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【物理素材】物之组成【廿三】  

2015-01-07 06:35:31|  分类: 物理教学素材 |  标签: |举报 |字号 订阅

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【物理素材】物之组成【廿三】




 

 

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【物理素材】物之组成【廿三】





有用的密度
江苏丰县初级中学 刘庆贺




有用的密度
江苏丰县初级中学 刘庆贺


密度作为物质的一个重要属性,在国际贸易、科学研究和工农业中有着广泛的应用。

 

国际上科技先进国家,对于密度测量研究及其应用都颇为重视。因它不仅应用于国家经济的诸领域,而且涉及国际间的商贸交流。例如原油、石油、液化石油气、天然气、酒精以及酒类等销售、使用与贸易过程中,对产品的数量进行计量结算起着重要作用。因交易数量大,若计量不准,达不到有关要求,将会直接给国家经济带来不必要的损失,乃至影响国家的声誉。液体产品中酒精、酒类的密度是最主要的实用参量,且密度与温度密切相关,其测量数据是否准确,对大宗物品商贸结算至关重要。

 

问题1:酒精温度计里面的酒精温度升高时,质量      ,体积        ,密度      。(选填“不变”、“变大”或“变小”)

 

在科学史上,氩就是通过计算未知气体的密度发现的。1892年英国化学家雷姆赛发现从空气中提取的氮气密度比从硝酸和氨里提取的氮气的密度大0.5%。开始它以为是从空气中提取的氮气不纯,于是想办法除去了氮气中所含的二氧化碳、氧气、水分,但仍发现从空气中提取的氮气密度大,他由此推断空气中可能含有一种未知的气体,并计算出这种未知气体的密度比氧气和氮气的大。后来经过科学分析,确认了空气中果然含有一种以前不知道的新气体,把它命名为氩。

 

问题2:雷姆赛通过发现两种方法得到氮气的密度不同,就推断空气中可能含有一种未知的气体,其依据是什么?

 

密度在农业上可以用来判断土壤的肥力。一般的土壤含有无机物(矿物质)和有机物(腐殖质),含有腐殖质越多的土壤越肥沃,如果土壤含矿物质多,因为矿物质的密度较大,所以这种土壤的密度也较大。一般含矿物质多的土壤密度为2.6×103kg/m3。如果土壤含有腐殖质多,则土壤的密度较小,例如黑土的密度一般为2.3×103kg/m3。因此土壤越肥沃,它的密度越小。假如土壤的密度较大,可以初步判断这种土壤是比较贫瘠的。在农业上除了应用密度来判断土壤的肥力外,播种前选种也用到密度。把要选的种子放在水里,饱满健壮的种子由于密度      而沉到水底,瘪壳和杂草种由于密度       而浮在水面。

 

问题3:在上文的空中选填“大”或“小”

 

在工业生产上,有些工厂用的原料往往也根据密度来判断它的优劣。例如有的淀粉制造厂以土豆为原料,土豆含淀粉量的多少直接影响淀粉的产量。一般来说含淀粉量多的土豆密度较大,所以通过测定土豆的密度不仅能判断出土豆的质量,还可以由此估计淀粉的产量。在铸造厂的生产中也用到密度,工厂在铸造金属物体前,需要估计熔化多少金属注入型砂的模子里比较合适,这时就需要根据模子的容积和金属的密度,计算出需熔化的金属量,以避免造成浪费。

 

问题4:工厂需要造100个铁质零件,称得与零件同样形状的木头模型的质量是40g,这种木头模型的密度为0.8g/cm3,求至少需要熔化铁的质量?(ρ铁=7.8 g/cm3)

 

参考答案:

 

1.不变   变大   变小

 

2.同种物质的密度相同

 

3.大   小

 

4.3.9kg






密度极小的固体──气凝胶
江苏丰县初级中学 刘庆贺







气凝胶是一种固体物质形态,世界上密度最小的固体。密度为3kg/每立方米,目前最轻的硅气凝胶仅有0.16毫克每立方厘米,略低于空气密度,所以也被叫做“冻结的烟”或“蓝烟”。由于里面的颗粒非常小(纳米量级),所以可见光经过它时散射较小,就像阳光经过空气一样。因此,它也和天空一样看着发蓝。由于气凝胶中一般80%以上是空气,所以有非常好的隔热效果,一寸厚的气凝胶相当20至30块普通玻璃的隔热功能。即使把气凝胶放在玫瑰与火焰之间,玫瑰也会丝毫无损。

 

气凝胶

 

硅气凝胶的主要成分和玻璃一样也是二氧化硅,但因为它99.8%都是空气,所以密度只有玻璃的千分之一。气凝胶貌似“弱不禁风”,其实非常坚固耐用。它可以承受相当于自身质量几千倍的压力,在温度达到1200摄氏度时才会熔化。此外它的导热性和折射率也很低,绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。由于具备这些特性,气凝胶便成为航天探测中不可替代的材料。

 

气凝胶的其他用途:

 

1.制作火星探险宇航服

 

2002年,美国宇航局成立了一家公司,专门生产更结实更有韧性的气凝胶。美国宇航局现在已经确定,在2018年火星探险时,宇航员们将穿上用新型气凝胶制造的宇航服。该公司的资深科学家马克·克拉杰沃斯基说,只要在宇航服中加入一个18毫米厚的气凝胶层,那么它就能帮助宇航员扛住1300℃的高温和零下130℃的超低温。“这是我见过的最有效的恒温材料。”马克如是说。

 

2.防弹不怕被炸

 

防弹是新型气凝胶的第二个重要用途。美国宇航局的这家公司正在对用气凝胶建造的住所和军车进行测试。根据试验室的试验情况来看,如果在金属片上加一层厚约6毫米的气凝胶,那么,就算炸药直接炸中,对金属片也分毫无伤。

 

3.可处理生态灾难

 

环保是新型气凝胶的第三个重要作用。科学家们将气凝胶亲切地称为“超级海绵”,因为其表面有成百上千万的小孔,所以是非常理想的吸附水中污染物的材料。美国科学家新发明的气凝胶现在居然能吸出水中的铅和水银。据这位科学家称,这种气凝胶是处理生态灾难的绝好材料。

 

4.网球拍击球能力更强

 

气凝胶

 

新型气凝胶也将步入我们每个人的未来日常生活。比如说美国的Dunlop体育器材公司已经成功研发了含有气凝胶的网球拍。这种网球拍据说击球的能力更强;今年年初,66岁的鲍博·斯托克成为第一个将气凝胶用于住房的英国人:“保温加热的效果非常好,我将空调的温度下降了5℃,结果室内的温度仍然非常舒适。”。












树叶落地时哪一面朝上?
江苏丰县初级中学 刘庆贺







树叶落下时是有规律的:所有树木,在任何地方任何时间落叶时,总是叶面先着地,叶背朝上。少数在降落过程中,因为受风力的影响,才出现叶面朝上的现象。

 

为什么会这样的呢?查了植物百科全书后可以发现,原来树木的叶子都是由细胞组成的,而靠进叶面的细胞结构紧密,密度大;靠近树叶的细胞疏松,密度小。由于地球引力的作用,在树叶落地时,密度大的一面先着地,叶背就朝上了。





密度最大和最小的物质
江苏丰县初级中学 刘庆贺




        在地球上,我们目前已经发现了一百多种元素,在这些元素组成的物质中,密度最大的是金属锇。锇的密度为22.6×103kg/m3,看起来够大了,它是“密度大王”吗?不!我们不能将自己的视野局限于地球,我们要到茫茫宇宙中去寻找“密度大王”。在广阔无垠的宇宙中,有一种叫“白矮星”的天体。它的密度是3.0×1010kg/m3,是锇密度的106倍(即100万倍),很大了。它能称王吗?也不能!因为还有一种叫“中子星”的天体,它的密度达1016kg/m3;而另一种天体“脉冲星”的密度更是高达1018kg/m3,即1cm3的这种物质的质量为10亿吨。然而“脉冲星”也不敢称霸,因为新发现的“黑洞”的密度比它还要大。根据计算,质量和太阳一样大的黑洞,它的密度可达5×1019kg/m3,在它里面取小米粒大的一小块物质,要用几万艘万吨轮船才拖得动。而质量更小的黑洞密度就更大了。由于黑洞的密度极大,它的引力也极大,连光也不能从中逃脱。这样说来,“密度大王”的交椅也只有“黑洞”能坐了。

 

密度最小的金属元素是锂,密度最小的气体是氢气。H元素是质量数最小的,组成单质是氢,氢是宇宙中质量最小的(不考虑反物质)物体三态变化中最小是气体,所以氢气就是宇宙中密度最小的。真空里什么也没有,所以真空的空间密度为零。






盐水选种
江苏丰县初级中学 刘庆贺



        盐水选种是我国古代劳动人民发明的一种巧妙的挑选种子的方法。各种庄稼的种子,都有一定密度。长得很饱满的小麦种子,密度超过1.2×103kg/m3;长得很饱满的芒粳的稻种子,密度超过1.1×103kg/m3;干瘪的和被虫子蛀坏的种子的密度都比饱满的种子的密度小得多。

 

盐水选种,就是把种子放在一定浓度的盐水里,利用浮力把好种子和坏种子分开来。选小麦的种子的盐水是把盐水配成密度在(1.16~1.2)×103kg/m3之间.把小麦放在这样的盐水里,密度超过1.2×103kg/m3的好种子都沉在水底,因为它们受到的浮力小于它们的重力,密度小于(1.16~1.2)×103kg/m3的坏种子都在盐水中浮起来,这样好坏种子就很容易地被分开了。

 

各种作物的种子密度都不一样,所用的盐水浓度也应不一样。例如芒粳稻种子的密度较小,用来选稻种的盐水的密度为1.1×103kg/m3。

 

用这种方法选种,要掌握好盐水的浓度;最好用比重计来测定。如果没有比重计,可将已经溶解的盐水舀出一碗,然后放进一匙要选的种子,假使全沉下去,说明盐水太淡,应继续加进食盐;如果大部分种子飘在水面,说明盐水太浓,应加水稀释,直到大部分种子斜卧在碗底为止。

 

盐水连续使用多次,盐分会被种子带走,应适当加盐,以免浓度降低,影响选种质量。同时,种子经盐水浸泡,表面会受伤,因此,种子从盐水里捞出后,要立即用清水冲洗,然后才能播种。






假如水的密度在0℃最大
江苏丰县初级中学 刘庆贺



        世界上绝大多数物质都遵循密度随温度降低而增大的规律,而水却例外。

 

液态水在4℃时,密度最大。温度高于4℃时,水的密度是随着温度的降低而增大,但是在0~4℃的温度范围内,水的密度却随着温度的降低而减小,直至冰点。正是这个特性使得4℃的水下沉,隆冬时节水体从表面至底部形成由低到高的温度梯度,抑制了水的对流,才有冰封湖泊凿洞钓鱼的景象。这表明湖面表层结冰,但冰层之下却是液态的水,而且湖泊的底部的水温还能稳定在4℃,致使鱼类等水生生物得以生存,安度严寒。

 

假如水在0℃时密度才会最大,将会是怎样一种情况呢?

 

水在0℃时密度最大,意味着水的密度随着温度的降低而增大。秋冬季节,外界气温低于水温,密度较小的上层水与低温空气接触后变冷,密度增大而降到底部。不难想象,表层的冷水与下层的温水持续发生对流后,表层的水总是水体中温度最高的。这意味着表层水与空气之间始终保持着最大的温差,整个水体以最快的速度向外界释放着能量,直到整个水体与外界温度一致时,这种对流才会停止。当外界气温降到0℃以下时,不难想象,整个水体会形成0℃的冰。

 

再来看看水体变成冰后,在春夏季节熔化的情景。阳光的照射会使冰的表面迅速升温,冰就开始熔化成水。刚熔化的水的温度是0℃,而0℃的水密度最大,因此就停留在未熔化的冰的表面不会上升到水的表面来,冰块的上表层形成一个不会进行对流的水层,水体以最慢的速度从外界吸收能量,这样很有可能一个夏天过去了,湖泊上却只有浅浅的水层,下面则是千年不化的冰层。与此相反,水在4℃密度最大则明显地促进融冰。这表现在与冰层相邻的为0℃的高温水层,而与高温空气相邻的为0℃的低温水,持续的热交换使水体以最大的速度从外界吸收热量。可见,水在4℃时密度最大,可让水放热慢,吸热快。

 

假如水在0℃密度最大,这种水放热快,吸热慢,水体在一年之内放出的热量极有可能大于其吸收的热量,表现为整个水体热量的负积累。年复一年,水体的总温度就越来越低,直至整体结冰,生态系统注定会面目全非,很多动植物将不复存在,或者可能从来就不会出现。但不可否认的是,物种的进化是“天择”的过程,适者生存意味着在截然不同的物种存留下来。这很可能会出现一个与现今完全不同的生物圈,在那个生物圈中人处于什么位置,甚至会不会有人都将是未知数。








 

 


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