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高二物理选修3-3 固体、液体【知识要点】1晶体和非晶体：晶体在外观上有规则的几何形状，有确定的熔点，一些物理性质表现为各向异性；非晶体在外观上没有规则的几何形状，没有确定的熔点，一些物理性质表现为各向同性同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是说，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（即石英玻璃）就是非晶体几乎所有的材料都能成为非晶体，有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。单晶体和多晶体：如果一个物体就是一个完整的晶体，例如雪花、食盐小颗粒等这样的晶体就叫做单晶体单晶体是科学技术上的重要原材料，例如，制造各种晶体管就要用纯度很高的单晶硅或单晶锗；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，就是多晶体我们平常见到的各种金属材料，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，但是同单晶体一样，仍有确定的熔点表面张力：如果在液体表面任意画一条线，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。液体的表面张力使液面具有收缩的趋势。浸润和不浸润：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；一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面，这种现象叫做不浸润。浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象。由于液体浸润管壁，液面边缘部分的表面张力斜向上方，这个力使管中液体向上运动，当管中液体上升到一定高度，液体所受重力与液面边缘所受向上的力平衡，液面稳定在一定高度。对于一定的液体和一定材质的管壁，管的内径越小，液体所能达到的高度越高。液晶：液晶是一种特殊的物质，它既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性。有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态；另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定的浓度范围具有液晶态。不是所有物质都具有液晶态。【典型例题】例1关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是 （ ）A单晶体具有各向异性B多晶体也具有各向异性C非晶体的各种物理性质，在各个方向上都是相同的D晶体的各种物理性质，在各个方向上都是不同的例2如图所示，食盐的晶体是由钠离子和氯离子组成的。这两种离子在空间中三个互相垂直的方向上都是等距离地交错排列的，已知食盐的摩尔质量是58.5g/mol，食盐的密度是2.2103kg/m3，阿伏加德罗常数是6.01023mol1。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近于（就下面四个数值相比）（）A3.01010mB3.51010mC4.01010mD5.01010m例在航天飞机中，有两个圆柱形洁净玻璃容器，其中分别封装有水和水银，如图甲所示。当航天飞机绕地球航行处于完全失重状态时，两容器中的液面呈什么形状？水水银甲例4将不同材料制成的甲、乙细管插入相同的液体中，甲管内液面比管外液面低，乙管内液面比管外液面高，则： （ ）A液体对甲材料是浸润的 B液体对乙材料是浸润的 C甲管中发生的不是毛细现象，而乙管中发生的是毛细现象D若甲、乙两管的内径变小，则甲管内液面更低，乙管内液面更高【当堂反馈】某种固体制成的均匀薄片，将其一个表面涂上一层很薄的石腊，然后用烧热的钢针去接触其表面，发现石腊熔化区域呈圆形，由此可判定该薄片一定是非晶体，这种说法是否正确？为什么？2关于液体的表面张力，下述说法哪个是错误的？ （ ）A表面张力是液面各部分间相互吸引的力，方向与液面相平行B表面张力是液面分子间作用力的宏观体现 C表面层里分子距离比液体内部小些，分子间表现为引力 D不论是水还是水银，表面张力都要使液面收缩3 若液体对某种固体是浸润的，当液体装在由这种固体物质做成的细管中时，则 （ ）A附着层分子密度大于液体内分子的密度B附着层分子的作用力表现为引力C管中的液面一定是凹弯月面D液面跟固体接触的面积有扩大的趋势4用内径极小的细玻璃管制成的水银气压计，其读数与实际气压相比是偏高还是偏低？为什么？作业本：1下列固体中全是由晶体组成的是（）A石英、云母、明矾、食盐、雪花、铜 B石英、玻璃、云母、铜C食盐、雪花、云母、硫酸铜、松香 D蜂蜡、松香、橡胶、沥青2关于晶体和非晶体，正确的说法是： 它们由不同的空间点阵构成的晶体内部的物质微粒是有规则地排列的，而非晶体内部物质微粒排列是不规则的晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，数是不等的是非晶体3在密闭的容器内，放置一定量的液体，如图（a）所示，若将此容器置于在轨道上正常运行的人造地球卫星上，则容器内液体的分布情况，应是（）A仍然如图（a）所示B只能如图（b）中所示C可能如网（b）中或可能所示D可能如图（b）中或可能所示关于石墨与金刚石的区别，下列说法中正确的是 （ ）A石墨与金刚石是由不同物质生成的不同晶体B石墨和金刚石是由同种物质生成的不同微观结构的晶体 C金刚石中原子间作用力比石墨的大，金刚石有很大的硬度D金刚石是单晶体，石墨是多晶体有一块长方形的铜条，有关它的三种说法：这是一块单晶体，因为它有规则的几何形状这是一块多晶体，因为它内部的分子排列是不规则的这是一块非晶体，因为它的物理性质是各向同性的，这三种说法中（ ）A、是错的 B、是错的 C、是错的 D都是错的由同种物质微粒组成但微观结构不同的两种晶体，这两种晶体一定是 （ ）A物理性质相同，化学性质不相同 B物理性质不相同，化学性质相同C物理性质相同，化学性质相同 D物理性质不相同，化学性质不相同在样本薄片上均匀地涂上一层石蜡，然后用灼热的金属针尖点在样本的另一侧面，结果得到如图所示的两种图样，则（）A样本A一定是非晶体 B样本A可能是非晶体C样本B一定是晶体 D样本B不一定是晶体关于液晶下列说法正确的是（ ）A液晶是液体和晶体的混合物 B液晶分子在特定方向排列比较整齐，但不稳定C电子手表中的液晶在外加电压的影响下，能够发光 D所有物质在一定条件下都能成为液晶浸润的液体在毛细管接触处，引起液面成形弯月面，力图使液面，而表面张力的收缩作用力图使液面，于是管内液体以达到目的，直到因表面张力而使液体受到的向上的拉引力作用和相平衡时，管内液体便停止上升。HHA利用液晶_的特性可以做成显示元件；利用液晶_的特性可以做成探测温度的元件。如图所示，在水中插入两个同样内径的毛细管：一个是直的，另一个是弯的。直管中水上升的高度H超过弯管的高度H，在弯管中有水不断流出吗？. 试解释下列现象：手套被雨水浸湿后很难从手上脱下；将一枚硬币轻轻置于水面，可以漂浮于水面而不沉下去。此时与硬币重力相平衡的是什么力？如有两枚硬币漂浮于水面上，且两者间距约1cm时，两硬币会急剧地相吸靠近，为什么？建筑楼房时，常在砌砖的地基上铺一层油毡防潮层。如果不铺这层油毡，楼房就容易受潮，为什么？如图所示是测定肥皂液表面张力系数的装置, 均匀的杠杆支点O在中央, 矩形铜丝框的质量为 0.4g, 其两脚间的距离L=5cm； 将其悬于杠杆上右端距中央L1=15cm的A处。实验时将铜丝框浸没在肥皂水中, 在杠杆左端挂一个 1g的砝码, 将肥皂水杯缓缓下移, 使框上部离开液面形成肥皂膜。此时若将砝码移到距杠杆中央L2=12cm的B处时, 杠杆刚好处于平衡状态。试据此计算肥皂液的表面张力系数。(提示：表面张力的大小与液面边界线长度（设为L）成正比，可以表示为：f=L ， 式中称为表面张力系数，它表示液面单位长度的边界线上所受的表面张力的大小，g=10m/s2)【典型例题】例1：ACD。具体到某种晶体，它可能只是某种物理性质各向异性较明显。如云母片就是导热性明显，方解石则是透光性明显。但笼统提晶体就说各种物理性质是各向异性。例2：解析：食盐的摩尔体积V，其中M为食盐的摩尔质量，为食盐的密度。1mol食盐中有N个NaCl分子，即N个钠离子和N个氯离子。因此，每个离子所占小立方体的体积为：V0小立方体的边长l两个钠离子最近的距离d为边长的倍，所以dl代入数据可得d3.971010m ，所以本题正确选项为C。水水银乙例3：解析：当航天飞机处于失重状态时，液体仅受表面张力的作用，使其自由表面收缩到最小状态，所以两者的自由表面都呈球形，但由于水能完全浸润玻璃，水银几乎完全不能浸润玻璃，所以水和水银的液面分别呈如图乙所示形状。例4： BD。液体对固体浸润的情况下，在附着层分子的排斥力和表面层分子的吸引力的共同作用下，液面将上升，所以A错B对；毛细现象是指浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润的液体在细管中下降的现象，所以C错；在液体和毛细管材料一定的情况下，管越细毛细现象越明显，所以D对。【当堂反馈】1解析：这种说法是错误的。这是因为虽然实验现象是石腊熔化区域呈圆形，说明该薄片在导热性能方面表现为各向同性，但表现出各向同性的固体有两类，即非晶体和多晶体，所以不能断定该薄片是非晶体。其实，即使是单晶体，在导热性能方面也可能是各向同性。2C在液体与气体相接触的表面层中，液体分子的分布较内部稀疏，即分子间距大于r0，分子间表现为引力，其宏观表现是使液面收缩，好像绷紧的橡皮膜一样。所以错误的只有C选项。3ACD。这首先是浸润现象，这时固体分子与液体分子间的引力相当强，造成附着层内分子的分布比液体内部更密，这样就会使附着层内分子间出现了相互排斥力，使液体跟固体接触的面积有扩大的趋势，所以液面中部位置较低，成为凹弯月面。因此正确的选项是ACD。4解析：水银与玻璃是不浸润的，水银气压计中的水银面是凸形弯月面：弯月面和玻璃管接触的交界处的表面张力有一个竖直向下的分力，因而产生了一个附加压强。附加压强ps和水银柱产生的压强同向。所以有ppsgh 式中p为管外的大气压强，gh为管内水银柱的压强。ps为因液体表面张力而产生的附加压强，且内径越小，ps越大，所以液柱偏低，即用内径极细的玻璃管制成的水银气压计，其读数与实际气压相比是偏低。作业本：1A2空间点阵是晶体的特殊结构，是晶体的一个特性。所以是错误的。组成物体的微粒永远在作热运动，不管是晶体还是非晶体。所以是错的。非晶体就提不到什么层面的问题，即使是晶体各个层面也不见得相等。所以也是错的。3D由于不知液体是否能完全浸润容器，还是完全不能浸润容器，所以液面可能如图（b）中或可能所示形状。4BC。石墨和金刚石的化学成分相同，即是同种物质，但它们的微观结构不同，所以构成不同的晶体，具有不同的性质。5D铜条虽具有规则的几何形状，但它是多晶体，其分子排列是规则的，但构成多晶体的颗粒的排列是不规则的，所以D对。6D同种物质构成的不同晶体叫同素异形体，因其分子结构不同，所以其物理性质和化学性质都不相同。所以D对。78B液晶是一些物质在特殊情况下形成的一种介于液体和晶体的物质形态，其微观结构是分子排列较有序，但很不稳定，容易发生变化。电子手表中的液晶是利用其对光的特性，外加电场可以影响其对光的穿透能力，并不是自己发光。所以B正确。9凹，扩展，收缩，上升，表面最小，上升液柱的重力10外加电压的影响下，会由透明状态变成混浊状态而不透明，去掉电压后，又会恢复透明；温度改变时会改变颜色.随着温度的上升，液晶按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序改变颜色，温度降低，又按相反顺序改变颜色。11解析：由于HH，故水一定能经过弯管的最高点，并到达管口A。为了确定管口A处液面的形状，我们可先假设该处液面呈平面状。考虑到液面下方为大气，压强为大气压强，则液面上方的压强一定小于大气压强，因此，A处的液面不可能呈平面状，而是向管内呈凹形。可见，管中的水不可能从管口A处不断地流出。本题也可换一角度思考：如果水会不断流出，这整个装置就构成了一个永动机，显然违反了能量转化与守恒定律。12解析：因为湿手套的纤维间的空隙中有液体，液体跟空气接触的表面层具有收缩趋势，这种收缩趋势使手套纤维间距离缩小，于是手套的表面积减小，使手套紧箍在手上很难脱下。硬币能浮于水面，是由于硬币经常和手接触，其表面有一层油脂，水对其不浸润，在硬币的重力作用下，硬币使水面向下凹，由于水的表面张力，水面有恢复成平面的趋势，从而对硬币产生向上的托力和重力构成一对平衡力，使硬币静浮于水面。当漂浮于水面的两枚硬币相距较近时，两硬币之间的水面呈凸曲面状，此时由于水的表面张力，将使其表面收缩，表面张力的方向总是沿着液面的切线方向，使两个硬币在水平方向上各自受力不平衡，左边硬币在水平方向上承受表面张力的合力指向右，而右边硬币受到的合力指向左，因而发生相互“吸引”的现象。土壤和砖块里有许多细小孔道，相当于插着许多毛细管，地下水可以通过它们上升到楼房，使楼房受潮。由于油毡上涂有煤焦油，堵塞了砖块上的空隙，阻断了水上升的通道，因而能防止房屋受潮。13解析：由杠杆平衡可得即=