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1、华职教育 第七单元 固体、液体和气体的性质及应用第一章 固体、液体和液晶的基本特征晶体与非晶体晶体与非晶体 分子不停地做无规则运动，它们之间又存在相互作分子不停地做无规则运动，它们之间又存在相互作用力分子力的作用使分子聚集在一起，分子的无规则用力分子力的作用使分子聚集在一起，分子的无规则运动又使它们分散开来这两种作用相反的因素决定了运动又使它们分散开来这两种作用相反的因素决定了分子的三种不同的聚集状态：分子的三种不同的聚集状态：固态、液态和气态固态、液态和气态物理物理学又把固态和液态统称为凝聚态凝聚态物理学是当前学又把固态和液态统称为凝聚态凝聚态物理学是当前物理学发展最迅速的分支学科之一物理学
2、发展最迅速的分支学科之一 固体和液体有一个共同的特点：它们的分子间的距固体和液体有一个共同的特点：它们的分子间的距离跟分子本身的大小具有相同的数量级，因而分子间离跟分子本身的大小具有相同的数量级，因而分子间有较强的相互作用这使得固体和液体都不易压缩，有较强的相互作用这使得固体和液体都不易压缩，在微观结构上不像气体那样无序在微观结构上不像气体那样无序一一.晶体和非晶体晶体和非晶体固体可以分成晶体和非晶体两类固体可以分成晶体和非晶体两类 在常见的固态物质中，石英、云母、明矾、食盐、硫酸在常见的固态物质中，石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精等都是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶铜、糖、味精等
3、都是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等都是非晶体等都是非晶体1.1.晶体、非晶体的外形和物理性质的差异晶体、非晶体的外形和物理性质的差异(1)(1)晶体都具有规则的几何形状晶体都具有规则的几何形状 食盐的晶体呈立方体形，明矾的晶体呈八面体形，石英的食盐的晶体呈立方体形，明矾的晶体呈八面体形，石英的晶体中间是一个六面棱柱，两端是六棱锥冬季的雪花，是晶体中间是一个六面棱柱，两端是六棱锥冬季的雪花，是水蒸气在空气中凝华时形成的冰的晶体，它们的形状虽然不水蒸气在空气中凝华时形成的冰的晶体，它们的形状虽然不同，但一般是六角形的规则图案同，但一般是六角形的规则图案非晶体则没有规则的几何形状非晶体则没有规
4、则的几何形状(2)(2)晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点.(3)(3)晶体的物理性质晶体的物理性质与方向有关，这种特性叫做与方向有关，这种特性叫做各向异性各向异性 非晶体的各种物理性质非晶体的各种物理性质、在各个方向上都是相同的，所、在各个方向上都是相同的，所以是以是各向同性各向同性的的现象现象:熔化了的石蜡在云母片上呈椭圆形，而在玻璃片熔化了的石蜡在云母片上呈椭圆形，而在玻璃片上呈圆形上呈圆形 结论结论:云母晶体在各个方向上的导热性能不同，而非晶云母晶体在各个方向上的导热性能不同，而非晶体玻璃在各个方向上的导热性能相同体玻璃在各个方向上的导热性能相
5、同 一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是一种物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的也就是一种物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的例如，天然水晶是晶体，而熔化以后再凝结的水晶例如，天然水晶是晶体，而熔化以后再凝结的水晶（即石英玻璃）就是非晶体（即石英玻璃）就是非晶体许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体 人们在研究中还发现，在冷却得足够快和冷却到人们在研究中还发现，在冷却得足够快和冷却到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体二二.单晶体和多晶体单晶体和多
6、晶体1.晶体又可以分为单晶体和多晶体晶体又可以分为单晶体和多晶体 2.2.如果如果一个物体就是一个完整的晶体，例如雪花、食盐小颗粒等一个物体就是一个完整的晶体，例如雪花、食盐小颗粒等这样的晶体就叫做这样的晶体就叫做单晶体单晶体制造各种晶体管集成电路只能用单晶体制造各种晶体管集成电路只能用单晶体(单晶硅或单晶锗单晶硅或单晶锗)3.3.如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体就叫做的物体就叫做多晶体多晶体 由许多食盐单晶体粘在一起而成大块的食盐，就是多晶体其由许多食盐单晶体粘在一起而成大块的食盐，就是多晶体其中的小晶体叫
7、做晶粒中的小晶体叫做晶粒各种金属材料，也是多晶体各种金属材料，也是多晶体 多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性，但是同单晶，但是同单晶体一样，体一样，仍有确定的熔点仍有确定的熔点液体的表面张力观察液体表面现象观察液体表面现象 为什么泡泡膜能为什么泡泡膜能呈球形而且被拉得很呈球形而且被拉得很大而不破裂？大而不破裂？为什么这只蜥蜴为什么这只蜥蜴能在水上能在水上行走行走？为什么蛛网上的为什么蛛网上的水珠呈球状？水珠呈球状？现象：水面凸起但水没有溢出现象：水面凸起但水没有溢出结论：水面是一张有弹性的结论：水面是一张有弹性的膜膜视频：在硬币上视频：在硬币上
8、滴水滴水如何产生的？如何产生的？自学提纲自学提纲（1）生活中与液体表面张力有关的现象：）生活中与液体表面张力有关的现象：_ （2）液体表面张力产生的原因：）液体表面张力产生的原因：_（3）液体表面张力的方向：）液体表面张力的方向：_（4）液面收缩的原因）液面收缩的原因：_ 实验一实验一:将针放入清水中将针放入清水中思考：液面对针的作用是什么力？思考：液面对针的作用是什么力？现象：现象：针停在水面针停在水面 结论：液体表面对针有力的作用结论：液体表面对针有力的作用现象：刺破棉线左边的薄膜，右侧的薄膜现象：刺破棉线左边的薄膜，右侧的薄膜_,使棉线使棉线_;刺破棉线右侧的薄膜，刺破棉线右侧的薄膜，左
9、侧的薄膜左侧的薄膜_,使棉线使棉线_.实验二：实验二：（1）将两端系有红棉线的铁环放入肥皂水中，）将两端系有红棉线的铁环放入肥皂水中，拿出后，使铁环上布满肥皂膜（拿出后，使铁环上布满肥皂膜（将肥皂膜将肥皂膜及棉线的位置画于纸上及棉线的位置画于纸上）（2）刺破一侧的肥皂膜，仔细观察另）刺破一侧的肥皂膜，仔细观察另 一侧肥皂膜和棉线的变化情况。一侧肥皂膜和棉线的变化情况。收缩收缩收缩收缩向右弯成圆弧向右弯成圆弧向右弯成圆弧向右弯成圆弧收缩收缩收缩收缩向左弯成圆弧向左弯成圆弧向左弯成圆弧向左弯成圆弧实验三：实验三：（1）将系有红棉线圈的铁环放入肥皂水中，）将系有红棉线圈的铁环放入肥皂水中，拿出后，使
10、铁环上布满肥皂膜拿出后，使铁环上布满肥皂膜（2）刺破中间线圈的肥皂膜，仔细观察剩余）刺破中间线圈的肥皂膜，仔细观察剩余液面及棉线圈的变化情况液面及棉线圈的变化情况现象：此时棉线圈成现象：此时棉线圈成_.结论：结论：液面有收缩的趋势，且收缩到液面表液面有收缩的趋势，且收缩到液面表面积最小面积最小圆形圆形圆形圆形汽汽表面层表面层液体液体二、理论分析二、理论分析液体表面微观图液体表面微观图液体表面微观图液体表面微观图 表面层是一个厚表面层是一个厚度大概为度大概为10-9m的薄层，液体分的薄层，液体分子间距比较大子间距比较大（1）液面收缩的微观解释）液面收缩的微观解释1、从分子力的角度，、从分子力的角
11、度，r r0 0F FF F0 0r r B分子合力表现为分子合力表现为_ 垂直指向液体内部的垂直指向液体内部的吸引力吸引力F引引F引引2、（、（1）从功能关系的角度，）从功能关系的角度，液体分子从内部液体分子从内部A移到表移到表面层面层B须须_ 所以表面层的分子势能比所以表面层的分子势能比内部的分子势能内部的分子势能_（2）势能总是有）势能总是有_ 的趋势，所以液面有收的趋势，所以液面有收缩的趋势缩的趋势 大大减少减少克服分子引力做功克服分子引力做功总结：液面有收缩的趋势总结：液面有收缩的趋势液体表面层收缩的微观解释液体表面层收缩的微观解释液体表面张力的分析图液体表面张力的分析图液体表面张力
12、的分析图液体表面张力的分析图线两侧液体分子之间线两侧液体分子之间相互作用的引力相互作用的引力（2）具有收缩趋势的液面类似于）具有收缩趋势的液面类似于张紧的弹性膜张紧的弹性膜液体的表面张力液体的表面张力平行于液体表面平行于液体表面使液体表面绷紧使液体表面绷紧表面张力方向垂直于所画的线表面张力方向垂直于所画的线MN在液体表面设想一条任意直线，把液面分成两个部分在液体表面设想一条任意直线，把液面分成两个部分总结总结液体液体表面层表面层的液体分子之间存在相互作用的的液体分子之间存在相互作用的引力引力平行于液面方向的平行于液面方向的液体表面张力液体表面张力液面张紧，有将液面收缩到表面积液面张紧，有将液面
13、收缩到表面积最小最小的趋势的趋势 结论：结论：表面张力的作用是使液体表面形成一层薄膜表面张力的作用是使液体表面形成一层薄膜 液面对回形针的作用其实是这层膜对它有作用液面对回形针的作用其实是这层膜对它有作用 知识巩固知识巩固 液面对缝衣针的作用是液体的表面张力吗？液面对缝衣针的作用是液体的表面张力吗？不是不是知识巩固知识巩固 蛛网上的水珠为何呈球状？蛛网上的水珠为何呈球状？结论结论:表面张力会使液面收缩，并使其表面积收缩到最小。表面张力会使液面收缩，并使其表面积收缩到最小。1.如下图所示如下图所示,布满了肥皂膜的金属框架上有一段质布满了肥皂膜的金属框架上有一段质量不计的棉纱量不计的棉纱,现将金属
14、框架下部分的肥皂膜刺破现将金属框架下部分的肥皂膜刺破,则棉纱将为下图中的则棉纱将为下图中的()答案答案:D2.下列现象中下列现象中,由表面张力引起的现象是由表面张力引起的现象是()A.酒精和水混合后体积减小酒精和水混合后体积减小B.水银温度计中的水银柱的升或降水银温度计中的水银柱的升或降C.荷叶上的水珠呈球形荷叶上的水珠呈球形D.游泳时游泳时,当头发浸泡在水中时呈散开状当头发浸泡在水中时呈散开状,露出水面后露出水面后头发聚拢到一起头发聚拢到一起解析解析:因为液体表面张力使液面具有收缩的趋势因为液体表面张力使液面具有收缩的趋势,故选项故选项C D正确正确;酒精和水混合后体积减小酒精和水混合后体积
15、减小,是由于分子间存在是由于分子间存在着空隙形成的着空隙形成的,水银柱的升降是由于水银柱的热胀冷缩水银柱的升降是由于水银柱的热胀冷缩造成的造成的.答案答案:CD3.下列说法正确的是（下列说法正确的是（）A.小昆虫能在水面自由往来而不陷入水中，是液体小昆虫能在水面自由往来而不陷入水中，是液体表面张力在起作用表面张力在起作用B.小木块能够负载水面上，是液体表面张力和重力小木块能够负载水面上，是液体表面张力和重力平衡的结果平衡的结果C.缝衣针浮在水面上不下沉，是重力和水的浮力平缝衣针浮在水面上不下沉，是重力和水的浮力平衡的结果衡的结果D.喷泉喷射到空中的水形成一个个球行的小水珠，喷泉喷射到空中的水形
16、成一个个球行的小水珠，是表面张力作用的结果是表面张力作用的结果答案答案:AD液晶一、液晶态、液晶 1液晶态：物质既有液体的流动性，又具有晶体的分子排列整齐，各向异性的状态，叫做物质的液晶态2液晶：处于液晶状态的物质叫做液晶3不是所有物质都具有液晶态，现已发现几千种有机化合物具有液晶态 自然状态下，液晶分子自然状态下，液晶分子也会整齐的排成一行也会整齐的排成一行二、液晶的性质和特点 1 1液晶态的分子排列液晶态的分子排列 点击下图了解固态、液晶态、液态的分子排列点击下图了解固态、液晶态、液态的分子排列 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，所以表现为各
17、向异性而液体分子表现为排列无序性和流动性 液晶态是介于固态和液态之间的中间态液晶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2液晶的特点 液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体 3液晶的光学性质对外界条件的变化反应敏捷液晶分子的排列是不稳定的，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化，因而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等都可以改变液晶的光学性质4液晶的外形特征液晶物质都具有较大的分子，分子形状通常是棒状分子、碟状分子、平板状分子 三、液晶的一般用途三、液晶的一般用途 液液晶晶的的特特性性决决定定了了它它的的用用途途，它它在在显显示示技技术术、电电子子工工业业、航航空空工工业业、生生物医学等多方面都有广泛的应用物医学等多方面都有广泛的应用 笔记本电脑的液晶显示屏笔记本电脑的液晶显示屏手机的液晶显示屏手机的液晶显示屏小结：液晶态：物质既有液体的流动性，又具有晶体的分子排列整齐，各向异性的状态，叫做物质的液晶态液晶态是介于固态和液态之间的中间态液晶：处于液晶状态的物质叫做液晶液晶的特性决定了它的用途华职教育