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高中物理過程量和狀态量整理

教育 更新时间:2024-09-11 14:23:37

上一章我們研究了氣體的性質,這一章我們進一步來學習固體和液體的性質,最後我們來研究三者間物态的變化。對這一章高考的命題要求,依然是選擇題。

第一節我們先來研究固體的性質

一,固體的分類:晶體和非晶體

我們把日常生活中的常見固體分成兩類:一類像冰,石英(水晶),食鹽,硫酸銅,明礬,蔗糖等,我們稱它們為晶體;另外一類像蠟燭,松香,橡膠,瀝青,石蠟,玻璃等,我們稱之為非晶體。

高中物理過程量和狀态量整理(第九章固體液體和物态變化)1

晶體和非晶體的分類,是根據它們三個性質的區别。

1有無天然的幾何形狀

晶體有天然的幾何形狀,也就是說當它們從液體變為固體時會結晶出規則的形狀。

比方說:雪花是六邊形,食鹽是立方體。

高中物理過程量和狀态量整理(第九章固體液體和物态變化)2

非晶體則不具有天然的幾何形狀。

需要注意的是:晶體可以進一步分類成單晶體和多晶體。比如單片雪花,單個食鹽微粒是單晶體。

而大量的多個單晶體雜亂無章組合而成的晶體,就是多晶體。比方說雪花做成的雪球,許多食鹽微粒粘在一起的大鹽塊,許多蔗糖粘在一起的大糖塊。常見的金屬也是多晶體。

高中物理過程量和狀态量整理(第九章固體液體和物态變化)3

單晶體有天然的幾何形狀,多晶體則沒有天然的幾何形狀。

2有無确定的熔點

對于晶體,無論是單晶體還是多晶體,加熱到一定的溫度才開始融化。晶體有明确的熔點。比方說冰在标準大氣壓下,熔點是0攝氏度。

高中物理過程量和狀态量整理(第九章固體液體和物态變化)4

對于非晶體,從開始加熱就開始融化,沒有一個固體液體之間清晰的界限,沒有明确的熔點。比方說夏天暴曬變軟的瀝青,拿在手裡變軟的蠟燭。

3有無各向異性

我們來看課本上的例子,把玻璃片和雲母片上都塗上蜂蠟,用加熱的針尖點在石蠟層背面。我們發現玻璃上的蜂蠟融化成了正圓形,說明玻璃的導熱性在各個方向都是相同的,我們稱為各向同性;但是在雲母片上的蜂蠟則形成了一個橢圓,說明雲母在各個方向上的導熱性是不同的,我們稱之為各向異性。

一般來說單晶體的導熱性或者導電性或者某些光學性質,在不同方向上是不同的。我們說單晶體有各向異性。而大量單晶體組合而成的多晶體,或者非晶體則沿各個方向的物理性質都是相同的,具有各向同性。

綜上:我們要确定物體到底是晶體還是非晶體,一個重要的判别依據就是有無确定的熔點。

二,晶體的微觀結構

為什麼晶體和非晶體在性質上會有這樣大的差異?

原因是在于不同的物體微觀結構上有很大的差異。

1982年人們用掃描隧道顯微鏡觀察了各種物質的分子排列狀況。

高中物理過程量和狀态量整理(第九章固體液體和物态變化)5

人們發現對于晶體他們的微粒會按照一定的規則在空間中分布,具有周期性。比方說石墨中碳原子按照六邊形的層狀結構排布;金剛石中的碳原子則按照三棱錐的空間結構進行排列;食鹽中的氯化鈉分子按照立方體的結構進行排布。

非晶體的分子則是雜亂無章的排布,沒有規則性。

高中物理過程量和狀态量整理(第九章固體液體和物态變化)6

正是由于晶體和非晶體在微觀上分子結構排布的有無規則性,導緻晶體和非晶體在有無天然形狀,有無确定熔點,各向同性和各項異性的差異。

最後需要強調一點:晶體和非晶體可以相互轉化。比如水晶融化後形成石英玻璃,就是晶體轉變為非晶體。比方說飛機發動機之所以難以制作,就是需要把非晶體的金屬可以轉化為晶體,使其能夠克服上千度的高溫而不融化。

高中物理過程量和狀态量整理(第九章固體液體和物态變化)7

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