登陆注册
10151600000004

第4章 物质及其性质(1)

物质是什么

我们的生活中到处存在着物质,如课本、铅笔、喝的水、穿的衣服、昆虫、岩石等。这些都是你能触摸到的,还有一些物质是你触摸不到的,像空气。分子是组成物质的基本单位,分子是由原子构成的。物质分为无生命的物质,如海底的礁石;有生命的物质,如鸟。

岩石宇宙中大多数物质是无生命的,也就是说它们既不会生长也不能移动。例如我们生活的地球是由岩石构成的,岩石就是无生命的物质。

地球上生活着许许多多的生物,包括各种植物和动物。虽说蝴蝶与岩石截然不同,但是两者都由原子构成。由于结合的方式不同,才使形态各异。

互相转化的三种物态

在一定的条件下,物体可以分别出现固态、液态和气态这三种不同的状态。人们把这种现象叫做物态转化。

让我们来看看物态转化的有趣现象。在冬季,取一大块冰放在烧杯里,加热后冰就消失了,变成了一些水。盖上杯盖再加热,水就变成蒸气了。这个实验说明,水在热的作用下,会由固态(冰)转化为液态(水),又由液态转化为气态(水蒸气)。

但是,如果把程序颠倒过来,就会发生另外的物态变化。先把收集的水蒸气放在一个烧瓶里,水蒸气冷却后又变成了水,水继续冷却下去又会变成冰。冷却也是一种热作用,说明由气态到液态,又由液态到固态的转化。

在热学中,我们把固态变为液态的过程叫做熔化;物体由液态转化成气态的过程叫做气化(沸腾);液态变为固体的过程叫做凝固。沸点和液化点的温度相同,熔点和凝固点的温度也是一样的。

在物态的转化过程中,汽化、熔解时必须吸收热量,而液化、凝固时会散发热量。

物态的变化有着它的规律,但有时也并不总是按照固态、液态、气态,或者气态、液态、固态的顺序进行的,也会在固态和气态之间直接进行。在热学上,物体由固态直接转化为气态气体没有固定的体积和形状、叫做升华;物体由气态直接转化为固态,叫做凝华。

例如,在严寒的冬天,潮湿的衣服挂在室外,由于气温在0℃以下,湿衣服上的水很快就结成冰。尽管这些冰不会熔化,但是时间长了,衣服还是会干的,这就是因为冰升华成水气跑掉了。

再如,在深秋的早晨,我国大部分地区会出现霜降,这是因为在温度下降到0℃以下时,水蒸气直接凝固成霜,这是一种凝华现象。

在生产中,人们很早就学会了利用升华和凝华方法来提炼化工产品、药品及其他物质了。如我国古代的“炼丹”术,就是最早通过化学方法制成结晶的红色硫化汞的。

汽化有两种形式,蒸发和沸腾。

水的形状由水杯的形状来决定液体表面的汽化现象叫蒸发。蒸发得快慢跟温度和外面的气流速度有关。温度越高,风力越大,蒸发也越快。在日常生活中,蒸发现象随处可见。刚下完雷阵雨,马路上很快就干了;铜钱以固体的形式存在湿衣服晾在阳台上,或通风的地方,不用两天就干;放在碗里的水,时间长了会悄悄不见了,等等,这些都是水的蒸发现象。

液体达到一定温度时,不仅从表面,而且也从内部进行剧烈的汽化现象,这就叫沸腾。液体沸腾时的温度叫沸点。

液体的沸腾跟压强有关。在通常情况下,即一个大气压下,水的沸点和冰点分别是100℃和0℃。气压变化,沸点与冰点也随之变化。高山上的大气压低于平地上的大气压,因此高山上液体的沸点比平地要低些。水的沸点在海平面附近为100℃,在3000米高的地方,大约为90℃,在8500米高山上,大约为72℃。所以,在高山地区用普通锅是很难把饭煮熟的。

相反,增大压强,液体的沸点会升高。

17世纪,法国的医生兼物理学家和机械师丹尼斯·帕平,在“液体的沸点随大气压减小而降低”的启发下,制造了世界上第一口压力锅。锅体有两层,中央摆有内锅,食物放在内锅里。加热以后,蒸气跑不出来,锅内气压升高,水的沸点也升高了,食物就熟得快,可以节省时间和燃料。

现在,压力锅已进入千家万户,给人们生活带来极大便利。

在物态变化中,气体的液化和凝固是最困难的。这是因为它们的液化点和凝固点都很低。但是,人们发现在高压的条件下,气体的液化和凝固很容易做到。

物态的变化是一种有趣的现象。这种变化在生活中是很常见的。

由上可以看出,物态的变化与生活息息相关,给我们的生活带来了许多方便。正确认识并合理利用物态变化的各种原理定会给人类创造更多的便利。

物质的性质

一种物质具有什么样的性质,是由它的内部结构决定的,也就是由分子或原子的排列结构决定的。铅笔芯和金刚石都是由碳原子组成的,为什么前者比较软,后者却很硬呢?这是因为在这两种物质中,碳原子的排列方式不一样。

质量、密度与体积

质量是度量物体慢性大小和引力作用强弱的物理量。密度是物体的质量和其体积的比值,体积是物体所占的空间量。质量与密度和体积都有关系。质量一样的木块、橡胶和铅,在密度和体积上有很大区别。木块的体积最大,密度最小;铅的体积最小,密度最大。

质量和重量

质量是物体中物质的多少,重力是地球对物体吸引的力,而重量就是物体所受重力的大小。重力的单位是牛顿,质量的单位是千克。金属物和沙的质量相同,在重力加速度一定的条件下它们具有相同的重量。

弹性

橡胶有一种有趣的特性:你拉它,它就伸长,你一放手,它又缩回原状。这种特性称为弹性。大多数材料,甚至包括金属都具有弹性。弹力球具有比较强的弹性,它们是由橡胶做成的。

脆性

在常温下,玻璃是脆性的物质。而另一些材料,如黏土,在焙烧之前是弹性的,但在窑里烧制后就变脆了。

可塑性

如果你按一下面团、油灰那样的材料,它们就会变形而且不再恢复原状。这种材料称为可塑性材料。物质具有展性和延性两种可塑性。展性金属能锤打成薄片,延性金属能抽成细丝。

屋檐下的冰柱

下雪以后,当屋顶上还覆盖着厚厚的白雪,人们常常能发现,屋檐下背阴处挂着一根根粗细不一的小冰柱。这些冰柱是怎样形成的呢?

在雪后天晴的日子里,积雪会吸收太阳光的能量而开始熔化,但此时空气温度仍可能还处于0℃以下。人们常常感到“下雪不冷熔雪冷”,就是这个道理。

如果空气温度处于-1~-2℃,屋顶上向阳的积雪能直接受到太阳的照射,就会首先熔化。当熔化的雪水沿屋檐流下时,屋檐的背阴处由于背着太阳,周围空气温度仍处于冰点以下,流下来的雪水自然又会凝固起来,在水滴还没有来得及落地前就结成了冰。一滴、两滴、三滴……接连不断的水滴凝在一起,就形成了挂在屋檐下的小冰柱。

结在水面上的冰

水会结冰,这是自然界中常有的现象。仔细观察后你可以发现,冰总是结在水的表面上。在北方严寒的冬季,河流或湖泊表面常常被厚厚的冰层覆盖着,即使到了初春化冻季节,水面上还能见到一些浮冰随河水漂流。

由于水的表面直接和外界空气接触,因此当外界温度很低时,水的表面首先开始冷却。冷却的水密度变大,就会下沉;而底部温度较高的水密度较小,又会上升。水的这种上升和下沉的现象就是对流。然而,水这种物质有一个与众不同的“怪脾气”,那就是当外界温度冷却到4℃的时候,水的密度最大,如果外界温度继续冷却,水的密度反而会有所减小,这时,水的对流现象不再发生。

如果外界温度继续下降到0℃,表面的水便开始结冰。水在结冰时,大约要增大十分之一的体积,从而导致冰的密度比水小。因此,凝固的冰块总是浮在水的表面上。由于这时没有了对流,表面虽然已经冷到0℃,而底部的水仍可以继续保持在4℃左右。

正是由于水的这种特性,人们在冰天雪地的季节里,仍可以凿开河面的冰层,在水下捕到活蹦乱跳的鱼。

雪球越滚越大是怎么回事

在下雪的季节里,和小伙伴一起玩滚雪球是一项很有趣的游戏。你可以先捏一个小雪球,然后推着这个小雪球在雪地上滚呀滚呀,这个小雪球就会越滚越大,滚成一个大大的雪球。

雪球会越滚越大,常常被人们解释为:雪球是依靠黏着力的作用,在滚动过程中把地上的雪粘在一起而造成的。实际情况并不完全如此,在严寒的冬天,雪球和地上的雪片本身都不潮湿,它们之间没有多大的黏附作用。那么雪球越滚越大的主要原因到底是什么呢?

原来,冰雪只有在标准大气压条件下,才会在0℃开始熔化。科学实验证明,当冰受到的压强增大,它的熔点就会相应降低。当压强增大到标准大气压的135倍时,冰雪在-1℃时就可以熔化。正是由于冰雪的这种物理特性,导致了雪球在滚动过程中越滚越大。

当我们一开始把疏松的雪捏紧时,加大了雪片之间的压力,雪的熔点下降,在室外低于0℃的条件下,雪也会熔化为水。但是,一旦取消这种压力,水在低于0℃的温度下,又会重新结冰。这样,将手中的雪一捏一松、一捏一松,雪片就捏成了一个雪球。当雪球在地面上滚动时,被雪球压着的雪片也会先熔化,再结冰,并黏附在雪球上。这样随着雪球的滚动,在雪球经过的地面上,雪片就越来越多地黏附在雪球上,雪球就越滚越大了。

鸡蛋在水中沉底而在盐水中悬浮

把鸡蛋放入水中,就等于增加了和鸡蛋同体积的那部分水。把增加的那部分水取出来测其重量,就会发现这些水的重量比鸡蛋要轻。

把鸡蛋浸在食盐水中后,再测量和鸡蛋同体积的食盐水,这些食盐水比鸡蛋要重。

鸡蛋与同体积的水或食盐水相比,分量要是轻就悬浮,分量要是重就下沉。

一般来说,物体在水中是悬浮还是下沉,取决于物体的比重。所谓比重,是指同体积的物体和水的重量的比值,比重大于1的物体在水中就下沉,小于1的就上浮。

不倒翁

大家都有这样的经验:平放的砖头很稳定,把砖头竖立起来就容易翻倒;瓶子里装了半瓶水很稳定,空瓶子或是装满水的瓶子就比较容易翻倒。从上面两个事例来看,要使一个物体稳定,不易翻倒,需要满足两个条件:第一,它的底面积要大;第二,它的重量要尽可能集中在底部,也就是说,它的重心要低。物体的重心可以认为是所受重力的合力作用点。

同类推荐
  • 奇妙的日食与月食现象

    奇妙的日食与月食现象

    “天狗食日”这是中国古代人们对于日食的最初的认识。由于对日食和月食认识的局限,保留下来了很多这样的传说和故事。现代人已经不会再对日食和月食产生恐惧,偶尔出现的日食和月食成为了天文爱好者们的观测目标。天文学家对于日食和月食的研究,对人类的生产和生活产生了重要的作用。人类根据日月食形成的规律制定了计时的历法。根据日食的科学研究观测潮水的涨落等。
  • 破解日食与月食(趣味科学馆丛书)

    破解日食与月食(趣味科学馆丛书)

    “趣味科学馆”丛书,是一套自然科学类读物。丛书包罗科学的多个领域,涉及“信息化”、“绿色革命”、“发明、“生态资源”、“航天”、“军事”、“日食、月食”等当下热门关键词,有引领读者关注热点、提升其认识水平的现实价值。刘芳主编的《破解日食与月食之谜》为丛书之一。《破解日食与月食之谜》内容涉及日食与月食的各个侧面,并进行合乎逻辑的排列组合。文字浅显易懂,生动活泼。
  • 农民十万个怎么做·生产生活篇

    农民十万个怎么做·生产生活篇

    《农民十万个怎么做·生产生活篇》主要内容涵盖四个方面:一是介绍生产管理过程中的方法,增强农民生产管理的本领;二是介绍在人际交往中如何处理好各种关系,提升农民的文明素养;三是介绍与消费有关的知识与方法,帮助农民更好地做出消费决策,形成文明健康的生活方式;四是介绍饮食保键的方法和有关注意事项,提高农民的身体素质。
  • 绿色未来,人人有责(人与环境知识丛书)

    绿色未来,人人有责(人与环境知识丛书)

    现代人已经有了相当大的改变自然环境的能力,但在享受科技进步营造的舒适生活环境时,并没有及时意识到付出的生态代价,结果是人类被迫面对日趋严重的环境污染和地球生态危机。人与自然环境之间应该是怎样一种关系?人类能把自然看作自己的附属品吗?
  • 大自然的奥秘

    大自然的奥秘

    本书符合广大青少年朋友的求知欲望及猎奇心理的特点,非常适合青少年朋友阅读。向青少年朋友普及环境科学知识,鼓励他们开展各种丰富多彩的环保活动,才有利于帮助他们建立环保意识,让他们将环保意识转化为日常生活中的行动指南。只有提高青少年的环保意识,才能为实现能源的可持续发展战略提供坚强有力的人才保障;也只有通过他们的行动,人类赖以生存的环境才有希望得到改善!
热门推荐
  • 无殇凭澜阙

    无殇凭澜阙

    星尘碧落宿阑珊,欲无殇,意犹寒?天惘星阙,情义两茫难。长雪牵阳空际去,蝶恋花,舞寒蝉;未叹缘来情义绝,思凭澜,念犹阙。人未恋许,依梦寻骞月。此待飘蓬随风时,孤枕眠,魂殇谑。这首词……便是所有故事的开始!
  • 毒手邪医:鬼王独宠妃

    毒手邪医:鬼王独宠妃

    一手毒针,一手神药,杀人一念,救人一念。这是她,冷漠狠辣的她。左手炼丹,右手炼器,亲友不离,群兽相随,这是她,强大狂纵的她。一块奇玉,一双异眸,诡异身世,魂修之道,这是她,神秘慵懒的她。在这因她而乱的异世中,在这层出不断的阴谋里,在这朵朵桃花的掩映下,她当如何抉择?且看这异世风起云涌,谁主沉浮!
  • 诅咒之瞳

    诅咒之瞳

    明逸小时候遭遇不幸成为孤儿,所幸被一个好心的家庭收养,可是少时一场怪病之后,他的眼睛发生了变化,他时常会发现有时候一些人的脸后会出现第二张脸,当时给他治病的姨婆说明逸会有轻度的精神分裂。但是明逸自己并不这样认为,因为伴随着第二张脸出现的往往是不幸。所以他形成了寡言敏感的性格,但是却表现的对一切都无所谓,了无兴趣。他远离了父母,从事着私家侦探的工作,专门帮人处理各种问题,包括曝光丑闻,盗取商业机密,打击竞争对手等并不是十分光彩的事情。可是曾经孤儿院院长的女儿敏瑶的突然出现,让他原本努力保持平静的一切突然被搅动起来。
  • 古兰彼岸花

    古兰彼岸花

    彼岸花,开彼岸,只见花,不见叶。佛曰:彼岸有另一个世界,彼岸花一千年开一次,彼岸叶一千年张一次。在东西方表面停止争霸战争的环境下,实则暗流涌动,而幕后黑手究竟是谁?是东方的天剑宫?西方的东正宫?还是古兰一族?各种疑团终将揭晓。
  • 论时间和生活的关系

    论时间和生活的关系

    时间似乎在我们每个人的心中,但是我们却有说不清道不明。我们很熟悉时间,但是我们却又说不上我们和时间的关系。让我们一起来探索和思考时间和我们生活的关系吧。各种各样的生活和我们的时间有关系吗?让我们一起来思索吧!!!
  • 凶灵搜索引擎

    凶灵搜索引擎

    我最近和佰度打了一架,说出来你可能不信,是佰度先动地手。事情是这样的,我自从学会上网开始,就一直用佰度搜小说,搜视频,搜音乐,甚至搜试题答案,反正就是搜索一切我感兴趣的东西。那天听说佰度出了新功能,搜索黑洞就会出现黑洞,搜索鞭炮就会出现鞭炮,所以我也去试了试。然后,我的人生就没有然后了,你绝对想不到,我都搜出来一些什么玩意。如果你胆子很小或者好奇心特强,那我劝你绝对不要去搜索,因为这些玩意实在是.....
  • 高冷总裁横夺爱

    高冷总裁横夺爱

    他和她相差10岁。她,迷糊可爱。他,腹黑高冷霸道。两人相遇将会擦出什么样的火花?!!五年前她喜欢他保镖,他恼怒至极。然而他未婚妻上门,他冷对她。她向保镖表白失败毅然离开,一走就是五年。他疯狂寻找。五年后再次相遇,她已不记得他。"他是你的谁!"伊少白恨恨的指着她身旁的宫俊羽问。“你是谁?他是我谁关你什么事!”夜雨晴一脸厌恶的看着眼前的“大叔”。2月后,她与宫俊羽结婚。结婚典礼上,他抢婚!恢复记忆后,保镖寻得她,再与她成婚。他崩溃!夏昕温柔地看着她“你看清你的心了吗?你真的愿意嫁给我吗?”突然爽朗一笑,笑声中是不尽的落寞,“还是回去好好想想吧。我等你!”......
  • 红颜决泪

    红颜决泪

    突遭横祸她顽强生存,无论身份如何转变,复仇的心始终如一。什么旷世宝藏,什么武林绝学,既然你们那么想要,那我就……偏要毁了它!心底唯一的那一抹柔软留给挚爱的那个人,但若你欺我负我,那便永生不复相见!
  • 孔子的故事

    孔子的故事

    本书精选了孔子的名言,并对这些名言产生的故事进行了梳理,同时,也将作者对这些名言的理解给以启发性的诠释。这样,读其故事,阅其名言,观其行,思于今,相信同学们收获会更大。
  • The Ancien Regime

    The Ancien Regime

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。