高考物理一轮 （考纲自主研读+命题探究+高考全程解密） 第2讲固体 液体与气体（含解析） 新人教版选修3-3

第2讲固体液体与气体eq\f(对应学生,用书P202)晶体和非晶体晶体的微观结构Ⅰ(考纲要求)【思维驱动】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1－2－1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．则由此可判断出甲为________，乙为________，丙为________(填“单晶体”、“多晶体”、“非晶体”)。图1－2－1答案多晶体非晶体单晶体【知识存盘】1．晶体与非晶体分类比较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理性质各向异性各向同性原子排列有规则，但多晶体每个晶体间的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形成不同的形态．同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可转化为晶体典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香2.晶体的微观结构(1)晶体的微观结构特点：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有规则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不同晶体的多形性由于组成晶体的微粒可以形成不同的空间点阵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．固体eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(晶体\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(单晶体——物理性质的各向异性,多晶体——物理性质的各向同性)),非晶体——物理性质的各向同性))液体的表面张力液晶Ⅰ(考纲要求)【思维驱动】(单选)(·徐州质量测评)图1－2－2如图1－2－2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圆形，C正确．答案C【知识存盘】1．液体的表面张力(1)作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．(2)方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的边界线垂直．(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．液晶(1)液晶的产生晶体eq\o(→,\s\up7(加热))液晶eq\o(→,\s\up7(加热))液体(2)物理性质eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(具有液体的流动性,具有晶体的光学各向异性,在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,))气体实验定律Ⅰ理想气体Ⅰ(考纲要求)【思维驱动】(双选)(·无锡测试)图1－2－3一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，气体的压强随热力学温度变化如图1－2－3所示，则此过程()．A．气体的密度增大B．外界对气体做功C．气体从外界吸收了热量D．气体分子的平均动能增大解析气体由状态A变化到状态B为等温变化，由玻意耳定律pAVA＝pBVB，pB＞pA，所以VA＞VB，气体体积减小，外界对气体做功，气体密度增加，A、B正确．由于温度不变．气体的分子平均动能不变，D错误．温度不变，气体的内能不变，外界对气体做功，由ΔU＝W＋Q.气体放出热量，C错．答案AB【知识存盘】1．气体和气体分子运动的特点2．三个实验定律比较定律名称比较项目玻意耳定律(等温变化)查理定律(等容变化)盖—吕萨克定律(等压变化)数学表达式p1V1＝p2V2或pV＝C(常数)eq\f(p1,p2)＝eq\f(T1,T2)或eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)或eq\f(p,T)＝C(常数)eq\f(V1,V2)＝eq\f(T1,T2)或eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)或eq\f(V,T)＝C(常数)同一气体的两条图线3.理想气体(1)理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体．①理想气体是一种经科学的抽象而建立的理想化模型，实际上不存在；②实际气体特别是那些不易液化的气体在压强不太大，温度不太低时都可当做理想气体来处理．(2)一定质量的理想气体状态方程：eq\f(pV,T)＝C(恒量)，即eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2).气体的压强eq\f(对应学生,用书P204)考点一气体实验定律和理想气体状态方程的应用【典例1】(·课标全国卷)图1－2－4如图1－2－4所示，由U形管和细管连接的玻璃泡A、B和C浸泡在温度均在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内都充有气体．U形管内左边水银柱比右边的低60mm.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60mm，求加热后右侧水槽的水温．规范解答(1)在打开阀门S前，两水槽水温均为T0＝273K．设玻璃泡B中气体的压强为p1，体积为VB，玻璃泡C中气体的压强为pC，依题意有p1＝pC＋Δp①式中Δp＝60mmHg.打开阀门S后，两水槽水温仍为T0，设玻璃泡B中气体的压强为pB.依题意有，pB＝pC②玻璃泡A和B中气体的体积为V2＝VA＋VB③根据玻意耳定律得p1VB＝pBV2④联立①②③④式，并代入题给数据得pC＝eq\f(VB,VA)Δp＝180mmHg⑤(2)当右侧水槽的水温加热到T′时，U形管左右水银柱高度差为Δp.玻璃泡C中气体的压强为pC′＝pB＋Δp⑥玻璃泡C中的气体体积不变，根据查理定律得eq\f(pC,T0)＝eq\f(pC′,T′)⑦联立②⑤⑥⑦式，并代入题给数据得T′＝364K．⑧答案(1)180mmHg(2)364K【变式跟踪1】一活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，初始时气体体积为3.0×10－3m3.用DIS实验系统测得此时气体的温度和压强分别为300K和1.0×105Pa.推动活塞压缩气体，稳定后测得气体的温度和压强分别为320K和1.6×105Pa.(1)求此时气体的体积．(2)保持温度不变，缓慢改变作用在活塞上的力，使气体压强变为8.0×104Pa，求此时气体的体积．解析(1)对缸内封闭气体初态：p1＝1×105Pa，V1＝3.0×10－3m3，T1＝300K，末态：p2＝1.6×105Pa，V2＝？，T2＝320K由理想气体状态方程可知eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)，所以V2＝eq\f(p1V1T2,T1p2)＝2×10－3m3，即末态时气体体积为2×10－3m3.(2)当气体保持T2不变，变到状态3时最后状态：p3＝0.8×105Pa，V3＝？，T3＝T2＝320K所以p2V2＝p3V3，即V3＝eq\f(p2V2,p3)＝eq\f(1.6×105×2×10－3,0.8×105)m3＝4×10－3m3.答案(1)2.0×10－3m3(2)4.0×10－3m3,借题发挥1．分析气体状态变化的问题要抓住三点：(1)阶段性：即弄清一个物理过程分为哪几个阶段．(2)联系性：即找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的．(3)规律性：即明确哪个阶段应遵循什么实验定律．2．利用气体实验定律及气态方程解决问题的基本思路eq\a\vs4\al(→\x(根据题意，选出所研究的某一部分一定质量气体),,,,→\a\vs4\al(分别找出这部分气体状态发生变化前后的p、V、T数值或表达式，压强的确定是关键),,,,,→\a\vs4\al(认清变化过程，正确选用物理规律),,,,,→\a\vs4\al(选用气态方程或某一实验定律列式求解，有时要讨论结果的合理性))考点二气体状态变化的图象分析【典例2】(·浙江自选，13)图1－2－5一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图1－2－5所示的p－V图线描述，图中p1、p2、V1、V2和V3为已知量．(1)气体状态从A到B是________过程(填“等容”“等压”或“等温”)；(2)状态从B到C的变化过程中，气体的温度________(填“升高”“不变”或“降低”)；(3)状态从C到D的变化过程中，气体________(填“吸热”或“放热”)；(4)状态从A→B→C→D的变化过程中，气体对外界所做的总功为________．解析(1)由题图可知，气体状态从A到B的过程为等压过程．(2)状态从B到C的过程中，气体发生等容变化，且压强减小，根据eq\f(p,T)＝C(常量)，则气体的温度降低．(3)状态从C到D的过程中，气体发生等压变化，且体积减小，外界对气体做功，即W>0，根据eq\f(V,T)＝C(常量)，则气体的温度T降低，气体的内能减小，由ΔU＝Q＋W，则Q＝ΔU－W<0，所以气体放热．(4)状态从A→B→C→D的变化过程中气体对外界所做的总功W＝p2(V3－V1)－p1(V3－V2)．答案(1)等压(2)降低(3)放热(4)p2(V3－V1)－p1(V3－V2)【变式跟踪2】一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，图1－2－6再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图象如图1－2－6所示．已知该气体在状态A时的温度为27℃.则：(1)该气体在状态B、C时的温度分别为多少℃？(2)该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是多大？(3)该气体从状态A到状态C的过程中是吸热，还是放热？传递的热量是多少？解析(1)对于理想气体：A→B，由eq\f(pA,TA)＝eq\f(pB,TB)得：TB＝100K，所以tB＝－173℃B→C由eq\f(VB,TB)＝eq\f(VC,TC)得：TC＝300K，所以tC＝27℃.(2)A→C由温度相等得：ΔU＝0.(3)A→C的过程中是吸热．吸收的热量Q＝W＝pΔV＝1×105×(3×10－3－1×10－3)J＝200J.答案(1)－173℃27℃(2)0(3)吸热；200J,借题发挥应用气体状态变化的图象分析问题的基本思路考点三热力学第一定律与气体实验定律的综合问题【典例3】(·江苏卷，12A(2)(3))(1)密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大．从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运动的________增大了．该气体在温度T1、T2时的分子速率分布图象如图1－2－7所示，则T1________(选填“大于”或“小于”)T2.(2)如图1－2－8所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中，气体压强p＝1.0×105Pa，吸收的热量Q＝7.0×102J，求此过程中气体内能的增量．图1－2－7图1－2－8解析(1)温度升高时，气体分子平均速率变大，平均动能增大，即分子的速率较大的分子占总分子数比例较大，所以T1＜T2.(2)等压变化eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)，对外做的功W＝p(VB－VA)根据热力学第一定律ΔU＝Q－W，解得ΔU＝5.0×102J.答案(1)平均动能小于(2)5.0×102J【变式跟踪3】(·山东卷，36(2))图1－2－9如图1－2－9所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1＝20cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高．现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h＝10cm.(环境温度不变，大气压强p0＝75cmHg)(1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)．(2)此过程中左管内的气体对外界________(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体将________(填“吸热”或“放热”)．解析(1)设U型管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1，右端与一低压舱接通后，左管中封闭气体的压强为p2，气柱长度为l2，稳定后低压舱内的压强为p.左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得p1V1＝p2V2①p1＝p0②p2＝p＋ph③V1＝l1S④V2＝l2S⑤由几何关系得h＝2(l2－l1)⑥联立①②③④⑤⑥式，代入数据得p＝50cmHg⑦(2)左管内气体膨胀，气体对外界做正功，温度不变，ΔU＝0，根据热力学第一定律，ΔU＝Q＋W且W＜0，所以Q＝－W＞0，气体将吸热．答案(1)50cmHg(2)做正功吸热,借题发挥1．气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法(1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体．(2)解决具体问题时，根据不同的变化过程，找出与之相关的气体状态参量，利用相关规律解决．(3)对理想气体，只要体积变化外界对气体(或气体对外界)要做功W＝pΔV；只要温度发生变化，其内能要发生变化．(4)结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q求解问题．2．有关气体问题的易出错点：(1)不能正确地分析气体的状态参量，特别是压强参量．(2)对于多过程的问题不能恰当地选取两个状态列方程．(3)对于两部分气体不能正确地建立起它们之间状态参量的关系．(4)不能挖掘关键词语的隐含条件，如“绝热”、“导热”、“缓慢”的含义等．(5)不能根据气体体积的变化判断做功的正负，从而不能应用热力学第一定律正确地求解．eq\f(对应学生,用书P206)一、固体、液体、液晶的结构与性质1．(单选)(·福建卷，28)图1－2－10如图1－2－10所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T.从图中可以确定的是()．A．晶体和非晶体均存在固定的熔点T0B．曲线M的bc段表示固液共存状态C．曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态D．曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态解析根据实际可知，晶体与非晶体的最大区别就是晶体有固定的熔点，即当晶体因温度升高而熔化时，在熔化过程中晶体的温度将保持不变，只有晶体全部熔化后其温度才继续上升，而非晶体没有这个特点，结合题目中的图象特点可知答案为B.答案B2．(多选)(·南京二模)下列说法中正确的是()．A．晶体一定具有各向异性，非晶体一定具有各向同性B．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同C．液晶既像液体一样具有流动性，又跟某些晶体一样具有光学性质的各向异性D．随着分子间距离的增大，分子间作用力减小，分子势能也减小解析单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性，非晶体一定具有各向同性，A错；温度是分子平均动能大小的标志，所以，内能不同的物体温度可能相同，B对；液晶既像液体一样具有流动性，又跟某些晶体一样具有光学性质的各向异性，C项对；若分子间距离r<r0时，随着分子间距离的增大，分子间作用力先减小后增大，分子势能也是先减小后增大，D错．答案BC二、表面张力3．(多选)(·江苏卷，12)下列现象中，能说明液体存在表面张力的有()．A．水黾可以停在水面上B．叶面上的露珠呈球形C．滴入水中的红墨水很快散开D．悬浮在水中的花粉做无规则运动解析红墨水散开和花粉的无规则运动直接或间接说明分子的无规则运动，选项C、D错误；水黾停在水面上、露珠呈球形均是因为液体存在表面张力，选项A、B正确．答案AB三、气体压强的产生与理解4．(多选)(·常州模拟)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．气体分子每次碰撞器壁的平均作用力增大B．单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多C．气体分子的总数增加D．气体分子的密度增大解析理想气体经等温压缩，压强增大，体积减小，分子密度增大，则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多，但气体分子每次碰撞器壁的作用力不变，故B、D正确，A、C错误．答案BD5．(单选)如图1－2－11所示，图1－2－11在绝热的汽缸中封闭着两部分同种类的气体A和B，中间用绝热的活塞隔开，活塞用销钉K固定着．开始时两部分气体的体积和温度都相同，气体A的质量大于气体B的质量．拔去销钉后活塞可以自由移动，最后达到平衡．在拔去销钉前后，对气体B的内能和压强的大小，下列判断正确的是()．A．内能增大，压强不变B．内能不变，压强不变C．内能增大，压强增大D．内能不变，压强增大解析因为mA>mB，故初态时pA>pB，拔去销钉K后，气体A膨胀，对气体B做功，故气体B内能增大，压强增大，故选项C正确．答案C四、气体实验定律及气体状态变化图象的应用6．(单选)(·重庆卷，16)图1－2－12如图1－2－12所示为伽利略设计的一种测温装置示意图，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定量的空气。若玻璃管内水柱上升，则外界大气的变化可能是()．A．温度降低，压强增大B．温度升高，压强不变C．温度升高，压强减小D．温度不变，压强减小解析对被封闭的气体研究，当水柱上升时，封闭气体的体积V减小，结合理想气体的状态方程eq\f(pV,T)＝C得，当外界大气压强p0不变时，封闭气体的压强p减小，则温度T一定降低；当外界大气压强p0减小时，封闭气体的压强p减小，则温度T一定降低；当外界大气压强p0增大时，封闭气体的压强p存在可能增大、可能不变、可能减小三种情况．当封闭气体的压强p增大时，温度T可能升高、不变或降低，封闭气体的压强p不变时，温度一定降低，封闭气体的压强p减小时，温度一定降低．故只有选项A可能．答案A7．(多选)一定质量理想气体的状态经历了如图图1－2－131－2－13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，如图，则ae是等容线，即Va＝Ve，因为Vd<Ve，所以Vd<Va，所