高二物理第九章 物态和物态变化 1~2节人教实验版知识精讲

高二物理第九章 物态和物态变化 1~2节人教实验版知识精讲

高二物理第九章 物态和物态变化 1~2节人教实验版 ‎ ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 第九章 物态和物态变化 1~2节 二. 知识要点：‎ ‎1. 知道晶体和非晶体、单晶体和多晶体及其区别 ‎2. 了解晶体的微观结构 ‎3. 了解液体的微观结构，知道表面张力、浸润和不浸润、毛细现象，了解液晶的应用 三. 教学重点、难点：‎ ‎（一）晶体和非晶体 ‎（1）晶体和非晶体在外形上的主要区别 ‎①在外形上晶体具有规则的几何形状，而非晶体则没有．‎ 食盐晶体、明矾晶体、石英晶体的形状虽然各不相同，但都有规则的几何形状，所以食盐、明矾、石英都是晶体，有些晶体可以有各种不同的几何形状，例如雪花可以有多种不同的几何形状．非晶体没有规则的几何形状．‎ ‎②在物理性质上：晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的．‎ 物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射能等．晶体的各向异性是指晶体在不同方向上物理性质不同，例如晶体在不同的方向上可以有不同的硬度、弹性、导热性能、导电性能等。‎ ‎③在熔点上：晶体具有一定的熔点，而非晶体则没有一定的熔点．‎ ‎（2）单晶体和多晶体 ‎①单晶体和多晶体的区别 单晶体是一个完整的晶体，而多晶体是由很多小晶体（称为晶粒）杂乱无章地排列而组成的．‎ 单晶体在物理性质上表现为各向异性，而多晶体在物理性质上表现为各向同性．‎ ‎②单晶体和多晶体的联系．‎ 多晶体和单晶体都有一定的熔点．‎ ‎（3）多晶体与非晶体 ‎①多晶体与非晶体的区别 多晶体有一定的熔点，而非晶体则没有一定的熔点．‎ ‎②多晶体与非晶体的相同之处在于：都没有规则的几何形状．在物理性质上是各向同性的．‎ 例1. 下列说法中，正确的是 A. 只要是具有各向异性的物体必定是晶体 B. 只要是不显示各向异性的物体必定是非晶体 C. 只要是具有确定的熔点的物体必定是晶体 D. 只要是不具有确定的熔点的物体必定是非晶体 ‎【解析】多晶体和非晶体都各向同性，只有单晶体各向异性，故B错，A对；晶体一定有确定的熔点，而非晶体无确定的熔点，故C、D均正确．‎ ‎【特别提示】判断晶体与非晶体的依据是看它们有无确定的熔点，只有单晶体才具有确定的几何形状和各向异性的特点，多晶体和非晶体没有确定的几何形状，在物理性质上是各向同性的．‎ ‎（4）晶体的微观结构 ‎<1>晶体的微观结构的特点 ‎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．‎ ‎②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．‎ ‎③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．‎ ‎<2>晶体表现为各向异性的原因 在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的．‎ 通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等．晶体的各向异性是指晶体在不同方向上物理性质不同，也就是沿不同方向去测试晶体的物理性能时测量结果不同．例如晶体在不同的方向还可以有不同的硬度、弹性、热膨胀性质、导电性能等．需要注意的是，晶体具有各向异性，并不是说每一种晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性，例如云母、石膏晶体在导热性上表现出显著的各向异性——沿不同方向传热的快慢不同；方铅矿晶体在导电性上表现出显著的各向异性——沿不同方向电阻率不同；立方形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿不同方向的弹性不同；方解石晶体在光的折射上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同．‎ 用微观结构理论解释晶体的特性 如图所示，这是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．因为晶体在沿不同的方向上，物质微粒的数目不同，即在不同方向上物质微粒的排列情况不同，从而引起晶体的不同方向上物理性质的不同．‎ 说明：有些物质在不同条件下生成不同的晶体，那是因为组成它们的微粒能够按照不同的规则在空间分布．例如：金刚石和石墨都是由碳元素构成的，它们有不同的点阵结构．‎ ‎<3>对晶体的熔化过程的解释 ‎①晶体的温度升高时，组成晶体的微粒运动加剧，当热运动达到足以破坏其空间排列的规律性时，晶体开始熔化，要破坏微粒空间排列的规律性就需要克服微粒的强大作用力做功，因为在晶体尚未全部熔化之前，吸收的热量全部用来破坏其空间排列的规律性，所以晶体熔化时有确定的熔点，虽然在熔化过程中不断地吸收热量，但温度并不升高，如果晶体全部熔化后仍吸收热量，温度将由熔点继续升高．‎ ‎②晶体熔化时温度不变 晶体熔化时温度保持不变，分子的平均动能不变，晶体熔化过程中吸收的热量使分子间的距离增大，全部用来增加分子的势能．因物体的内能是所有分子动能和分子势能的总和，所以晶体熔化时内能增大．‎ ‎<4>多晶体的微观结构及性质 多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体（晶粒）组成的．平常见到的各种金属材料都是多晶体．把纯铁做成的样品放在显微镜下观察，可以看到它是由许许多多晶粒组成的．晶粒有大有小，最小的只有10-5cm，最大的也不超过10－3cm．每个晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性的物理性质和规则的几何形状，因为晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性．它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性．多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点，而非晶体没有．‎ ‎（5）晶体和非晶体并不是绝对的，它们在一定条件下可以相互转化 例如，天然水晶是晶体，而熔化以后再凝固的水晶（即石英玻璃）就是非晶体．有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体．‎ 例2. 如图是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线下列说法正确的是 A. a是晶体 B. b是晶体 C. a是非晶体 D. b是非晶体 ‎【解析】‎ 晶体在熔化过程中，不断吸热，但温度却保持不变（熔点对应的温度）．而非晶体没有确定的熔点，不断加热，非晶体先变软，然后熔化，温度却不断上升，因此，a对应的是晶体，b对应的是非晶体．‎ ‎【特别提示】晶体开始熔解，熔解时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化．而对非晶体加热，先变软，然后变为粘滞性很大的液体，温度不断升高 例3. 晶体具有各向异性的特点是由于 A. 晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同 B. 晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同 C. 晶体内部结构的无规则性 D. 晶体内部结构的有规则性 ‎【解析】组成晶体的物质微粒是有规则排列的．由于在不同方向上物质微粒的排列情况不同，造成晶体在不同方向上的物理性质不同，选项A、D正确．‎ ‎（二）液体 ‎1. 液体的微观结构 ‎（1）液体的性质 液体的宏观性质包括：①液体具有一定的体积、不易被压缩．②液体没有一定的形状，具有流动性．③液体在物理性质上表现为各向同性．‎ ‎（2）液体的微观结构特点 ‎①液体分子的排列更接近于固体，是密集在一起的，因而液体具有一定的体积，不易压缩．‎ ‎②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做有规则的排列，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，液体由大量的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．‎ ‎③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，但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，又转移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的原因．‎ ‎④由于液体分子的移动比固体中分子移动容易得多，所以液体的扩散要比固体的扩散快．‎ 注意非晶体的微观结构跟液体非常相似，可以看做是粘滞性极大的流体，所以严格说来，只有晶体才能叫做真正的固体．‎ 例4. 关于液体和固体，以下说法正确的是 A. 液体分子间的相互作用比固体分子间的相互作用强 B. 液体分子同固体分子一样，也是密集在一起的 C. 液体分子的热运动没有固定的平衡位置 D. 液体的扩散比固体的扩散快 ‎【解析】液体具有一定的体积，是液体分子密集在一起的缘故，但液体分子间的相互作用不像固体微粒那样强，所以选项 B是正确的，选项A是错误的．液体具有流动性的原因是液体分子热运动的平衡位置不固定，液体分子之所以能在液体中移动也正是因为液体分子在液体里移动比固体容易，所以其扩散也比固体的扩散快，选项C、D都是正确的．该题的正确答案为B、C、D ‎2. 液体的表面张力 ‎（1）表面层：‎ 液体和气体相接触的一个薄层叫表面层．‎ 表面层中的分子要比液体内部稀疏些，即表面层中分子间的距离比液体内部的大一些，在表面层里分子间的相互作用表现为引力，使液面各部分分子之间产生相互作用力．‎ ‎（2）液体的表面张力 ‎①定义：如果在液体表面任意画一条线（如下图），线两侧的液体之间的作用力是引力，它的作用是使液体表面绷紧，所以叫做液体的表面张力．‎ ‎②现象解释 表面张力是表面层内分子力作用的结果．表面层里分子间的平均距离比液体内部分子间的距离大，于是分子间的引力和斥力比液体内部分子间的引力和斥力都有所减少，但斥力比引力减小得快，所以在表面层上划一条分界线MN时，两侧的分子在分界线上相互吸引的力将大于相互排斥的力．宏观上表现为分界线两侧的表面层相互拉引，即产生了表面张力．‎ 说明：①表面张力使液体自动收缩，由于有表面张力的作用，液体表面有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切．‎ ‎②表面张力的形成原因是表面层（液体跟空气接触的一个薄层）中分子间距离大，分子间的相互作用表现为引力．‎ ‎③表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关．‎ 例5. 液体表面具有收缩趋势的原因是 A. 液体可以流动 B. 液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离 C. 与液面接触的容器壁的分子，对液体表面分子有吸引力 D. 液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离 ‎【解析】由于液体表面层里分子间的距离大于液体内部分子间的距离，所以表面层里分子间的相互作用表现为引力；这种引力使液体表面层的相邻部分之间有相互吸引的力（即表面张力）．表面张力使液体表面具有收缩的趋势．选项D正确．‎ ‎【特别提示】明确表面张力产生的原因是液体表面层分子间距大于液体内部分子间距，使分子间作用力为引力．‎ ‎3. 浸润和不浸润 ‎（1）浸润 不浸润 ‎①浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上．这种现象叫做浸润．‎ ‎②不浸润：一种液体不会润湿某种固体也就不会附着在固体上．这种现象叫不浸润．‎ ‎（2）浸润与不浸润现象的分析 浸润与不浸润现象是分子力作用的表现．当液体与固体接触时，在接触处形成一个液体薄层，叫做附着层，附着层里的分子既受到固体分子的吸引，又受到液体内部分子的吸引，如果受到的固体分子的吸引比较弱，附着层里的分子就比液体内部稀疏，在附着层里就出现跟表面张力相似的收缩力，这里跟固体接触的液体表面有缩小的趋势，形成不浸润现象．相反，如果受到的固体分子的吸引相当强，附着层里的分子就比液体内部密，在附着层里就出现液体分子相互排斥的力，这时跟固体接触的液体表面有扩展的趋势，产生浸润现象．‎ 注意液体能否浸润固体，取决于两者的性质，而不单纯由液体或固体单方面性质决定，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，但能浸润锌．‎ 例6. 附着层里的液体分子比液体内部稀疏的原因是 A. 附着层里液体分子间的斥力强 B. 附着层里液体分子间的引力强 C. 固体分子对附着层里的液体分子的吸引，比液体内部分子的吸引弱 D. 固体分子对附着层里的液体分子的吸引，比液体内部分子的吸引强 ‎【解析】附着层里的分子既受到固体分子的吸引，又受到液体内部分子的吸引，如果受到的固体分子的吸引比较弱，附着层中的部分分子进入液体内部，从而使附着层的分子比液体内部稀疏，所以C正确，A、D错．对于B，虽然附着层分子稀疏，分子间的吸引强，这是附着层分子稀疏后的一个结果，并不是引起附着层分子稀疏的原因，因此B错．‎ 答案：C ‎4. 毛细现象 ‎（1）定义：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象．能够发生毛细现象的管叫毛细管．‎ ‎（2）特点 ‎①浸润液体在毛细管里上升后，形成凹月面．不浸润液体在毛细管里下降后形成凸月面．‎ ‎②毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管内径越小，高度差越大．‎ ‎（3）毛细现象的解释：‎ 当毛细管插入浸润液体中时，附着层里的排斥力使附着层沿管壁上升，这部分液体上升引起液面弯曲，呈凹形弯月面使液体表面变大，与此同时由于表面层的表面张力的收缩作用，管内液体也随之上升，直到表面张力向上的拉伸作用与管内升高的液体的重量相等时，达到平衡，液体停止上升，稳定在一定的高度．利用类似的分析，也可以解释不浸润液体在毛细管里下降的现象．‎ 例7. 把极细的玻璃管插入水中与水银中，如图所示，正确表示毛细现象的是 解析：可以从附着层和表面层的分子作用的共同贡献上解释．‎ 把细玻璃管插入水中，水对玻璃是浸润的．‎ ‎（1）由于附着层的分子斥力，使水沿管壁上升，液面弯曲．‎ ‎（2）液面弯曲后，表面积增大，在液体的表面张力作用下使液面收缩，带着表面层下的水柱上升——力图拉平弯月面．‎ ‎（3）液体上升后，因附着层的分子斥力，‎ 又使水沿管壁上升，引起液面弯曲，增大表面积．‎ ‎（4）表面张力的收缩作用，又使液体上升，减小表面积．‎ ‎（5）直到表面张力向上的拉引作用跟管内升高液柱所受的重力相等时，液面处于一个相对稳定的状态，使水在毛细管内升到一定的高度．‎ 把玻璃管插入水银中：‎ ‎（1）水银对玻璃不浸润，附着层内的水银分子分布比内部稀疏，附着层中出现了像表面层一样的吸引力，使水银在管壁处的液面向下弯曲．‎ ‎（2）液面弯曲后，表面积增大，在表面张力的作用下使液面收缩，于是带着表面层下的水银下降．‎ ‎（3）水银下降后，在附着层内分子引力的作用下，又使水银在管壁处下弯；在表面张力的作用下带着表面层下的水银继续下降．‎ ‎（4）直到表面张力向下的拉引作用跟管内液柱下降后，因内外液面高度差产生的向上的液体的静压力相等时，液柱不再下降，达到平衡．‎ 所以，管内水银面比容器内水银面低，也是附着层和表面层分子作用共同贡献的结果．‎ 所以A正确，B错误．C正确．D项中外面浸润，里面不浸润，所以是不可能的，故正确的为A、C．‎ ‎5. 液晶 ‎（1）定义 有些化合物像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，人们把处于这种状态的物质叫液晶．‎ ‎（2）液晶的特点 位置无序使它像液体，而排列有序使它像晶体，所以液晶是有晶体结构的液体．‎ 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的 无序性和流动性．液晶呢?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，因此也保持了流动性．‎ ‎（3）液晶的应用 在显示器方面的应用，是当前液晶最主要的应用方向．另外利用液晶和生物组织在特点上的相似性，液晶也被应用于科研当中．‎ 例8. 关于液晶，下列说法中正确的有 A. 液晶是一种晶体 B. 液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性 C. 液晶的光学性质随温度的变化而变化 D. 液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 ‎【解析】液晶的微观结构介于晶体和液体之间，虽然液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，选项A、B错误．‎ 外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质．温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质．选项C、D正确．‎ ‎【模拟试题】‎ ‎1. 下列各组物质中，全部是晶体的是（ ）‎ A. 石英、雪花、沥青 B. 食盐、橡胶、沥青 C. 雪花、食盐、石英 D. 雪花、橡胶、石英 ‎2. 因为晶体有确定的几何形状．所以（ ）‎ A. 玻璃砖是晶体 B. 细盐是非晶体 C. 云母片是晶体 D. 新买的橡皮擦是晶体 ‎3. 关于晶体和非晶体的说法，正确的是（ ）‎ A. 所有的晶体都表现为各向异性 B. 晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体 C. 大粒盐磨成细盐，就变成了非晶体 D. 所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体都没有确定的熔点 ‎4. 把薄片一面涂上一薄层石蜡，然后用烧热的钢针接触它的反面，熔化了的石蜡呈椭圆形，那么，这薄片是（ ）‎ A. 非晶体 B. 多晶体 C. 单晶体 D. 金属 ‎5. 下列说法错误的是 （ ）‎ A. 晶体具有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的 B. 有的物质能够生成种类不同的几种晶体，因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构 C. 凡各向同性的物质一定是非晶体 D. 晶体的各向异性是由晶体内部结构决定的 ‎6. 晶体具有各向异性的特征是由于 （ ）‎ A. 晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同 B. 晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同 C. 晶体内部结构有规则性 D. 晶体内部结构无规则性 ‎7. 关于石墨与金刚石的区别，下面说法正确的是（ ）‎ A. 石墨与金刚石是同种物质微粒组成，空间结构不同的晶体 B. 金刚石晶体结构紧密，所以质地坚硬．石墨晶体是层状结构，所以质地松软 C. 石墨与金刚石是不同物质的微粒组成的不同晶体 D. 石墨导电、金刚石不导电是由于组成它们的化学元素不同 ‎8. 下列说法正确的是（ ）‎ A. 多晶体没有确定的熔点 B. 多晶体对外显示各向异性 C. 多晶体是许多单晶体杂乱无章组合而成的 D. 多晶体可以用来制作晶体管、集成电路 ‎9. 关于液体，下列说法正确的是（ ）‎ A. 液体的性质介于气体和固体之间，更接近于气体 B. 液体表现出各向异性 C. 液体分子的热运动与固体类似，主要表现为在固定的平衡位置附近作微小振动 D. 液体的扩散比固体的扩散快 ‎10. 做这样的实验：如图所示，先把一个棉线圈拴在铁丝环上，再把环在肥皂水里浸一下，使环上布满肥皂的薄膜．如果用热针刺破棉线里那部分薄膜，则棉线圈将成为（ ）‎ A. 椭圆形 B. 长方形 C. 圆形 D. 任意形状 ‎11. 液体表面具有收缩趋势的原因是（ ）‎ A. 液体可以流动 B. 液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离 C. 与液体接触的容器壁的分子对液体表面分子有吸引力 D. 液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离 ‎12. 下列现象中，哪些主要是表面张力起了作用（ ）‎ A. 小缝衣针漂浮在水面上 B. 小木船漂浮在水面上 C. 荷叶上的小水珠呈球形 D. 慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不会流出来 ‎13. 液体的附着层具有收缩趋势的情况发生在（ ）‎ A. 液体不浸润固体的附着层 B. 表面张力较大的液体的附着层 C. 所有液体的附着层 D. 液体浸润固体的附着层 ‎14. 关于浸润和不浸润，下面说法正确的是（ ）‎ A. 水是浸润液体，水银是不浸润液体 B. 在内径小的容器里，如果液体能浸润器壁，液面呈凸形 C. 如果固体分子跟液体分子间的引力比较弱，就会形成浸润现象 D. 鸭的羽毛上有一层很薄的脂肪，使羽毛不被水浸润 ‎15. 下面哪些不是毛细现象 （ ）‎ A. 水银温度计里液柱的升高 B. 自来水笔从墨水瓶里把墨水吸进皮管中 C. 自来水笔里的墨水自动流到笔尖上 D. 水从植物根部被输送到树叶 ‎【试题答案】‎ ‎1. C 2. C 3. D 4. C 5. C 6. AC 7. AB 8. C 9. D 10. C ‎11. D 12. ACD 13. A 14. D 15. AB