高中物理固體和液體講義

《高中物理固體和液體講義》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、固體和液體我們知道，分子不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，它們之間又存在相互作用力．分子力的作用使分子聚集在一起，分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)又使它們分散開來(lái)．這兩種作用相反的因素決定了分子的三種不同的聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)．物理學(xué)又把固態(tài)和液態(tài)統(tǒng)稱為凝聚態(tài)．凝聚態(tài)物理學(xué)是當(dāng)前物理學(xué)發(fā)展最迅速的分支學(xué)科之一．固體和液體都呈凝聚態(tài)．它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)：它們的分子間的距離跟分子本身的大小具有相同的數(shù)量級(jí)，因而分子間有較強(qiáng)的相互作用．這使得固體和液體都不易壓縮，在微觀結(jié)構(gòu)上不像氣體那樣無(wú)序．固體可以分成晶體和非晶體兩類．晶體都具有規(guī)則的幾何形狀．例如，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

2、中間是一個(gè)六面棱柱，兩端是六棱錐．冬季的雪花，是水蒸氣在空氣中凝華時(shí)形成的冰的晶體，它們的形狀雖然不同，但一般是六角形的規(guī)則圖案．非晶體則沒有規(guī)則的幾何形狀．晶體和非晶體除了外形上的差異外，在物理性質(zhì)上也有所不同．實(shí)驗(yàn)：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．然后再在玻璃片上做同樣的實(shí)驗(yàn).從實(shí)驗(yàn)中我們看到，熔化了的石蠟在云母片上呈橢圓形，而在玻璃片上呈圓形．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，云母晶體在各個(gè)方向上的導(dǎo)熱性能不同，而非晶體玻璃在各個(gè)方向上的導(dǎo)熱性能相同．晶體在不同的方向上不僅導(dǎo)熱性能不同，而且機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性能等其他物理

3、性質(zhì)也不一樣．也就是說(shuō)，晶體的物理性質(zhì)與方向有關(guān)，這種特性叫做各向異性．而非晶體的各種物理性質(zhì)、在各個(gè)方向上都是相同的，所以是各向同性的．總之，晶體在外觀上有規(guī)則的幾何形狀，有確定的熔點(diǎn)，一些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性；非晶體在外觀上沒有規(guī)則的幾何形狀，沒有確定的熔點(diǎn)，一些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性．實(shí)際上，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)，也就是一種物質(zhì)是晶體還是非晶體，并不是絕對(duì)的．例如，天然水晶是晶體，而熔化以后再凝結(jié)的水晶（即石英玻璃）就是非晶體．許多非晶體在一定的條件下可以轉(zhuǎn)化為晶體．固體的微觀結(jié)構(gòu)組成晶體的物質(zhì)微粒（分子或原子、離子）依照一定的規(guī)律在空間中整齊地排

4、列、晶體中物質(zhì)微粒的相互作用很強(qiáng)．微粒的熱運(yùn)動(dòng)不足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)．從1912年開始，人們應(yīng)用X射線對(duì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，證實(shí)了這種假說(shuō)是正確的．現(xiàn)在，人們用電子顯微鏡對(duì)晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接觀察和照相，進(jìn)一步證實(shí)了這種假說(shuō)的正確性．3食鹽的晶體結(jié)構(gòu)示意圖，說(shuō)明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．晶體外形的規(guī)則性可以用物質(zhì)微粒的規(guī)則排列來(lái)解釋．同樣，晶體的各向異性也是由晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的．左圖表示在一個(gè)平面上晶體物質(zhì)微粒的排列情

5、況．從圖上可以看出，在沿不同方向所畫的等長(zhǎng)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．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(lái)制作粉狀潤(rùn)滑劑，也可以用來(lái)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

6、度，可以用來(lái)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)．石墨和金剛石，除了力學(xué)性質(zhì)不同外，其他物理性質(zhì)也有很大差異，例如石墨的密度小，金剛石的密度大；石墨能導(dǎo)電，金剛石不能導(dǎo)電．不只是碳元素能組成不同的晶體，其他元素也有這種情況．例如黃磷和紅磷的化學(xué)成分相同，但是黃磷具有立方體結(jié)構(gòu)，而紅磷具有與石墨一樣的層狀結(jié)構(gòu)．液體的微觀結(jié)構(gòu)液體的性質(zhì)介于氣體和固體之間．它一方面像固體，具有一定的體積，不易壓縮；另一方面又像氣體，沒有一定的形狀，具有流動(dòng)性．液體的這些性質(zhì)是由它的微觀結(jié)構(gòu)決定的．液體在汽化時(shí)，體積改變可達(dá)上千倍；而在凝固時(shí)，體積大約減小10％．這表明，液體分子的

7、排列更接近于固體．跟固體一樣，液體中的分子也是密集在一起的，因而液體具有一定的體積，不易壓縮．但是，液體分子之間的相互作用不像固體中的微粒那樣強(qiáng)，液體分子只在很小的區(qū)域內(nèi)作有規(guī)則的排列，這種區(qū)域是暫時(shí)形成的，邊界和大小隨時(shí)改變，有時(shí)瓦解，有時(shí)又重新形成．液體由大量這種暫時(shí)形成的小區(qū)域構(gòu)成，這種小區(qū)域雜亂無(wú)章地分布著，因而液體表現(xiàn)出各向同性．3液體分子間的距離小，相互作用力很大，液體分子的熱運(yùn)動(dòng)與固體類似，主要表現(xiàn)為在平衡位置附近做微小的振動(dòng)．跟固體不同的是，液體分子沒有長(zhǎng)期固定的