1、第2节固体液体气体必备知识预案自诊知识梳理一、温度和温标1.由大量分子组成的叫热力学系统,描述热力学系统的状态参量有、等。无外界影响下,时,系统处于平衡态。2.当两个相互接触的热力学系统的参量时,这两个系统就达到;当两个系统在接触时,若它们的,则这两个系统处于热平衡;如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定;一切互为热平衡的系统都具有相同的。3.热力学温标表示的温度叫做。它是国际单位制中七个基本物理量之一,用符号表示,单位是,简称开,符号为K。摄氏温度t与热力学温度T的关系是:T=t+K。二、气体1.气体分子运动的特点(1)气体分子间距较,分子力可以,因此可以认为气
2、体分子间除碰撞外不受其他力的作用,故气体能充满。(2)分子做无规则的运动,速率有大有小,且时而变化,大量分子的速率按“中间多,两头少”的规律分布。(3)温度升高时,速率小的分子数,速率大的分子数,分子的平均速率将,但速率分布规律。2.气体的压强(1)产生原因由于大量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。(2)决定因素a.宏观上:决定于气体的和。b.微观上:决定于分子的和。3.气体实验定律玻意耳定律查理定律盖-吕萨克定律条件质量一定,不变质量一定,不变质量一定,不变表达式p1p2=T1T2V1V2=T1T2图像4.理想气体状态方程(1)理想气体宏观上讲,理想气体是指在任何温
3、度、任何压强下始终遵从气体实验定律的气体。实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下,可视为理想气体。微观上讲,理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力,分子本身没有体积,即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。(2)理想气体的状态方程内容:一定质量的某种理想气体发生状态变化时,压强跟体积的乘积与热力学温度的保持不变。公式:p1V1T1=p2V2T2或pVT=C(C是与p、V、T无关的常量)。三、固体1.分类:固体分为和两类。晶体分和。2.晶体与非晶体的比较项目晶体非晶体单晶体多晶体外形规则不规则熔点固定固定不固定物理性质各向各向同性各向排列无规则无规则形成与转化有的物质在不同条件下能够生成不同的
4、晶体。同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现,有些晶体在一定条件下可以转化为非晶体,有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香四、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到表面积最小的趋势。(2)方向:表面张力跟液面相切,且跟这部分液面的分界线。(3)大小:液体的温度越高,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.毛细现象:指浸润液体在细管中的现象,以及不浸润液体在细管中的现象,毛细管越细,毛细现象越明显。3.液晶的物理性质具有液体的,具有晶体的光学的。在某个方向上看其分子排列比较,但从另
5、一方向看,分子的排列是的。考点自诊1.判断下列说法的正误。(1)晶体有天然规则的几何形状,是因为晶体的物质微粒是规则排列的。()(2)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。()(3)气体的压强是由气体的自身重力产生的。()(4)液晶是液体和晶体的混合物。()(5)船浮于水面上不是由于液体的表面张力。()2.关于草、树叶上的露珠呈球形的原因,下列说法中正确的是()A.露珠呈球形只是因为重力的作用B.露珠受到重力的影响比表面张力小得多,露珠呈球形只能是因为表面张力的作用C.重力和表面张力互相平衡,露珠呈球形是因为水的黏合力D.露珠呈球形是因为重力和表面张力的同时作用3.对一定质量的气体来说,下列几点
6、能做到的是()A.保持压强和体积不变而改变它的温度B.保持压强不变,同时升高温度并减小体积C.保持温度不变,同时增加体积并减小压强D.保持体积不变,同时增加压强并降低温度4.(新教材人教版选择性必修第三册P30T1改编)盛有氧气的钢瓶,在27 的室内测得钢瓶内的压强是9.31106 Pa。当钢瓶搬到-23 的工地上时,瓶内的压强变为多少?关键能力学案突破考点一固体和液体的性质(自主探究)1.晶体和非晶体的理解(1)凡是具有确定熔点的物体必定是晶体,反之,必是非晶体。(2)凡是具有各向异性的物体必定是晶体,且是单晶体。(3)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。(4)晶体和
7、非晶体在一定条件下可以相互转化。2.液体表面张力的理解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表面张力的方向和液面相切,垂直于液面上的各条分界线表面张力的效果表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小典型现象球形液滴、肥皂泡、涟波、毛细现象、浸润和不浸润对点演练1.(多选)(2020江苏卷)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史,它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有()A.没有固定的熔点B.天然具有规则的几何形
8、状C.沿不同方向的导热性能相同D.分子在空间上周期性排列2.(2020内蒙古巴彦淖尔月考)关于液体的表面张力,下面说法中正确的是()A.表面张力是液体各部分间的相互作用B.液体表面层分子分布比液体内部密集,分子间相互作用表现为引力C.表面张力的方向总是垂直液面,指向液体内部D.表面张力的方向总是沿液面分布的3.(2020山东临沂高三期末)关于浸润与不浸润现象,下面的说法中正确的是()A.水是浸润液体B.水银不是浸润液体C.同一种液体对不同的固体,可能是浸润的,也可能是不浸润的D.只有浸润液体在细管中才会产生毛细现象考点二气体实验定律和理想气体状态方程的应用(师生共研)一、求解压强问题常用的四种
9、方法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.牛顿第二定律法:选取与气体接触的液体(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。二、理想气体1.宏观上讲,理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体,实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下,可视为理想气体。2.微观上讲,理想气体
10、的分子间除碰撞外无其他作用力,分子本身没有体积,即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。三、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玻意耳定律体积不变:p1T1=p2T2查理定律压强不变:V1T1=V2T2盖吕萨克定律四、两个重要的推论1.查理定律的推论:p=p1T1T2.盖-吕萨克定律的推论:V=V1T1T五、利用气体实验定律及气体状态方程解题的基本思路【典例1】如图甲所示,一个导热汽缸开口向上竖直放置,汽缸深度为L,现将质量为M的倒“工”字形绝热活塞从汽缸的开口处缓慢放入汽缸中,活塞与汽缸内壁无缝隙不漏气,最终活塞顶部横杠卡在汽缸口上,如
11、图乙所示。已知活塞下端的横截面积为S,外界环境的绝对温度恒为T0,大气压强为p0,重力加速度大小为g,不计活塞与汽缸的摩擦,倒“工”字形绝热活塞高度为L4,求:(1)此时刻汽缸内气体的压强p1;(2)现给汽缸外部套上绝热泡沫材料(未画出)且通过电热丝缓慢加热封闭气体,欲使活塞顶部横杠恰好与汽缸开口脱离,则此时汽缸内气体的温度T2。解题指导审题关键词句分析解读导热汽缸气体温度不变绝热活塞从汽缸的开口处缓慢放入汽缸汽缸内气体初状态压强为p0最终活塞顶部横杠卡在汽缸口上汽缸内气体末状态体积为34LS汽缸外部套上绝热泡沫材料气体与外界不发生热交换活塞顶部横杠恰好与汽缸开口脱离汽缸对活塞没有支持力,对活
12、塞受力分析,根据平衡条件可求出此时气体的压强破题1.选取汽缸内气体为研究对象,选取活塞放入前和最终活塞顶部横杠卡在汽缸口上为研究过程,初状态气体的压强为p0,体积为LS,末状态气体的体积为34LS,根据等温变化规律求末状态气体的压强。2.选取汽缸内气体为研究对象,选取活塞顶部横杠卡在汽缸口上到顶部横杠恰好与汽缸开口脱离为研究过程,初状态气体的压强为p1,温度为T0,对活塞受力分析,根据平衡条件求出末状态气体的压强,根据等容变化规律求末状态气体的温度。气体压强计算的两类模型(1)活塞模型图甲和图乙所示是最常见的封闭气体的两种方式。其基本的方法就是先对“活塞”进行受力分析,然后根据平衡条件或牛顿第
13、二定律列方程。图甲中活塞的质量为m,活塞横截面积为S,外界大气压强为p0。由于活塞处于平衡状态,所以p0S+mg=pS,则气体的压强为p=p0+mgS。图乙中的液柱也可以看成一个活塞,由于液柱处于平衡状态,所以pS+mg=p0S,则气体压强为p=p0-mgS=p0-gh。(2)液柱模型如图丙所示,U形管竖直放置。根据连通器原理可知,同一液体中的相同高度处压强一定相等。所以气体B和A的压强关系可由图中虚线所示的等高线联系起来。则有丙pB+gh2=pA。而pA=p0+gh1,所以气体B的压强为pB=p0+g(h1-h2)。对点演练4.(2020全国卷)潜水钟是一种水下救生设备,它是一个底部开口、上
14、部封闭的容器,外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气,以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便,将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒;工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为H的水下,如图所示。已知水的密度为,重力加速度大小为g,大气压强为p0,Hh,忽略温度的变化和水密度随深度的变化。(1)求进入圆筒内水的高度l。(2)保持H不变,压入空气使筒内的水全部排出,求压入的空气在其压强为p0时的体积。5.(2020全国卷)如图所示,两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H=18 cm的U型管,左管上端封闭,右管上端开口。右管中有高h0=4 cm的水银柱,水银柱上表面离
15、管口的距离l=12 cm。管底水平段的体积可忽略。环境温度为T1=283 K,大气压强p0相当于76 cm水银柱产生的压强。(1)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙),恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的高度为多少?(2)再将左管中密封气体缓慢加热,使水银柱上表面恰与右管口平齐,此时密封气体的温度为多少?考点三气体状态变化的图像问题(师生共研)1.利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量、不同温度的两条等温线,不同体积的两条等容线,不同压强的两条等压线的关系。例如:在图甲中,V1对应虚线为等容线,A、B分别是虚线与T2、T1两线的交点,可以认为从B状态通过等容升压到A状态,温
16、度必然升高,所以T2T1。又如图乙所示,A、B两点的温度相等,从B状态到A状态压强增大,体积一定减小,所以V2l,解得l=gHp0+gHh。(2)设水全部排出后筒内气体的压强为p2,此时筒内气体的体积为V0,这些气体在其压强为p0时的体积为V3,由玻意耳定律有p2V0=p0V3其中p2=p0+gH设压入筒内的气体在压强为p0时体积为V,依题意V=V3-V0联立式得V=gSHhp0。5.答案(1)12.9 cm(2)363 K解析本题以U形管为背景,意在考查气体实验定律。(1)设密封气体初始体积为V1,压强为p1,左、右管的横截面积均为S,密封气体先经等温压缩过程体积变为V2,压强变为p2。由玻
17、意耳定律有p1V1=p2V2设注入水银后水银柱高度为h,水银的密度为,按题设条件有p1=p0+gh0p2=p0+ghV1=(2H-l-h0)S,V2=HS联立式并代入题给数据得h=12.9cm。(2)密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3,温度变为T2,由盖-吕萨克定律有V2T1=V3T2按题设条件有V3=(2H-h)S联立式并代入题给数据得T2=363K。典例2答案(1)127 (2)1.5105 Pa(3)见解析解析(1)活塞刚离开B处时,气体压强p2=p0+mgS=1.2105Pa气体等容变化,0.9p0273+t1=p2273+t2代入数据,解出t2=127(2)设活塞最终移动到A处,理
18、想气体状态方程:p1V0273+t1=p3V3273+t3,即0.9p0V0273+t1=1.2p3V0273+t3,代入数据,解出p3=0.96001.2300p0=1.5p0=1.5105Pa因为p3p2,故活塞最终移动到A处的假设成立。(3)如图所示。对点演练6.答案大于等于大于解析从“1”到“2”是等容变化,根据查理定理可知“2”状态温度低,分子平均动能小,所以单位时间内撞击器壁上单位面积的平均次数少,即N1大于N2;从“1”到“3”,因为1点状态压强与体积的积与2点状态压强与体积的积相等,说明T1等于T3;从“2”到“3”是等压膨胀,气体分子在单位时间内撞击器壁单位面积的个数减少,即
19、N2大于N3。7.AC由图像可知,ab过程,气体压强减小而体积增大,气体的压强与体积倒数成正比,则压强与体积成反比,气体发生的是等温变化,故A正确;由理想气体状态方程pVT=C可知p1V=CT,由题图可知,连接Ob的直线的斜率小,所以b对应的温度低,bc过程温度升高,由图像可知,同时压强增大,且体积也增大,故B错误;由图像可知,cd过程,气体压强p不变而体积V变小,由理想气体状态方程pVT=C可知气体温度降低,故C正确;由图像可知,da过程,气体体积V不变,压强p变小,由理想气体状态方程pVT=C可知,气体温度降低,故D错误。典例3答案22.5 cm7.5 cm解析设U形管两端竖直朝上时,左、
20、右两边气体的压强分别为p1和p2。U形管水平放置时,两边气体压强相等,设为p,此时原左、右两边气柱长度分别变为l1和l2。由力的平衡条件有p1=p2+g(l1-l2)式中为水银密度,g为重力加速度大小。由玻意耳定律有p1l1=pl1p2l2=pl2两边气柱长度的变化量大小相等l1-l1=l2-l2由式和题给条件得l1=22.5cml2=7.5cm对点演练8.答案3Mg2S解析设汽缸总容积为V,初始状态pApB=23最终平衡状态pB=pA+MgSA、B两部分气体做等温变化,由玻意耳定律得pAV2=pA2V3pBV2=pBV3联立解得pB=3Mg2S9.答案(1)12(p0+p)(2)12p0+14p4(p0+p)V02p0+p解析(1)设抽气前氢气的压强为p10,根据力的平衡条件得(p10-p)2S=(p0-p)S得p10=12(p0+p)(2)设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1,氮气的压强和体积分别为p2和V2。根据力的平衡条件有p2S=p12S由玻意耳定律得p1V1=p102V0p2V2=p0V0由于两活塞用刚性杆连接,故V1-2V0=2(V0-V2)联立式解得p1=12p0+14pV1=4(p0+p)V02p0+p
