1、第2节 固体 液体 气体-2-一、固体 1.分类:固体分为晶体 和非晶体 两类。晶体分单晶体 和多晶体。2.晶体与非晶体的比较 单晶体 多晶体 非晶体 外 形 规则 不规则 不规则 熔 点 确定 确定 不确定 物理性质 各向异性 各向同性 各向同性 典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香 形成与转化 有的物质在不同条件下能够形成不同的形态。同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现,有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体 -3-二、液体 1.液体的表面张力(1)作用:液体的表面张力使液面具有收缩 的趋势。(2)方向:表面张力跟液面相切,跟这部分液面的分界线垂直。(3)大小:液体的
2、温度越高,表面张力越小;液体中溶有杂质时,表面张力变小;液体的密度越大,表面张力越大。2.液晶的物理性质(1)具有液体的流动性。(2)具有晶体的光学各向异性。(3)在某个方向上看,其分子排列比较整齐,但从另一方向看,分子的排列是杂乱无章的。-4-三、饱和汽 湿度 1.饱和汽与未饱和汽(1)饱和汽:与液体处于动态平衡的蒸汽。(2)未饱和汽:没有达到饱和状态的蒸汽。2.饱和汽压(1)定义:饱和汽所具有的压强。(2)特点:液体的饱和汽压与温度有关,温度越高,饱和汽压越大,且饱和汽压与饱和汽的体积无关。3.湿度(1)绝对湿度:空气中所含水蒸气的压强。(2)相对湿度:空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽
3、压之比。(3)相对湿度公式 相对湿度=水蒸气的实际压强同温度水的饱和汽压。-5-四、气体分子运动速率的统计分布 气体实验定律 理想气体 1.气体和气体分子运动的特点-6-2.气体的压强(1)产生原因:由于气体分子无规则的热运动,大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力。(2)大小:气体的压强在数值上等于气体作用在单位面积上 的压力。公式:。(3)国际单位:帕斯卡,符号:Pa,1 Pa=1 N/m2。p=-7-3.气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖吕萨克定律 一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比 一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强与热力学温度成正比 一定质量
4、的某种气体,在压强不变的情况下,体积与热力学温度成正比 p1V1=p2V2 11=22 或12=12 11=22 或12=12 -8-4.理想气体状态方程(1)理想气体:在任何温度、任何压强 下都遵从气体实验定律的气体。(2)理想气体状态方程:111=222 ,或=C。-9-1.教材上是如何把“气体体积一定时,各种气体的压强与摄氏温度之间的线性关系”转化为正比例关系的?提示由于将各种气体的压强与摄氏温度的线性关系图线反向延长,均交于t=-273 处,因此把压强的坐标轴移到-273 处,并引入新的温标(热力学温标),-273 为0 K,这样,各种气体的压强与热力学温度均成正比例关系。-10-2.
5、综合分析热力学第一定律与气体实验定律问题时的结合点。提示(1)热力学第一定律适用于固体、液体、气体,而气体实验定律、状态方程均适用于理想气体。研究理想气体状态变化问题时,应先根据气体定律判断三个状态参量的变化,再依据温度的变化确定内能的变化,依据气体体积的变化确定做功情况,依据内能的变化及做功情况确定过程是吸热还是放热。(2)注意理想气体分子间分子力为零,分子势能为零,所以理想气体的内能等于分子动能的总和,而温度是分子平均动能的标志,因此一定质量的某种理想气体的内能只由温度决定;非理想气体分子之间存在分子力,因此分子势能不可忽略。-11-考点一 考点二 考点三 考点四 考点一 固体和液体的性质
6、(师生共研)1.晶体和非晶体(1)单晶体具有各向异性,但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体,且是单晶体。(3)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体,反之,必是非晶体。-12-考点一 考点二 考点三 考点四 2.液体表面张力(1)形成原因:表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力。(2)表面特性:表面层分子间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜,分子势能大于液体内部的分子势能。(3)表面张力的方向:和液面相切,垂直于液面上的各条分界线。(4)表面张力的效果:表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表
7、面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小。(5)表面张力的大小:跟边界线的长度、液体的种类、温度都有关系。-13-考点一 考点二 考点三 考点四 例1(多选)下列说法正确的是()A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体 B.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上有不同的光学性质 C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体 D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体 E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变 答案 解析 解析 关闭将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒仍是晶体,故选项A错误;单晶体
8、具有各向异性,有些单晶体沿不同方向上的光学性质不同,故选项B正确;金刚石和石墨由同种元素构成,但由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体,故选项C正确;晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化,如天然水晶是晶体,熔融过的水晶(即石英玻璃)是非晶体,也有些非晶体在一定条件下可转化为晶体,故选项D正确;晶体在熔化过程中,温度不变,但内能改变,故选项E错误。答案 解析 关闭BCD-14-考点一 考点二 考点三 考点四 例2(多选)下列说法正确的是()A.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动 B.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果 C.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
9、 D.高原地区水的沸点较低,这是高原地区温度较低的缘故 E.干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度,这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果 答案 解析 解析 关闭水中花粉的布朗运动,反映的是水分子的热运动规律,则A项错误;正是表面张力使空中雨滴呈球形,则B项正确;液晶的光学性质是各向异性,液晶显示器正是利用了这种性质,C项正确;高原地区大气压较低,对应的水的沸点较低,D项错误;因为纱布中的水蒸发吸热,在同样环境下湿泡温度计显示的温度较低,E项正确。答案 解析 关闭BCE-15-考点一 考点二 考点三 考点四 特别提醒对晶体的理解四点提示(1)单晶体的各向异性使晶体的某些物理性质显示各向异性
10、。(2)不能从形状上区分晶体与非晶体。(3)晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化。(4)液晶既不是晶体也不是液体。-16-考点一 考点二 考点三 考点四 突破训练 1.(多选)(2016广东联考)下列说法正确的是()A.气体的内能是分子热运动的平均动能与分子间势能之和 B.气体的温度变化时,气体分子的平均动能一定改变 C.晶体有固定的熔点且物理性质各向异性 D.在完全失重的环境中,空中的水滴是个标准的球体 E.金属在各个方向具有相同的物理性质,但它是晶体 答案 解析 解析 关闭由热力学知识知,气体的内能是所有分子热运动的动能与分子间势能之和,A错误;气体的温度变化时,气体分子的平均动能变化,B
11、正确;晶体分为单晶体和多晶体,单晶体具有各向异性,多晶体是各向同性的,C错误;完全失重情况下,在液体表面张力作用下,液体各方向的力都一样,所以会成为一个标准的球形,D正确;通常金属在各个方向具有相同的物理性质,它为多晶体,E正确。答案 解析 关闭BDE-17-考点一 考点二 考点三 考点四 考点二 气体压强的产生与计算(多维探究)1.产生的原因 由于大量气体分子无规则地运动而碰撞器壁,形成对器壁各处均匀、持续的压力,作用在器壁单位面积上的压力叫作气体的压强。2.决定因素(1)宏观上:决定于气体的温度和体积。(2)微观上:决定于分子的平均动能和分子的密集程度。-18-考点一 考点二 考点三 考点
12、四 3.平衡状态下气体压强的求法(1)液片法:选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片两侧受力情况,建立平衡方程,消去面积,得到液片两侧压强相等方程,求得气体的压强。(2)力平衡法:选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得气体的压强。(3)等压面法:在连通器中,同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。4.加速运动系统中封闭气体压强的求法 选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象,进行受力分析,利用牛顿第二定律列方程求解。-19-考点一 考点二 考点三 考点四 考向1 气体压强的产生 例3(多选)(2016河北唐山模拟)对于一
13、定质量的理想气体,下列论述正确的是()A.若单位体积内分子个数不变,当分子热运动加剧时,压强一定变大 B.若单位体积内分子个数不变,当分子热运动加剧时,压强可能不变 C.若气体的压强不变而温度降低时,则单位体积内分子个数一定增加 D.若气体的压强不变而温度降低时,则单位体积内分子个数可能不变 E.若气体体积减小,温度升高,单位时间内分子对器壁的撞击次数增多,平均撞击力增大,因此压强增大 答案 解析 解析 关闭气体压强的大小与气体分子的平均动能和单位体积内的分子数两个因素有关。若单位体积内分子数不变,当分子热运动加剧时,决定压强的两个因素中一个不变,一个增大,故气体的压强一定变大,A对、B错;若
14、气体的压强不变而温度降低,只有增大单位体积内的分子个数才能实现,故C对、D错;由气体压强产生原因知,E对。答案 解析 关闭ACE-20-考点一 考点二 考点三 考点四 考向2 气体压强的计算 例4若已知大气压强为p0,图中各装置均处于静止状态,液体密度均为,求被封闭气体的压强。答案 解析 解析 关闭在题图甲中,以高为 h 的液柱为研究对象,由二力平衡知p 甲 S+ghS=p0S所以 p 甲=p0-gh在题图乙中,以 B 处液面为研究对象,由平衡方程 F 上=F 下有p 乙 S+ghS=p0S所以 p 乙=p0-gh在图丙中,仍以 B 处液面为研究对象,有p 丙 S+ghsin 60S=p0S所
15、以 p 丙=p0-32 gh在题图丁中,以液面 A 处为研究对象,由二力平衡得p 丁 S=(p0+gh1)S所以 p 丁=p0+gh1。答案 解析 关闭甲:p0-gh 乙:p0-gh 丙:p0-32 gh 丁:p0+gh1-21-考点一 考点二 考点三 考点四 例5如图所示,光滑水平面上放有一质量为M的汽缸,汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞,活塞面积为S。现用水平恒力F向右推汽缸,最后汽缸和活塞达到相对静止状态,求此时缸内封闭气体的压强p。(已知外界大气压为p0)答案 解析 解析 关闭选取汽缸和活塞整体为研究对象,相对静止时有 F=(M+m)a再选活塞为研究对象,根据牛顿第二定
16、律有pS-p0S=ma解得 p=p0+(+)。答案 解析 关闭p0+(+)-22-考点一 考点二 考点三 考点四 方法归纳确定封闭气体压强的方法 液体柱和汽缸静止时,用“平衡法”确定压强;液体柱和汽缸有加速度时,用牛顿第二定律确定压强。-23-考点一 考点二 考点三 考点四 突破训练 2.如图所示,一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置,金属圆块A的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的夹角为,圆块的质量为m,不计圆块与容器内壁之间的摩擦,若大气压强为p0,则被圆块封闭在容器中的气体的压强p为()A.p0+mg SB.p0+mgSC.p0+mg 2SD.p0+mgS 答案 解析 解析
17、关闭对圆块进行受力分析:重力 mg,大气压向下的作用力 p0S,封闭气体对它斜向上的作用力cos,容器侧壁的作用力 F1 和 F2,如图所示。由于不需要求出侧壁的作用力,所以只考虑竖直方向合力为零,就可以求被封闭的气体压强。圆块在竖直方向上受力平衡,故有p0S+mg=cos cos,即 p=p0+,D 正确。答案 解析 关闭D-24-考点一 考点二 考点三 考点四 3.(2016河北廊坊期末)如图所示,一圆筒形汽缸静止于地面上,汽缸的质量为m0,活塞(连同手柄)的质量为m,汽缸内部的横截面积为S,大气压强为p0,平衡时汽缸内的容积为V。现用手握住活塞手柄缓慢向上提,设汽缸足够长,不计汽缸内气体
18、的重力和活塞与汽缸壁间的摩擦,求开始时汽缸内封闭气体的压强和刚提离地面时封闭气体的压强。答案 解析 解析 关闭设开始时封闭气体压强为 p1,开始时由于活塞处于静止,由平衡条件可得p0S+mg=p1S,则 p1=p0+当汽缸刚提离地面时汽缸处于静止,汽缸与地面间无作用力,设此时封闭气体压强为 p2,因此由平衡条件可得p2S+m0g=p0S则 p2=p0-0。答案 解析 关闭p0+p0-0-25-考点一 考点二 考点三 考点四 考点三 气体实验定律和理想气体状态方程的应用(师生共研)1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系 p1V1T1=p2V2T2 温度不变:p1V1=p2V2(玻意耳定律)体积
19、不变:p1T1=p2T2(查理定律)压强不变:V1T1=V2T2(盖吕萨克定律)2.几个重要的推论 (1)查理定律的推论:p=p1T1T。(2)盖吕萨克定律的推论:V=V1T1T。-26-考点一 考点二 考点三 考点四 例6如图所示,一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞,已知大活塞的质量为m1=2.50 kg,横截面积为S1=80.0 cm2;小活塞的质量为m2=1.50 kg,横截面积为S2=40.0 cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0 cm;汽缸外大气的压强为p=1.00105 Pa,温度为T=303 K。初始时大活塞与大圆筒底部相距,两活塞间
20、封闭气体的温度为T1=495 K。现汽缸内气体温度缓慢下降,忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦,重力加速度大小g取10 m/s2。求:12-27-考点一 考点二 考点三 考点四(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,汽缸内封闭气体的温度。(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强。解析：(1)设初始时气体体积为V1,在大活塞与大圆筒底部刚接触时,缸内封闭气体的体积为V2,温度为T2。由题给条件得V1=S12+S22V2=S2l在活塞缓慢下移的过程中,用p1表示缸内气体的压强,由力的平衡条件得S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p)故此过程缸内气体的压强不变。由盖吕萨克定
21、律有11=22联立式并代入题给数据得T2=330 K。-28-考点一 考点二 考点三 考点四(2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时,由式得被封闭气体的压强为p1=1.10105 Pa。在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中,被封闭气体的体积不变,设达到热平衡时被封闭气体的压强为p,由查理定律,有=12联立式并代入题给数据得p=1.01105 Pa。答案：(1)330 K(2)1.01105 Pa-29-考点一 考点二 考点三 考点四 思维点拨(1)活塞缓慢下移的过程中,缸内气体做 变化,遵守 定律。(2)缸内气体与外界大气达到热平衡的过程中,缸内气体做 变化,遵守 定律。等压盖吕萨克等容查理-30-
22、考点一 考点二 考点三 考点四 例7(2016河北石家庄模拟)如图所示,U形管右管横截面积为左管横截面积的2倍,在左管内用水银封闭一段长为26 cm、温度为280 K的空气柱,左右两管水银面高度差为36 cm,外界大气压与76 cm高汞柱产生的压强相等。若给左管的封闭气体加热,使管内气柱长度为30 cm,则此时左管内气体的温度为多少?答案 解析 解析 关闭设 U 形管左管的横截面积为 S,当左管内封闭的气柱长度变为 30 cm时,左管水银柱下降 4 cm,右管水银柱上升 2 cm,即左右两端水银柱高度差变为 h=30 cm对左管内封闭的气体:p1=g(76-36)cm,V1=l1S=S26 c
23、m,T1=280 Kp2=g(76-30)cm,V2=lS=S30 cm,T2由理想气体状态方程111=222可得 T2=2211T1=371.5 K。答案 解析 关闭371.5 K-31-考点一 考点二 考点三 考点四 方法归纳利用气体实验定律及气体状态方程解决问题的基本思路-32-考点一 考点二 考点三 考点四 突破训练 4.(2016全国理综乙)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差p与气泡半径r之间的关系为p=,其中=0.070 N/m。现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升。已知大气压强p0=1.0105 Pa,水的密度=1.0103 kg/m3,重
24、力加速度大小g取10 m/s2。(1)求在水下10 m处气泡内外的压强差;(2)忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。2r 解析：(1)当气泡在水下h=10 m处时,设其半径为r1,气泡内外压强差为p1,则p1=21 代入题给数据得p1=28 Pa。-33-考点一 考点二 考点三 考点四(2)设气泡在水下10 m处时,气泡内空气的压强为p1,气泡体积为V1;气泡到达水面附近时,气泡内空气的压强为p2,内外压强差为p2,其体积为V2,半径为r2。气泡上升过程中温度不变,根据玻意耳定律有p1V1=p2V2由力学平衡条件有p1=p0+gh+p1p2=
25、p0+p2气泡体积V1和V2分别为V1=4313V2=4323-34-考点一 考点二 考点三 考点四 联立式得 12 3=0+2+0+1由式知,pip0(i=1,2)故可略去式中的 pi项。代入题给数据得21=231.3。答案：(1)28 Pa(2)1.3-35-考点一 考点二 考点三 考点四 考点四 气体状态变化中的图象问题(师生共研)一定质量的理想气体不同图象的比较 图象过程 图线类别 图象特点 图象示例 等温过程 p-V pV=CT(其中 C 为恒量),即 pV 之积越大的等温线温度越高,线离原点越远 p-1V p=CT1V,斜率 k=CT,即斜率越大,温度越高 -36-考点一 考点二
26、考点三 考点四 图象过程 图线类别 图象特点 图象示例 等容过程 p-T p=CVT,斜率 k=CV,即斜率越大,体积越小 等压过程 V-T V=CpT,斜率 k=Cp,即斜率越大,压强越小 -37-考点一 考点二 考点三 考点四 例8(2016甘肃兰州一模)一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图象如图所示,气体在状态A时的压强pA=p0,温度TA=T0,线段AB与V轴平行,BC的延长线过原点。求:(1)气体在状态B时的压强pB。(2)气体在状态C时的压强pC和温度TC。答案 解析 解析 关闭(1)由 A 到 B 是等温变化,根据玻意耳定律有 pAVA=pBVB 解得 pB=02。(2
27、)由题图特点可知,B 到 C 是等压变化,根据盖吕萨克定律有=解得 TC=12T0A 到 C 是等容变化,根据查理定律有=解得 pC=02。答案 解析 关闭(1)02 (2)02 02-38-考点一 考点二 考点三 考点四 规律总结气体状态变化图象的应用技巧 1.明确点、线的物理意义:求解气体状态变化的图象问题,应当明确图象上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态,它对应着p、V、T三个状态参量;图象上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。2.明确斜率的物理意义:在V-T图象(或p-T图象)中,比较两个状态的压强(或体积)大小,可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大
28、小,其规律是:斜率越大,压强(或体积)越小;斜率越小,压强(或体积)越大。-39-考点一 考点二 考点三 考点四 突破训练 5.(2016山东枣庄模拟)如图甲所示,竖直放置的汽缸内壁光滑,横截面积为S=10-3 m2,活塞的质量为m=2 kg,厚度不计。在A、B两处设有限制装置,使活塞只能在A、B之间运动,B下方汽缸的容积为1.010-3 m3,A、B之间的容积为2.010-4 m3,外界大气压强p0=1.0105 Pa。开始时活塞停在B处,缸内气体的压强为0.9p0,温度为27,现缓慢加热缸内气体,直至327。求:-40-考点一 考点二 考点三 考点四(1)活塞刚离开B处时气体的温度t2。(2)缸内气体最后的压强。(3)在图乙中画出整个过程中的p-V图线。解析：(1)活塞刚离开B处时,设气体的压强为p2,由二力平衡可得 p2=p0+解得p2=1.2105 Pa由于气体的变化是等容变化,所以由查理定律得0.90273K+1=2273K+2解得t2=127。-41-考点一 考点二 考点三 考点四(2)设活塞最终移动到A处,缸内气体最后的压强为p3,由理想气体状态方程得解得p3=1.5105 Pa因为p3p2,故活塞最终移动到A处的假设成立。10273K+1=33273K+3(3)如图所示。答案：(1)127 (2)1.5105 Pa(3)图见解析
