物理课件（新教材粤教版）第十五章第2讲固体液体和气体

第2讲目标要求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.固体、液体和气体考点一固体和液体性质的理解考点二气体压强的计算考点三气体实验定律及应用课时精练考点四气体状态变化的图像问题

内容索引考点一固体和液体性质的理解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梳理必备知识晶体非晶体单晶体多晶体确定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_____转化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

.收缩球相切垂直引力(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

.上升下降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.流动性光学各向异性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.(

)×××√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考向1晶体和非晶体√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，与右边材料浸润考向2液体√因为液体表面张力的存在，水黾才能在水面上行走自如，故A错误；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，故B正确；液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的，故C错误；从题图丁中可以看出酱油与左边材料浸润，与右边材料不浸润(不浸润液滴会因为表面张力呈球形)，故D错误.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＋

.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－

＝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√密闭容器中的氢气质量不变，分子个数N0不变，根据n＝

可知，当体积增大时，单位体积的分子个数n变少，氢气分子的密集程度变小，故A错误；气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁进行持续的、无规则的撞击，压强增大并不是因为分子间斥力增大，故B错误；普通气体在温度不太低、压强不太大的情况下才能看作理想气体，故C错误；温度是气体分子平均动能的标志，大量气体分子的速率呈现“中间多，两头少”的规律，温度变化时，大量分子的平均速率会变化，即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，故D正确.例4

求气缸中气体的压强.(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，气缸、物块的质量均为M，活塞与气缸间均无摩擦，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.题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由平衡条件有p甲S＋ρghS＝p0S所以p甲＝p0－ρgh题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有p乙S＋ρghS＝p0Sp乙＝p0－ρgh题图丙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有p丙S＋ρghsin60°·S＝p0S题图丁中，以A液面为研究对象，由平衡条件有p丁S＝p0S＋ρgh1S所以p丁＝p0＋ρgh1题图戊中，从开口端开始计算，右端大气压强为p0，同种液体同一水平面上的压强相同，所以b气柱的压强为pb＝p0＋ρg(h2－h1)，故a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3).考点三气体实验定律及应用1.气体实验定律梳理必备知识

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＝______拓展：Δp＝拓展：ΔV＝反比正比正比p2V2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

不变增大保持不变增大增大增大减小增大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.压强温度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.解题基本思路提升关键能力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·广东广州市越秀区月考)为了更方便监控高温锅炉外壁的温度变化，在锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的气缸，气缸内气体温度可视为与锅炉外壁温度相等.气缸开口向上，用质量为m＝1kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为S＝1cm2.当气缸内温度为300K时，活塞与气缸底相距H＝6cm，活塞上部距活塞h＝4cm处有一用轻质绳悬挂的重物.当绳上拉力为零时，警报器报警.已知缸外气体压强p0＝×105Pa，重力加速度大小g＝10m/s2，不计活塞厚度及活塞与缸壁间的摩擦.求：(1)当活塞刚刚碰到重物时，锅炉外壁温度为多少？答案500K活塞上升过程缸内气体发生等压变化.V1＝HSV2＝(H＋h)S解得T2＝500K.(2)若锅炉外壁的安全温度为800K，那么重物的质量应是多少？答案1.2kg活塞碰到重物后到绳的拉力为零，缸内气体发生等容变化，设重物质量为M，则p2S＝p0S＋mgp3S＝p0S＋(m＋M)g解得M＝1.2kg.例7

(2023·广东佛山市模拟一)如图所示，一粗细均匀的U形管竖直放置，A侧上端封闭，B侧上端与大气相通，下端开口处开关K关闭，A侧空气柱的长度为L＝12.0cm，温度为300K；B侧水银面比A侧的高h＝4.0cm.已知大气压强p＝76.0cmHg.为了使A、B两侧的水银面等高，可以用以下两种方法：(1)开关关闭的情况下，改变A侧气体的温度，使A、B两侧的水银面等高，求此时A侧气体温度；答案237.5K气体压强为p1＝p0＋4cmHg＝80cmHg，p2＝76cmHg依题意空气柱长度L＝12.0cm，L2＝10.0cm，代入数据解得T2＝237.5K(2)在温度不变的条件下，将开关K打开，从U形管中放出部分水银，使A、B两侧的水银面等高，再闭合开关K.求U形管中放出水银的长度.(结果保留一位小数)答案5.2cm温度不变，由玻意耳定律得p1V1＝p3V3即p1LS＝p0L3S得L3≈12.6cm所以流出水银长度为ΔL＝4cm＋0.6cm＋0.6cm＝5.2cm.考点四气体状态变化的图像问题类别特点(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－

p－T

V－T

1.四种图像的比较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－

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

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√由题图可知，A→B过程，气体发生等温变化，气体压强减小，体积增大，故A正确；例9

(2021·全国甲卷·33(1))如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积－温度(V－t)图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0是它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0＝－273.15℃；a为直线Ⅰ上的一点.由图可知，气体在状态a和b的压强1t＝0℃时，当气体体积为V1时，设其压强为p1，当气体体积为V2时，设其压强为p2，温度相等，由玻意耳定律有p1V1＝p2V2由于直线Ⅰ和Ⅱ为两条等压线，则有p1＝pb，p2＝pc五课时精练1234567891011基础落实练√松土是把地面的土壤锄松，目的是破坏这些土壤里的毛细管，防止发生浸润现象，可有效减少水分蒸发，保存水分，A正确，B错误；水对土壤是浸润液体，松土保墒是利用了浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降的原理，C错误；松土除了保墒、刈草外，还减少土壤下水分蒸发，提高地温，D错误.12345678910112.下列说法中正确的是A.液晶的分子排列会因所加电压的变化而变化，由此引起光学性质的改变B.在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会呈球状，这是因为液体

内分子间有相互吸引力C.水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，

这是因为油脂使水的表面张力增大D.当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃

板拉开，这是由于水膜具有表面张力√12345678910111234567891011液晶的分子排列会因所加电压的变化而变化，由此引起光学性质的改变，A正确；在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会成球状，是表面张力原因，B错误；水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，这是不浸润的结果，而在干净的玻璃板上不能形成水珠，这是浸润的结果，C错误；玻璃板很难被拉开是由于分子引力和大气压的作用，D错误.3.(多选)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是A.没有固定的熔点B.天然具有规则的几何形状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√1234567891011√1234567891011玻璃是非晶体，根据非晶体的特点可知，非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)在空间上不呈周期性排列的固体，它没有一定规则的外形，它的物理性质在各个方向上都是相同的，叫各向同性，它没有固定的熔点，故A、C正确，B、D错误.4.(多选)对于一定质量的理想气体，下列论述正确的是A.气体的压强由温度和单位体积内的分子个数共同决定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，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，则单位体积内分子个数可能不变1234567891011√√1234567891011气体的压强由气体的温度和单位体积内的分子个数共同决定，故A正确；单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，单位面积上的碰撞次数和碰撞的平均力都增大，因此这时气体压强一定增大，故B错误；若气体的压强不变而温度降低，则气体的体积减小，则单位体积内分子个数一定增加，故C正确，D错误.5.(2023·福建省名校联盟测试)负压病房是收治传染性极强的呼吸道疾病病人所用的医疗设施，可以大大减少医务人员被感染的概率，病房中气压小于外界环境的大气压.若负压病房的温度和外界温度相同，负压病房内气体和外界环境中气体都可以看成理想气体，则以下说法正确的是A.负压病房内气体分子的平均动能小于外界环境中气体分子的平均动能B.负压病房内每个气体分子的运动速率都小于外界环境中每个气体分子

的运动速率C.负压病房内单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分

子的个数D.相同面积负压病房内壁受到的气体压力等于外壁受到的气体压力√12345678910111234567891011因为负压病房的温度和外界温度相同，而温度是分子平均动能的标志，则负压病房内气体分子的平均动能等于外界环境中气体分子的平均动能，负压病房内每个气体分子的运动速率不一定都小于外界环境中每个气体分子的运动速率，A、B错误；负压病房内的压强较小，温度与外界相同，则分子的数密度较小，即负压病房内单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数，C正确；负压病房内的压强较小，根据F＝pS可知，相同面积负压病房内壁受到的气体压力小于外壁受到的气体压力，D错误.6.一定质量的理想气体经历了如图所示的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，da与bc平行，则气体体积在A.ab过程中不断减小 B.bc过程中保持不变C.cd过程中不断增大 D.da过程中保持不变√12345678910111234567891011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错误；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Vd<Ve，所以Vd<Va，所以da过程中气体体积发生变化，D错误.√1234567891011能力综合练1234567891011初态时，对“工”字形活塞整体受力分析，有pASA＋M工g＋p0SB＝pBSB＋p0SA，对上面气缸受力分析，有pASA＝p0SA＋M上缸g，末态时，对“工”字形活塞整体受力分析，有pA′SA＋M工g＋p0SB＝pB′SB＋p0SA，对上面气缸受力分析，有pA′SA＝p0SA＋M上缸g，联立方程解得pA′＝pA，pB′＝pB，对A、B两部分气体，1234567891011因温度降低，pA′＝pA，pB′＝pB，则VA′＜VA、VB′＜VB，则活塞下降，上面气缸下降，才能使A、B气体体积均变小，故选A.12345678910118.(2023·广东广州市越秀区模拟)如图所示，在湖水里固定一个导热性较好的长圆管，管内横截面积为S＝2cm2，管内有一活塞封闭着一定质量的理想气体，当白天外界温度为27℃时，活塞的下端距湖面的高度为h1＝70cm，圆管内、外水面高度差为h2＝50cm，大气压强为p0＝×105Pa，且保持不变，湖水的密度为ρ＝×103kg/m3，取重力加速度g＝10m/s2，求：(1)活塞的质量；答案0.1kg1234567891011设活塞的质量为m，由平衡条件有p0S＋mg＝p0S＋ρgh2S解得m＝0.1kg；1234567891011(2)当夜晚外界温度为7℃时，活塞的下端距湖面的高度.答案62cm1234567891011设外界温度为7℃时，由于被封气体压强不变，发生等压变化，设活塞的下端距湖面的高度为h3V1＝(h1＋h2)ST1＝(27＋273)K＝300KV2＝(h3＋h2)ST2＝(7＋273)K＝280K解得h3＝62cm.9.(2021·广东卷·15(2))为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示，某种药瓶的容积为0.9mL，内装有0.5mL的药液，瓶内气体压强为×105Pa，护士把注射器内横截面积为0.3cm2、长度为0.4cm、压强为×105Pa的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强.1234567891011答案×105Pa1234567891011以注入后的所有气体为研究对象，由题意可知瓶内气体发生等温变化，设瓶内气体体积为V1，有V1＝0.9mL－0.5mL＝0.4mL＝0.4cm3注射器内气体体积为V2，有V2＝×0.4cm3＝0.12cm3根据玻意耳定律有p0(V1＋V2