物理学案（新教材鲁科版）第十五章热学第2讲固体液体和气体

第2讲固体、液体和气体目标要求1.了解固体的微观结构，知道晶体和非晶体的特点，了解液晶的主要性质.2.了解表面张力现象和毛细现象，知道它们的产生原因.3.掌握气体压强的计算方法及气体压强的微观解释.4.能用气体实验定律解决实际问题，并会分析气体图像问题．考点一固体和液体性质的理解1．固体(1)分类：固体分为________和______________两类．晶体又分为______________________和________________．(2)晶体和非晶体的比较分类比较晶体非晶体单晶体多晶体外形有规则的几何形状无确定的几何形状无确定的几何外形熔点确定不确定物理性质各向异性各向同性典型物质石英、云母、明矾、食盐各种金属玻璃、橡胶、蜂蜡、松香、沥青转化晶体和非晶体在一定条件下可以相互______2.液体(1)液体的表面张力①作用效果：液体的表面张力使液面具有________的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，________形表面积最小．②方向：表面张力跟液面________，跟这部分液面的分界线________．③形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间作用力表现为________．(2)浸润和不浸润①当液体和与之接触的固体的相互作用比液体分子之间的相互作用强时，液体能够浸润固定．反之，液体不浸润固体．②毛细现象：浸润液体在细管中________，不浸润液体在细管中________．3．液晶(1)液晶的物理性质①具有液体的________________．②具有晶体的________________________．(2)液晶的微观结构从某个方向上看，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．1．晶体的所有物理性质都是各向异性的．()2．液晶是液体和晶体的混合物．()3．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体．()4．在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力的作用．()考向1晶体和非晶体例1在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针尖接触薄片背面上的一点，石蜡熔化区域的形状如图甲、乙、丙所示．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丁所示，则下列说法中正确的是()A．甲一定是单晶体B．乙可能是金属薄片C．丙在一定条件下可能转化成乙D．甲内部的微粒排列是规则的，丙内部的微粒排列是不规则的听课记录：______________________________________________________________________________________________________________________________________考向2液体例2关于以下几幅图中现象的分析，下列说法正确的是()A．甲图中水黾停在水面而不沉，是浮力作用的结果B．乙图中将棉线圈中肥皂膜刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果C．丙图液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的D．丁图中的酱油与左边材料不浸润，与右边材料浸润听课记录：_____________________________________________________________________________________________________________________________________考点二气体压强的计算1．气体压强的计算(1)活塞模型如图所示是最常见的封闭气体的两种方式．求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程．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＋eq\f(mg,S).图乙中的液柱也可以看成“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－eq\f(mg,S)＝p0－ρ液gh.(2)连通器模型如图所示，U形管竖直放置．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联系起来．则有pB＋ρgh2＝pA，而pA＝p0＋ρgh1，所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg(h1－h2)．2．气体分子运动的速率分布图像当气体分子间距离大约是分子直径的10倍时，分子间作用力十分微弱，可忽略不计；分子沿各个方向运动的机会均等；分子速率的分布规律按“中间多、两头少”的统计规律分布，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大，如图所示．3．气体压强的微观解释(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)决定因素(一定质量的某种理想气体)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数密度．例3(2022·江苏卷·6)自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是()A．体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变B．压强增大是因为氢气分子之间斥力增大C．因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体D．温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化听课记录：_____________________________________________________________________________________________________________________________________例4求汽缸中气体的压强．(大气压强为p0，重力加速度为g，活塞的质量为m，横截面积为S，汽缸、物块的质量均为M，活塞与汽缸间均无摩擦，均处于平衡状态)甲__________乙__________丙__________例5若已知大气压强为p0，液体密度均为ρ，重力加速度为g，图中各装置均处于静止状态，求各装置中被封闭气体的压强．________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考点三气体实验定律及应用1．气体实验定律玻意耳定律查理定律盖—吕萨克定律内容一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成________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______一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成________表达式p1V1＝____eq\f(p1,T1)＝______拓展：Δp＝eq\f(p1,T1)ΔTeq\f(V1,T1)＝____拓展：ΔV＝eq\f(V1,T1)ΔT微观解释一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能______．体积减小时，分子的数密度________，气体的压强______一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度______，温度升高时，分子的平均动能______，气体的压强________一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能______．只有气体的体积同时增大，使分子的数密度______，才能保持压强不变图像2.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．①在压强不太大、温度不太低时，实际气体可以看作理想气体．②理想气体的分子间除碰撞外不考虑其他作用，一定质量的某种理想气体的内能仅由________决定．(2)理想气体状态方程：eq\f(p1V1,T1)＝__________或eq\f(pV,T)＝C.(质量一定的理想气体)1．压强极大的实际气体不遵从气体实验定律．()2．一定质量的理想气体，当温度升高时，压强一定增大．()3．一定质量的理想气体，温度升高，气体的内能一定增大．()1．解题基本思路2．分析气体状态变化的问题要抓住三点(1)弄清一个物理过程分为哪几个阶段．(2)找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的．(3)明确哪个阶段应遵循什么实验定律．例6(2023·河南安阳市模拟)上端开口、横截面积为S且导热性能良好的汽缸放置在水平面上，大气压强为p0.汽缸内有一卡子，横截面积为S的轻质活塞上面放置一个质量为m的重物，活塞下面密封一定质量的理想气体．当气体温度为T1时，活塞静止，此位置活塞与卡子距离为活塞与汽缸底部距离的eq\f(1,3).现缓慢降低汽缸温度，活塞被卡子托住后，继续降温，直到缸内气体压强为eq\f(1,2)p0.已知重力加速度为g，活塞厚度、汽缸壁厚度及活塞与汽缸壁之间的摩擦均不计．求：(1)活塞刚接触卡子瞬间，缸内气体的温度；________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)缸内气体压强为eq\f(1,2)p0时气体的温度．________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例7如图所示，一粗细均匀的“山”形管竖直放置，A管上端封闭一定质量的理想气体，B管上端与大气相通，C管内装有带柄的活塞，活塞下方直接与水银接触．A管上端的理想气体柱长度L＝10cm，温度t1＝27℃；B管水银面比A管中高出h＝4cm.已知大气压强p0＝76cmHg.为了使A、B管中的水银面等高，可以用以下两种方法：(1)固定C管中的活塞，改变A管中气体的温度，使A、B管中的水银面等高，求此时A管中气体的热力学温度T2；(2)在温度不变的条件下，向上抽动活塞，使A、B管中的水银面等高，求活塞上移的距离ΔL.(结果保留一位小数)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考点四气体状态变化的图像问题1．四种图像的比较类别特点(其中C为常量)举例p－VpV＝CT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远p－eq\f(1,V)p＝CTeq\f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高p－Tp＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，体积越小V－TV＝eq\f(C,p)T，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，压强越小2.处理气体状态变化的图像问题的技巧(1)首先应明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个状态，它对应着三个状态量；图像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．看此过程属于等温、等容还是等压变化，然后用相应规律求解．(2)在V－T图像(或p－T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大．例8一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p－eq\f(1,V)图像如图所示，变化顺序为a→b→c→d→a，图中ab线段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与eq\f(1,V)轴垂直．气体在此状态变化过程中()A．a→b过程，压强减小，温度不变，体积增大B．b→c过程，压强增大，温度降低，体积减小C．c→d过程，压强不变，温度升高，体积减小D．d→a过程，压强减小，温度升高，体积不变听课记录：____________________________________