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1、物理备课大师 免费 】31 固体的有关性质固体可以分为晶体和非晶体两大类。岩盐、水晶、明矾、云母、冰、金属等都是晶体；玻璃、沥清、橡胶、塑料等都是非晶体。(1)晶体和非晶体晶体又要分为单晶体和多晶体两种。单晶体具有天然规则的几何外形，如雪花的形状总是六角形的。并且，单晶体在各个不同的方向上具有不同的物理性质，即各向导性。如力学性质( 硬度、弹性模量等 )、热性性质(热胀系数、导热系数等)、电学性质( 介电常数、电阻率等) 、光学性质(吸收系数、折射率等)。如云母结晶薄片，在外力作用下很容易沿平行于薄片的平面裂开，但在薄片上裂开则要困难得多；在云母片上涂一层薄薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母
2、片的反面，则石蜡将以接触点为中心、逐渐向四周熔化，熔化了的石蜡成椭圆形，如果用玻璃片做同样的实验，熔化了的石蜡成圆形，这说明非晶体玻璃在各方向的导热系数相同，而晶体云母沿各方向的导热系数不同。因多晶体是由大量粒(小晶体 )无规则地排列组合而成，所以，多晶体不但没有规则的外形，而且各方向的物理性质也各向同性。常见的各种金属材料就是多晶体。但不论是单晶体还是多晶体，都具有确定的熔点，例如不同的金属存在着不同的熔点。非晶体没有天然规则的几何外形，各个方向的物理性质也相同，即各向同性。非晶体在加热时，先逐渐变软，接着由稠变稀，最后成为液体，因此，非晶体没有一定的熔点。晶体在加热时，温度升高到熔点，晶体
3、开始逐渐熔解直到全部融化，温度保持不变，其后温度才继续上升。因此，晶体有一定的熔点。(2)空间点阵晶体与非晶体性质的诸多不同，是由于晶体内部的物质微粒(分子、原子或离子)依照一定的规律在空间中排列成整齐的后列，构成所谓的空间点阵的结果。图 3食盐的空间点阵示意图，在相互垂直的三个空间方向上，每一行都相间的排列着正离子(钠离子) 和负离子(氯离子) 。晶体外观的天然规则形状和各向异性特点都可以用物质微粒的规则来排列来解释。在图 3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，沿不同方向所画的等长直线 C、质微粒的数目不同，直线 物质微粒较多，直线 较少，直线 更少。正因为在不同方向上物
4、质微粒排列情况不同，才引起晶体在不同方向上物理性质的不同。组成晶体的粒子之所以能在空间构成稳定、周期性的空间点阵，是由于晶体微粒之间存在着很强的相互作用力，晶体中粒子的热运动不能破坏粒子之间的结合，粒子仅能在其平衡位置(结点处 )附近做微小的热振动。晶体熔解过程中达熔点时，它吸收的热量都用来克服有规则排列的空间点阵结构，所以，这段时间内温度就不会升高。例题:单位晶胞是棱长 a=0 10m 的立方体，如图 7点表示 位置，圆圈表示 位置，食盐的整体就是由这些单位晶胞重复而得到的。子量 23，子量 盐密度 32.g/m 。我们来确定氢原子的质量。图 3免费 】，中心有一个 ，还有 12 个 位于大
5、立方体的棱上，棱上的每一个 同时为另外三个晶胞共有，于是属于一个晶胞的 n 1=1+ 42=4，数 。晶胞的质量 m=4(m 1+m 2)原子质量单位。 a 3=4(23+m H，得 m =0732 固体的热膨胀几乎所有的固体受热温度升高时，都要膨胀。在铺设铁路轨时，两节钢轨之间要留有少许空隙，给钢轨留出体胀的余地。一个物体受热膨胀时，它会沿三个方向各自独立地膨胀，我们先讨论线膨胀。固体的温度升高时，它的各个线度(如长、宽、高、半径、周长等) 都要增大，这种现象叫固体的线膨胀。我们把温度升高 1所引起的线度增长跟它在 0时线度之比，称为该物体的线胀系数。设一物体在某个方向的线度的长度为 l，由
6、于温度的变化 T 所引起的长度的变化 l。由实验得知，如果T 足够小，则长度的变化 与温度的变化成正比，并且也与原来的长度 l=T式中的比例常数 称作线膨胀系数。对于不同的物质， 具有不同的数值。将上式改写为 . T。所以，线膨胀系数 的意义是温度每改变1K 时，其线度的相对变化。即： 中 ， 为 0时固体的长度， 时固体的长度，一般金属的线胀系数大约在 510/的数量级。上述线胀系数公式，也可以写成下面形式 )(如果不知道 0时的固体长度，但已知 1t时固体的长度，则 2t时的固体长度 2(,1202于是)()( 1212 ，这是线膨胀有用的近似计算公式。对于各向同性的固体，当温度升高时，其
7、体积的膨胀可由其线膨胀很容易推导出。为简单起见，我们研究一个边长为 l 的正方体，在每一个线度上均有： )3()()1( 3233 。因固体的 值很小，则,32与相比非常小，可忽略不计，则中的 3 称为固体的体膨胀系数。随着每一个线度的膨胀，固体的表面积和体积也发生膨胀，其面膨胀和体膨胀规律分别是 )1(0物理备课大师 免费 】)1(0 考虑各向同性的固体，其面胀系数 、体胀系数 跟线胀系数 的关系为=2 ， =3 。例 1:某热电偶的测温计的一个触点始终保持为 0，另一个触点与待测温度的物体接触。当待测温度为 t时，测温计中的热电动势力为2a其中 果以电热电偶的热电动势 为测温属性，规定下述
8、线性关系来定义温标 t，即 。并规定冰点的 0t，汽点的01t，试画出 t的曲线。分析:温标 为测温属性，并规定 t与 成线性关系。又已知 与摄氏温标温度 t 之间的关系，故 与 t 的关系即可求得。系数 a 和 b 由规定的冰点和汽点的t值求得。解:已知 2, ，得出 t与 t 的关系为 2。规定冰点的 0t， 0t=100， 1代入，即可求得系a 与 b 为b=0,032是， t和 t 的关系为 223014320t曲线如图 3示， 与 t 之间并非一一对应，且 有极值4。例 2:有一摆钟在 25时走时准确，它的周期是 2s，摆杆为钢质的，其质量与摆锤相比可以忽略不计，仍可认为是单摆。当气
9、温降到 5时，摆钟每天走时如何变化？已知钢的线胀系数 5102.a 析:钢质摆杆随着温度的降低而缩短，摆钟走时变快。不管摆钟走时准确与否，在盘面上的相同指示时间，指针的振动次数是恒定不变的，这由摆钟的机械结构所决定，从而求出摆钟每天走快的时间。解:设 25摆钟的摆长 期 5时摆长为 期 由于 2，因此 1，说明在 5时摆钟走时加快在一昼夜内 5的摆钟振动次数 223604，这温度下摆钟指针指示的时间是12123604。这摆钟与标准时间的差值为 t ，3604360241 100 200 300 400100400/3C图 3免费 】).(236044133液体性质331、液体的宏观特性及微观结
10、构液体的性质介于固体与气体之间，一方面，它像固体一样具有一定的体积，不易压缩；另一方面，它又像气体一样，没有一定的形状，具有流动性，在物理性质上各向同性。液体分子排列的最大特点是远程无序而短程有序，即首先液体分子在短暂时间内，在很小的区域(与分子距离同数量级 )作规则的排列，称为短程有序；其次，液体中这种能近似保持规则排列的微小区域是由诸分子暂时形成的，其边界和大小随时改变，而且这些微小区域彼此之间的方位取向完全无序，表现为远程无序。因而液体的物理性质在宏观上表现为各向同性。液体分子间的距离小，相互作用力较强，分子热运动主要表现为在平衡位置附近做微小振动，但其平衡位置又是在不断变化的，因而，宏
11、观上表现为液体具有流动性。332、液体的热膨胀液体没有一定的形状，只有一定的体积，因此对液体只有体膨胀才有意义。实验证明，液体的体积跟温度的关系和固体的相同，也可以用下面的公式表示： )1(0式中 是在 0时的体积， t时的体积， 是液体的体胀系数，一般液体的体胀系数比固体大 12 个数量级，并且随温度升高有比较明显的增大。液体除正常的热膨胀外，还有反常膨胀的现象，例如水的反常膨胀，水在 4时体积最小，密度最大，而 4以下体积反而变大，密度变小，直到 0时结冰为止，正是由于水的这一奇特的性质，使得湖水总是从湖面开始结备，随着气温下降，冰层从湖面逐渐向下加厚，也亏得这一点，水中的生物才安然地度过
12、严冬。333、物质的密度和温度的关系固体和液体的体积随温度而变化，这将引起物体的密度变化，设某物体的质量为 m，它在 0时的体积为 0V，则 0时该物体的密度是 0。设物体在 t时密度 t，体积 。又有 )1(0t，式中 是固体或液体的体膨胀系数，代入 t表达式得0。例 1 一支水银温度计，它的石英泡的容积是 示管的内径是 果温度从 高至 温度计的水银指示线要移动多远？(水银的体胀系数4082./)解：查表可得石英的线胀系数 6104.a/，则其体胀系数为 6102.a/。物理备课大师 免费 】/相比很小可忽略不计，所以当温度升高时，可以认为石英泡的容积不变，只考虑水银的膨胀，水银体积的增量
13、65V ，这是在水银指示管中水银上升的体积，所谓水银指示线移动的长度，就是水银上升的高度，即 2/说明有些仪器，例如液体温度计，就是利用液体体积的热膨胀特性作为测量依据的。由于体胀系数 与测量物质的种类有关，而且即使是同种物质， 还与温度及压强有关，因此在使用这些仪器时，应考虑到由于 的变化而引起的测量误差。例如一支水银温度计，在冰点校准为 0，在水的沸点校准为 100，然后将二者间均分 100 份，刻上均匀刻度。严格地说，这种刻度是不准确的。由于 值随温度的升而增大，所以在高温处刻度应该稀一些，在低温处应该密一些；如果均匀刻度，则在测高温时读数会偏高，而在低温时读数会偏低。不过这种差别并不大，一般可以忽略。34液体的表面张力341、表面张力和表面张力系数液体下厚度为分子作用半
