粵教版高中物理選擇性必修第三冊全冊教學(xué)課件

粵教版高中物理選擇性必修第三冊全冊教學(xué)課件第一章分子動理論第一節(jié)

物質(zhì)是由大量分子組成的組成物質(zhì)的微粒是多種多樣的，或是原子(如金屬)，或是離子(如鹽類)，或是分子(如有機(jī)物)。在本章的學(xué)習(xí)中，為了簡化，我們把構(gòu)成物質(zhì)的微粒統(tǒng)稱為分子。那么組成物質(zhì)的分子有多大？怎樣描述分子的數(shù)量呢？問題導(dǎo)入分子的大小組成物質(zhì)的分子很小，不僅用肉眼無法看到它們，而且用高倍的光學(xué)顯微鏡也觀察不到，20世紀(jì)80年代，人類首次使用可放大上億倍的掃描隧道顯微鏡觀察到單個(gè)的分子或原子。圖1-1-1是用掃描隧道顯微鏡獲得的硅晶體表面的原子排列圖。一般來說，不同物質(zhì)分子大小不同，通常是10-10m的數(shù)量級，也有一些塑料、合成纖維等高分子化合物，其分子大小的數(shù)量級可達(dá)到10-7m.分子如此小，能否通過簡單的實(shí)驗(yàn)來估測它的大小呢？根據(jù)油酸分子的特性，人們巧妙地設(shè)計(jì)了油膜法實(shí)驗(yàn)來粗略測量分子的大小，當(dāng)我們將油酸滴在水面上時(shí)，密度較小的油酸會在水面散開，形成極薄的一層油膜。油酸分子中較大的“頭部”(烴鏈C17H33—)不溶于水，而很小的“尾巴”(羧基—COOH)對水有很強(qiáng)的親和力.

實(shí)驗(yàn)與探究利用油膜法估測油酸分子的大小。測算1滴溶液中純油酸的體積V。如圖1-1-3所示，用滴管將體積分?jǐn)?shù)為0.2%的油酸酒精溶液滴入量筒，根據(jù)溶液體積分?jǐn)?shù)、滴數(shù)和體積的關(guān)系，可以測算出1滴溶液中油酸體積的平均值.測量油膜面積的關(guān)鍵是讓油膜形成明顯的邊界，在水平放置的淺盤(約30cm×40cm)中倒入約2cm深的水，用紗網(wǎng)(或粉撲)將適量痱子粉均勻地輕輕撒在水面上，如圖1-1-4所示。用滴管將1滴油酸酒精溶液輕輕滴入水面中央，如圖1-1-5所示。油酸立即在水面散開，形成一塊油膜，通過痱子粉可以清楚地看出油膜的輪廓。待油膜形狀穩(wěn)定后，在淺盤上蓋上帶有網(wǎng)格線的透明塑料蓋板，用彩筆描出油膜的輪廓，如圖1-1-6所示。估算出油膜的面積S.

（1）油酸酒精溶液的實(shí)際濃度和理論值間存在偏差；（2）1mL油酸酒精溶液的實(shí)際體積與理論值間存在偏差；（3）油酸在水面上的實(shí)際分布和理想中的“均勻”“單分子純油酸層”

間存在偏差；（4）計(jì)算獲得的面積和實(shí)際油膜面積間存在偏差。上述實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的主要原因有哪些?油酸分子大小的理論值是1.12×10-9m，即使用高倍光學(xué)顯微鏡也無法直接觀測，更無法直接測量。上述實(shí)驗(yàn)借用宏觀的體積、面積來估測微觀的分子直徑，這是一種借宏觀量來研究微觀量的方法。阿伏伽德羅常量如果把分子看成小球，則一般分子直徑的數(shù)量級約為10-10m。例如，水分子直徑約為4.0×10-10m，氫分子直徑約為2.3×10-10m.如果我們比較水分子跟乒乓球的大小，就像比較乒乓球與地球的大小一樣，可見兩者相差懸殊。分子很小，則構(gòu)成物質(zhì)的分子數(shù)目必定很大，我們能否估算這一數(shù)目究竟有多大呢?例題：已知水分子的直徑約為4.0×10-10m，請嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)案例能讓人直觀地感受到水分子數(shù)目的巨大，如果要數(shù)出這些分子，需要多少年才能數(shù)完?分析：本題未明確指出究竟要計(jì)算多少水中水分子的數(shù)目，可以是一杯水、一壺水，也可以是一桶水，可任選一樣來進(jìn)行計(jì)算.解：假設(shè)我們喝下一口水，這口水的體積約為20m，可估算這口水中水分子的數(shù)目設(shè)水分子為球體，忽略分子間隙，則水分子的數(shù)目為1年的時(shí)間為t=365×24×3600s≈3.15×107s.若每秒鐘數(shù)2個(gè)，不停歇地?cái)?shù)，數(shù)完這些水分子所需的時(shí)間為我們在化學(xué)課中學(xué)過，1mol的任何物質(zhì)所含的分子(或原子)數(shù)目都相同，這個(gè)數(shù)目被稱為阿伏伽德羅常量(Avogadroconstant)，用符號NA

表示，在通常的計(jì)算中取NA=6.02×1023mol-1.例如，1mol水的質(zhì)量是18g，1mol氧氣在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、0℃的狀況下，體積是22.4L，它們所包含的分子數(shù)都是6.02×1023個(gè).阿伏伽德羅常量是一個(gè)重要的常量。它是聯(lián)系摩爾質(zhì)量、摩爾體積等宏觀物理量與分子質(zhì)量、分子大小等微觀物理量的橋梁，在定量研究熱現(xiàn)象時(shí)常會用到它.實(shí)踐與拓展歷史上，人們曾通過測量分子的大小來估算阿伏伽德羅常量。請查閱相關(guān)資料，嘗試通過分子的大小估算出阿伏伽德羅常量，并將你的結(jié)果與課本中的阿伏伽德羅常量相比較。同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細(xì)心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第一章分子動理論第二節(jié)

分子熱運(yùn)動與分子力問題導(dǎo)入我們已經(jīng)知道物質(zhì)是由大量分子組成的，那么，物質(zhì)內(nèi)的分子是以怎樣的方式聚集在一起的呢？它們之間是否存在相互作用？分子是處于靜止?fàn)顟B(tài)，還是在不停地運(yùn)動呢？下面我們一起來追尋問題的答案。擴(kuò)散現(xiàn)象我們走進(jìn)飯店，常會聞到飯菜的味道；用完的水彩畫筆放在水杯中，杯中的水會慢慢變色。初中學(xué)過的知識告訴我們，這些日常生活中的現(xiàn)象都與分子運(yùn)動有關(guān)。

下面我們通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察與分析。觀察與思考1.如圖1-2-1所示，在一濾紙條上間隔一定距離各滴上一滴酚酞試劑后，將其插入水平放置的試管中，在試管開口處放上一小團(tuán)棉花(棉花不與濾紙條接觸)。用滴管在棉花團(tuán)上滴上幾滴濃氨水后，用膠塞將試管封閉。注意觀察試管中濾紙條的顏色變化。2.取兩個(gè)相同的玻璃杯，在一個(gè)杯中倒入涼水，另一個(gè)杯中倒入相同體積的熱水，然后在兩杯中同時(shí)輕輕滴入一滴紅墨水，注意觀察杯中水的顏色變化情況。

如何解釋上述實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的現(xiàn)象呢?現(xiàn)象：熱水比涼水顏色變得更快。結(jié)論：（1）液體中發(fā)生物質(zhì)遷移現(xiàn)象；

（2）溫度越高，物質(zhì)遷移越快。通過實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)，試管中濾紙條從試管口向內(nèi)逐漸變色，熱水比涼水紅得更快，這就說明無論是氣體還是液體，都會發(fā)生物質(zhì)遷移現(xiàn)象。實(shí)際上，這種現(xiàn)象在固體中也會發(fā)生。我們讓一鉛塊和一金塊相互緊密接觸，經(jīng)過一段足夠長的時(shí)間，就會發(fā)現(xiàn)在接觸面處的薄層中，鉛塊內(nèi)滲入了少量的金，金塊內(nèi)滲入了少量的鉛。這種現(xiàn)象就是分子本身不停運(yùn)動的結(jié)果。

物理學(xué)中把由于分子不停地運(yùn)動而產(chǎn)生的物質(zhì)遷移現(xiàn)象稱為擴(kuò)散(diffusion)。由上面的實(shí)驗(yàn)可知，溫度越高，物質(zhì)擴(kuò)散得越快。擴(kuò)散現(xiàn)象說明了物質(zhì)中的分子在不停地運(yùn)動著。那么，能否通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說明，分子是在做無規(guī)則的運(yùn)動呢?說明：（1）物質(zhì)處于固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)均能發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象；

（2）溫度越高，物質(zhì)擴(kuò)散得越快。表面溫度越高，

分子運(yùn)動得越劇烈；

（3）擴(kuò)散現(xiàn)象是分子運(yùn)動的直接結(jié)果，是分子運(yùn)動的

宏觀反映。布朗運(yùn)動1827年，英國植物學(xué)家布朗在用顯微鏡觀察花粉微粒的水溶液時(shí)，發(fā)現(xiàn)花粉在不停地做無規(guī)則的運(yùn)動。下面我們也來做一下這個(gè)實(shí)驗(yàn)。觀察與思考在載玻片上滴一滴清水，把載玻片放在顯微鏡下，如圖1-2-2所示，調(diào)節(jié)顯微鏡手輪，直到能看到清晰的水滴影像.把一小滴碳素墨水滴在載玻片的水滴上，將載玻片放在顯微鏡下觀察炭微粒的運(yùn)動現(xiàn)象，如圖1-2-3所示。

1.觀察炭微粒運(yùn)動方向情況。2.追蹤一個(gè)炭微粒的運(yùn)動：在顯微鏡影像顯示屏上固定一張透明的坐標(biāo)紙，在坐標(biāo)紙上追蹤顯示某一微粒的運(yùn)動，調(diào)節(jié)節(jié)拍器的節(jié)拍周期為5秒左右，每次聽到節(jié)拍器的響聲，就用筆描下這個(gè)微粒此時(shí)的位置，并按順序進(jìn)行數(shù)字編號，大約取10個(gè)點(diǎn)。如圖1-2-4所示，把這些點(diǎn)按時(shí)間順序依次連接起來，得到一條折線。從實(shí)驗(yàn)中得出的折線圖來看，這個(gè)微粒的運(yùn)動是有規(guī)則的，還是無規(guī)則的?從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可見，微粒運(yùn)動的方向是不斷改變的，而且是無規(guī)則的。后來，人們把懸浮在液體或氣體中的微粒做的這種無規(guī)則運(yùn)動叫作布朗運(yùn)動(Brownianmotion)。布朗運(yùn)動究竟是怎么產(chǎn)生的？開始時(shí)，人們以為是外界因素，比如液體受到振動或?qū)α鞯纫鸬?，但是在盡量消除外界因素影響的實(shí)驗(yàn)條件下，布朗運(yùn)動仍然存在。布朗運(yùn)動的起因問題困擾了人類大半個(gè)世紀(jì)，直到1905年，愛因斯坦才從理論上解釋了布朗運(yùn)動。他認(rèn)為，布朗運(yùn)動是大量液體分子對懸浮微粒的不平衡撞擊引起的，是大量液體分子不停地做無規(guī)則運(yùn)動所產(chǎn)生的結(jié)果。懸浮在液體中的微粒周圍存在大量做無規(guī)則運(yùn)動的液體分子，它們不停地對懸浮微粒進(jìn)行撞擊，如圖1-2-5所示。一個(gè)微粒每秒大約要受到它周圍液體分子1021次的碰撞。由于液體分子運(yùn)動的無規(guī)則性，在任一瞬間，從不同方向撞擊懸浮微粒的液體分子數(shù)目各不相同，碰撞的沖擊力也不一樣。有時(shí)沿某一方向的撞擊較強(qiáng)，微粒就順著這一方向運(yùn)動；當(dāng)另一方向的撞擊較強(qiáng)時(shí)，微粒就會改變運(yùn)動方向。由于液體分子運(yùn)動的無規(guī)則性，使微粒受較強(qiáng)撞擊的方向是偶然性的，所以布朗運(yùn)動是無規(guī)則的。我們觀察到的懸浮微粒的無規(guī)則運(yùn)動，實(shí)際上間接地反映了液體內(nèi)部的分子在不停地做無規(guī)則的運(yùn)動。擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)還表明，溫度越高，分子的擴(kuò)散越快，懸浮微粒運(yùn)動就越激烈，這表明物質(zhì)的溫度高低與物質(zhì)內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動的劇烈程度直接相關(guān)，溫度越高，分子的無規(guī)則運(yùn)動越劇烈。可以說溫度是物質(zhì)內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動劇烈程度的量度。因此，物理學(xué)中把物質(zhì)內(nèi)部大量分子的無規(guī)則運(yùn)動稱為熱運(yùn)動(thermalmotion).【思考問題】影響布朗運(yùn)動激烈程度的因素有哪些？

一是溫度：液體分子無規(guī)則運(yùn)動得越劇烈，對懸浮顆粒撞擊的頻率及強(qiáng)度也越高。

二是微粒的大小：微粒越小，在某一時(shí)刻跟它撞擊的液體分子數(shù)越少，撞擊作用的不平衡性就越明顯，同時(shí)，質(zhì)量越小，運(yùn)動狀態(tài)越容易改變。分子力我們?nèi)粘Ｊ褂玫恼聊X丸，由于分子的熱運(yùn)動，最終會揮發(fā)殆盡，然而它卻能聚成一個(gè)硬塊且很不容易掰開，這又是為什么呢？人們猜想有可能是因?yàn)榉肿娱g存在相互吸引的力：下面通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這種引力的存在.觀察與思考取兩段直徑為2cm左右的鉛柱，把它們的斷面切平磨光，然后用力把兩個(gè)光滑的面對齊壓緊，這兩段鉛柱就“粘”在一起了，而且下端可以吊起1kg甚至更重的物體，如圖1-2-6所示。為什么把鉛柱斷面切平磨光并且用力對齊壓緊，兩段鉛柱就能“粘”在一起?結(jié)論：物質(zhì)的分子間存在引力，

該引力發(fā)生作用的距離很小。以上實(shí)驗(yàn)表明，物質(zhì)的分子間存在引力，而且該引力發(fā)生作用的距離很小。正是這種相互吸引的作用，才使得大量分子聚集在一起形成固體或液體。我們還知道，固體和液體是很難被壓縮的。這說明分子之間除了有引力，還存在斥力.分子間的相互作用一般不能由實(shí)驗(yàn)直接測定，但可以在一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用一些簡化模型，如假設(shè)分子間的相互作用具有球?qū)ΨQ性等來加以研究，研究表明，分子間同時(shí)存在著引力和斥力，通常表現(xiàn)出來的是它們的合力。分子間引力和斥力的大小都跟分子間的距離有關(guān)。圖1-2-7中的虛曲線分別表示兩個(gè)分子間的引力和斥力隨其距離變化的情形，實(shí)線表示引力和斥力的合力，即實(shí)際表現(xiàn)出來的分子力隨距離變化的情形。由圖中可見，當(dāng)兩個(gè)分子間的距離等于某一值r0時(shí)，分子間的引力和斥力平衡，分子間的作用力為0。對于不同物質(zhì)的分子，r0的數(shù)值稍有不同，數(shù)量級約為10-10m.當(dāng)分子間的距離小于r0時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力；當(dāng)分子間的距離大于r0時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力；當(dāng)分子間的距離大于10-9時(shí)，分子間的作用力就已十分微弱，可以忽略不計(jì)。【思考問題】分子間作用力和分子間距的變化關(guān)系可用圖表示。（1）分子間的引力、斥力隨分子間的距離如何變化？（2）合力圖是怎樣求得的？（3）合力隨分子間距離怎樣變化？（1）分子間的引力和斥力同時(shí)存在；（2）分子間的引力和斥力只與分子間距離（相對位置）有關(guān)，與分子的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。（3）分子間的引力和斥力都隨分子間的距離r的增大而減小，且斥力總比引力隨r的增大衰減得快

（1）當(dāng)r=r0時(shí)，分子間的引力和斥力平衡，分子間的作用力為0；

（3）當(dāng)r＞r0時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力；

（2）當(dāng)r＜r0時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力；

（4）當(dāng)r＞10-9m時(shí)，分子間的作用力可以忽略不計(jì)。分子間的作用力本質(zhì)上是一種電磁力。分子由原子組成，原子內(nèi)部有帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子，分子間的作用力是由這些帶電粒子的相互作用引起的。19世紀(jì)以后，人們通過對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究，逐漸建立起分子動理論(molecularkinetictheory)，其基本觀點(diǎn)是物質(zhì)是由大量分子組成的：分子總在不停地做無規(guī)則運(yùn)動，運(yùn)動的劇烈程度與物質(zhì)的溫度有關(guān)；分子間存在相互作用的引力和斥力。1、當(dāng)用力拉伸物體時(shí)，物體內(nèi)各部分之間要產(chǎn)生反抗拉伸的作用力，此時(shí)分子間的作用力表現(xiàn)為引力。2、當(dāng)用力壓縮物體時(shí)，物體各部分之間會產(chǎn)生反抗壓縮的作用力，此時(shí)分子間的作用力表現(xiàn)為斥力。3、分子力的產(chǎn)生原因：由原子內(nèi)帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子間相互作用而引起的。本質(zhì)上是一種電磁力。同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細(xì)心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第一章分子動理論第三節(jié)

氣體分子運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)規(guī)律19世紀(jì)中葉，人們從“物質(zhì)是由大量無規(guī)則運(yùn)動的分子組成的”這一觀點(diǎn)出發(fā)，對微觀粒子間相互作用的性質(zhì)和規(guī)律以及熱現(xiàn)象的微觀過程提出模型和假設(shè)，探究其統(tǒng)計(jì)規(guī)律。統(tǒng)計(jì)規(guī)律是大量隨機(jī)事件整體表現(xiàn)出的規(guī)律，它表現(xiàn)了這些事件整體的必然聯(lián)系。下面我們以氣體分子運(yùn)動為例探究氣體分子運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。分子沿各個(gè)方向運(yùn)動的概率相等在拋硬幣游戲中，把一枚硬幣拋起來后落到地面，硬幣的正面向上還是反面向上完全是隨機(jī)的，當(dāng)拋幣的次數(shù)非常多時(shí)，硬幣正面向上和反面向上的概率是相等的。這表明個(gè)別事件的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，但大量事件出現(xiàn)的概率遵從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。討論與交流在日常生活中，還有哪些實(shí)例表現(xiàn)出這種統(tǒng)計(jì)規(guī)律?在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1cm3氣體中約有2.7×1019個(gè)分子。大量分子都在做無規(guī)則運(yùn)動，分子間不斷發(fā)生碰撞，一個(gè)分子在1s內(nèi)與其他分子的碰撞次數(shù)高達(dá)65億次。頻繁的碰撞使得每個(gè)分子的速度大小和方向頻繁地改變，對于處于平衡狀態(tài)的氣體而言，盡管在某一時(shí)刻某個(gè)分子的速度大小和方向完全是隨機(jī)的，但是對由大量分子組成的氣體整體來說，氣體中任一時(shí)刻都有向任一方向運(yùn)動的分子，且氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動的數(shù)目相等，即在任一時(shí)刻分子沿各個(gè)方向運(yùn)動的概率是相等的。這里所說的“相等”是對大量分子運(yùn)動情況的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。分子速率按一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布?xì)怏w分子沿各個(gè)方向運(yùn)動的概率相等，就是大量分子在運(yùn)動方向上整體表現(xiàn)出來的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。那么，氣體分子運(yùn)動的速率分布是否也有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律呢？我們先來觀察一個(gè)實(shí)驗(yàn)。觀察與思考如圖1-3-1所示，在一塊豎直放置的木板上，頂部設(shè)一漏斗形開口，木板的上半部分釘有許多規(guī)則排列的小釘子，下半部分用多塊豎直的小隔板分隔出許多道等寬的狹槽，板前蓋以玻璃。從木板頂部的漏斗形開口投入小球(例如小鋼球)，小球的直徑略小于兩隔板間的距離，觀察小球落在狹槽內(nèi)的分布情況。再連續(xù)投入大量的小球，按小球在狹槽內(nèi)分布的情況，用筆在玻璃上畫出一條連續(xù)的曲線。重復(fù)若干次上述實(shí)驗(yàn)，觀察曲線形狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，盡管單個(gè)小球落入哪道狹槽內(nèi)是隨機(jī)的，但投入大量小球時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)狹槽內(nèi)小球分布的情況則是一定的，而且落入某一道狹槽內(nèi)的小球數(shù)目與小球總數(shù)的比值是穩(wěn)定的，這就是說，大量的小球落入狹槽時(shí)，其整體的分布遵從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.空氣分子在容器中的運(yùn)動情況。氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn)是：1．氣體間的距離較大，分子間相互作用力十分微弱，除了相互碰撞或者與容器碰撞，氣體分子不收李的作用，在空間自由運(yùn)動，所以一定質(zhì)量的氣體的分子可以充滿整個(gè)容器空間。2．大量氣體分子都在做無規(guī)則熱運(yùn)動，分子間不斷發(fā)生碰撞，頻繁的碰撞使得每個(gè)分子的速度大小和方向頻繁地改變，在某一時(shí)刻向著任何一個(gè)方向運(yùn)動的分子都有，從總體上看氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動的機(jī)會均等，因此對大量分子而言，在任一時(shí)刻向容器各個(gè)方向運(yùn)動的分子數(shù)是均等的。解：(1)由圖1-3-2可以看到，0℃和100℃氧氣分子的速率分布都呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律，但這兩個(gè)溫度下具有最大比例的速率區(qū)間是不同的，0℃時(shí)300<v≤400的分子最多，100℃時(shí)400<v≤500的分子最多。100℃的氧氣，速率大的分子比例較多，其分子的平均速率比0℃的大。

(2)該曲線體現(xiàn)的是0℃氧氣分子在不同速率分子數(shù)目的分布情況，即氧氣分子速率分布情況，曲線與橫坐標(biāo)所圍面積為所有速率區(qū)問的分子數(shù)占?xì)怏w總分子數(shù)的比例，故該面積的值為1.通過例題，我們可以知道，在一定的溫度下，氧氣分子的速率分布是確定的，呈現(xiàn)“中問多、兩頭少”的分布規(guī)律，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子數(shù)最多的速率區(qū)間移向速率大的一方，速率小的分子數(shù)減少，速率大的分子數(shù)增加，分子的平均速率(平均動能)增大，如圖1-3-2所示的氧氣分子運(yùn)動速率分布曲線直觀地描述了這一規(guī)律，氣體分子速率分布規(guī)律也是一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律。早在1859年，英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家麥克斯韋(J.C.Maxwell，1831-1879)就從理論上推導(dǎo)出氣體分子速率分布的規(guī)律。60多年后，麥克斯韋的理論研究成果第一次得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。以后隨著實(shí)驗(yàn)方法的不斷改進(jìn)，氣體分子速率分布規(guī)律得到高度精確的實(shí)驗(yàn)證明。奧地利物理學(xué)家玻耳弦曼(L.E.Boltzmann，1844-1906)在麥克斯韋的基礎(chǔ)上又得出氣體分子按能量分布的規(guī)律。他們的研究成果奠定了分子動理論的基礎(chǔ)。實(shí)踐與拓展若對高中二年級學(xué)生的身高進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，是否會呈現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律？是否所有統(tǒng)計(jì)的結(jié)果都會呈現(xiàn)出這樣的分布規(guī)律呢？請用生活中的實(shí)例說明自己的觀點(diǎn)。當(dāng)堂練習(xí)體積都是1

L的兩個(gè)容器，裝著質(zhì)量相等的氧氣，其中一個(gè)容器內(nèi)的溫度是0℃，另一個(gè)容器的溫度是100℃。請說明：這兩個(gè)容器中關(guān)于氧分子運(yùn)動速率分布的特點(diǎn)有哪些相同？有哪些不同？相同點(diǎn)：都呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的分布。不同點(diǎn)：①這兩個(gè)溫度下具有最大比例的速率區(qū)間是不同的。②100℃的氧氣，速率大的分子的比例較多，其分子的平均速率比0℃的大。（多選）分子運(yùn)動的特點(diǎn)是

（

）A．分子除相互碰撞或跟容器碰撞外，可在空間里自由移動B．分子的頻繁碰撞致使它做雜亂無章的熱運(yùn)動C．分子沿各個(gè)方向運(yùn)動的機(jī)會均等D．分子的速率分布毫無規(guī)律ABC（多選）對于氣體分子的運(yùn)動，下列說法正確的是

（

）A．一定溫度下某理想氣體的分子的碰撞雖然十分頻繁但同一時(shí)刻，

每個(gè)分子的速率都相等B．一定溫度下某理想氣體的分子速率一般不等，但速率很大和速

率很小的分子數(shù)目相對較少C．一定溫度下某理想氣體的分子做雜亂無章的運(yùn)動可能會出現(xiàn)某一

時(shí)刻所有分子都朝同一方向運(yùn)動的情況D．一定溫度下某理想氣體，當(dāng)溫度升高時(shí)，其中某10個(gè)分子的平均

動能可能減少BD同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細(xì)心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第二章氣體、液體和固體第一節(jié)

氣體實(shí)驗(yàn)定律（Ⅰ）用打氣筒給足球打氣時(shí)，隨著活塞桿的下壓，會感到越來越吃力，這說明隨著氣體體積減小，其壓強(qiáng)會增大；將壓癟的乒乓球放入熱水中，乒乓球會自動復(fù)原，說明球內(nèi)的氣體在溫度升高時(shí)壓強(qiáng)也會增大。日常生活中的很多現(xiàn)象說明，一定質(zhì)量的氣體，其壓強(qiáng)、溫度、體積三個(gè)量之問存在著某種關(guān)系。

下面我們采用控制變量法探究一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變時(shí)，其壓強(qiáng)與體積之問的變化關(guān)系。觀察與思考如圖2-1-1所示，用注射器的柱塞和下端的橡皮塞把一段空氣柱封閉在注射器玻璃管中，這段空氣柱就是我們研究的對象。在實(shí)驗(yàn)過程中，空氣柱的質(zhì)量是不變的，只要其體積變化不太快，它的溫度就不會有明顯的變化，大致等于環(huán)境溫度。空氣柱的壓強(qiáng)可以從注射器上方的氣壓計(jì)指針讀出，空氣柱的長度可以從注射器玻璃管側(cè)的刻度尺讀出.現(xiàn)向下壓或向上提注射器的柱塞，觀察空氣柱體積與壓強(qiáng)的變化情況，能發(fā)現(xiàn)什么變化規(guī)律?從實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，注射器內(nèi)空氣柱的體積越小，壓強(qiáng)就越大，其體積越大，壓強(qiáng)就越小。那么，一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變時(shí)，其壓強(qiáng)的大小是否跟體積成反比關(guān)系呢?玻意耳定律為了探究一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變時(shí)，其壓強(qiáng)的大小與體積的大小是否成反比關(guān)系，我們通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)記錄多組數(shù)據(jù)，對其規(guī)律進(jìn)行研究.實(shí)驗(yàn)與探究如圖2-1-1所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以驗(yàn)證一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變時(shí)，其壓強(qiáng)和體積的關(guān)系。但是氣壓計(jì)的讀數(shù)誤差相對較大，因此，為了更精確地測量氣體壓強(qiáng)，我們引進(jìn)壓強(qiáng)傳感器和數(shù)據(jù)采集器獲取數(shù)據(jù)，并借助計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，以提高測量精度和效率。其實(shí)驗(yàn)原理圖如圖2-1-2所示。實(shí)驗(yàn)中，為了做到封閉氣體，不讓氣體泄漏，可以在活塞上涂潤滑油。而為了控制氣體溫度這一變量，活塞移動速度不能太快，且要避免用手握住注射器封閉氣體部分導(dǎo)致氣體溫度改變。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2-1-3所示。通過改變注射器內(nèi)氣體的體積，可以獲得對應(yīng)的氣體壓強(qiáng)值并記錄數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)表明，一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，其壓強(qiáng)與體積成反比。即設(shè)初態(tài)時(shí)氣體體積為V1，壓強(qiáng)為p1，末態(tài)時(shí)氣體體積為V2，壓強(qiáng)為p2，則(2.1.1)這一規(guī)律是英國科學(xué)家玻意耳(R.Boyle，1627-1691)和法國科學(xué)家馬略特(E.Mariotte，1620-1684)在互不知情的情況下各自獨(dú)立通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的，由于馬略特的發(fā)現(xiàn)時(shí)間較晚，因此人們習(xí)慣將其稱為玻意耳定律(Boylelaw).用氣體實(shí)驗(yàn)定律解題的步驟（1）確定研究對象。被封閉的氣體（滿足質(zhì)量不變的條件）；（2）用一定的數(shù)字或表達(dá)式寫出氣體狀態(tài)的初始條件；（3）根據(jù)氣體狀態(tài)變化過程的特點(diǎn)，列出相應(yīng)的氣體公式；（4）將各初始條件代入氣體公式中，求解未知量。等溫圖像

等溫線上的某一點(diǎn)表示氣體處于某一狀態(tài)，該點(diǎn)的坐標(biāo)(p，V)表示氣體在該狀態(tài)下的狀態(tài)參量。如圖2-1-6所示的狀態(tài)A的壓強(qiáng)p1=1atm(1atm即為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，約等于1.013×105Pa)，體積V1=2L，狀態(tài)B的壓強(qiáng)p2=0.5atm，體積V2=4L，圖中箭頭表示過程進(jìn)行的方向，氣體由狀態(tài)A經(jīng)等溫過程變化到狀態(tài)B.例題：人們使用氣壓式保溫瓶時(shí)，只需按壓保溫瓶頂端，即可將水從瓶中壓出。如圖2-1-7所示是氣壓式保溫瓶結(jié)構(gòu)圖，請分析回答下列問題。(1)保溫瓶中的水越少，需按壓瓶蓋的次數(shù)越多，才能將水從瓶中壓出，請分析其原因.(2)已知保溫瓶中水的占比，估測出水所需的按壓次數(shù)，需用到什么氣體實(shí)驗(yàn)定律？若要滿足該氣體定律的適用條件，應(yīng)怎樣選取研究對象？(3)若保溫瓶中只有半瓶水時(shí)，希望按壓兩次就能出水，則還需要滿足什么條件？分析：根據(jù)保溫瓶的結(jié)構(gòu)圖可知，按壓瓶蓋往瓶中注入更多的空氣，使得瓶中壓強(qiáng)增大，水被擠壓出保溫瓶：影響按壓次數(shù)的主要因素是瓶蓋下方氣室的體積、保溫瓶內(nèi)水上方的空氣體積，以及出水管口距水面的高度。據(jù)此選擇解決問題的定律，并明確適用條件，選取合適的研究對象.解：(1)由氣壓式保溫瓶的結(jié)構(gòu)圖可知：水越少，出水管口距水面的高度越大，壓出水所需的壓強(qiáng)越大；同時(shí)，保溫瓶內(nèi)水上方的空氣體積也越大，而瓶蓋下方氣室的體積一定，每次按壓能壓人的空氣相對水上方的空氣體積的比例就越小，故需按壓的次數(shù)就越多。(2)需要運(yùn)用玻意耳定律來估測按壓次數(shù)，因此必須滿足氣體質(zhì)量一定、溫度不變的條件。通常情況下，保溫瓶內(nèi)水上方的空氣體積遠(yuǎn)大于氣室的體積，因此，氣體被壓縮時(shí)溫度的變化非常微小，可近似看作溫度不變。按壓瓶蓋往瓶中注入空氣，瓶中氣體質(zhì)量必定增大，然而若將壓入瓶中的空氣和瓶中原有的空氣看作一個(gè)整體，以其為研究對象，則滿足了氣體質(zhì)量一定的條件，從而可運(yùn)用玻意耳定律來解答本題。(3)如圖2-1-8所示，設(shè)保溫瓶可盛水的體積為V1，瓶蓋下方氣室的體積為V2，出水管口到瓶中水面的高度為h，水的密度為ρ，外界大氣壓為p0：若瓶中只有半瓶水，希望按壓兩次就能出水，則保溫瓶內(nèi)水上方的空氣壓強(qiáng)至少要達(dá)到p0+ρgh，忽略不計(jì)出水管體積，根據(jù)玻意耳定律，可得即保溫瓶可盛水的體積與氣室體積之比滿足上述關(guān)系式時(shí)，瓶中只有半瓶水，按壓兩次就能出水.實(shí)踐與拓展在用如圖2-1-3所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究玻意耳定律時(shí)，可能造成實(shí)驗(yàn)誤差的主要原因是什么？如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法來盡可能減小這些誤差?（多選）如圖所示為一定質(zhì)量的氣體在不同溫度下的兩條圖線。由圖可知（

）A．一定質(zhì)量的氣體在發(fā)生等溫變化時(shí)，其壓強(qiáng)與體積成正比B．一定質(zhì)量的氣體在發(fā)生等溫變化時(shí)，其圖線的延長線是經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)的C．T1＞T2D．T1＜T2BD

D同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細(xì)心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第二章氣體、液體和固體第二節(jié)

氣體實(shí)驗(yàn)定律（Ⅱ）問題導(dǎo)入在上一節(jié)中，我們通過實(shí)驗(yàn)探究了一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變時(shí)，其壓強(qiáng)與體積之間的變化關(guān)系。那么，一定質(zhì)量的氣體，在體積不變時(shí)，其壓強(qiáng)是怎樣隨溫度變化的呢？在壓強(qiáng)不變時(shí)，其體積又是怎樣隨溫度變化的呢？查理定律我們先來觀察一定質(zhì)量的氣體，在體積不變時(shí)，其壓強(qiáng)是怎樣隨溫度變化的.觀察與思考如圖2-2-1所示是一個(gè)探究氣體壓強(qiáng)與溫度變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，實(shí)驗(yàn)中，往細(xì)玻璃管內(nèi)注入適量的紅墨水，通過紅墨水的移動觀察氣壓的改變。把瓶先后放入盛著冰水混合物的容器和盛著熱水的容器中，設(shè)法保持瓶內(nèi)氣體的體積不變，觀察紅墨水的移動情況，思考該過程氣體壓強(qiáng)和溫度變化的關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，保持瓶內(nèi)氣體體積不變，將瓶放入熱水中時(shí)的瓶內(nèi)壓強(qiáng)比放在冰水混合物中時(shí)的瓶內(nèi)壓強(qiáng)大，法國物理學(xué)家查理(J.Charles，1746-1823)通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣體體積一定時(shí)，各種氣體的壓強(qiáng)都隨溫度的升高而均勻增大，如圖2-2-2(a)所示，人們把此規(guī)律叫作查理定律(Charleslaw).氣體在體積保持不變的情況下發(fā)生的狀態(tài)變化過程，叫作等容過程(isochoricprocess).出圖2-2-2(a)可知，在等容過程中，氣體壓強(qiáng)p與攝氏溫度t呈線性關(guān)系，但不是簡單的正比關(guān)系。如2-2-2(b)所示，延長直線AB，與橫坐標(biāo)相交，則交點(diǎn)為(-273.15，0)。如果以該交點(diǎn)為原點(diǎn)，建立新坐標(biāo)系如圖2-2-2(c)所示，橫坐標(biāo)仍然表示溫度，則此時(shí)氣體壓強(qiáng)與溫度就是正比例關(guān)系了。若將這新的溫度記為T，它與攝氏溫度t的大小換算關(guān)系為T=t+273.15，人們將這一新的溫度稱為熱力學(xué)溫度(termodynamictemperature)，國際單位為開爾文，簡稱開，符號為K。由圖2-2-2(c)可知，原點(diǎn)表示氣體壓強(qiáng)為0時(shí)，熱力學(xué)溫度為0。理論和實(shí)踐表明，熱力學(xué)溫度0K(即絕對零度)是不可能實(shí)現(xiàn)的。在對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理中，通過對圖線的合理延伸，發(fā)現(xiàn)其新的含義，這是物理學(xué)研究中一種常用的方法。由此，查理定律可簡化為一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，其壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成正比。即設(shè)氣體溫度為T1時(shí)，壓強(qiáng)為p1，溫度為T2時(shí)，壓強(qiáng)為p2，則(2.2.1)例題1：汽車輪胎的氣壓是影響汽車節(jié)油及行駛安全的重要因素，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在高速公路上有40%以上的交通事故是由于輪胎發(fā)生故障引起的，汽車在高速行駛時(shí)車胎因反復(fù)形變而升溫，車胎內(nèi)氣壓隨之升高，某品牌的汽車輪胎說明書上標(biāo)有“最大胎壓3kg/cm2”。該車在夏天以120km/h的速度行駛時(shí)，車胎內(nèi)氣體溫度可達(dá)70℃。為保證汽車在最高限速120km/h的高速路上安全行駛，則在30℃的氣溫下，汽車出發(fā)前給車胎充氣的氣壓上限是多少?分析：空氣注入車胎后，其質(zhì)量不變，忽略車胎因溫度的變化而發(fā)生的體積變化，則符合查理定律的適用條件，可用該定律來解答解：設(shè)30℃時(shí)車胎能充的最大氣壓為p1，溫度達(dá)70℃時(shí)的氣壓為p2，由題可知蓋-呂薩克定律我們知道了氣體的等溫過程和等容過程中的規(guī)律，那么，一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，氣體體積與溫度的關(guān)系又如何呢?觀察與思考將如圖2-1-1所示的實(shí)驗(yàn)裝置先后放入盛著熱水的容器和盛著冰水混合物的容器中，設(shè)法保持壓強(qiáng)不變，觀察玻璃管中空氣柱體積的變化情況，思考?xì)怏w體積與溫度的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)表明，一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比。即(2.2.2)該規(guī)律由法國化學(xué)家、物理學(xué)家蓋-呂薩克(J.Gay-Lussac，1778-1850)發(fā)現(xiàn)，人們將其稱為蓋-呂薩克定律(Gay-Lussaclaw).氣體在壓強(qiáng)不變情況下發(fā)生的狀態(tài)變化過程，稱為等壓過程(isobaricprocess).氣體等壓過程可以用圖線來表示，如圖2-2-3所示。例題2：炎熱的夏天，當(dāng)我們在教室開空調(diào)時(shí)，除了溫度以外，教室內(nèi)空氣的質(zhì)量其實(shí)也發(fā)生了改變。請估算降溫前后教室內(nèi)空氣的質(zhì)量變化量。(已知1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度為0℃時(shí)，空氣密度為1.29kg/m3)分析：教室的空間不變，即空氣的總體積不變。當(dāng)室內(nèi)溫度降低時(shí)，氣壓會降低，因教室不是密閉空間，室外空氣會進(jìn)入室內(nèi)，使得室內(nèi)外空氣的壓強(qiáng)保持動態(tài)的平衡，因此室內(nèi)空氣的質(zhì)量增加、壓強(qiáng)不變，在降溫過程中，如果把從室外進(jìn)入室內(nèi)的空氣與原來室內(nèi)的空氣看成一個(gè)整體，則可以采用蓋-呂薩克定律求解?？稍O(shè)教室為長方形，長、寬、高分別為L、D、H，設(shè)空調(diào)使室內(nèi)空氣從溫度t1降到t2，從而估算降溫前后室內(nèi)空氣質(zhì)量的變化量。

解：設(shè)教室為長方形，長、寬、高分別為L=10m，D=6m，H=3m，開空調(diào)使室內(nèi)空氣從溫度t1=33℃降到t2=26℃，室內(nèi)氣壓近似保持為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。把降溫過程中從室外進(jìn)入室內(nèi)的空氣與原來室內(nèi)的空氣看成一個(gè)整體，則氣體質(zhì)量恒定。設(shè)在0℃、33℃、26℃時(shí)，整個(gè)氣體的體積分別為V0、V1、V2，根據(jù)蓋-呂薩克定律，有同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細(xì)心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第二章氣體、液體和固體第三節(jié)

氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋玻意耳定律、查理定律和蓋-呂薩克定律，這三個(gè)定律都是通過實(shí)驗(yàn)研究獲得的，人們將這三個(gè)定律統(tǒng)稱為氣體實(shí)驗(yàn)定律。它們反映了一定質(zhì)量的氣體，溫度、體積、壓強(qiáng)三個(gè)參量之間的變化關(guān)系。下面我們將從微觀的角度，探尋氣體參量的變化遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律的緣由。氣體壓強(qiáng)的微觀解釋從微觀分子的運(yùn)動及統(tǒng)計(jì)規(guī)律來看，氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁碰撞器壁的結(jié)果。我們都有這樣的經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)稀疏的雨點(diǎn)打在傘上時(shí)，我們感到傘上各處受力是不均勻的，而且是斷續(xù)的；但當(dāng)密集的雨點(diǎn)打到傘上時(shí)，就會感到雨傘受到一個(gè)均勻的、持續(xù)的壓力(如圖2-3-1所示)。氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因與此相似，單個(gè)分子對器壁的沖力是短暫的，分子運(yùn)動的速率各不相同，對器壁的沖力也各不相同，但大量分子頻繁地碰撞器壁，就會對器壁產(chǎn)生持續(xù)的、均勻的壓力。所以，從分子動理論的觀點(diǎn)來看，氣體壓強(qiáng)是大量氣體分子對器壁作用的宏觀效果，大小等于大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力。氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋由分子動理論和氣體分子運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)規(guī)律可以知道，就大量分子而言，氣體質(zhì)量一定時(shí)，如果溫度不變，體積越小，單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)目越多，單位時(shí)間、單位面積上撞擊器壁的分子數(shù)目越多，撞擊的平均作用力越大，壓強(qiáng)越大；如果體積不變，溫度越高，氣體分子熱運(yùn)動的平均速率越大，撞擊頻率越高，且對器壁的沖力也越大，則撞擊的平均作用力越大，壓強(qiáng)越大。據(jù)此我們能很好地解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律。一定質(zhì)量的氣體，溫度保持不變時(shí)，氣體分子熱運(yùn)動的平均速率一定，若氣體體積減小，分子的密集程度增大，氣體壓強(qiáng)增大。反之，若氣體體積增大，分子的密集程度減小，氣體壓強(qiáng)減小。這就是玻意耳定律的微觀解釋。一定質(zhì)量的氣體，體積保持不變時(shí)，氣體分子的密集程度保持不變，若氣體溫度升高，分子的熱運(yùn)動的平均速率增大，氣體壓強(qiáng)增大。反之，若氣體溫度降低，分子熱運(yùn)動的平均速率減小，氣體壓強(qiáng)減小，這就是查理定律的微觀解釋.影響氣體壓強(qiáng)的因素宏觀角度溫度體積分子的平均速率（平均動能）分子的密集程度微觀角度【思考問題】（1）如何從微觀角度解釋玻意耳定律？（2）如何從微觀角度解釋查理定律？

一定質(zhì)量的氣體，溫度保持不變時(shí)，氣體分子熱運(yùn)動的平均速率一定，若氣體的體積減小，分子的密集程度增大，氣體壓強(qiáng)增大。反之，若氣體體積增大，分子的密集程度減小，氣體壓強(qiáng)減小。

一定質(zhì)量的氣體，體積保持不變時(shí)，氣體分子的密集程度保持不變，若氣體溫度升高，分子的熱運(yùn)動的平均速率增大，氣體壓強(qiáng)增大。反之，若氣體的溫度降低，分子熱運(yùn)動的平均速率減小，氣體壓強(qiáng)減小。討論與交流根據(jù)以上對玻意耳定律和查理定律的微觀解釋，試應(yīng)用分子動理論和氣體分子運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)規(guī)律解釋蓋-呂薩克定律。理想氣體氣體實(shí)驗(yàn)定律是通過實(shí)驗(yàn)研究獲得的，那么在實(shí)際條件下，氣體是否嚴(yán)格遵循這些定律呢?討論與交流有人做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，取空氣、氫氣、一氧化碳和二氧化碳各1dm3，分別將它們等溫壓縮至其壓強(qiáng)均為2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，測其體積，計(jì)算pV的乘積，結(jié)果如表2-3-1所示.觀察表中數(shù)據(jù)，實(shí)際氣體壓縮過程是否嚴(yán)格遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律?在對氣體實(shí)驗(yàn)定律的進(jìn)一步精確實(shí)驗(yàn)研究中可以發(fā)現(xiàn)，任何實(shí)際氣體都只是在壓強(qiáng)不太大、溫度不太低的情況下近似地遵循相關(guān)的定律。當(dāng)壓強(qiáng)較大、溫度很低時(shí)，氣體實(shí)驗(yàn)定律就不適用了。壓強(qiáng)越大，單位體積內(nèi)分子數(shù)目越多，這種偏離就越顯著。事實(shí)上，任何氣體在高壓、低溫下都會發(fā)生液化甚至成為固體。正因?yàn)槿绱耍趐-T圖線或V-T圖線中，等容線和等壓線在溫度很低的一段是用虛線表示的.雖然實(shí)際氣體不嚴(yán)格遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律，但為了研究方便，我們可以設(shè)想有一種嚴(yán)格遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體，這樣的氣體被稱為理想氣體(idealgas).根據(jù)氣體實(shí)驗(yàn)定律，可以推導(dǎo)出一定質(zhì)量的某種理想氣體，其壓強(qiáng)、體積和熱力學(xué)溫度三個(gè)參量滿足以下關(guān)系:(2.3.1)式中c是與P、V、T無關(guān)的常量，表明壓強(qiáng)跟體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比值保持不變這就是一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程。

理想氣體實(shí)際上是不存在的，它是對實(shí)際氣體的一種理想化的簡化模型，在通常的條件下，氫氣、氧氣、空氣等氣體都能很好地遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律，因此常把它們當(dāng)作理想氣體處理。為何實(shí)際氣體不嚴(yán)格遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律呢？人們通過理論分析確認(rèn)，如果忽略分子的大小，將分子看作質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)忽略分子間的相互作用(除相互碰撞外)，則氣體將會嚴(yán)格遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律，因此，理想氣體的理想化微觀模型是分子有質(zhì)量而沒有體積，分子間除相互碰撞外，沒有相互作用力。而實(shí)際氣體，只有在常溫常壓下，分子間間距較大，分子的大小及相互作用力可以忽略時(shí)，才基本遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律。當(dāng)氣體壓強(qiáng)很大、溫度很低時(shí)，單位體積內(nèi)分子數(shù)很多，分子非常密集，分子的大小及分子間相互作用力不可忽略時(shí)，氣體實(shí)驗(yàn)定律也就不適用了。溫度不變：體積不變：壓強(qiáng)不變：理想氣體狀態(tài)方程的推導(dǎo)一定質(zhì)量的某種理想氣體，它在狀態(tài)1時(shí)壓強(qiáng)、熱力學(xué)溫度、體積三個(gè)狀態(tài)參量的值分別為p1、T1、V1，當(dāng)它三個(gè)狀態(tài)參量都發(fā)生變化達(dá)到狀態(tài)3時(shí)，三個(gè)狀態(tài)參量的值分別為p3、T3、V3?，F(xiàn)在我們利用氣體實(shí)驗(yàn)定律，推導(dǎo)壓強(qiáng)、熱力學(xué)溫度、體積三個(gè)狀態(tài)參量間的變化規(guī)律。由狀態(tài)1至狀態(tài)3，雖然三個(gè)狀態(tài)參量都發(fā)生了變化，但我們可以做一些假設(shè)。如圖2-3-2所示，假定氣體先經(jīng)過等容過程從狀態(tài)1變化至狀態(tài)2，再經(jīng)等溫過程從狀態(tài)2變化到狀態(tài)3。由狀態(tài)1到狀態(tài)2，根據(jù)查理定律，有由狀態(tài)2到狀態(tài)3，根據(jù)玻意耳定律，有兩式聯(lián)立，消去兩個(gè)方程中狀態(tài)2的壓強(qiáng)，得由于經(jīng)等容過程從狀態(tài)1到狀態(tài)2，故V1=V2，由于經(jīng)等溫過程從狀態(tài)2到狀態(tài)3，故T2=T3，代入上式，得因?yàn)闋顟B(tài)1、狀態(tài)3是氣體的兩個(gè)任意狀態(tài)，所以上式表明，一定質(zhì)量的某種理想氣體，從狀態(tài)1變化到狀態(tài)3時(shí)，盡管p、V、T都可能改變，但壓強(qiáng)跟體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比值保持不變：即式中c是與p、V、T無關(guān)的常量上式被稱為一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)方程(stateequationofidealgas)，其揭示了理想氣體狀態(tài)變化的規(guī)律，并不涉及氣體從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)的具體方式，在由氣體實(shí)驗(yàn)定律推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程的過程中，我們假定氣體先經(jīng)過等容過程從狀態(tài)1到狀態(tài)2，再經(jīng)等溫過程從狀態(tài)2到狀態(tài)3。也可假定經(jīng)過其他的變化過程來推導(dǎo)，結(jié)果是完全一致的，因此，理想氣體的始末狀態(tài)，與過程無關(guān)，只與溫度、壓強(qiáng)和體積有關(guān)。同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細(xì)心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第二章氣體、液體和固體第四節(jié)

液體的表面張力在日常生活中，有時(shí)會發(fā)現(xiàn)一些有趣的現(xiàn)象：掛在草葉尖的水珠是球狀的，水黽可以停在水面上而不會沉入水里，硬幣能浮在水面上……這些現(xiàn)象都發(fā)生在液體的表面。表面張力下面我們利用身邊的材料，通過實(shí)驗(yàn)探究液體的表面現(xiàn)象，并從微觀的角度加以解釋。觀察與思考記錄以下實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，并思考這些現(xiàn)象說明了什么。1.把一根棉線的兩端系在鐵絲環(huán)上(棉線不要拉緊)，然后把鐵絲環(huán)浸入肥皂水里，再拿出來，鐵絲環(huán)上就布滿了肥皂水的薄膜，這時(shí)棉線是松弛的，如圖2-4-4所示。(1)用燒熱的針先刺破棉線一側(cè)的薄膜，觀察薄膜和棉線發(fā)生的變化，并在圖2-4-5中畫出薄膜和棉線變化后的形狀。(2)再用燒熱的針刺破棉線另一側(cè)的薄膜，并在圖2-4-6中畫出棉線變化后的形狀。2.把一個(gè)棉線圈系在鐵絲環(huán)上，使環(huán)上布滿肥皂水的薄膜，這時(shí)膜上的棉線圈是松弛的，如圖2-4-7所示：用燒熱的針刺破棉線圈里的肥皂膜，觀察棉線圈外的薄膜和棉線圈有什么變化，并在圖2-4-8中畫出薄膜和棉線圈發(fā)生變化后的形狀.上述實(shí)驗(yàn)表明，液體的表面就像繃緊的橡皮膜一樣，總是有收縮的趨勢。我們可以從液體微觀結(jié)構(gòu)中分子力的角度來解釋。

從微觀的角度來看，液體的表面并不是一個(gè)幾何面，而是一個(gè)厚度為分子力有效作用距離(數(shù)量級為10-9m)的薄層。位于液體表面層內(nèi)的分子與液體內(nèi)部分子，它們所受到的分子力是有區(qū)別的。我們可以把分子力的作用范圍認(rèn)為是一個(gè)半徑等于分子力有效作用距離的球，這個(gè)球稱為分子作用球。由于分子斥力的有效作用距離比分子引力的有效作用距離小得多，分子斥力作用球的半徑遠(yuǎn)小于分子引力作用球的半徑。設(shè)液體內(nèi)部有一分子A，如圖2-4-9所示。由于液體內(nèi)的分子均勻分布，分子A所受作用力是球?qū)ΨQ的，因此液體內(nèi)所有分子對分子A的合力為零,設(shè)在液體表面層內(nèi)有一分子B，如圖2-4-9所示。由于分子斥力作用球的半徑遠(yuǎn)小于分子引力作用球的半徑，因而分子B的分子斥力作用球可視為仍處于液體內(nèi)，其受到的分子斥力仍是球?qū)ΨQ的，但分子B的分子引力作用球總有一部分在液體外，其所受的分子引力就不再是球?qū)ΨQ的。由于缺少了液體表面層外這部分分子的引力，作用在分子B上的全部分子引力的合力f垂直液面指向液體內(nèi)，使表面層內(nèi)分子向液體內(nèi)部運(yùn)動的趨勢更強(qiáng)。由此，液體表面層單位體積內(nèi)的分子數(shù)目相對液體內(nèi)部會更少，分子間距相對更大一些。因而表面層分子間的作用力表現(xiàn)為引力，使得液體的表面總是有一種收縮的趨勢，就好像被繃緊的橡皮膜。設(shè)想在液體表面畫一條直線，如圖2-4-10所示，則直線兩旁的液膜表現(xiàn)出使液體表面收縮的相互作用的拉力，液體表面出現(xiàn)的這種力稱為表面張力(surfacetension)討論與交流嘗試?yán)帽砻鎻埩Φ闹R解釋：為什么草葉上的小水珠是球形的？為什么水黽可以停在水面上？為什么密度比水大的硬幣可以被水托住而不會沉到水里?正是由于表面張力的作用，液體表面這種收縮的趨勢會使得液滴的表面積盡可能地減小。在體積一定的情況下，球形在所有幾何體中的表面積最小，所以露珠的形狀更接近于球形，難怪唐代詩人白居易(772-846)看到美麗的露珠后，情不自地發(fā)出“露似珍珠月似弓”的詠吟.毛細(xì)現(xiàn)象既然草葉上的小水珠是球形的，那么將水滴在玻璃板上還會成球狀嗎？我們可以通過觀察實(shí)驗(yàn)來了解。觀察與思考1.取兩塊小玻璃板，在其中一塊玻璃板上均勻涂上石蠟。用滴管將同樣大小的兩滴小水珠分別滴在這兩塊玻璃板上，觀察兩塊玻璃板上水滴的形狀是否相同。2.取兩支試管和兩根兩端開口的細(xì)玻璃管，如圖2-4-11所示，在一支試管中倒入水銀(水銀對人體有害，在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)注意戴好防護(hù)手套與口罩)，然后將一根細(xì)玻璃管緊靠試管壁插入水銀中，明顯可見細(xì)玻璃管中水銀面與試管中的不一樣高。在另一支試管中倒入水，同樣將另一根細(xì)玻璃管插入水中，觀察管內(nèi)外水面是否一樣高？與圖2-4-11所示的是否一致？除細(xì)玻璃管內(nèi)外液面高度不同以外，還可以觀察到什么現(xiàn)象?上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象有什么相似之處？如何解釋這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？通過實(shí)驗(yàn)可知，液體與固體接觸時(shí)，因材料的不同，在其接觸面會出現(xiàn)兩種不同的情況：一種是液體與固體的接觸面有擴(kuò)張的趨勢，液體會附著在固體上，如圖2-4-12所示；另一種是液體與固體的接觸面有收縮的趨勢，液體不會附著在固體上，如圖2-4-13所示，我們將前一種現(xiàn)象稱為浸潤，后一種現(xiàn)象稱為不浸潤。由上面的實(shí)驗(yàn)可知，水不浸潤石蠟而浸潤玻璃，而水銀不浸潤玻璃。水對不同材料的這種浸潤與不浸潤的性質(zhì)，在實(shí)際生活與生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。例如，鴨子用嘴把油脂涂到羽毛上，使水不能浸潤羽毛；人們采用表面經(jīng)過特殊涂層處理的織物來制成防水布料，如圖2-4-14所示；而醫(yī)院使用脫脂棉來吸收藥液等。浸潤與不浸潤現(xiàn)象產(chǎn)生的原因與產(chǎn)生表面張力的原因相似。在液體與固體接觸的地方也有薄薄的一層液體，其性質(zhì)與液體內(nèi)部不同，我們稱其為附著層。附著層的液體分子既要受液體內(nèi)分子力的作用，也要受固體分子力的作用，若液體內(nèi)分子的引力更大，則附著層中液體分子的密度變小，液體分子間距增大，相互間的分子力表現(xiàn)為引力，此時(shí)附著層有收縮的趨勢，表現(xiàn)為不浸潤。若固體分子的引力更強(qiáng)，則附著層中液體分子的密度更大，液體分子間距減小，相互間的分子力表現(xiàn)為斥力，此時(shí)附著層有擴(kuò)張趨勢，從而表現(xiàn)為浸潤。討論與交流如果先將硬幣用水沖洗一下，再置于水面，會出現(xiàn)什么情況?在圖2-4-12與圖2-4-13中，浸潤液體在細(xì)管中上升，不浸潤液體在細(xì)管中下降，我們將這種現(xiàn)象稱為毛細(xì)現(xiàn)象(capillarity).毛細(xì)現(xiàn)象是液體的浸潤(或不浸潤)與表面張力現(xiàn)象共同作用的結(jié)果。液體浸潤細(xì)管時(shí)，浸潤液體的附著層沿細(xì)管壁有擴(kuò)張趨勢，故附著層液體順著管壁往上升，此時(shí)管內(nèi)液面彎曲，面積變大。而表面張力使彎曲的液面有收縮的趨勢，這使得彎曲液面A點(diǎn)處液體的壓強(qiáng)不再與大氣壓相等，而是小于大氣壓。由于管內(nèi)外液體是連通的，則管內(nèi)B點(diǎn)處的壓強(qiáng)等于大氣壓，A、B兩點(diǎn)處的壓強(qiáng)差使得管內(nèi)液體上升，如圖2-4-15所示。若管的內(nèi)徑越細(xì)，則彎曲液面形成的壓強(qiáng)差越大，液體上升得越高，如圖2-4-16所示。液體不浸潤細(xì)管時(shí)，表現(xiàn)出的毛細(xì)現(xiàn)象則與液體浸潤細(xì)管情況相反，如圖2-4-17所示。在自然界中，植物之所以能吸收到土壤的水分，正是由于毛細(xì)現(xiàn)象將地下水通過泥土中的縫隙上升至植物的根部。同樣，實(shí)驗(yàn)室常用酒精燈也是由于毛細(xì)現(xiàn)象，才使棉質(zhì)的酒精燈芯自動地將酒精輸送到燈芯的頂端。實(shí)踐與拓展在一塊潔凈的玻璃平板上倒一些滴有紅墨水的清水時(shí)，我們知道，由于浸潤現(xiàn)象，水會向四周擴(kuò)展，形成一層薄薄的水層。此時(shí)，再向水層中間輕輕滴幾滴酒精，能觀察到什么現(xiàn)象？并解釋該現(xiàn)象。在生活中，是否還有類似的現(xiàn)象，請舉例說明。當(dāng)堂練習(xí)1、（多選）下列有關(guān)表面張力的說法中，正確的是（

）A.表面張力的作用是使液體表面伸張B.表面張力的作用是使液體表面收縮C.有些小昆蟲能在水面自由行走，這是由于有表面張力的緣故D.用滴管滴液滴，滴的液滴總是球形，這是由于表面張力的緣故BCD2、（多選）把極細(xì)的玻璃管分別插入水中與水銀中，如圖所示，正確表示毛細(xì)現(xiàn)象的是

（

）AC3、（多選）若液體對某種固體是浸潤的，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)部分子的密度B．附著層分子的作用力表現(xiàn)為引力C．管中的液體一定是凹彎月面的D．液體跟固體接觸的面積有擴(kuò)大的趨勢ACD同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細(xì)心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第二章氣體、液體和固體第五節(jié)

晶體固態(tài)是物質(zhì)常見形態(tài)中分子聚集最緊密的一種狀態(tài)。固體宏觀上表現(xiàn)出的一些特殊性質(zhì)，能否從微觀結(jié)構(gòu)中尋找其根源呢?問題導(dǎo)入晶體與非晶體固體可以分成晶體(crystal)和非晶體(amorphousmatter)兩類。石英、云母、明礬、食鹽、味精、蔗糖等屬于晶體，具有天然規(guī)則的幾何形狀。例如，食鹽的晶體是正立方體形的；石英的晶體(透明的石英晶體叫水晶)中問是一個(gè)六棱柱，兩端是六棱錐；雪花是水蒸氣在空氣中凝華形成的晶體，它們的形狀一般是六角形的規(guī)則圖案。每種晶體都有其特定的天然幾何形狀，礦物學(xué)上常常依據(jù)晶體的這些形狀特點(diǎn)來鑒別礦石。玻璃、松香、瀝青、橡膠等都是非晶體，沒有天然規(guī)則的幾何形狀。蔗糖受潮后會粘在一起形成糖塊，看起來沒有特定的幾何形狀。但是用放大鏡仔細(xì)觀察，會發(fā)現(xiàn)組成糖塊的是一個(gè)個(gè)晶體顆粒。粘在一起的糖塊是多晶體(polycrystal)，單個(gè)的晶體顆粒是單晶體(monocrystal)。由于多晶體是由許多單晶體雜亂無章組合而成的，所以多晶體沒有特定的幾何形狀，金屬和巖石就是兩種最常見的多晶體。在初中的學(xué)習(xí)中我們知道，晶體有固定的熔點(diǎn)，非晶體沒有固定的熔點(diǎn)。通過加熱熔化的方法可判斷哪種固體物質(zhì)是晶體，哪種是非晶體。那么，晶體與非晶體的物理性質(zhì)還有什么差異呢?觀察與思考取一張?jiān)颇钙?，在上面涂一層很薄的石蠟，然后用燒熱的鋼針去接觸云母片，如圖2-5-4(a)所示，觀察接觸點(diǎn)周圍的石蠟熔化后所成的形狀，再在玻璃片上做同樣的實(shí)驗(yàn)。最后在圖2-5-4(b)(c)中分別畫出熔化了的石蠟在云母片和玻璃片上的形狀，比較觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并與同學(xué)交流對該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的看法。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，云母片沿不同方向上的導(dǎo)熱性能是不同的，而玻璃片沿不同方向的導(dǎo)熱性能是相同的。事實(shí)上，單晶體在不同的方向上不僅導(dǎo)熱性能不同，而且機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電性能和光的折射率等其他物理性質(zhì)也不同，這類現(xiàn)象稱為各向異性(anisotropy).非晶體沿各個(gè)方向的物理性質(zhì)都是一樣的，這叫作各向同性(isotropy).由于多晶體是由許多單晶體雜亂無章地組合而成的，所以多晶體在一般情況下是各向同性的.晶體的微觀結(jié)構(gòu)晶體和非晶體在外形和物理性質(zhì)上存在這么大的差異，人們猜想可能是由于它們的微觀結(jié)構(gòu)不同。同時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)一些天然晶體或礦石，無論大小，都有特定的相似形狀。那么，是否是微觀排列相似導(dǎo)致特定的形狀？1848年，法國物理學(xué)家布拉維(A.Bravais，1811—1863)提出空間點(diǎn)陣的假說，認(rèn)為晶體內(nèi)部的微粒是有規(guī)則地排列著的。1912年，德國物理學(xué)家勞厄(M.Laue，1879-1960)利用X射線進(jìn)行晶體衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了這種假說。在晶體中，晶體微粒都是按照一定的規(guī)則排列的，具有空間上的周期性。如圖2-5-5所示是食鹽的晶體微觀結(jié)構(gòu)示意圖，在晶體中，晶體微粒間相互作用很強(qiáng)，其熱運(yùn)動不足以克服它們相互間的作用力而遠(yuǎn)離，最終表現(xiàn)為在某平衡位置附近不停地振動，圖中所畫的點(diǎn)為它們振動的平衡位置。在不同條件下，同種物質(zhì)的微粒在空間按不同的規(guī)則排列，會生成不同的晶體，它們宏觀的幾何形狀不同，物理性質(zhì)也會不同。如圖2-5-6(a)所示，碳原子按圖中排列就成為金剛石，原子間的相互作用力很強(qiáng)，因而硬度大，可用來做切割工具；碳原子按圖2-5-6(b)排列就成為石墨，它呈層狀分布，層與層間距較大，原子間相互作用力較小，故石墨質(zhì)地松軟，可用來做潤滑劑。1985年，人們制備出了由60個(gè)碳原子構(gòu)成的富勒烯(又稱足球烯)，如圖2-5-6(c)所示，科學(xué)家們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了碳原子個(gè)數(shù)分別為78，82，84，90，96等多個(gè)同素異形體。它們的應(yīng)用價(jià)值也在不斷探索中，2004年，英國物理學(xué)家安德烈·海姆(A.Geim，1958-)和俄羅斯物理學(xué)家康斯坦丁·諾沃肖洛夫(K.Novoselov，1974-)成功從石墨中分離出石墨烯，如圖2-5-6(d)所示，兩人因此獲得2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。討論與交流如圖2-5-7所示是一個(gè)平面上晶體微粒排列的情況。請觀察沿不同方向單位長度上微粒的數(shù)目是否相同，并思考引起晶體各向異性的原因。組成晶體的微粒是對稱排列的，形成很規(guī)則的幾何空間點(diǎn)陣，空間點(diǎn)陣排列成不同的形狀，就在宏觀上呈現(xiàn)為晶體不同的幾何形狀。而非品體內(nèi)部的微粒是無規(guī)則地均勻排列的，沒有一個(gè)方向比另一個(gè)方向特殊，因此表現(xiàn)為各向同性。人類對晶體與非晶體的原子種類與排列的人工組合的研究，促進(jìn)了材料科學(xué)與技術(shù)的不斷發(fā)展。例如，在高純度單晶硅中摻入某些特定的雜質(zhì)會導(dǎo)致導(dǎo)電性能突變，該特性的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展；單晶空心葉片在航空發(fā)動機(jī)的應(yīng)用，使得發(fā)動機(jī)的使用壽命與性能大幅提升等。液晶1888年，奧地利植物學(xué)家萊尼茲爾(F.Reinitzer，1857-1927)在合成膽甾醇時(shí)發(fā)現(xiàn)，此類有機(jī)化合物在固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化的過程中存在著混濁的中問態(tài)。次年，德國物理學(xué)家萊曼(O.Lehmann，1855-1922)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化的中間態(tài)液體具有與晶體相似的性質(zhì)，故稱為液態(tài)晶體，簡稱液晶(liquidcrystal).液晶在力學(xué)性質(zhì)上與液體相同，具有流動性、連續(xù)性，可以形成液滴；在光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等方面又具有明顯的各向異性，因而又具有晶體的某些性質(zhì)，液晶剛被發(fā)現(xiàn)時(shí)并沒有得到太大關(guān)注，直到近百年后，人們發(fā)現(xiàn)液晶分子的排列可以受到電的控制而改變其光學(xué)性質(zhì)，從而可當(dāng)作顯示材料，這才重新引起人們的極大興趣。液晶的分子有些是長棒狀的，有些是碟狀或板狀的。以長棒狀液晶為例，在自然狀態(tài)下分子有彼此平行排列的傾向。它們沿一定方向的排列比較整齊，但彼此間前后左右的位置可以變動。這好像裝在鉛筆盒中的許多鉛筆，它們既能左右滾動，又能前后滑動，但始終保持排列的方向不變，如圖2-5-8所示。長棒狀液晶對外界的某些作用很敏感。在外加電壓的影響下，液晶的分子不再平行排列，液晶會由透明狀態(tài)變成混濁狀態(tài)，去掉電壓又恢復(fù)透明。利用液晶的這一特性可以制作顯示元件。在兩電極間用液晶涂寫文字或數(shù)碼，加上適當(dāng)電壓，透明的液晶變得混濁，文字或數(shù)碼就顯示出來了。這就是早期的液晶數(shù)碼管(如圖2-5-9所示)的顯示原理。隨著電子技術(shù)和其他技術(shù)的迅速發(fā)展，液晶顯示技術(shù)已取得了重大突破。目前，人們把大規(guī)模集成電路技術(shù)與液晶技術(shù)結(jié)合在一起，生產(chǎn)出高響應(yīng)速度、高亮度、高對比度，色彩艷麗、節(jié)能的液晶顯示屏(如圖2-5-10所示)，其被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦顯示器、液晶電視機(jī)等。近年來，液晶理論在細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)中也得到了發(fā)展，液晶的基礎(chǔ)理論研究成為凝聚態(tài)物理學(xué)的一個(gè)重要分支。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液晶的理論和技術(shù)已在電子工業(yè)、航空、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域取得長足發(fā)展和廣泛應(yīng)用。實(shí)踐與拓展1.將食糖顆粒和高錳酸鉀顆粒置于放大鏡下觀察，注意用針翻動晶體，仔細(xì)看清晶體各個(gè)面的形狀，畫出觀察到的晶體立體圖，并跟同學(xué)相互交流觀察的結(jié)果。

2.搜集相關(guān)資料，通過具體事例描述液晶給我們生活帶來的巨大變化。當(dāng)堂練習(xí)1、（單選）下列關(guān)于晶體和非晶體的說法，正確的是（

）A.

所有的晶體都表現(xiàn)為各向異性B.

晶體一定有規(guī)則的幾何形狀，形狀不規(guī)則的金屬一定是非晶體C.

大鹽粒磨成細(xì)鹽，就變成了非晶體D.

所有的晶體都有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒有確定的熔點(diǎn)D2、（單選）在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上蠟，用燒熱的針接觸其上一點(diǎn)，蠟熔化的范圍如圖(a)所示，而甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時(shí)間變化的關(guān)系如圖(b)所示，則（

）A.

甲、乙是非晶體，丙是晶體B.

甲、丙是晶體，乙是非晶體C.

甲、丙是非晶體，乙是晶體D.

甲是非晶體，乙是多晶體，丙是單晶體B3、（單選）下列說法不正確的是

（

）A.

晶體具有天然規(guī)則的幾何形狀，是因?yàn)槲镔|(zhì)微粒是規(guī)則排列的B.

有的物質(zhì)能夠生成種類不同的幾種晶體，因?yàn)樗鼈兊奈镔|(zhì)微粒能夠形成不同的空間結(jié)構(gòu)C.

凡各向同性的物質(zhì)一定是非晶體D.

晶體的各向異性是由晶體的微觀結(jié)構(gòu)決定的C4、(多選)2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究。他們通過透明膠帶對石墨進(jìn)行反復(fù)的粘貼與撕開使得石墨片的厚度逐漸減小，最終尋找到了厚度只有0.34nm的石墨烯，是碳的二維結(jié)構(gòu)。如圖3所示為石墨、石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)，根據(jù)以上信息和已學(xué)知識判斷，下列說法中正確的是（

）A.石墨是晶體，石墨烯是非晶體B.石墨是單質(zhì)，石墨烯是化合物C.石墨、石墨烯與金剛石都是晶體D.他們是通過物理變化的方法獲得石墨烯的CD同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細(xì)心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第二章氣體、液體和固體第六節(jié)

新材料材料的發(fā)展推動了人類文明和社會不斷地進(jìn)步，可以說，人類發(fā)展史就是人類不斷發(fā)明和使用新材料的過程?，F(xiàn)在，人類已進(jìn)入新材料時(shí)代，各種新材料層出不窮。下面我們簡單介紹一些典型的新材料.半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料(semiconductormaterial)的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。它有一個(gè)最重要的性質(zhì)，如果在純凈的半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，則其導(dǎo)電性能將會發(fā)生顯著變化，即半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能可通過摻雜來控制。人們利用半導(dǎo)體這一特性制造出了名種不同用途的半導(dǎo)體電子器件。硅、鍺是目前應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料，95%以上的集成電路芯片都是在單晶硅片上制作的。隨著集成工藝的提高，其內(nèi)部元器件的工藝尺寸已縮小到幾個(gè)納米的大小，晶片上可集成超過10億個(gè)電子元器件。電路及電子元器件的高度集成，使得各種功能組件小型化、微型化成為可能。現(xiàn)在一部手掌大的手機(jī)，集成了光線、距離、重力、加速度、磁場、指紋等十幾種傳感器，以及多個(gè)功能模塊以支持通話、上網(wǎng)、導(dǎo)航、拍照等各種功能。近些年，半導(dǎo)體材料在太陽能發(fā)電、余熱發(fā)電領(lǐng)域成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。半導(dǎo)體制成的光伏材料能將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前，人們致力于降低光伏材料成本和提高發(fā)電效率，使光伏發(fā)電的成本與傳統(tǒng)發(fā)電方式相當(dāng)，從而為大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造條件。半導(dǎo)體熱電材料是將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的材料，已在航天領(lǐng)域得到應(yīng)用。在航天探測器上，人們采用熱電材料將放射性同位素衰變時(shí)放出的熱量轉(zhuǎn)化成電能來維持探測器電子設(shè)備的運(yùn)行。由于放射性同位素的半衰期較長，故能維持航天探測器長時(shí)間的運(yùn)行。迄今為止，半導(dǎo)體材料制造的電子產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于我們的生產(chǎn)、生活中，從雷達(dá)、火箭到電腦、手機(jī)，從互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星導(dǎo)航到網(wǎng)絡(luò)購物、視頻聊天，都離不開半導(dǎo)體。正是半導(dǎo)體材料與技術(shù)的應(yīng)用，使得微電子等信息技術(shù)在21世紀(jì)迅速崛起，開創(chuàng)了人類信息化的全新時(shí)代。納米材料

納米材料(nanomaterial)是當(dāng)今新材料研究最富有活力和影響力的領(lǐng)域。納米技術(shù)的應(yīng)用，使得人類能在原子水平操作物質(zhì)，從而更加自由地搬動原子和重組分子，組成具有特殊性能的新材料。納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1~100nm)或由它們作為重要單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10~100個(gè)原子緊密排列在一起的尺度。與宏觀物質(zhì)相比，納米材料通常硬度、韌性、延展性等力學(xué)性能更好，熔點(diǎn)、磁性、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性降低，對光和物質(zhì)具有更好的吸收和吸附性，化學(xué)活性大大增加。納米材料具有更強(qiáng)的韌性和強(qiáng)度以及吸附性能。如碳納米管是非常細(xì)的中空管狀納米材料，其強(qiáng)度是鋼的100倍，而密度是鋼的1/6，故有人設(shè)想用碳納米管來制造從地球到人造衛(wèi)星的太空云梯。另外，碳納米管還能夠大量地吸附氫氣，就好像自帶許多個(gè)“納米鋼瓶”，如圖2-6-4所示。研究表明，常溫常壓下約2/3的氫氣能從碳納米管里釋放出來。據(jù)預(yù)測，對于現(xiàn)在正在研制的氫氣汽車，只需要攜帶1.5升左右的碳納米管，就可以行駛500千米。納米梯度材料的結(jié)構(gòu)單元尺寸(如晶粒尺寸)在空間上呈梯度變化，從納米尺度連續(xù)增加到宏觀尺度，能解決傳統(tǒng)工藝和材料中的一些難題。如在航天用的發(fā)動機(jī)中，燃燒室的內(nèi)表面需要耐高溫，其外表面卻要與冷卻劑接觸，當(dāng)用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合后燒結(jié)成形時(shí)，就能達(dá)到燃燒室內(nèi)側(cè)耐高溫、外側(cè)有良好導(dǎo)熱性的要求。納米材料能改變材料的表面活性和生物活性，可以用來制造冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等電器的內(nèi)壁或外殼，可以有效地防止微生物滋生，從而不留異味、易于清洗。在軍事上，將高分子纖維與納米氧化鋁、氧化硅、氧化鈦復(fù)合納米粉體以及鐵氧體磁性納米材料結(jié)合，形成的復(fù)合材料涂裝在飛機(jī)上，能對雷達(dá)起到很強(qiáng)的隱身作用。在醫(yī)學(xué)上，有科學(xué)家成功地研制了以納米磁性材料為載體的靶向藥物，可用于癌癥、血栓等各種疾病的診斷與治療。作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”，極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)革命。超材料超材料(metamaterial)一般定義為具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，是將人造單元結(jié)構(gòu)以特定方式排列形成的，具有特殊電、磁特征的人造結(jié)構(gòu)材料。典型的超材料包括左手材料、光子晶體、超磁性材料等。左手材料是指一種介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)值的材料。電磁波在其傳播時(shí)，由于波矢、電場和磁場符合左手定則，因此被稱為“左手材料”。左手材料可用于制造高指向性天線，用于聚焦微波波束，實(shí)現(xiàn)“完美透鏡”，或用于電磁波隱身及制造各種新型微波器件。光子晶體能使某一頻率范圍的電磁波不能在其內(nèi)部傳播，可用于控制光子的流動，制造光子晶體光纖、光子晶體微帶天線等。超常的物理特性使得超材料的應(yīng)用前景十分廣泛，應(yīng)用范圍覆蓋工業(yè)、軍事、生活等各個(gè)方面。比如，電磁超材料可以用于慢波結(jié)構(gòu)等元器件的制作。在應(yīng)用于雷達(dá)領(lǐng)域時(shí)，利用超材料的頻率選擇和負(fù)折射率特性，可以制造隱身涂層，實(shí)現(xiàn)射頻隱身，提高戰(zhàn)場生存能力。我國在超材料領(lǐng)域已取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性成果，基于這些實(shí)驗(yàn)成果展開的產(chǎn)業(yè)化也在不斷地加快，相信在不久的將來超材料會給人類社會的發(fā)展帶來新的變革。盡管新材料根據(jù)其功能或結(jié)構(gòu)的差異性可以分為有機(jī)材料、合成無機(jī)材料、復(fù)合材料以及人工超結(jié)構(gòu)材料等，然而，它們在分類上也可能有交叉。比如，太陽能電池材料具有人工異質(zhì)結(jié)構(gòu)，也是半導(dǎo)體材料，吸光層常常又是納米級別。因此，太陽能電池材料可以屬于人工超結(jié)構(gòu)材料中的納米材料類，也可以屬于新性能復(fù)合材料，還可以屬于無機(jī)功能新材料。同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細(xì)心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第三章熱力學(xué)定律第一節(jié)

熱力學(xué)第一定律我們知道，宏觀物體因機(jī)械運(yùn)動而具有動能，因高度而具有重力勢能，因發(fā)生彈性形變而具有彈性勢能，在微觀領(lǐng)域，物體內(nèi)部的分子也存在動能和勢能物體的內(nèi)能彈簧具有彈性勢能，彈簧沒有形變時(shí)，彈力為零，彈性勢能最??；拉伸或壓縮彈簧時(shí)，必須克服彈簧的彈力做功，彈簧的彈性勢能增大。類似地，由于分子間存在相互作用力，分子間具有由它們的相對位置決定的勢能，取無窮遠(yuǎn)處分子間勢能為零，則兩分子間的勢能和分子間距的關(guān)系如圖3-1-1所示。當(dāng)分子間的距離為平衡間距時(shí)，分子間的作用力為零，分子勢能最小；改變分子間距，則必須克服分子間的引力或斥力做功，分子勢能增大。另外，物體內(nèi)部的分子由于做熱運(yùn)動還具有分子動能。我們把物體中所有分子的動能和分子勢能的總和，叫作物體的內(nèi)能(inlernalenergy)。顯然，物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積都有關(guān)系。溫度變化，分子動能改變，因而物體的內(nèi)能發(fā)生變化；體積變化時(shí)，分子間距改變，分子勢能發(fā)生變化，因而物體的內(nèi)能發(fā)生變化。那么，用什么方式能使物體的溫度、體積發(fā)生變化，從而改變物體的內(nèi)能呢?改變物體內(nèi)能的兩種方式日常生活和生產(chǎn)中做功改變物體內(nèi)能的例子很多。例如，擦火柴時(shí)，我們克服摩擦力做功，火柴頭內(nèi)能增加，溫度升高，引發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng)使火柴燃燒起來，如圖3-1-2所示；用鋸子鋸木頭，我們克服摩擦力做功，鋸條和木頭溫度升高，內(nèi)能增加。這類“摩擦生熱”的現(xiàn)象，實(shí)際上是因?yàn)樽龉Χ淖兾矬w的內(nèi)能，下面觀察兩個(gè)氣體做功使內(nèi)能改變的實(shí)驗(yàn)。觀察與思考1.如圖3-1-3所示，在一個(gè)厚壁的玻璃筒里放一小塊浸有乙醚的棉花，迅速壓下活塞，能觀察到什么現(xiàn)象？2.如圖3-1-4所示，在長圓柱形厚壁容器的一端通過膠塞插進(jìn)一支靈敏溫度計(jì)和一根氣針，另一端用卡子卡住一個(gè)可移動的膠塞。用打氣筒慢慢向容器打氣，增大容器內(nèi)的壓強(qiáng)。當(dāng)容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大到一定程度時(shí)，打開卡子，氣體沖開膠塞，可以從靈敏溫度計(jì)觀察到容器的溫度會發(fā)生什么變化？