高中物理固体和液体讲义.doc

固体和液体我们知道，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都呈凝聚态它们有一个共同的特点：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固体可以分成晶体和非晶体两类晶体都具有规则的几何形状例如，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晶体和非晶体除了外形上的差异外，在物理性质上也有所不同实验：取一张云母薄片，在上面涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母片观察接触点周围的石蜡熔化后所成的形状然后再在玻璃片上做同样的实验.从实验中我们看到，熔化了的石蜡在云母片上呈椭圆形，而在玻璃片上呈圆形 实验现象表明，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晶体在不同的方向上不仅导热性能不同，而且机械强度和导电性能等其他物理性质也不一样也就是说，晶体的物理性质与方向有关，这种特性叫做各向异性而非晶体的各种物理性质、在各个方向上都是相同的，所以是各向同性的总之，晶体在外观上有规则的几何形状，有确定的熔点，一些物理性质表现为各向异性；非晶体在外观上没有规则的几何形状，没有确定的熔点，一些物理性质表现为各向同性实际上，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固体的微观结构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从1912年开始，人们应用X射线对晶体结构进行研究，证实了这种假说是正确的现在，人们用电子显微镜对晶体内部结构进行直接观察和照相，进一步证实了这种假说的正确性食盐的晶体结构示意图，说明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晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释同样，晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的左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和金刚石，除了力学性质不同外，其他物理性质也有很大差异，例如石墨的密度小，金刚石的密度大；石墨能导电，金刚石不能导电不只是碳元素能组成不同的晶体，其他元素也有这种情况例如黄磷和红磷的化学成分相同，但是黄磷具有立方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构液体的微观结构液体的性质介于气体和固体之间它一方面像固体，具有一定的体积，不易压缩；另一方面又像气体，没有一定的形状，具有流动性液体的这些性质是由它的微观结构决定的液体在汽化时，体积改变可达上千倍；而在凝固时，体积大约减小10这表明，液体分子的排列更接近于固体跟固体一样，液体中的分子也是密集在一起的，因而液体具有一定的体积，不易压缩但是，液体分子之间的相互作用不像固体中的微粒那样强，液体分子只在很小的区域内作有规则的排列，这种区域是暂时形成的，边界和大小随时改变，有时瓦解，有时又重新形成液体由大量这种暂时形成的小区域构成，这种小区域杂乱无章地分布着，因而液体表现出各向同性液体分子间的距离小，相互作用力很大，液体分子的热运动与固体类似，主要表现为在平衡位置附近做微小的振动跟固体不同的是，液体分子没有长期固定的平衡位置，在一个平衡位置附近振动一小段时间以后，又转到另一个平衡位置附近去振动，即液体分子可以在液体中移动，这就是液体具有流动性