论文部分内容阅读
摘 要：影响物态变化的决定因素是温度。物体与周围环境存在温度差越大，物态变化越明显；物体与周围环境存在温度差太大时，甚至会出现不同的物态变化。温度不仅影响物态变化的结果，也影响物态变化的快慢。物态变化可以从分子动理论角度进行解释。
关键词：温度；物态变化；分子动理论
苏科版物理八年级上册第二章“物态变化”第四节通过观察“碘锤”中的物态变化，引入升华和凝华的概念。我们知道，碘的固体是紫黑色有金属光泽的鳞片状晶体，属于分子晶体，熔点为113.5℃，沸点为184.35℃，液态温度区间为70.85℃，区间较小，易升华为紫色碘蒸气。对“碘锤”中少量的碘晶粒稍稍加热后，碘的温度升高，由于升华可以在任何温度下进行，并且一般情况下温度越高，升华越快，所以少量的碘在温度达到它的熔点前已经全部升华成紫色的碘蒸气。这种现象是因为碘分子在较高温环境下分子间距离增大，脱离它们之间的互相束缚，扩散到空气分子中，由此可见，碘分子之间的作用力是比较弱的。
受“碘锤”实验的影响，有的学生认为，碘在加热条件下，只有升华现象，没有熔化现象，这种观点是错误的。从理论上讲，只要温度达到碘的熔点113.5℃，并且继续加热，碘就会发生熔化现象，事实也是如此。在“碘锤”实验中，有时就会观察到少量的液态碘。分析这种现象的产生，主要有以下几个方面原因：一是“碘锤”中碘量较多。由于升华是从物体表面发生的，在加热的过程中，由于碘量过多，受热不均匀，最外面的碘随着温度升高迅速超过沸点开始升华，可是里面的碘温度不能快速升高超过沸点而是达到了碘的熔点，于是碘开始熔化，就出现了少量的液态碘。因此，在通过“碘锤”做碘的升华实验时，碘量要少一些好。二是碘的颗粒过大。因为升华是在碘的表面开始，碘的颗粒过大，导致碘内外受热不均匀，碘的外部温度高超过沸点迅速开始升华，内部温度低达到了碘的熔点开始熔化。因此，在通过“碘锤”做碘的升华实验时，碘的颗粒要小一些好。三是加热时温度过低。加热时，由于温度过低，会使碘的温度不能快速超过沸点，少量的碘温度到达熔点而出现熔化现象。因此，在通过“碘锤”做碘的升华实验时，一定要使用酒精灯的外焰加热。
那么究竟什么是影响物态变化的主要因素呢？我们知道，常温下物体处于固态、液态和气态三种状态，当物体发生物态变化时，需要吸热或放热。当物体由高密度向低密度转化时，就是吸热，由低密度向高密度转化时，则是放热，而吸热或放热的条件是热传递，所以物体不与周围环境存在温度差，就不会产生物态变化。所以，物态变化发生时一定是受到温度的影响，固态、液态和气态三种状态转换的依据主要是温度。
物体与周围环境存在温度差越大，物态变化越明显。当物体与周围环境存在温度差太大时，甚至会出现不同的物态变化。如炎热的夏天，从冰柜中取出的冰棒会出现两种现象，一是在冰棒上会出现“白粉”，二是在冰棒的上方会向下冒“白气”。两种现象其实是两种不同的物态变化，前者是凝华现象，由于冰棒与周围空气的温度差比较大，空气中的水蒸气遇到温度比较低的冰棒凝华成固态小冰晶，后者是液化现象，冰棒上方与周围空气也存在温度差，但是这个温度差比前者要小，因此，空气中的水蒸气在冰棒上方遇冷液化成液态的小水珠。可见，温度差的大小影响了物态变化的结果。
温度不仅影响物态变化的结果，也影响物态变化的快慢。我们知道，升华和蒸发两种物态变化可以在任何温度下进行，但不是说升华和蒸发与温度无关，恰恰相反，温度对升华和蒸发影响较大，如温度越高，升华就会越快。在蒸发快慢的影响因素中温度的高低对蒸发影响也是最明显的。
让我们再从分子动理论角度认识温度对物态变化的影响。有的物质是由原子直接构成，如金属；有的物质是由原子组成的分子构成的，如水、冰。不管是由原子直接构成，还是由原子组成的分子构成，其原子与原子之间，分子与分子之间，都有力的作用（即所谓的束缚力），所以要使得分子间的引力和斥力的作用减小，就要对物质不断加热，当温度升高时，原子（或分子）吸收能量，自身运动速率加快，会克服原来周围力的作用，这时它的活动范围加大，让热量用来“帮助”分子解脱束缚，使有的分子能较为自由地“游动”，呈现出了流动性，固体就熔化成了液体。因此，分子之间的距离决定了物态，结合的最紧密的时候是固态，稍微松一些是液态，间距再大一些是气态。当物体是固态时，分子力很大，各个分子之间相互束缚，所以固体有固定体积和形状。当温度升高到某一值时，由于物体内能增加，分子动能更大，分子可以脱离原先的位置自由流动，这就是液体。当温度再升高，分子的动能很大，分子就脱离了集体，而由于分子力是一个短程力，距离大到一定值时就不显力了，所以此时分子力几乎为0，分子可达到任何地方，此时就是气体了。下图可以形象地说明不同物态下分子排列情况。
甲图是固态，分子的排列规则；乙图是液态，分子可以移动；丙图是气态，分子几乎不受力的作用。
有些物体发生物态变化时，需要在一定的温度下才能发生，如晶体的熔化、液体的沸腾，而还有些物体可以在任何温度下发生物态变化，如液化的蒸发，碘、冰、干冰及樟脑等的升华。有些物体温度升高时不一定会发生物态变化，物体温度升高时，只要物体的体积不发生变化，就不会影响到分子势能，增加的只是分子动能，进而影响内能。
关键词：温度；物态变化；分子动理论
苏科版物理八年级上册第二章“物态变化”第四节通过观察“碘锤”中的物态变化，引入升华和凝华的概念。我们知道，碘的固体是紫黑色有金属光泽的鳞片状晶体，属于分子晶体，熔点为113.5℃，沸点为184.35℃，液态温度区间为70.85℃，区间较小，易升华为紫色碘蒸气。对“碘锤”中少量的碘晶粒稍稍加热后，碘的温度升高，由于升华可以在任何温度下进行，并且一般情况下温度越高，升华越快，所以少量的碘在温度达到它的熔点前已经全部升华成紫色的碘蒸气。这种现象是因为碘分子在较高温环境下分子间距离增大，脱离它们之间的互相束缚，扩散到空气分子中，由此可见，碘分子之间的作用力是比较弱的。
受“碘锤”实验的影响，有的学生认为，碘在加热条件下，只有升华现象，没有熔化现象，这种观点是错误的。从理论上讲，只要温度达到碘的熔点113.5℃，并且继续加热，碘就会发生熔化现象，事实也是如此。在“碘锤”实验中，有时就会观察到少量的液态碘。分析这种现象的产生，主要有以下几个方面原因：一是“碘锤”中碘量较多。由于升华是从物体表面发生的，在加热的过程中，由于碘量过多，受热不均匀，最外面的碘随着温度升高迅速超过沸点开始升华，可是里面的碘温度不能快速升高超过沸点而是达到了碘的熔点，于是碘开始熔化，就出现了少量的液态碘。因此，在通过“碘锤”做碘的升华实验时，碘量要少一些好。二是碘的颗粒过大。因为升华是在碘的表面开始，碘的颗粒过大，导致碘内外受热不均匀，碘的外部温度高超过沸点迅速开始升华，内部温度低达到了碘的熔点开始熔化。因此，在通过“碘锤”做碘的升华实验时，碘的颗粒要小一些好。三是加热时温度过低。加热时，由于温度过低，会使碘的温度不能快速超过沸点，少量的碘温度到达熔点而出现熔化现象。因此，在通过“碘锤”做碘的升华实验时，一定要使用酒精灯的外焰加热。
那么究竟什么是影响物态变化的主要因素呢？我们知道，常温下物体处于固态、液态和气态三种状态，当物体发生物态变化时，需要吸热或放热。当物体由高密度向低密度转化时，就是吸热，由低密度向高密度转化时，则是放热，而吸热或放热的条件是热传递，所以物体不与周围环境存在温度差，就不会产生物态变化。所以，物态变化发生时一定是受到温度的影响，固态、液态和气态三种状态转换的依据主要是温度。
物体与周围环境存在温度差越大，物态变化越明显。当物体与周围环境存在温度差太大时，甚至会出现不同的物态变化。如炎热的夏天，从冰柜中取出的冰棒会出现两种现象，一是在冰棒上会出现“白粉”，二是在冰棒的上方会向下冒“白气”。两种现象其实是两种不同的物态变化，前者是凝华现象，由于冰棒与周围空气的温度差比较大，空气中的水蒸气遇到温度比较低的冰棒凝华成固态小冰晶，后者是液化现象，冰棒上方与周围空气也存在温度差，但是这个温度差比前者要小，因此，空气中的水蒸气在冰棒上方遇冷液化成液态的小水珠。可见，温度差的大小影响了物态变化的结果。
温度不仅影响物态变化的结果，也影响物态变化的快慢。我们知道，升华和蒸发两种物态变化可以在任何温度下进行，但不是说升华和蒸发与温度无关，恰恰相反，温度对升华和蒸发影响较大，如温度越高，升华就会越快。在蒸发快慢的影响因素中温度的高低对蒸发影响也是最明显的。
让我们再从分子动理论角度认识温度对物态变化的影响。有的物质是由原子直接构成，如金属；有的物质是由原子组成的分子构成的，如水、冰。不管是由原子直接构成，还是由原子组成的分子构成，其原子与原子之间，分子与分子之间，都有力的作用（即所谓的束缚力），所以要使得分子间的引力和斥力的作用减小，就要对物质不断加热，当温度升高时，原子（或分子）吸收能量，自身运动速率加快，会克服原来周围力的作用，这时它的活动范围加大，让热量用来“帮助”分子解脱束缚，使有的分子能较为自由地“游动”，呈现出了流动性，固体就熔化成了液体。因此，分子之间的距离决定了物态，结合的最紧密的时候是固态，稍微松一些是液态，间距再大一些是气态。当物体是固态时，分子力很大，各个分子之间相互束缚，所以固体有固定体积和形状。当温度升高到某一值时，由于物体内能增加，分子动能更大，分子可以脱离原先的位置自由流动，这就是液体。当温度再升高，分子的动能很大，分子就脱离了集体，而由于分子力是一个短程力，距离大到一定值时就不显力了，所以此时分子力几乎为0，分子可达到任何地方，此时就是气体了。下图可以形象地说明不同物态下分子排列情况。
甲图是固态，分子的排列规则；乙图是液态，分子可以移动；丙图是气态，分子几乎不受力的作用。
有些物体发生物态变化时，需要在一定的温度下才能发生，如晶体的熔化、液体的沸腾，而还有些物体可以在任何温度下发生物态变化，如液化的蒸发，碘、冰、干冰及樟脑等的升华。有些物体温度升高时不一定会发生物态变化，物体温度升高时，只要物体的体积不发生变化，就不会影响到分子势能，增加的只是分子动能，进而影响内能。