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密 度

教学参考

密度这个物理量很抽象,它究竟反映了物质的哪方面的特性?为什么我们有时说物质不变,密度不变;而有时候物质没变,密度却变了。大家在研究密度时往往从宏观的角度去认识,本文想从宏观和微观两个方面谈谈对密度的认识。

1.密度表示什么?

任何物质都会从不同的方面表现出不同的性质。例如硬软、颜色、气味、可塑性等。密度是我们了解到的物质的又一性质。那么,密度所反映的是物质的哪一方面的特性呢?我们知道,铁和木头有很多的不同点,其中:若取同样体积的铁和木头称一称,其质量的大小不一样;或者,称取相同质量的铁和木头,它们的体积大小不一样。铁和木头的不同点可以用它们的质量和体积的比值(m/V)来表示。物体的质量和体积的比值就是我们所说的密度。它反映了物质的一种固有性质,是物质的一种特性,这种性质表现为:在体积相同的情况下,不同物质具有的质量不同;或者在质量相等的情况下,不同物质的体积不同。从微观上看,它反映了组成物质的微粒(不单单是分子)之间的密集程度,这大概就是密度的由来。所以,密度是由物质本身决定的。

2密度公式的意义

根据密度的定义,可以得到密度的计算公式为,这是否表示一种物质的质量越大,其密度越大(或一种物质的体积越大,其密度越小)?答案是否定的。我们知道密度是物质的一种特性,它表示同种物质的密度一般是相同的,如一块铁和把它分成一半后的铁相比较,组成物质的微粒之间的密集程度不会发生什么变化,因此它们的密度是一样的。所以我们说,某种物质的密度是由这种物质本身决定的,跟由这种物质构成的物体的质量和体积均无关。从这个意义上讲,是定义密度的公式,是测量密度大小的公式,而不是决定密度大小的公式。从这里,我们也可以看出物理公式与数学表达式的区别,即物理公式中每个符号都代表着相应的物理量,其大小要受相应的物理量制约,不可以像数学符号那样随意改变。(相似的公式还有:匀速直线运动的速度公式──,燃料的热值公式──,物质的比热容公式──)。其实,我们也可以从另外一个角度来认识一块铁和半块铁的密度问题。一块铁把它分成一半以后,质量当然变成原来的一半,同时,体积也变成原来的一半。则质量与体积的比值仍然与原来相等,即密度不变。

3物质密度和外界条件的关系

我们通常说各种物质都有各自一定的密度,不能认为物质的密度一定是不变的,要看不同的情况。

物体通常有热胀冷缩的性质,即温度升高时,体积变大;温度降低时,体积变小。而质量是与温度无关的,由公式看出,温度升高时,物质的密度变小;温度降低时,密度变大。从微观考虑,物体温度升高时,分子间距离变大,分子间的密集程度变小,物质的密度就要变小。反之,温度降低时,分子间距离变小,分子间的密集程度变大,物质的密度就要变大。

对于气体,它的密度还跟压强有关系。一定质量的气体,压强变大时,体积要缩小,根据公式,气体密度通常变大;压强变小时,体积要变大,密度就要变小。从微观考虑,气体的压强变大时,气体分子间的距离就要缩小,即分子间的密集程度变大,所以气体密度变大;反之,压强变小时,气体分子间的距离就要变大,即分子间的密集程度变小,气体密度就要变小。

再如,水变成固态的冰,物态变了而物质没有变,物质没有变但密度变了(冰的密度小于水),这说明水的密度与物态有关。

总之,物质的密度变还是不变要根据具体情况分析。有人认为,既然密度是物质的性质,同种物质就该有相同的性质,因而某种物质的密度一定是不变的,这是一种误解。应该这样认为:同种物质在相同的条件下(如温度、压强、物态)密度是相同的,与物质的质量和体积的大小无关。

 
4.利用密度鉴别物质种类
 

一般来说,不同的物质密度是不同的。因此,密度的大小可以作为鉴别物质的依据。但也有些不同的物质它们的密度非常的相似或相等,例如酒精和油是两种不同的物质,但它们的密度就有可能相等;再如铝和大理石的密度就非常的相近,因此,密度的大小可以作为鉴别物质的依据之一,但不是惟一的依据。不能认为密度相同的物质就是同一物质。

    
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