第2讲 固体、液体和气体的性质

第2讲固体、液体和气体的性质开始0102课前基础落实——在情境迁移中理清“物理观念”课堂提能学案——在多彩学法中精准“扶弱补短”第2讲固体、液体和气体的性质一、固体和液体1．固体：固体通常可分为晶体和非晶体，具体见下表：分类比较晶体非晶体单晶体多晶体外形________________不规则熔点确定不确定规则物理性质各向______各向______微观结构组成晶体的物质微粒有_____地、周期性地在空间排列注意：多晶体中每个小晶体间的排列无规则无规则异性同性规则续表2．液体(1)液体的表面张力作用液体的表面张力使液面具有收缩到表面积______的趋势方向表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线______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_____最小垂直越小变小越大(2)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。异性流动性液体晶体杂乱无章二、气体气体压强产生原因由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁____________的压力叫作气体的压强决定因素①宏观上：决定于气体的温度和_____②微观上：决定于分子的平均动能和分子的_________单位面积上体积密集程度理想气体模型宏观模型在任何条件下始终遵守_____________的气体注意：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模型理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，即分子间无________续表气体实验定律分子势能续表微点判断(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。

()(2)单晶体有天然规则的几何形状，是因为组成单晶体的物质微粒是规则排列的。

()(3)液晶是液体和晶体的混合物。

()(4)草叶上的小露珠呈球形是表面张力作用的结果。

()(5)缝衣针浮于水面上是由于液体的表面张力作用。

()×√×√√(6)任何气体都遵从气体实验定律。

()(7)理想气体是理想化的物理模型，其内能只与气体温度有关，与气体体积无关。

()(8)石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同。

()(9)金刚石具有确定的熔点，石墨没有确定的熔点。

()(10)晶体在熔化过程中吸收热量破坏空间点阵结构，增加分子势能。

()×√√×√(一)固体、液体、气体性质的理解(固基点)[题点全练通]1．[晶体与非晶体的比较]下列说法错误的是

(

)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答案：A解析：将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒仍是晶体，A错误。单晶体具有各向异性，有些单晶体沿不同方向上的光学性质不同，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，C正确。晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化，如天然石英是晶体，而熔化以后再凝固的水晶(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，D正确。2．[液晶的特性]关于液晶，下列说法中正确的是

(

)A．液晶是液体和晶体的混合物B．所有物质都具有液晶态C．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，本身能够发光D．液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性答案：D

解析：液晶并不是液体和晶体的混合物，而是一种特殊的物质，A错误；液晶具有液体的流动性，但不是所有物质都具有液晶态，B错误；液晶本身不能发光，C错误；液晶既像液体一样可以流动，又具有晶体各向异性的特性，所以液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，D正确。3．[液体性质的理解](多选)如图所示，a、b是航天员在飞船实验舱做水球实验时水球中形成的两个气泡，a、b两气泡温度相同且a的体积大，气泡内的气体视为理想气体，则下列说法正确的是

(

)A．水球呈球形是表面张力作用的结果B．a内气体的分子平均动能比b内的小C．a内气体的分子平均动能比b内的大D．在水球表面滴一小滴红墨水，若水球未破，最后水球将呈红色答案：AD

解析：水球呈球形是表面张力使其表面积收缩到最小导致的结果，故A正确；温度是分子热运动的平均动能的标志，故a内气体的分子平均动能与b内的等大，故B、C错误；在水球表面滴一小滴红墨水，若水球未破，由于分子扩散，做无规则运动，水球最终将呈红色，故D正确。4．[气体分子运动的特点](2023·湖州高三模拟)某地某天的气温变化趋势如图甲所示，细颗粒物(PM2.5等)的污染程度为中度，出现了大范围的雾霾。在11：00和14：00的空气分子速率分布曲线如图乙所示，横坐标v表示分子速率，纵坐标表示单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比。下列说法正确的是

(

)A．细颗粒物在大气中的移动是由于细颗粒物分子的热运动B．图乙中实线表示11：00时的空气分子速率分布曲线C．11：00时细颗粒物的无规则运动比14：00时更剧烈D．14：00时单位时间内空气分子对细颗粒物的平均撞击次数比12：00时多答案：D

解析：细颗粒物在大气中的移动是由于空气分子的热运动与气流的作用，A错误；由题图乙可知实线对应的速率较大的分子占的比例较多，对应的气体温度较高，所以图乙中实线表示14：00时的空气分子速率分布曲线，B错误；温度越高，细颗粒物的无规则运动越剧烈，所以14：00时细颗粒物的无规则运动比11：00时更剧烈，C错误；14：00时的气温高于12：00时的气温，空气分子的平均动能较大，单位时间内空气分子对细颗粒物的平均撞击次数较多，D正确。[要点自悟明]1．区别晶体和非晶体的方法(1)要判断一种物质是晶体还是非晶体，关键是看有无确定的熔点，有确定熔点的是晶体，无确定熔点的是非晶体。(2)从导电、导热等物理性质来看，物理性质各向异性的是单晶体，各向同性的可能是多晶体，也可能是非晶体。2．对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3．气体分子的运动特点(1)气体分子之间的距离远大于分子直径，气体分子之间的作用力十分微弱，可以忽略不计。(2)气体分子的速率分布，表现出“中间多，两头少”的统计分布规律。(3)气体分子向各个方向运动的机会均等。(4)温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的，速率的平均值也是确定的，温度升高，气体分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大。(二)封闭气体压强的计算(精研点)1．平衡状态下封闭气体压强的求法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。液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强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．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。[考法全训]1．[“活塞＋汽缸”封闭的气体](2021·湖北高考)质量为m的薄壁导热柱形汽缸，内壁光滑，用横截面积为S的活塞封闭一定量的理想气体。在下述所有过程中，汽缸不漏气且与活塞不脱离。当汽缸如图(a)竖直倒立静置时。缸内气体体积为V1，温度为T1。已知重力加速度大小为g，大气压强为p0。(1)将汽缸如图(b)竖直悬挂，缸内气体温度仍为T1，求此时缸内气体体积V2；(2)如图(c)所示，将汽缸水平放置，稳定后对汽缸缓慢加热，当缸内气体体积为V3时，求此时缸内气体的温度。2．[“液柱＋管”封闭的气体]若已知大气压强为p0，在下图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭气体的压强。3．[加速状态下封闭的气体]如图所示，粗细均匀的长直玻璃管被轻绳倒挂于倾角为θ的斜面上，管内有一段长为h的水银柱(其密度为ρ)封闭着一段空气柱，大气压强为p0，重力加速度大小为g。求在下列情况下，被封闭气体的压强为多少(式中各物理量单位均为国际单位制单位)。(1)玻璃管静止不动；(2)剪断细绳后，玻璃管沿斜面保持平稳加速下滑过程(已知管与斜面间动摩擦因数为μ，且μ<tanθ)。解析：(1)当玻璃管静止时，设被封闭气体的压强为p1，以水银柱为研究对象，其受力情况如图甲所示，根据水银柱沿斜面方向受力平衡有p0S＝mgsinθ＋p1S而m＝ρSh所以p1＝p0－ρghsinθ。(2)在玻璃管沿粗糙斜面匀加速下滑过程中，设被封闭气体压强为p2，以玻璃管、水银柱及封闭气体整体为研究对象，其受力情况如图乙所示，分别沿垂直于斜面和平行于斜面方向，应用力的平衡条件和牛顿第二定律得N′＝MgcosθMgsinθ－f＝Ma又f＝μN′所以a＝g(sinθ－μcosθ)答案：(1)p0－ρghsinθ

(2)p0－μρghcosθ(三)气体状态变化的图像问题(精研点)气体的四类“等值变化”图像的比较续表[注意]上表中各个常量“C”意义有所不同。可以根据pV＝nRT确定各个常量“C”的意义。[考法全训]1.[气体的p-V图像问题](2021·福建高考)如图，一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，该过程气体对外________(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体的温度________(填“升高”“降低”“先升高后降低”“先降低后升高”或“始终不变”)。答案：做正功先升高后降低2．[气体的V-T图像问题](2021·海南高考)(多选)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过等温过程到达状态c，直线ac过原点。则气体

(

)A．在状态c的压强等于在状态a的压强B．在状态b的压强小于在状态c的压强C．在b→c的过程中内能保持不变D．在a→b的过程对外做功答案：AC

3．[气体的p-T图像问题](多选)一定质量的理想气体，从图中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．A→B温度升高，体积不变B．B→C压强不变，体积变小C．C→D压强变小，体积变小D．B点的温度最高，C点的体积最小答案：ABD

C．T1>T2D．T1<T2答案：BD

5．[气体状态变化图像的转换问题](多选)一定质量的理想气体的状态变化过程的p-V图像如图所示，其中A是初状态，B、C是中间状态，A→B是等温变化，如将上述变化过程改用p-T图像和V-T图像表示，则下列图像可能正确的是

(

)答案：BD

解析：A到B是等温变化，体积变大，压强变小；B到C是等容变化，在p-T图像上为过原点的直线；C到A是等压变化，体积减小，根据盖-吕萨克定律知温度降低，故A错误，B正确。A到B是等温变化，体积变大；B到C是等容变化，压强变大，根据查理定律，温度升高；C到A是等压变化，体积变小，在V-T图像中为过原点的一条倾斜的直线，故C错误，D正确。(四)气体实验定律的微观解释(精研点)1．气体压强的产生单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，对器壁产生持续、均匀的压力，所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。2．决定气体压强大小的微观因素(1)气体分子的密集程度气体分子密集程度(即单位体积内气体分子的数目)越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大。(2)气体分子的平均速率气体的温度越高，气体分子的平均速率就越大，气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，气体分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大。3．实验定律的微观解释(1)用气体分子动理论解释玻意耳定律(2)用气体分子动理论解释查理定律(3)用气体分子动理论解释盖-吕萨克定律[考法全训]1．[气体分子碰撞次数分析](多选)某同学记录2022年3月10日教室内温度如下：教室内气压可认为不变，则当天15：00与9：00相比，下列说法正确的是(

)A．教室内所有空气分子速率均增加B．教室内空气密度减小时刻6：009：0012：0015：0018：00温度12℃15℃18℃23℃17℃C．教室内单位体积内的分子个数一定增加D．单位时间碰撞墙壁单位面积的气体分子数一定减少答案：BD

解析：温度升高则分子的平均速率增大，每个分子都在永不停息地做无规则热运动，不是所有空气分子速率都增加，故A错误；压强不变，当温度升高时，气体体积增大，因此教室内空气的质量将减少，教室体积不变，则空气密度减小，故B正确；压强不变，当温度升高时，气体体积增大，空气密度减小，单位体积内分子数减少，故C错误；与9点相比，15点教室内的温度变大，空气分子的平均速率增大，教室内气体分子密度减小，又因为教室内气压不变，那么单位时间内碰撞墙壁单位面积的气体分子数一定减少，故D正确。2．[气体等温变化微观分析]一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为

(

)A．