高二物理物态和物态变化知识精讲.docx

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高二物理物态和物态变化知识精讲

高二物理物态和物态变化知识精讲

一.本周教学内容：

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，