工具精神——凝聚场物理：气、液、固

场是人们研究物理的基本概念，场指的是物质在空间里的分布情况。

物质是由微观粒子构成的，微观粒子紧密排列形成的物质在我们身边比比皆是，固体、液体甚至空气都能让人们有直观的感受，这些都是场，房间里的空气可以是一个场，一只笔可以是一个场，一台电脑可以是一个场，杯子里的水也可以说是一个场，只是因为它们对于我们的知觉太过具体，所以我们并不需要用“场”这个字来间接概括这些物质，我们常常用表达知觉的词汇“气体、固体、液体”来表达这些场。

自然界中常见的物质可以三种状态存在。像鼠标这类具有一定形状和体积的物质，我们称其形态为固态；像水这类没有固定形状但有一定体积的物质，我们称其为液态；像空气这类既没有固定形状，也没有一定体积的物质，我们称其状态为气态。物质可以从一种状态变为另一种状态，这个过程称之为物态变化。

通过《工具精神——物质的构成》的学习，我们不难推断物态变化纠其本质是微观粒子紧密程度发生改变，微观粒子运动越活跃，粒子组成越松散，而微观粒子活跃程度往往与温度有关，所以我们自然而然引入物理第一个测量标尺——温度。

温度表示物体或环境的冷热程度，测量温度的仪器叫做温度计。常用的温度计上的℃是摄氏温度的单位，摄氏温度用t标记，它这样规定：在大气压为1.01×10Pa（帕）时，把冰水混合物的温度规定为0度，而把水沸腾的温度规定为100度，中间平均划成100份，每一份称为1摄氏度，单位符号℃。

在国际单位制中，温度的量度使用热力学温标，也称为开氏温标或者绝对温标，开氏温标用T标记。它的单位是开尔文，简称开，用“K”表示。每1K与1℃代表的温度差是一样的。只不过开式温标以目前测量的宇宙最低温度-273℃作为测量起点0K。换算关系为T（开氏温度）=t（摄氏温度）+273。

有些国家地区使用华氏温标，单位记作℉。华氏温度规定大气压为1.01×10时，冰水混合物温度为32℉，水沸腾的温度为212℉，之间分为180等份，每一等份为1℉。换算关系为：华氏温度=32+摄氏温度×9/5

一些生活中的温度（℃）：南极最低气温：-94.5；东北漠河：-52.3；冰箱最低温：-24；地球表面平均气温：15；地球表面最高气温：60；人体正常体温：36.5；普通火炉可达温度：1100；太阳表面温度：6000。

一、物态变化

（一）固态与液态的相互转化

固态变为液态称为熔化，熔化吸热；液态变为固态称为凝固，凝固放热。

大量实验表明，有些物质在熔化过程中虽然吸热，但是温度保持不变，这就形成了确定的熔化温度，这个温度称为“熔点”，具有熔点的固体称为晶体。还有一些物质，如蜂蜡、沥青、玻璃等没有确定的熔化温度，它们称为非晶体。

反过来的情况也是如此，液态晶体在凝固过程中放热但是温度保持不变，这个温度称之为凝固点，同一种晶体熔点和凝固点相同；液态非晶体在凝固过程中放热，温度不断降低。

常见物质的熔点（℃）：钨：3410；钢：1515；铜：1083；金：1064；银：962；铝：660；铅：328；锡：232；冰：0；固态水银：-38.3；固态酒精：-117；固态氮：-210；固态氧：-218；固态氢：-259。

物质常常因为掺杂其他物质而造成熔点的改变，如饱和食盐水的熔点为-22℃；合金的熔点比组成的每一种金属的熔点都低。此外，增大压力也能使物体的熔点降低。

（二）液态与气态的相互转化

物质由液态变为气态的过程称为汽化；由气态变为液态的过程称为液化。

1.汽化

蒸发和沸腾是汽化的两种方式。

（1）蒸发

蒸发是在液体表面处进行的汽化现象，它在任何温度下都能发生，蒸发过程中需要吸热。液体的表面积越大，温度越高，液体表面附近的空气流动越快，蒸发越快。

（2）沸腾

沸腾是在液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象，沸腾时液体内大量气泡上升，变大，到液面破裂，放出气泡中的水蒸气。沸腾后继续加热，液体温度不再升高。

沸腾后继续加热，液体温度不再升高。液体沸腾时的温度就称为沸点。标准大气压1.01×10下一些液体的沸点为：液态铁：2750；铅：1740；水银357；食用油：250；水：100；酒精：78.5；液态氨：-33.5；液态氧：-183；液态氮：-196；液态氢：-253；液态氦：-269.

液体的沸点与气压有关，液体表面上方气压越小，沸点越低；气压越大，沸点越高。

2.液化

降温和压缩是液化的两种方式。气体液化时要放热。

（三）固态和气态的相互转化

物质由固态变为气态的过程称为升华；由气态变为固态的过程称为凝华。升华过程吸热，凝华过程放热。

二、物质的运动

（一）基本概念

1.机械运动（直线运动、曲线运动）

一个物体相对于另一个物体位置随时间发生变化，叫作机械运动通常简称运动。运动是绝对的，运动的描述是相对的，运动的描述跟参照物的选择有关。

2.振动（声音 ）

一切发声的物体都在某一位置附近做往复运动，这种运动叫作振动，发声的物体叫作声源。

（1）声音的传播需要介质

在空气中，物质的振动使它附近的空气时而变密时而变数疏，周围的空气就形成了疏密相间的状态，并且不断向远方扩展，这就叫作声波。声波传播到耳道中，引起鼓膜振动，再经过其他组织刺激听觉神经，把这种信号传递给大脑，产生听觉。声音的传播在不同介质中快慢不同，还会受温度影响。

常温常压下一些物质中的声速（m/s）：空气340；水1500；松木3320；花岗岩3800；钢铁5200；玻璃5500.

（2）频率

物体振动的快慢用每秒内振动的次数来表示，称为频率，单位是赫兹，符号是Hz。物理学中用音调表示声音的高低（不是大小），音调是乐音的一个要素，音调就是发声物体振动的频率决定，频率高音调就高，听起来尖细；频率低音调就低，听起来低沉。

人能感受到的声音频率是有一定范围的，大多数人能够听到20-20000Hz的声音，人们把频率高于20000Hz的声波叫作超声波，把频率低于20Hz的声波叫作次声波。

超声波的应用是声呐、B型超声仪、超声波击碎结石、探伤仪检测零件裂痕、超声波加湿器、清洗器、超声波测速仪。

次声波的优点是传播距离远而且不易被吸收。可以用来预报风暴、火山、雷暴等气象；

（3）响度

物理学中把声音的强弱称为响度。响度主要与声源振动的幅度大小有关。也跟与声源的距离有关。声音大小用声级表示，单位是分贝（dB），我们把人们刚刚听到的声音定为0dB。15-40分贝是较好的生活环境，超过70分贝人们就会心烦意乱，长期生活在90分贝以上环境，听力会受到严重影响并产生神经衰弱、头痛、高血压等疾病；在150分贝的环境中，鼓膜会破裂出血，双耳完全失去听力。

（4）音色

音色又称为音质或音品，反映每个物体发出声音特有的品质，跟波形不同有关。音色与发声体的材料、结构和振动方式等因素有关。

（5）电子琴原理

电子琴里的电子电路可以合成跟不同乐器所发出的声音波形变化相同的电流。将这个电流通入扬声器，电子琴就模拟出该种乐器的声音。