晶体、非晶体的外形和物理性质的差异(1)晶体都具有规则的几何形状．食盐的晶体呈立方体形，明矾的晶体呈八面体形，石英的晶体中间是一个六面棱柱，两端是六棱锥．冬季的雪花，是水蒸气在空气中凝华时形成的冰的晶体，它们的形状虽然不同，但一般是六角形的规则图案．非晶体则没有规则的几何形状．(2)晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点.(3)晶体的物理性质与方向有关，这种特性叫做各向异性．非晶体的各种物理性质、在各个方向上都是相同的，所以是各向同性的．现象:熔化了的石蜡在云母片上呈椭圆形，而在玻璃片上呈圆形．结论:云母晶体在各个方向上的导热性能不同，而非晶体玻璃在各个方向上的导热性能相同．一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是一种物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的．例如，天然水晶是晶体，而熔化以后再凝结的水晶（即石英玻璃）就是非晶体．许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体．人们在研究中还发现，在冷却得足够快和冷却到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体．二.单晶体和多晶体1.晶体又可以分为单晶体和多晶体．2.如果一个物体就是一个完整的晶体，例如雪花、食盐小颗粒等．这样的晶体就叫做单晶体．制造各种晶体管集成电路只能用单晶体(单晶硅或单晶锗)．3.如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体就叫做多晶体．由许多食盐单晶体粘在一起而成大块的食盐，就是多晶体．其中的小晶体叫做晶粒．各种金属材料，也是多晶体．多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性，但是同单晶体一样，仍有确定的熔点．三.晶体的微观结构晶体和非晶体在外形和物理性质上存在那么多的差异，这是为什么呢？1.组成晶体的物质微粒（分子或原子、离子）依照一定的规律在空间中整齐地排列、晶体中物质微粒的相互作用很强,具有空间上的周期性．微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离．微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．X射线对晶体结构进行研究电子显微镜对晶体内部结构进行直接观察和照相食盐的晶体结构示意图食盐的晶体是由钠离子Na+和氯离子CI－组成的，它们等距离、交错地排列在三组相互垂直的平行线上，因而食盐具有正立方体的外形．(1)晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释．(2)晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的．下图表示在一个平面上晶体物质微粒的排列情况．从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上，物质微粒的数目不同．直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体的不同方向上物理性质的不同．2.有的物质能够生成种类不同的几种晶体，是因为它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构．例如，碳原子如果按图甲那样排列就成为石墨，按图乙那样排列就成为金刚石．石墨是层状结构，层与层之间距离较大，作用力较弱，沿着这个方向容易把石墨一层层地剥下．石墨的层状结构决定了它的质地松软，可以用来制作粉状润滑剂，也可以用来制作铅笔心．金刚石中碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度，可以用来切割玻璃．如果把它装在钻探机的钻头上，能够钻入坚硬的岩石内．石墨的密度小，金刚石的密度大；石墨能导电，金刚石不能导电．9.2《液体》液体的微观结构液体有一定的体积，不易被压缩，这一特点跟固体—样；另一方面又像气体，没有一定的形状，具有流动性。•液体的分子间距离大约为r0，相互作用较强，液体分子的热运动主要表现为在平衡位置附近做微小的振动，这一点跟固体分子的运动情况类似。但液体分子没有固定的平衡位置，它们在某一平衡位置附近振动一小段时间后，又转到另一个平衡位置去振动。这就是液体具有流动性的原因。这一个特点明显区别于固体。液体与非晶体的微观结构很类似。非晶体随着温度的升高而逐渐软化，流动性也逐渐增加。因此，有时把非晶体看作是过冷液体，而固体往往只专指晶体。固体液体气体体积对比110单个分子表现在固定的平衡位置附近做微小的振动在非固定的平衡位置附近做振动没有平衡位置局部（小区域）表现分子规则的排列形成暂时的分子规则排布无规则宏观性质各向异性各向同性各向同性解决下列问题：1、硬币为何会浮在水面上？棉线为什么会绷紧？2、水滴在干净的玻璃上和蜡上为何会有不同？3、液体在细管中为何会上升？有没有下降的情况？液体的表面张力1、硬币为何会浮在水面上？棉线为什么会绷紧？液体的表面张力液体表面有一层跟气体接触的薄层，叫做表面层1、硬币为何会浮在水面上？棉线为什么会绷紧？处于表面层的液体分子，一方面受到上方气体分子作用，另一方面又受到下方液体分子作用。而液体分子比气体分子的作用强，所以，表面层分子排列比液体内部要稀疏些，分子间距离较液体内部也大一点在表面层里分子间的作用就表现为引力。液面各部分间的相互吸引力就叫做表面张力液体表面具有收缩到最小的趋势浸润和不浸润2、水滴在干净的玻璃上和蜡上为何会有不同？1、附着层内液体分子间的距离大于分子力平衡距离r0，附着层内分子间的作用表现为引力，附着层有收缩的趋势，这样液体与固体间表现为不浸润2、附着层内液体分子间的距离小于分子力平衡距离r0，附着层内分子间的作用表现为斥力，附着层有收缩的趋势，这样液体与固体间表现为浸润毛细现象3、液体在细管中为何会上升？有没有下降的情况？液体浸润管壁，液体边缘部分的表面张力如图，表面张力使管中的液体上升，当液体的重力跟表面张力相等时，液面稳定，管子越细，液柱上升的越高毛细现象解释液晶液晶：像液体一样具有流动性，而其化学性质与某些晶体相似，具有各项异性的物质叫液晶9.3《饱和汽和饱和气压》一、蒸发与沸腾1.汽化：物质从液态变成气态的过程2.蒸发：发生在液体表面，即液体分子由液体表面跑出去的过程3.影响蒸发的因素：表面积温度通风液面气压高低蒸发可使液体降温4.沸腾：在一定大气压下，加热液体到某一温度时，在液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象，相应的温度叫沸点t/0Cp/kPa10020030050100150沸点与液面上气体的压强有关蒸发沸腾相同点不同点发生部位温度条件剧烈程度温度变化影响因素方式项目都是汽化现象，都能使液体变为气体，都吸收热量液面内部、液面同时进行任何温度一定温度（沸点）缓慢剧烈降低不变1.液体温度的高低2.液体表面积的大小3.液体表面空气流动的快慢4.液体汽压的高低液面气压的高低现象：减小瓶中的气压，水会沸腾。表明:气压减小，水的沸点降低。二、饱和汽和饱和汽压1.饱和汽在密闭容器中的液体不断的蒸发，液面上的蒸气也不断地凝结，当这两个同时存在的过程达到动态平衡时，宏观的蒸发也停止了，这种与液体处于动态平衡的蒸气叫做饱和汽。2.未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸气3.饱和汽压：在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这个压强叫做这种液体的饱和汽压。说明：（1）饱和汽压随温度的升高而增大。（2）饱和汽压与蒸气所占的体积无关，也和这种体积中有无其他气体无关。a.往一个真空容器中注入液体,表面的上方形成饱和蒸汽时,表面的上方空间的气压就是饱和汽压.b.往一个密闭的原来有空气的容器中注入液体,表面的上方形成饱和蒸汽时,表面的上方空间的气压不等于饱和汽压,而是饱和汽压与空气压强的总和.c.液体的饱和汽压只指这种气体的分气压.温度升高时,分子平均动能增大,单位时间内逸出液面的分子数增多,于是原来的动态平衡状态被破坏,空间气态分子密度逐渐增大,导致单位时间内返回的分子数增多,从而达到新的条件下的动态平衡.（3）液体沸腾的条件就是饱和汽压和外部压强相等三、空气的湿度1.绝对湿度：空气里所含水汽的压强2.相对湿度：在某一温度下，水蒸汽的压强与同温度下饱和汽压的比，称为空气的相对湿度。相对湿度=水蒸汽的实际压强同温度下的饱和汽压即B=ppsX100%3.影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素,不是空气中水蒸气的绝对数量,而是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距.四、空气的湿度1.空气的相对湿度常用湿度计来测量。2.常用的湿度计有干湿泡湿度计、毛发湿度计和湿度传感器等水蒸气的压强离饱和汽压越远,越有利于水的蒸发,人们感觉干爽.9.4《物态变化中的能量交换》固态液态气态熔化吸热汽化吸热凝固放热液化放热一、熔化热物质从固态变成液态的过程。物质从液态变成固态的过程。熔化是凝固的逆过程。1.熔化与凝固熔化：凝固：一、熔化热由于固体分子间的强大作用，固体分子只能在各自的平衡位置附近振动，对固体加热，在其熔解之前，获得的能量主要转化为分子的动能，使物体温度升高，当温度升高到一定程度，一部分分子的能量足以克服其他分子的束缚，从而可以在其他分子间移动，固体开始熔解。为什么熔化会吸热？2.熔化热：某种晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比，称做这种晶体的熔化热一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等(能量守恒定律)一、熔化热为什么晶体有确定的熔点和熔化热，非晶体却没有？晶体熔化过程中，当温度达到熔点时，吸收的热量全部用来破坏空间点阵，增加分子势能，而分子平均动能却保持不变，所以晶体有固定的熔点。非晶体没有空间点阵，熔化时不需要去破坏空间点阵，吸收的热量主要转化为分子的动能，不断吸热，温度就不断上升。由于在不同温度下物质由固态变成液态时吸收的热量不同，而晶体有固定的熔点，因此有固定的熔化热，非晶体没有固定的熔点，也就没有固定的熔化热。二、汽化热1.汽化与液化汽化：物质从液态变成气态的过程液化：物质从气态变成液态的过程液体汽化时,液体分子离开液体表面成为气体分子,要克服其他液体分子的吸引而做功,故要吸收能量.2.汽化热某种液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比，称做这种物质在这个温度下的汽化热。汽化热跟温度和压强有关t/0C100Q/(J.g-1)50010001500200025000200300400水在大气压强为1.01x105Pa下汽化热与温度的关系一定质量的物质，在一定温度和压强下，汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等晶体只在熔点时熔化,而液体可在任何温度下汽化,讲汽化热要指明在什么温度下的汽化热.