南师附中物理竞赛讲义91固体液体.doc

9.1固体 液体 一、固体的微观结构 1、固体的分类 2、非晶体 非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）空间排列不具有规则周期性的固体。 非晶体具有各向同性 3、晶体 晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）在三维空间呈周期性重复排列的固体。 晶体的微观结构： (1)大量相同的结构单元周期性排列 晶体具有规则的几何外形 晶体具有各向异性 (2)各单元间作用力很强，因此粒子只能在平衡位置附近振动 晶体有固定的熔点，熔化时温度保持不变 注意：各向同性或各向异性不知特指某种物理性质，而是几乎所有的物理性质都满足各向同性或各向异性。 例如：各方向的导热系数、膨胀系数、电阻率 4、单晶和多晶 单晶：严格满足晶体定义 多晶：整个物体是由许多杂乱无章的排列着的小晶体组成的 单晶：短程有序，长程有序（各向异性），有熔点 多晶：短程有序，长程无序（各向同性），有熔点 非晶体：短程无序（各向同性），无熔点 二、物体的热膨胀 一般来说，受热膨胀。极少数物质，在一定的范围内受热收缩（反常膨胀）（与物质结构有关） 例如：一定量的水在4?C时体积最小。因此在0- 4?C时升温收缩 线膨胀、体膨胀： (1)物体受热时某个方向上线度的增长称为线膨胀 其中，l0为0?C时的长度， lt为t?C时的长度，为线膨胀系数（对固体和液体，系数很小） 例1、对于线膨胀系数为α的物体，温度从t1变为t2，是否满足？ (2)物体受热时体积的增长称为体膨胀，其中β为体膨胀系数 例2、对于同一物体试证明 例3、在不同的温度范围，水的体膨胀系数不同。，；，；，。如果水在温度时的体积为，求水在温度时的体积V 例5、厚度均为0.2mm的钢片和青铜片，在T1=293K时将它们的端点焊接起来，成为等长的平面双金属片，若钢和青铜的线胀系数分别为α1=10-5/度和α2=2×10-5/度．当把它们温度升高到t2=393K时它们将弯成圆弧形．试求这圆弧的半径，加热时忽略厚度的变化． 三、液体的微观结构 介于固体和气体之间，像固体不易被压缩，像气体具有流动性。 分子在平衡位置附近做热运动，但平衡位置不断改变，从而表现出流动性。 1、液体的表面张力（气液表面） （1）微观解释： 液体内部分子受的分子力具有各向同性。 液体表面的分子，由于两边是不同介质，受到内部的分子力和外部的分子力不同。 （2）实例：水滴的形状近似球形、水超过杯沿却不流出湿袜子很难脱下 方向：垂直于分界线（面），指向表面的收缩方向。 大小：和分界线长度有关 其中σ为表面张力系数，与液体性质、温度有关，与界面大小无关。 对于薄层液体，注意有两个表面！表面张力要乘以2！ （4）表面张力做功： 一般液体： 薄层液体： 2、浸润和不浸润现象（固液表面） 微观解释： 对于固液表面，两边的分子力共同作用。 如果固体的分子引力比较大，则液体表面具有增大的趋势，此时称为浸润现象； 如果液体的分子引力比较大，则液体表面具有缩小的趋势，此时称为不浸润现象。 同一种液体，可能对有些固体是浸润的，对另一些固体是不浸润的。 一般来说，固体分子的引力比较大，浸润现象比较常见。不浸润现象比较明显的是水银和其他固体之间。 3 在细管中，浸润的液体沿管上升，上表面下凹；不浸润的液体沿管下降，上表面上凸。 θ：气液接触面和固液接触面的夹角 例6、将半径为r的圆柱形的细管，插入表面张力系数为σ的液体中，接触角为θ，求细管中液面上升的高度。 例7、证明：半径为r的球形液体薄膜（液体的表面张力系数为σ），对其中气体的附加压强为 例8、毛细管由两根内径分别为d1和d2的薄玻璃管构成，其中d1?d2，如图，管内注入质量为M的一大滴水。当毛细管水平放置时，整个水滴“爬进”细管内，而当毛细管竖直放置时，所有水从细管中流出来。试问当毛细管的轴与竖直方向之间成多大角时，水滴一部分在粗管内而另一部分在细管内？水的表面张力系数是σ，水的密度为ρ。对玻璃来说，水是浸润液体。接触角近似为0°。 例9、一个球形肥皂泡，质量为m，其内充有空气（不计空气质量），泡外为真空，平衡时半径为r0。由于受到扰动，肥皂泡作微小径向膨胀、收缩振动，求振动周期。设振动过程中，泡内空气温度保持不变。已知肥皂泡表面张力系数为σ。 例10、如图所示，体积为V的水银被两块水平玻璃板夹在中间，水银与玻璃接触角为135o．上面一块玻璃板质量为m，水银的表面张力系数为?，问平衡时两玻璃板之间的间隙距有多大?如果上板在平衡位置附近做微小振动，求出振动周期． 4 / 4