高二物理選修3-3 固體、液體

高二物理選修3-3固體、液體【知識(shí)要點(diǎn)】1．晶體和非晶體：晶體在外觀上有規(guī)則的幾何形狀，有確定的熔點(diǎn)，一些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性；非晶體在外觀上沒有規(guī)則的幾何形狀，沒有確定的熔點(diǎn)，一些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性．同種物質(zhì)也可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，也就是說，物質(zhì)是晶體還是非晶體，并不是絕對(duì)的。例如，天然水晶是晶體，而熔化以后再凝結(jié)的水晶（即石英玻璃）就是非晶體．幾乎所有的材料都能成為非晶體，有些非晶體在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為晶體。２．單晶體和多晶體：如果一個(gè)物體就是一個(gè)完整的晶體，例如雪花、食鹽小顆粒等．這樣的晶體就叫做單晶體．單晶體是科學(xué)技術(shù)上的重要原材料，例如，制造各種晶體管就要用純度很高的單晶硅或單晶鍺；如果整個(gè)物體是由許多雜亂無章地排列著的小晶體組成的，這樣的物體就叫做多晶體．由許多食鹽單晶體粘在一起而成大塊的食鹽，就是多晶體．我們平常見到的各種金屬材料，也是多晶體．多晶體沒有規(guī)則的幾何形狀，也不顯示各向異性，但是同單晶體一樣，仍有確定的熔點(diǎn)．３．表面張力：如果在液體表面任意畫一條線，線兩側(cè)的液體之間的作用力是引力，它的作用是使液體表面繃緊，所以叫做液體的表面張力。液體的表面張力使液面具有收縮的趨勢(shì)。４．浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)：一種液體會(huì)潤(rùn)濕某種固體并附著在固體的表面上，這種現(xiàn)象叫做浸潤(rùn)；一種液體不會(huì)潤(rùn)濕某種固體，也就不會(huì)附著在這種固體的表面，這種現(xiàn)象叫做不浸潤(rùn)。浸潤(rùn)液體在細(xì)管中上升的現(xiàn)象，以及不浸潤(rùn)液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象，稱為毛細(xì)現(xiàn)象。由于液體浸潤(rùn)管壁，液面邊緣部分的表面張力斜向上方，這個(gè)力使管中液體向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)管中液體上升到一定高度，液體所受重力與液面邊緣所受向上的力平衡，液面穩(wěn)定在一定高度。對(duì)于一定的液體和一定材質(zhì)的管壁，管的內(nèi)徑越小，液體所能達(dá)到的高度越高。５．液晶：液晶是一種特殊的物質(zhì)，它既具有液體的流動(dòng)性，又像某些晶體那樣具有光學(xué)各向異性。有些物質(zhì)在特定的溫度范圍之內(nèi)具有液晶態(tài)；另一些物質(zhì)，在適當(dāng)?shù)娜軇┲腥芙鈺r(shí)，在一定的濃度范圍具有液晶態(tài)。不是所有物質(zhì)都具有液晶態(tài)?！镜湫屠}】例1．關(guān)于晶體和非晶體，下列說法中正確的是

（

）A．單晶體具有各向異性B．多晶體也具有各向異性C．非晶體的各種物理性質(zhì)，在各個(gè)方向上都是相同的D．晶體的各種物理性質(zhì)，在各個(gè)方向上都是不同的例2．如圖所示，食鹽的晶體是由鈉離子和氯離子組成的。這兩種離子在空間中三個(gè)互相垂直的方向上都是等距離地交錯(cuò)排列的，已知食鹽的摩爾質(zhì)量是58.5g/mol，食鹽的密度是2.2×103kg/m3，阿伏加德羅常數(shù)是6.0×1023mol－1A．3.0×10－10B．3.5×10－10C．4.0×10－10D．5.0×10－10例３．在航天飛機(jī)中，有兩個(gè)圓柱形潔凈玻璃容器，其中分別封裝有水和水銀，如圖甲所示。當(dāng)航天飛機(jī)繞地球航行處于完全失重狀態(tài)時(shí)，兩容器中的液面呈什么形狀？水水水銀甲例4．將不同材料制成的甲、乙細(xì)管插入相同的液體中，甲管內(nèi)液面比管外液面低，乙管內(nèi)液面比管外液面高，則：

（

）A．液體對(duì)甲材料是浸潤(rùn)的B．液體對(duì)乙材料是浸潤(rùn)的C．甲管中發(fā)生的不是毛細(xì)現(xiàn)象，而乙管中發(fā)生的是毛細(xì)現(xiàn)象D．若甲、乙兩管的內(nèi)徑變小，則甲管內(nèi)液面更低，乙管內(nèi)液面更高【當(dāng)堂反饋】１．某種固體制成的均勻薄片，將其一個(gè)表面涂上一層很薄的石臘，然后用燒熱的鋼針去接觸其表面，發(fā)現(xiàn)石臘熔化區(qū)域呈圓形，由此可判定該薄片一定是非晶體，這種說法是否正確？為什么？2．關(guān)于液體的表面張力，下述說法哪個(gè)是錯(cuò)誤的？

（

）A．表面張力是液面各部分間相互吸引的力，方向與液面相平行B．表面張力是液面分子間作用力的宏觀體現(xiàn)

C．表面層里分子距離比液體內(nèi)部小些，分子間表現(xiàn)為引力

D．不論是水還是水銀，表面張力都要使液面收縮3．若液體對(duì)某種固體是浸潤(rùn)的，當(dāng)液體裝在由這種固體物質(zhì)做成的細(xì)管中時(shí)，則

（

）A．附著層分子密度大于液體內(nèi)分子的密度B．附著層分子的作用力表現(xiàn)為引力C．管中的液面一定是凹彎月面D．液面跟固體接觸的面積有擴(kuò)大的趨勢(shì)4．用內(nèi)徑極小的細(xì)玻璃管制成的水銀氣壓計(jì)，其讀數(shù)與實(shí)際氣壓相比是偏高還是偏低？為什么？作業(yè)本：1．下列固體中全是由晶體組成的是（ ）A．石英、云母、明礬、食鹽、雪花、銅B．石英、玻璃、云母、銅C．食鹽、雪花、云母、硫酸銅、松香D．蜂蠟、松香、橡膠、瀝青2．關(guān)于晶體和非晶體，正確的說法是：Ａ．它們由不同的空間點(diǎn)陣構(gòu)成的Ｂ．晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是有規(guī)則地排列的，而非晶體內(nèi)部物質(zhì)微粒排列是不規(guī)則的Ｃ．晶體內(nèi)部的微粒是靜止的，而非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是不停地運(yùn)動(dòng)著Ｄ．在物質(zhì)內(nèi)部的各個(gè)平面上，微粒數(shù)相等的是晶體，數(shù)是不等的是非晶體3．在密閉的容器內(nèi)，放置一定量的液體，如圖（a）所示，若將此容器置于在軌道上正常運(yùn)行的人造地球衛(wèi)星上，則容器內(nèi)液體的分布情況，應(yīng)是（ ）A．仍然如圖（a）所示B．只能如圖（b）中⑴所示C．可能如網(wǎng)（b）中⑶或可能⑷所示D．可能如圖（b）中⑴或可能⑵所示４．關(guān)于石墨與金剛石的區(qū)別，下列說法中正確的是

（

）A．石墨與金剛石是由不同物質(zhì)生成的不同晶體B．石墨和金剛石是由同種物質(zhì)生成的不同微觀結(jié)構(gòu)的晶體C．金剛石中原子間作用力比石墨的大，金剛石有很大的硬度D．金剛石是單晶體，石墨是多晶體５．有一塊長(zhǎng)方形的銅條，有關(guān)它的三種說法：①這是一塊單晶體，因?yàn)樗幸?guī)則的幾何形狀②這是一塊多晶體，因?yàn)樗鼉?nèi)部的分子排列是不規(guī)則的③這是一塊非晶體，因?yàn)樗奈锢硇再|(zhì)是各向同性的，這三種說法中（

）A．①、②是錯(cuò)的

B．②、③是錯(cuò)的

C．①、③是錯(cuò)的

D．都是錯(cuò)的６．由同種物質(zhì)微粒組成但微觀結(jié)構(gòu)不同的兩種晶體，這兩種晶體一定是

（

）A．物理性質(zhì)相同，化學(xué)性質(zhì)不相同

B．物理性質(zhì)不相同，化學(xué)性質(zhì)相同C．物理性質(zhì)相同，化學(xué)性質(zhì)相同D．物理性質(zhì)不相同，化學(xué)性質(zhì)不相同７．在樣本薄片上均勻地涂上一層石蠟，然后用灼熱的金屬針尖點(diǎn)在樣本的另一側(cè)面，結(jié)果得到如圖所示的兩種圖樣，則（ ）A．樣本A一定是非晶體B．樣本A可能是非晶體C．樣本B一定是晶體D．樣本B不一定是晶體８．關(guān)于液晶下列說法正確的是（

）A．液晶是液體和晶體的混合物B．液晶分子在特定方向排列比較整齊，但不穩(wěn)定

C．電子手表中的液晶在外加電壓的影響下，能夠發(fā)光D．所有物質(zhì)在一定條件下都能成為液晶９．浸潤(rùn)的液體在毛細(xì)管接觸處，引起液面成形彎月面，力圖使液面，而表面張力的收縮作用力圖使液面，于是管內(nèi)液體以達(dá)到目的，直到因表面張力而使液體受到的向上的拉引力作用和相平衡時(shí)，管內(nèi)液體便停止上升。H′HA１０．H′HA１１．如圖所示，在水中插入兩個(gè)同樣內(nèi)徑的毛細(xì)管：一個(gè)是直的，另一個(gè)是彎的。直管中水上升的高度H超過彎管的高度H′，在彎管中有水不斷流出嗎？１２.試解釋下列現(xiàn)象：⑴手套被雨水浸濕后很難從手上脫下；⑵將一枚硬幣輕輕置于水面，可以漂浮于水面而不沉下去。此時(shí)與硬幣重力相平衡的是什么力？如有兩枚硬幣漂浮于水面上，且兩者間距約1cm時(shí)，兩硬幣會(huì)急劇地相吸靠近，為什么？⑶建筑樓房時(shí)，常在砌磚的地基上鋪一層油氈防潮層。如果不鋪這層油氈，樓房就容易受潮，為什么？１３．如圖所示是測(cè)定肥皂液表面張力系數(shù)的裝置,均勻的杠桿支點(diǎn)O在中央,矩形銅絲框的質(zhì)量為0.4g,其兩腳間的距離L=5cm；將其懸于杠桿上右端距中央L1=15cm的A處。實(shí)驗(yàn)時(shí)將銅絲框浸沒在肥皂水中,在杠桿左端掛一個(gè)1g的砝碼,將肥皂水杯緩緩下移,使框上部離開液面形成肥皂膜。此時(shí)若將砝碼移到距杠桿中央L2=12cm的B處時(shí),杠桿剛好處于平衡狀態(tài)。試據(jù)此計(jì)算肥皂液的表面張力系數(shù)。(提示：表面張力的大小與液面邊界線長(zhǎng)度（設(shè)為L(zhǎng)）成正比，可以表示為：f=αL，

式中α稱為表面張力系數(shù)，它表示液面單位長(zhǎng)度的邊界線上所受的表面張力的大小，g=10m/s2．)【典型例題】例1：ACD。具體到某種晶體，它可能只是某種物理性質(zhì)各向異性較明顯。如云母片就是導(dǎo)熱性明顯，方解石則是透光性明顯。但籠統(tǒng)提晶體就說各種物理性質(zhì)是各向異性。例2：解析：食鹽的摩爾體積V＝EQ\F(M,ρ)，其中M為食鹽的摩爾質(zhì)量，ρ為食鹽的密度。1mol食鹽中有N個(gè)NaCl分子，即N個(gè)鈉離子和N個(gè)氯離子。因此，每個(gè)離子所占小立方體的體積為：V0＝EQ\F(V,2N)＝EQ\F(V,2Nρ)小立方體的邊長(zhǎng)l＝EQ\r(3,V0)＝EQ\r(3,\F(V,2Nρ))兩個(gè)鈉離子最近的距離d為邊長(zhǎng)的EQ\r(,2)倍，所以d＝EQ\r(,2)l＝EQ\r(,2)EQ\r(3,\F(V,2Nρ))代入數(shù)據(jù)可得d＝3.97×10－10m水水銀乙例3：解析：當(dāng)航天飛機(jī)處于失重狀態(tài)時(shí)，液體僅受表面張力的作用，使其自由表面收縮到最小狀態(tài)，所以兩者的自由表面都呈球形，但由于水能完全浸潤(rùn)玻璃，水銀幾乎完全不能浸潤(rùn)玻璃，所以水和水銀的液面分別呈如圖水水銀乙例4：BD。液體對(duì)固體浸潤(rùn)的情況下，在附著層分子的排斥力和表面層分子的吸引力的共同作用下，液面將上升，所以A錯(cuò)B對(duì)；毛細(xì)現(xiàn)象是指浸潤(rùn)液體在細(xì)管中上升的現(xiàn)象，以及不浸潤(rùn)的液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象，所以C錯(cuò)；在液體和毛細(xì)管材料一定的情況下，管越細(xì)毛細(xì)現(xiàn)象越明顯，所以D對(duì)。【當(dāng)堂反饋】1．解析：這種說法是錯(cuò)誤的。這是因?yàn)殡m然實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是石臘熔化區(qū)域呈圓形，說明該薄片在導(dǎo)熱性能方面表現(xiàn)為各向同性，但表現(xiàn)出各向同性的固體有兩類，即非晶體和多晶體，所以不能斷定該薄片是非晶體。其實(shí)，即使是單晶體，在導(dǎo)熱性能方面也可能是各向同性。2．C．在液體與氣體相接觸的表面層中，液體分子的分布較內(nèi)部稀疏，即分子間距大于r0，分子間表現(xiàn)為引力，其宏觀表現(xiàn)是使液面收縮，好像繃緊的橡皮膜一樣。所以錯(cuò)誤的只有C選項(xiàng)。3．ACD。這首先是浸潤(rùn)現(xiàn)象，這時(shí)固體分子與液體分子間的引力相當(dāng)強(qiáng)，造成附著層內(nèi)分子的分布比液體內(nèi)部更密，這樣就會(huì)使附著層內(nèi)分子間出現(xiàn)了相互排斥力，使液體跟固體接觸的面積有擴(kuò)大的趨勢(shì)，所以液面中部位置較低，成為凹彎月面。因此正確的選項(xiàng)是ACD。4．解析：水銀與玻璃是不浸潤(rùn)的，水銀氣壓計(jì)中的水銀面是凸形彎月面：彎月面和玻璃管接觸的交界處的表面張力有一個(gè)豎直向下的分力，因而產(chǎn)生了一個(gè)附加壓強(qiáng)。附加壓強(qiáng)ps和水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)同向。所以有p＝ps＋ρgh 式中p為管外的大氣壓強(qiáng)，ρgh為管內(nèi)水銀柱的壓強(qiáng)。ps為因液體表面張力而產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)，且內(nèi)徑越小，ps越大，所以液柱偏低，即用內(nèi)徑極細(xì)的玻璃管制成的水銀氣壓計(jì)，其讀數(shù)與實(shí)際氣壓相比是偏低。作業(yè)本：1．A2．Ｃ．空間點(diǎn)陣是晶體的特殊結(jié)構(gòu)，是晶體的一個(gè)特性。所以Ａ是錯(cuò)誤的。組成物體的微粒永遠(yuǎn)在作熱運(yùn)動(dòng)，不管是晶體還是非晶體。所以Ｂ是錯(cuò)的。非晶體就提不到什么層面的問題，即使是晶體各個(gè)層面也不見得相等。所以Ｄ也是錯(cuò)的。3．D．由于不知液體是否能完全浸潤(rùn)容器，還是完全不能浸潤(rùn)容器，所以液面可能如圖（b）中⑴或可能⑵所示形狀。4．BC。石墨和金剛石的化學(xué)成分相同，即是同種物質(zhì)，但它們的微觀結(jié)構(gòu)不同，所以構(gòu)成不同的晶體，具有不同的性質(zhì)。5．D．銅條雖具有規(guī)則的幾何形狀，但它是多晶體，其分子排列是規(guī)則的，但構(gòu)成多晶體的顆粒的排列是不規(guī)則的，所以D對(duì)。6．D．同種物質(zhì)構(gòu)成的不同晶體叫同素異形體，因其分子結(jié)構(gòu)不同，所以其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都不相同。所以D對(duì)。7．ＢＣ8．B．液晶是一些物質(zhì)在特殊情況下形成的一種介于液體和晶體的物質(zhì)形態(tài)，其微觀結(jié)構(gòu)是分子排列較有序，但很不穩(wěn)定，容易發(fā)生變化。電子手表中的液晶是利用其對(duì)光的特性，外加電場(chǎng)可以影響其對(duì)光的穿透能力，并不是自己發(fā)光。所以B正確。9．凹，擴(kuò)展，收縮，上升，表面最小，上升液柱的重力10．外加電壓的影響下，會(huì)由透明狀態(tài)變成混濁狀態(tài)而不透明，去掉電壓后，又會(huì)恢復(fù)透明；溫度改變時(shí)會(huì)改變顏色.隨著溫度的上升，液晶按紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的順序改變顏色，溫度降低，又按相反順序改變顏色。11．解析：由于H＞H′，故水一定能經(jīng)過彎管的最高點(diǎn)，并到達(dá)管口A。為了確定管口A處液面的形狀，我們可先假設(shè)該處液面呈平面狀?？紤]到液面下方為大氣，壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)，則液面上方的壓強(qiáng)一定小于大氣壓強(qiáng)，因此，A處的液面不可能呈平面狀，而是向管內(nèi)呈凹形?？梢?，管中的水不可能從管口A處不斷地流出。本題也可換一角度思考：如果水會(huì)不斷流出，這整個(gè)裝置就構(gòu)成了一個(gè)永動(dòng)機(jī)，顯然違反了能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。12．解析：⑴因?yàn)闈袷痔椎睦w維間的空隙中有液體，液體跟空氣接觸的表面層具有收縮趨勢(shì)，這種收縮趨勢(shì)使手套纖維間距離縮小，于是手套的表面積減小，使手套緊箍在手上很難脫下。⑵硬幣能浮于水面，是由于硬幣經(jīng)常和手接觸，其表面有一層油脂，水對(duì)其不浸潤(rùn)，在硬幣的重力作用下，硬幣使水面向下凹，