1、第 2 讲 固体、液体与气体 知识点1 固体的微观结构、晶体和非晶体 液晶的微观结构 【思维激活1】在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡,用烧热的针接触其上一点,石蜡熔化的范围如图中(1)、(2)、(3)所示,而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(4)所示。由此可判断出甲为 ,乙为 ,丙为 (选填“单晶体”“多晶体”或“非晶体”)。【解析】晶体具有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点。单晶体的物理性质具有各向异性,多晶体的物理性质具有各向同性。答案：多晶体 非晶体 单晶体【知识梳理】1.晶体和非晶体：分类 比较项目晶 体非晶体单晶体多晶体外 形规则不规则_熔 点确定_不确定物
2、理性质各向异性_各向同性原子排列有规则每个晶粒的 排列_无规则转 化晶体和非晶体_可以相互转化典型物质石英、云母、明矾、_玻璃、橡胶不规则 确定 各向同性 无规则 在一定条件下 食盐 2.晶体的微观结构：(1)结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列。(2)用晶体的微观结构特点解释晶体的特点：现 象原 因晶体有规则的外形由于内部微粒_的排列晶体各向异性由于内部从任一结点出发在不同方向 的相同距离上的微粒数_晶体的多形性由于组成晶体的微粒可以形成不同的 _有规则 不同 空间点阵 3.液晶：(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向_,又可以自由移 动位置,保持了液体的_。(2)液晶分
3、子的位置无序使它像_,排列有序使它像_。(3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐,而从另外一个方向 看则是_的。(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下_。异性 流动性 液体 晶体 杂乱无章 发生改变 知识点2 液体的表面张力现象 【思维激活2】如图所示,先把一个棉线圈拴在铁丝环上,再把环在肥皂液里浸一下,使环上布满肥皂液薄膜。如果用热针刺破棉线圈里那部分薄膜,则棉线圈将成为圆形,主要原因是()A.液体表面层分子间的斥力作用 B.液体表面受重力作用 C.液体表面张力作用 D.棉线圈的张力作用【解析】选C。由于液体表层内分子间距离比较大,液体表面张力使得液体表面具有收缩的趋势,故松弛的棉线圈变为
4、圆形,C正确。【知识梳理】液体的表面张力：(1)概念：液体表面各部分间_的力。(2)作用：液体的表面张力使液面具有收缩到表面积_的趋 势。(3)方向：表面张力跟液面_,且跟这部分液面的分界线 _。(4)大小：液体的温度越高,表面张力_;液体中溶有杂质时,表面张力_;液体的密度越大,表面张力_。互相吸引 最小 相切 垂直 越小 变小 越大 知识点3 饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压、相对湿度 【思维激活3】如图所示,在一个带活塞的容器底部有一定量的水,现保持温度不变,上提活塞,平衡后底部仍有部分水,则()A.液面上方的水蒸气从饱和变成未饱和 B.液面上方水蒸气的质量增加,密度减小 C.液面上方水
5、蒸气的密度减小,压强减小 D.液面上方水蒸气的密度和压强都不变【解析】选D。活塞上提前,容器中水面上方水蒸气为饱和汽,水蒸气密度一定,其饱和汽压一定。当活塞上提时,容器中水面会有水分子飞出,使其上方水蒸气与水又重新处于动态平衡,达到饱和状态。在温度保持不变的条件下,水蒸气密度不变,饱和汽压也保持不变。故A、B、C错,D对。【知识梳理】1.饱和汽与未饱和汽：(1)饱和汽：与液体处于_的蒸汽。(2)未饱和汽：没有达到_的蒸汽。2.饱和汽压：(1)定义：饱和汽所具有的_。(2)特点：饱和汽压随温度而变。温度越高,饱和汽压_,且饱和汽压与饱和汽的体积无关。动态平衡 饱和状态 压强 越大 3.湿度：(1
6、)定义：空气的_程度。(2)绝对湿度：空气中所含_的压强。(3)相对湿度：在某一温度下，空气中的水蒸气的压强与同 一温度下水的饱和汽压之比，即相对湿度(B)=100%。潮湿 水蒸气 1sp(p)水蒸气的实际压强同温度水的饱和汽压知识点4 气体分子运动速率的统计分布、气体实验 定律、理想气体 【思维激活4】如图所示,DABC表示一定质量的某种气体状态变化的一个过程,则下列说法正确的是()A.DA是一个等温过程 B.AB是一个等温过程 C.A与B的状态参量相同 D.BC体积减小,压强减小,温度不变 【解析】选A。DA是一个等温过程,A对;A、B两状态温度不同,压强不同,AB是一个等容过程(体积不变
7、),B、C错;BC,V增大,p减小,T不变,D错。【知识梳理】1.气体分子运动的特点：(1)分子很小,间距_,除碰撞外不受力。(2)气体分子向各个方向运动的气体分子数目都_。(3)分子做无规则运动,大量分子的速率按_ 的规律分布。(4)温度一定时,某种气体分子的速率分布是_的,温度升高 时,速率小的分子数_,速率大的分子数_,分子的平均 速率增大,但不是每个分子的速率都增大。很大 相等“中间多,两头少”确定 减少 增多 2.气体的三个状态参量：(1)_;(2)_;(3)_。3.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_。(2)大小：气体
8、的压强在数值上等于气体作用在_的 压力。公式：p=。压强 体积 温度 压力 单位面积上 FS(3)常用单位及换算关系。国际单位：_，符号：Pa，1 Pa=1 N/m2。常用单位：_(atm)；厘米汞柱(cmHg)。换算关系：1 atm=_ cmHg=1.013105 Pa1.0 105 Pa。帕斯卡 标准大气压 76 4.气体实验定律：(1)等温变化玻意耳定律。内容：一定质量的某种气体,在_不变的情况下,压强p与 体积V成_。公式：_=p2V2或pV=C(常量)。温度 反比 p1V1(2)等容变化查理定律。内容：一定质量的某种气体，在_不变的情况下，压强p 与热力学温度T成_。公式：=或 (常
9、量)。推论式：(3)等压变化盖吕萨克定律。内容：一定质量的某种气体，在_不变的情况下，其体 积V与热力学温度T成_。公式：=或 (常量)。推论式：体积 正比 12pp12TTpCT 11ppTT 。压强 正比 12VV12TTVCT 11VVTT。5.理想气体状态方程：(1)理想气体：在任何温度、任何_下都遵从气体实验定律 的气体。理想气体是一种经科学的抽象而建立的_模型,实际上 不存在。理想气体不考虑分子间相互作用的分子力,不存在分子势能,内能取决于温度,与体积无关。实际气体特别是那些不易液化的气体在压强不太大,温度 _时都可当成理想气体来处理。(2)一定质量的理想气体状态方程：或 =_。压
10、强 理想化 不太低 111p VT222p VTpVTC(常量)【微点拨】1.对晶体理解的四点提醒：(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;(2)不能从形状上区分晶体与非晶体;(3)晶体与非晶体可以相互转化;(4)液晶既不是晶体也不是液体。2.气体实验定律的三个疑点：(1)玻意耳定律、查理定律、盖吕萨克定律在温度足够低时并不适用;(2)一定质量的气体等容变化时,气体压强跟摄氏温度不成正比;(3)气体等容变化时,气体压强的变化量与温度的变化量成正比。考点1 固体和液体的性质 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
11、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。(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。深化理解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。(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。【题组通关方案】
12、【典题1】(2013上海高考)液体与固体具有的相同特点 是()A.都具有确定的形状 B.体积都不易被压缩 C.物质分子的位置都确定 D.物质分子都在固定位置附近振动【典题解析】选B。液体没有确定的形状,不易被压缩,物质分子的位置不确定;固体有确定的形状,不易被压缩,物质分子在固定位置附近振动。因此液体与固体具有的相同特点是体积都不易被压缩,选项B正确。【典题2】(多选)(2011山东高考)人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程,以下说法正确的是()A.液晶的分子势能与体积有关 B.晶体的物理性质都是各向异性的 C.温度升高,每个分子的动能都增大 D.露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
13、 【典题解析】选A、D。液晶是一类处于液态和固态之间的特殊物质,其分子间的作用力较强,在体积发生变化时需要考虑分子间力的作用,分子势能和体积有关,A正确。晶体分为单晶体和多晶体,单晶体物理性质表现为各向异性,多晶体物理性质表现为各向同性,B错误。温度升高时,分子的平均动能增大,但不是每一个分子动能都增大,C错误。露珠由于受到表面张力的作用,表面积有收缩到最小的趋势即呈球状,D正确。【加固训练】1.(2014南京模拟)下列说法中正确的是()A.一定质量的理想气体在体积不变的情况下,压强p与摄氏温度成正比 B.液体的表面张力是由于液体表面层分子间相互吸引所致 C.控制液面上方饱和汽的体积不变,升高
14、温度,则达到动态平衡后该饱和汽的质量增大,密度增大,压强不变 D.温度不可以改变某些液晶的光学性质【解析】选B。在A中情况下压强应与热力学温度成正比,A错误;表面层内的分子分布比较稀疏,分子间距较大,表现为引力,形成表面张力,B正确;C中情况下饱和汽压强应增大,C错误;温度不同时液晶的流动性不同,光学性质也不同,D错误。2.(1)关于晶体和非晶体,下列说法中正确的是()A.可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体 B.一块均匀薄片,沿各个方向对它施加拉力,发现其强度一样,则此薄片一定是非晶体 C.一个固体球,如果沿其各条直径方向的导电性不同,则该球一定是单晶体 D.一块晶体,若其各个方向的
15、导热性相同,则一定是多晶体(2)小强新买了一台照相机,拍到如图所示照片,他看到的小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中,他认为是靠水的浮力作用,同班的小明则认为小强的说法不对。事实上小昆虫受到的支持力是由 提供的。【解析】(1)选C。多晶体和非晶体都显示各向同性,只有单晶体显示各向异性,所以A、B错,C对。单晶体具有各向异性的特性,仅是指某些物理性质,并不是所有的物理性质都是各向异性的,换言之,某一物理性质显示各向同性,并不意味着该物质一定不是单晶体,所以D错。(2)水的表面好像张紧的橡皮膜,使小昆虫受到一个支持力而不陷入水中,实质上是由水的表面张力提供的。答案：(1)C(2)水的表面张力【学科
16、素养升华】解答固体和液体问题的技巧(1)解答晶体和非晶体问题应当熟练掌握晶体和非晶体的区别和联系。(2)解答液体的表面张力问题,应熟练掌握液体的表面张力形成的原因、表面特性、表面张力的方向、表面张力的效果,以及与表面张力大小相关的因素等。考点2 气体状态变化的图像问题 一定质量的气体不同图像的比较：过程 类别 图线 特 点 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 斜率k=CT,即斜率越大,温度越高 1pCT,V1pV对比分析过程 类别 图线 特 点 示 例 等容 过程 p-T 斜率 即斜率越大,体积越小 等压 过程 V-T 斜率 即
17、斜率越大,压强越小 CpT,VCk,VCVT,pCk,p【题组通关方案】【典题3】一定质量的理想气体,从图示A状态开始,经历了B、C,最后到D状态,下列说法中正确的是()A.AB温度升高,体积不变 B.BC压强不变,体积变大 C.CD压强变小,体积变小 D.B点的温度最高,C点的体积最大【典题解析】选A。据气体实验定律可得 C为恒量,据 此可知AB温度升高,体积不变,A对;BC压强不变,体积变小,B错;CD压强变小,体积增大,C错;综上所述,可知B点温度最 高,C点的体积最小,D错。CpT,V【典题4】(2014大连模拟)如图所示,一向右开口的汽缸放置在水平地面上,活塞可无摩擦移动且不漏气,汽
18、缸中间 位置有小挡板。初始时,外界大气压为p0,活塞紧压小挡板处,现缓慢升高缸内气体温度,则如图所示的p-T图像能正确反映缸内气体压强变化情况的是()【典题解析】选B。初始时刻,活塞紧压小挡板,说明汽缸中的气体压强小于外界大气压强;在缓慢升高汽缸内气体温度时,气体先做等容变化,温度升高,压强增大,当压强等于大气压时活塞离开小挡板,气体做等压变化,温度升高,体积增大,A、D是错误的。在p-T图像中,等容线为通过原点的直线,所以C图是错误的,故选B。【加固训练】1.(多选)一定质量理想气体的状态经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程,其中bc的延长线通过原点,cd垂直于ab且与水平轴平行,
19、da与bc平行,则气体体积在()A.ab过程中不断增加 B.bc过程中保持不变 C.cd过程中不断增加 D.da过程中保持不变【解析】选A、B。首先,因为bc的延长线 通过原点,所以bc是等容线,即气体体积 在bc过程中保持不变,B正确;ab是等温线,压强减小则体积增大,A正确;cd是等压线,温度降低则体积减小,C错误;连接aO交cd于e,则ae是等容线,即Va=Ve,因为VdVe,所以VdVa,所以da过程中体积不断增大,D错误。2.如图所示,一定质量的理想气体,由状态 A沿直线AB变化到状态B,在此过程中,气体 分子的平均速率的变化情况是()A.不断增大 B.不断减小 C.先减小后增大 D
20、.先增大后减小【解析】选D。对于图像问题的解答,首先要明确图像的物理意义。由题图可知,A、B两点的pV乘积相同,因此A、B两点的温度也相同,在AB直线上的中点C(题图中未标出),其pV乘积比A、B两点要大,所以C点温度比A、B两点高,即TA=TBp0,打开阀门,水就会在气体压力作用下外流,气体膨胀对外做功,C选项正确;当封闭气体压强变小与外界大气压压强相等时,上部的空气变为0.6 L,喷出0.1L的水后就不再喷水了,故D选项错误。【典题6】(2012新课标全国卷)如图,由U形管和细管连接的玻璃泡A、B和C浸泡在温度均为0的水槽中,B的容积是A的3倍。阀门S将A和B两部分隔开。A内为真空,B和C
21、内都充有气体。U形管内左边水银柱比右边的低60 mm。打开阀门S,整个系统稳定后,U形管内左右水银柱高度相等。假设U形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积。(1)求玻璃泡C中气体的压强(以mmHg为单位);(2)将右侧水槽的水从0加热到一定温度时,U形管内左右水银柱高度差又为60 mm,求加热后右侧水槽的水温。【典题解析】(1)在打开阀门S前,两水槽水温均为T0=273 K。设玻璃泡B中气体压强为p1,体积为VB,玻璃泡C中气体压强为pC,依题意有 p1=pC+p 式中p=60 mmHg。在打开阀门S后,两水槽水温均为T0,设玻璃泡B中气体压强为pB,依题意,有 pB=pC 玻璃泡A和B中气
22、体的体积为 V2=VA+VB 根据玻意耳定律得 p1VB=pBV2 联立式,并代入题给数据得 =180 mmHg (2)当右侧水槽的水温加热至T时,U形管左右水银柱高度差为p。玻璃泡C中气体压强为 pC=pB+p 玻璃泡C的气体体积不变,根据查理定律得 联立式,并代入题给数据得 T=364 K 答案：(1)180 mmHg(2)364 K BCAVppVCC0ppTT【加固训练】1.(2014郑州模拟)如图所示,质量为M的绝热 活塞把一定质量的理想气体(不考虑分子势能)密封在竖直放置的绝热汽缸内。活塞可在汽缸 内无摩擦地滑动。现通过电热丝对理想气体缓 慢地加热。汽缸处在大气中,设大气压强恒定。
23、经过一段时间后()A.汽缸中气体的体积比加热前减小 B.汽缸中气体的压强比加热前增大 C.活塞在单位时间内受汽缸中分子撞击的次数比加热前减少 D.汽缸中气体的内能和加热前一样大【解析】选C。在缓慢加热过程中可认为活塞始终处于平衡状 态，由活塞受力平衡可知缸内气体压强不变，B错误；缸内气 体为理想气体，不考虑分子势能，加热时气体温度升高，内 能增大，再由 知气体体积增大，A、D错误；因压强不 变，气体温度升高后分子无规则运动加剧，分子每次与器壁碰 撞时产生的平均冲击力增大，气体体积增大，则单位时间内分 子与器壁碰撞的次数应减少，C正确。pVCT 2.(2012海南高考)如图,一汽缸水平 固定在静
24、止的小车上,一质量为m、面积 为S的活塞将一定量的气体封闭在汽缸 内,平衡时活塞与汽缸底相距L。现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动,稳定时发现活塞相对于汽缸移动了距离d。已知大气压强为p0,不计汽缸和活塞间的摩擦;且小车运动时,大气对活塞的压强仍可视为p0;整个过程中温度保持不变。求小车加速度的大小。【解析】设小车加速度为a,稳定时汽缸内气体的压强为p1,活塞受到汽缸内外气体的压力分别为 f1=p1S,f0=p0S 由牛顿第二定律得 f1-f0=ma 小车静止时,在平衡情况下,汽缸内气体的压强为p0,由玻意耳定律得p1V1=p0V 式中V=SL,V1=S(L-d)联立各式得 答案：0p
25、Sdam(Ld)0p Sdm(Ld)【学科素养升华】求解封闭气体压强的方法(1)系统处于平衡状态下气体压强的计算。液体封闭的气体压强的确定。a.平衡法：选与气体接触的液柱为研究对象进行受力分析,利用它的受力平衡,求出气体的压强。b.取等压面法：根据同种液体在同一水平液 面处压强相等,在连通器内灵活选取等压面,由两侧压强相等建立方程求出压强。液体内 部深度为h处的总压强为p=p0+gh。例如,图中同一水平液面C、D处压强相等,则pA=p0+gh。固体(活塞或汽缸)封闭的气体压强的确定：由于该固体(活塞或汽缸)必定受到被封闭气体的压力,所以可通过对该固体进行受力分析,由平衡条件建立方程来找出气体压强与其他各力的关系。(2)加速运动系统中封闭气体压强的计算。一般选与气体接触的液柱或活塞(或汽缸)为 研究对象,进行受力分析,利用牛顿第二定律 列方程求出封闭气体的压强。如图所示,当竖直放置的玻璃管向上加速时,对液柱受力分析有：pS-p0S-mg=ma,S为横截面积。得 0m gappS。