高中物理必备知识点：物态和物态变化相关 6页

物态和物态变化 一、考纲解读 72、固体的微观结构，晶体和非晶体 Ⅰ 73、液体的表面张力现象 Ⅰ[来源:学 科网] 对浸润和不浸润的现象，毛细现象 的解释不作要求 74、液晶的微观结构 Ⅰ 76、饱和汽和饱和汽压 Ⅰ 相对湿度的计算不作要求 《大纲》对物态和物态变化这一章的内容要求全部为Ⅰ级要求，要求比较低，但是这一章的 内容比较抽象，难理解，会从宏观特征入手，认识固体、液体的微观结构。2008 年高考时， 对本章的内容没有涉及到，但是在 2009 年可能会以选择项的形式出现。 二、命题趋势 本章的知识点比较零碎，记忆性的东西比较多，在 2008 年的高考中并没有出现，在 2009 年的高考中，可能会以选择项的形式出现。在复习的时候结合大纲要对书本中的知识点、现 象加以理解、记忆。 三、教材内容及重难点剖析 固体 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)单晶体都具有规则的几何形状，非晶体和多晶体则没有 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。 单晶体是各向异性，多晶体是各向同性。 非晶体是各项同性。 （4）、晶体具有确定的熔点，非晶体无确定的熔点。 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．再在玻璃片上做同样的实验. 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． 2、 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． 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． 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．[来 源:Zxxk.Com] 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． 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．[来源:学+科+网 Z+X+X+K] 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． 液体 一.液体的微观结构 1、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。 2、 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。 3、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。 二.液体的表面张力 为什么叶面上的露珠，小水银滴，总是球形的？为什么由滴管口缓慢流出的液体不是连 续的液流而是连串的液滴？为什么一些昆虫可以停在水面上而不致沉入水里？…… 实验 1: 现象:刺破棉线左侧的薄膜，右侧的薄膜就会收缩，使棉线向右弯成弧形；刺破棉线右 侧的薄膜，左侧的薄膜就会收缩，使棉线向左弯成弧形． 实验 2: 现象:刺破棉线圈里的肥皂膜后，棉线圈外的薄膜就会收缩，使棉线圈张紧成圆形． 液体的表面就好像张紧的橡皮膜一样，具有收缩的趋势． 为什么液体表面具有收缩的趋势呢？[来源:学科网] • 液体表面有一层跟气体接触的薄层，叫做表面层 • 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，分子间的距离大，分子间的相互作用表现为引力． 如果在液面上划一条分界线 MN，把液面分为（1）和（2）两部分，那么，由于表面层 中分子间的引力，液面（1）对液面（2）有引力 F1 的作用，液面（2）对液面（1）有引力 F2 的作用，F1 和 F2 大小相等、方向相反． 像这种液面各部分间相互吸引的力，叫做表面张力． 液体的表面张力使液面具有收缩的趋势． 在体积相等的各种形状的物体中，球形物体的表面积最小，所以草叶上的露珠，小水银 滴等，都因表面张力使液面收缩而呈球形． 三.浸润和不浸润 放在洁净的玻璃板上的一滴水，会附着在玻璃板上形成薄层．把一块洁净的玻璃片浸入 水里再取出来，玻璃表面会沾上一层水．这种现象叫做浸润 对玻璃来说，水是浸润液体． 放在洁净的玻璃板上的一滴水银，能够在玻璃板上滚来滚去，而不附着在上面．把一 块洁净的玻璃片浸入水银里再取出来，玻璃上也不附着水银．这种现象叫做不浸润 对玻璃来说，水银是不浸润液体． 把浸润液体装在容器里，例如把水装在玻璃容器里，由于水浸润玻璃，器壁附近的液面向 上弯曲．把不浸润液体装在容器里，例如把水银装在玻璃容器里，由于水银不浸润玻璃，器 壁附近的液面向下弯曲． 同一种液体，对一些固体是浸润的，对另一些固体是不浸润的．水能浸润玻璃，但不 能浸润石蜡．水银不能浸润玻璃，但能浸润铅． 我们用的毛巾都是用能被水浸润的织物做成的．能够用墨水在纸上写字，是因为所用 的纸被墨水浸润．脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以便吸 取药水．各种游禽用嘴把由体内分泌出来的油脂涂在自己的羽毛上，使羽毛不被水浸润． 四.毛细现象 观察浸润液体和不浸润液体在细管里发生的现象． 把几根内径不同的细玻璃管插入水中，可以看到管里的水面比容器里的水面高．管的 内径越小，管里的水面越高． 如果把这些细玻璃管插入水银中，发生的现象正好相反，管里的水银面比容器里的水银 面低．管的内径越小，管里的水银面越低． 浸润液体在细管里上升的现象和不浸润液体在细管里下降的现象，叫做毛细现象． 能够发生毛细现象的管叫做毛细管． 原来，浸润液体跟毛细管内壁接触时，引起液面的弯曲，使液面变大．而表面张力的 收缩作用要使液面减小，于是管内液体随着上升，以减小液面．直到表面张力向上的拉引作 用跟管内升高的液柱的重力达到平衡时，管内液体停止上升，稳定在一定的高度． 毛巾吸汗，砖块吸水，粉笔吸墨水，都是常见的毛细现象．在纸张、棉花、毛巾、粉笔、 木材、土壤、砖块等物体内部有许多细小的孔道，起着毛细管作用． 应用:土壤里有很多毛细管，地下的水分可以沿着它们上升到地面．如果要保存地下的 水分，就要把地面的土壤锄松，破坏这些土壤里的毛细管．相反，如果想把地下的水分引上 来，就不仅要保持土壤里的毛细管，而且还要使它们变得更细，这时就要用滚子压紧土壤． 防止:在建筑房屋的时候，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸，防止地下的 水分沿着砸实的地基以及砖墙的毛细管上升，以使房屋保持干燥． 五.液晶 一方面像液体具有流动性，另一方面又像晶体，分子在特定方向排列比较整齐，具有 各向异性．人们把物质的这种状态叫做液晶态，把处于这种状态的物质叫做液晶． 液晶态是介于固态和液态之间的中间态． 组成晶体的物质微粒（分子，原子或离子）依照一定的规律在空间有序排列，构成空间点阵， 所以液晶表现为各向异性，液体却表现分子排列无序性和流动性，液晶分子既保持排列有序 性，保持各向异性，又可以自由移动，位置无序，因此也保持流动性。 六、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：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 （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。[来源:Zxxk.Com] 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。 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. （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. （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。 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 3 关于湿度计两个温度计的读数差的大小与湿度的对应关系及相对湿度的对应关系 四、典例分析 1.关于液体的表面张力的下列说法中正确的是（ ） A、由于液体的表面张力使表面层内液体分子间的平均距离小于 r0 B、由于液体的表面张力使表面层内液体分子间的平均距离大于 r0 C、产生表面张力的原因是表面层内液体分子间只有引力没有斥力 D、表面张力使液体的表面有收缩的趋势 分析与解：由分子运动论可知：在液体与空气接触面附近的液体分子，液面上方的空气分子 对它们的作用极其微弱，所以它们基本上只受到液体内部分子的作用，因而在液面处便形成 一个特殊的薄层，称为表面层。在液体表面层内，分子的分布比液体内部稀疏，它们之间的 距离 r>r0，分子间作用力表现为引力，因此液体表面有收缩的趋势。 2.下列现象中，由表面张力引起的现象是（ ） A、酒精和水混合后体积减小 B、水银温度计中的水银柱的升或降 C、荷叶上的小水球呈球形 D、洗头发时，当头发浸泡在水中时呈散开状，露出水面后头发聚拢到一起 分析与解 因为液体表面张力使液面具有收缩的趋势，故选项 C 和 D 是正确的。酒精和水混合 后体积减小，是由于分子间存在着空隙形成的。水银柱的升降是由于水银柱的热胀和冷缩造 成的。 3.分别画出细玻璃管中水银柱和水柱上下表面的形状 4.液体和固体接触时，附着层表面具有缩小的趋势是因为： A.附着层里液体分子比液体内部分子稀疏； B.附着层里液体分子相互作用表现为引力； C.附着层里液体分子相互作用表现为斥力； D.固体分子对附着层里液体分子的引力比液体分子之间的引力强。 分析：首先从题设中看出液体对固体来说是不浸润的，而后再对附着层液体分子的作用进行 研究。在出现不浸润现象时，在附着层里出现了眼表面张力相似的收缩力，即引力。并且附 着层里分子的分布，虽比起表面层要密一些，但比起液内还是要稀疏，所以附着层分子受引 力比液内分子受引力要大些。 5.分别画出插入在水槽和水银槽中的细玻璃管中液柱的大概位置： 6.液体在毛细管中，液面上升是由于液体 层分子的 力和 层分子间的 相互作用 的结果。当与上升液柱 相等时，液柱就不再上升。 附着层、相斥、表面层、表面张力、重力。 7.砖铺的地面为什么容易返潮？要想把凝在衣料上面的蜡或油脂去掉，只要把两层吸墨纸分别 放在这部分衣料的上面和下 面，然后用熨斗来熨就可以了．为什么这样做可以去掉衣料上的 蜡或油脂？ (因为土壤和砖块里都有许多细小孔道，这些细小孔道起着毛细管的作用，土壤中的水可以通 过这些毛细管上升到地面上来，所以容易返潮．) (放在衣料上、下的吸墨纸内有许多细小的孔道起着毛细管的作用．当蜡或油脂受热熔化成液 体后，由于毛细现象，它们就会被吸墨纸吸掉。) 8.关于液晶下列说法正确的是（ ） A．液晶是液体和晶体的混合物 B．液晶分子在特定方向排列比较整齐，但不稳定 C．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，能够发光 D．所有物质在一定条件下都能成为液晶 9.液晶只存在于一定的温度范围以内，温度低于这个温度范围的下限，液晶失去液体的流动性 成为_________；温度高于它的上限，液体变为各向同性的________。 (普通晶体，透明液体)