物理动画剧本-----物态（兰州十九中牛成宗）

物态物态 注 物理的相关模型一定要符合物理实际 例如固态做成 液态做成 气态做成 所以 物理物态模型应直观反应物态的特征 引子 秋天的傍晚 窗外月明星稀 小敏刚刚完成了家庭作业 他有一点倦意 同时对今天学 习的物理知识 物态 有些许的思考 为什么同样是由分子或原子构成物质 在通常状态下 呈现不同的物态形式呢 物质世界的微观状态到底是怎样的 与宏观表现有什么联系 突然 一位手持玲珑棒的精灵闪现在小敏面前 小敏 你是谁 精灵 我是物态王国的精灵 是你对物态的好奇 召唤我来到你的身边 邀你到物态王 国进行一次观光 小敏 小敏兴奋异常 太好了 出发吧 精灵将玲珑棒轻轻地在小敏眼前一挥 一列像胶囊的 真空磁浮列车 停在精灵与 小敏面前的五彩真空的管状轨道内 他们穿上真空服 坐上了 真空磁浮列车 来到了物 态王国国门前 小敏 呀 这个巨大的旗帜上的图案怎么和物理课本上的一模一样啊 精灵 这就是物态王国的国旗 国旗上的三种图案分别代表物态王国的三个主要民族 即固态 液态和气态民族 进入国门 你可以和他们来一次近距离的交流 小敏 太好了 进吧 刚进入国门 只见三列形态各异的纵队 展现在小敏的面前 每一列纵队却都给小敏 留下了深刻的印象 小敏 哇 它们是固体 液体和气体 精灵 他们是物态王国的常住居民之一 固态精灵 液态精灵和气态精灵 是我们王 国的贵族 小敏 是的 我们人类把物质存在的状态简称物态 自然界常见的物质存在的状态分成 固态 液态和气态 以固态形式存在的物体叫做固体 以液态形式存在的物体叫做液体 以 气态形式存在的物体叫做气体 精灵 非常正确 首先 请你检阅固态精灵方阵 只见精神抖擞的钉子小队 晶莹剔透的冰块小队 从小敏的面前经过 固态精灵 小敏阁下 固态精灵方阵 请你检阅 只听一声号令 每个固态精灵队员都来了一个前空翻 他们的动作整齐划一 整体性 强 因此 所占据的空间大小也不变 小敏 太精彩了 我要给固态精灵方阵题词 他们具有一定的形状和体积 就题 形体 一定 固态威武 接下来是液态精灵方阵过来了 只听见嘹亮的号角已经吹响 泉水丁冬 泉水丁冬响 流过了山冈 流过了草地 来到 了你身旁 泉水精灵请你检阅 小敏 动听的泉水声早已经将小敏陶醉 物态精灵微微一笑 只见他左手的圆柱型的透明的像量筒的圆柱型容器中已经盛了 500ml 的泉水 并往右手的形似量杯的倒立的圆台型容器中倒入 当全部倒尽时 液面恰巧与 500ml 的刻度线位置相平 同时 物态精灵嘴靠近小敏的耳朵旁边 请你品尝检阅 小敏 好甜啊 我想再多喝一些 精灵 小敏阁下 我们的泉水是采自我们我国雪山下 5000m 深处的页岩中的矿泉 由于 产量特别有限 且口感纯甜 因此每次特地限量 500ml 供贵宾品尝 为了不出偏差 每次都 测量两次体积 看是否符合标准 小敏 还好 小敏继续检阅泉水精灵方阵 不但对液体的特征 没有固定的形状 但有一定的 体积 有了一定的认识 更对水资源的稀缺有了深刻的感知 小敏 我还想看看气态精灵方阵 精灵 瞧 那些气球内全是气体 展现在小敏眼前的方阵中 一列是五色的气球 一列是蓝色的气球一列是红棕的的气球 天上的云 乌云密布 大雨倾盆 云就像是天气的 招牌 天上挂什么云 就将 出现什么样的天气 小敏顿时精神一振 呼吸畅爽 原来 第一列的无色的气球口已经打开 小敏 是氧气 精灵 你说得很对 说话之间 小敏定睛一看 第二列和第三列的气球口也随之张开 只见低空中出现了 蓝色和红棕色的气态云 真是姿态万千 变化无常 它们有的像羽毛 轻轻地飘在空中 有的像 鱼鳞 一片片整整齐齐地排列着 有的像羊群 来来去去 有的像一床大棉被 严严实实地盖住 了低空 还有的像峰峦 像河流 像雄狮 像奔马 它们有时把低空点缀得很美丽 并且场景 越来越大 只见小敏早已轻轻地掩住了口鼻 原来他也闻到了少许带蓝色的 O3 和红棕色的 NO2 精灵 我们气态精灵方阵的特点是没有一定的形状和体积 依次姿态变化万千 可大可 小 当物态精灵注意到小敏的状态后 立即说到 对不起 我忘了你们人类是有嗅觉 的 咱们离开这儿吧 话音未落 电光火石之间 小敏和物态精灵已经来到物态王国的国都集市 小敏 物态精灵 你们王国在国门见的物态 液态和气态精灵怎么在这儿凤毛麟角 几 乎不见呢 物态精灵向小敏友好地伸出了右手一指 只见带着闪光的像地球两极的极光的精灵飘 移至小敏的面前 使劲儿地微笑 却迟迟不肯与小敏握手 小敏感到特别尴尬 并有些不悦 精灵 你可能不知道 这是等离子态精灵 其实特别友好 让他介绍自己吧 离子态 你别生气 我不能和你握手 是因为我害怕电着你啊 小敏 没关系的 你快点告诉我 你们的故事吧 离子态 你们人类在自然界的环境中 自然常见的物质存在的状态是固态 液态和气态 所以你们对我们都不太了解 你们地球的极光就是我们的同民族兄弟姐妹 小敏 我明白了 可是我还是缺乏对你们的认识 你多介绍点吧 离子态 乐意为你服务 我们民族的名称叫等离子体 Plasma 是一种由自由电子和带电离子为主要成分 的物质形态 广泛存在于宇宙中 常被视为是物质的第四态 被称为等离子态 或者 超气 态 也称 电浆体 等离子体具有很高的电导率 与电磁场存在极强的耦合作用 地球上 我们等离子体是由人类克鲁克斯在 1879 年发现的 1928 年美国科学家欧文 朗缪尔和汤克 斯 Tonks 首次将 Plasma 一词引入物理学 用来描述气体放电管里的物质形态 Plasma 是源自希腊文 意为可形塑的物体 此字有随着容器形状改变自身形状之意 如人类灯管中 的等离子体会随着灯管的形状改变自身的形状 严格来说 等离子体是具有高位能动能的 气体团 等离子体的总带电量仍是中性 借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出 结果 电子已不再被束缚于原子核 而成为高位能高动能的自由电子 等离子体通常被视为物质除固态 液态 气态之外存在的第四种形态 如果对气 体持续加热 使分子分解为原子并发生电离 就形成了由离子 电子和中性粒子组成的气体 这种状态称为等离子体 除了加热之外 还可以利用如加上强电磁场等方法使其解离 等离子体是宇宙中存在最广泛的一种物态 目前观测到的宇宙物质中 99 都是等 离子体 虽然分布的范围很稀薄 等离子态常被称为 超气态 它和气体有很多相似之处 比如 没有确定形状和 体积 具有流动性 但等离子也有很多独特的性质 等离子体中的粒子具有群体效应 只要 一个粒子扰动 这个扰动会传播到每个等离子体中的电离粒子 等离子体本身亦是良导体 小敏 原来等离子体是带电的 所以你只对我微笑而不握手 我想 整个宇宙中最多的 物质存在状态是等离子态 其实你们我国数量最多的居民应该是你们 对吧 精灵 离子态 非常正确 我们各民族都能和谐相处 小敏 我这次来的目的是特别想弄明白 为什么固态 液态和气态的特征不相同呢 精灵 这个不难 让我们的智慧精灵告诉你其中的哲理 只见一个银胡须飘飘 戴着眼镜的 但是精神矍铄的老精灵闪现在小敏的面前 智慧精灵 小伙子 乐意与你交流 探讨 智慧精灵手一指 面前出现了像液晶电视的幕布 智慧精灵一边解说 幕布上同步展 现以下的内容及相关图片或视频 幕布演示 1 固态 严格地说 物理上的固态应当指 结晶态 也就是各种各样晶体所具有的状态 最常见的晶体 是食盐 化学成份是氯化钠 化学符号是 NaCl 你拿一粒食盐观察 最好是粗制盐 可以看到它由许 多立方形晶体构成 如果你到地质博物馆还可以看到许多颜色 形状各异的规则晶体 十分漂亮 物质 在固态时的突出特征是有一定的体积和几何形状 在不同方向上物理性质可以不同 称为 各向异性 有一定的熔点 就是熔化时温度不变 在固体中 分子或原子有规则地周期性排列着 就像我们全体做操时 人与人之间都等距离地 排列一样 每个人在一定位置上运动 就像每个分子或原子在各自固定的位置上作振动一样 我们将晶 体的这种结构称为 空间点阵 结构 2 液态 液体有流动性 把它放在什么形状的容器中它就有什么形状 此外与固体不同 液体还有 各 向同性 特点 不同方向上物理性质相同 这是因为 物体由固态变成液态的时候 由于温度的升高使 得分子或原子运动剧烈 而不可能再 保持原来的固定位置 于是就产生了流动 但这时分子或原子间的 吸引力还比较大 使它们不会分散远离 于是液体仍有一定的体积 实际上 在液体内部许多小的区域 仍存在类似晶体的结构 类晶区 流动性是 类晶区 彼此间可以移动形成的 我们打个比喻 在 柏油路上送行的 车流 每辆汽车内的人是有固定位置的一个 类晶区 而车与车之间可以相对运动 这就造成了车队整体的流动 3 气态 液体加热会变成气态 这时分子或原子运动更剧烈 类晶区 也不存在了 由于分子或原子间 的距离增大 它们之间的引力可以忽略 因此气态时主要表现为分子或原子各自的无规则运动 这导致 了我们所知的气体特性 有流动性 没有固定的形状和体积 能自动地充满任何容器 容易压缩 物理 性质 各向同性 显然 液态是处于固态和气态之间的形态 4 非晶态 特殊的固态 普通玻璃是固体吗 你一定会说 当然是固体 其实 它不是处于固态 结晶态 对这一点 你一定会奇怪 这是因为玻璃与晶体有不同的性质和内部结构 你可以做一个实验 将玻璃放在火中加热 随温度逐渐升高 它先变软 然后逐步地熔化 也 就是说玻璃没有一个固定的熔点 此外 它的物理性质也 各向同性 这些都与晶体不同 经过研究 玻璃内部结构没有 空间点阵 特点 而与液态的结构类似 只不过 类晶区 彼此不能移 动 造成玻璃没有流动性 我们将这种状态称为 非晶态 严格地说 非晶态固体 不属于固体 因为固体专指晶体 它可以看作一种极粘稠的液体 因 此 非晶态 可以作为另一种物态提出来 除普通玻璃外 非晶态 固体还很多 常见的有橡胶 石蜡 天然树脂 沥青和高分子塑料等 5 液晶态 结晶态和液态之间的一种形态 液晶 现在对我们已不陌生 它在电子表 计算器 手机 传呼机 微型电脑和电视机等的 文字和图形显示上得到了广泛的应用 液晶 这种材料属于有机化合物 迄今人工合成的液晶已达 5000 多种 这种材料在一定温度范围内可以处于 液晶态 就是既具有液体的流动性 又具有晶体在光学性质上的 各向异性 它对外界因素 如热 电 光 压力等 的微小变化很敏感 我们正是利用这些特性 使 它在许多方面得到应用 上述几种 物态 在日常条件下我们都可以观察到 但是随着物理学实验技术的进步 在超高 温 超低温 超高压等条件下 又发现了一些新 物态 6 超高温下的等离子态 这是气体在约几百万度的极高温或在其它粒子强烈碰撞下所呈现出的物态 这时 电子从原子 中游离出来而成为自由电子 等离子体就是一种被高度电离的气体 但是它又处于与 气态 不同的 物态 等离子态 太阳及其它许多恒星是极炽热的星球 它们就是等离子体 宇宙内大部分物质都是等离子体 地球上也有等离子体 高空的电离层 闪电 极光等等 日光灯 水银灯里的电离气体则是人造的等离 子体 7 超高压下的超固态 在 140 万大气压下 物质的原子就可能被 压碎 电子全部被 挤出 原子 形成电子气体 裸露的原子核紧密地排列 物质密度极大 这就是超固态 一块乒乓球大小的超固态物质 其质量至少 在 1000 吨以上 已有充分的根据说明 质量较小的恒星发展到后期阶段的白矮星就处于这种超固态 它的平均密度是水 的几万到一亿倍 8 超高压下的中子态 在更高的温度和压力下 原子核也能被 压碎 我们知道 原子核由中子和质子组成 在更高 的温度和压力下质子吸收电子转化为中子 物质呈现出中子紧密排列的状态 称为 中子态 已经确认 中等质量 1 44 2 倍太阳质量 的恒星发展到后期阶段的 中子星 是一种密度比白矮星 还大的星球 它的物态就是 中子态 更大质量恒星的后期 理论预言它们将演化为比中子星密度更大的 黑洞 目前还没有直接的 观测证实它的存在 至于 黑洞 中的超高压作用下物质又呈现什么物态 目前一无所知 有待于今后 的观测和研究 物质在高温 高压下出现了反常的物态 那么在低温 超低温下物质会不会也出现一些特殊的形态呢 下面讲到的两种物态就是这类情况 9 超导态 超导态是一些物质在超低温下出现的特殊物态 最先发现超导现象的 是人类荷兰物理学家卡 麦林 昂纳斯 1853 1926 年 1911 年夏天 他用水银做实验 发现温度降到 4 173K 的时候 约 269 水银开始失去电阻 接着他又发现许多材料都又有这种特性 在一定的临界温度 低温 下失 去电阻 请阅读 低温和超导研究的进展 专题 卡麦林 昂纳斯把某些物质在低温条件下表现出电阻 等于零的现象称为 超导 超导体所处的物态就是 超导态 超导态在高效率输电 磁悬浮高速列车 高精度探测仪器等方面将会给人类带来极大的益处 超导态的发现 尤其是它奇特的性质 引起全世界的关注 人们纷纷投入了极大的力量研究超 导 至今它仍是十分热门的科研课题 目前发现的超导材料主要是一些金属 合金和化合物 已不下几 千种 它们各自对应有不同的 临界温度 目前最高的 临界温度 已达到 130K 约零下 143 摄氏度 各国科学家正在拼命努力向室温 300K 或 27 的临界温度冲刺 超导态物质的结构如何 目前理论研究还不成熟 有待继续探索 10 超流态 超流态是一种非常奇特的物理状态 目前所知 这种状态只发生在超低温下的个别物质上 1937 年 前苏联物理学家彼得 列奥尼多维奇 卡皮察 1894 1984 年 惊奇地发现 当液态 氦的温度降到 2 17K 的时候 它就由原来液体的一般流动性突然变化为 超流动性 它可以无任何阻 碍地通过连气体都无法通过的极微小的孔或狭缝 线度约 10 万分之一厘米 还可以沿着杯壁 爬 出 杯口外 我们将具有超流动性的物态称为 超流态 但是目前只发现低于 2 17K 的液态氦有这种物态 超流态下的物质结构 理论也在探索之中 上面介绍的只是迄今发现的 10 种物态 有文献归纳说还存在着更多种类的物态 例如 超离 子态 辐射场态 量子场态 限于篇幅 这里就不一一列举了 我们相信 随着科学的发展 我们一定 会认识更多的物态 解开更多的谜 并利用它们奇特的性质造福于人类 智慧精灵 微微一笑 物态王国的博物馆时刻向你开放 欢迎你下次再来做客 再见 小敏 非常感谢你智慧精灵爷爷和物态精灵先生 谢谢物态王国的款待 我也要回去了 我要把物态王国汲取的物态知识营养后与同学们交流 智慧精灵 你是一个聪明的思维敏捷的孩子 再见 精灵 那么 让我送你回去吧 物态精灵的玲珑棒一指 一列像胶囊的 真空磁浮列车 又停在精灵与小敏面前 的五彩真空的管状轨道内 他们穿上真空服 坐上了 真空磁浮列车 不宵片刻 小敏发 现自己已经站在自己的卧室内 精灵 再见 小敏 后悔有期 谢谢你带我认识的物态世界的真谛 我会想你和你们的物态精灵王国 的 我们一起来讨论吧我们一起来讨论吧 一 基本知识 物质的状态及基本特征 1 自然界常见的物质可分为三种状态 它们分别是 2 宇宙中绝大多数物质是以 形式存在 3 固态物质具有 的形状和 的体积 以固态形式存在的物体叫做 液态物质具有 的形状和 的体积 以液态形式存在的物体叫做 气态物质具有 的形状和 的体积 以气态形式存在的物体叫做 4 固态物质的分子间的引力非常大 因此 固态物质的分子只能在原位置附近振动 因此 固体有 液态物质的分子间的引力 因此 液态物质的分子只能 因此 液体 气态物质的分子间的引力 因此 气态物质的分子 只能 因此 气体 二 专题练习 1 通常情况 下列物质属于液体的是 A 酒精 B 冰 C 氧气 D 玻璃 答案 1 A 2 下列各组自然现象中 水都表现为液态的是 A 冰 露 B 雪 霜 C 雾 露 D 雨 雹 答案 2 C 3 2010 海南 关于液体 下列说法不正确的是