高中物理复习14-2第2讲气体、固体与液体课件

第2讲气体、固体与液体课

程

标

准素

养

目

标1.了解固体的微观结构．知道晶体和非晶体的特点．能列举生活中的晶体和非晶体．通过实例，了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用．2.了解材料科学的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响．3.观察液体的表面张力现象．了解表面张力产生的原因．知道毛细现象．4.通过实验，了解气体实验定律，知道理想气体模型，能用分子动理论和统计观点解释气体实验定律．物理观念：(1)知道晶体、非晶体、单晶体和多晶体，了解各向异性、各向同性及晶体的微观结构，能解释相关的现象．知道表面张力、浸润、不浸润、毛细现象及液晶的概念和实验证据，并能解释相关的自然现象．(2)知道状态参量、平衡态、热平衡、温度、热力学温度的概念及热平衡定律．(3)知道等温变化、等压变化、等容变化、理想气体的概念，知道气体实验定律的微观解释．科学思维：(1)掌握单晶体的各向异性，理解晶体的微观结构，能够解决相关的问题．(2)理解液体的微观结构，能解释表面张力、浸润与不浸润产生的原因．掌握液晶对光学具有各向异性，并能解决相关问题．(3)会运用玻意耳定律、盖-吕萨克定律、查理定律、理想气体的状态方程解决实际问题．考点一考点一固体、液体的性质【必备知识·自主落实】1．固体(1)固体分为________和________．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点．(2)单晶体具有各向________，非晶体和多晶体具有各向________．晶体非晶体异性同性2．液体(1)液体表面张力液体的温度越高，表面张力越小①作用：液体的________使液面具有收缩到表面积最小的趋势．②方向：表面张力跟液面________，且跟这部分液面的分界线垂直．(2)浸润和不浸润

①一种液体会润湿某种固体并附着在________的表面上，这种现象叫作浸润．②一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面，这种现象叫作不浸润．(3)毛细现象：指浸润液体在细管中________的现象，以及不浸润液体在细管中________的现象，毛细管越细，毛细现象越明显．表面张力相切固体上升下降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【关键能力·思维进阶】1.显微镜下铝—锂—锰合金的断裂面如图所示，它是由许多细小的晶粒组成的，由于这些小的单晶体的取向杂乱无章，我们把金属称为多晶体．多晶体仍保留着与单晶体相同的特征是(

)A．一定压强下确定的熔点B．规则的几何形状C．显示各向异性D．显示各向同性答案：A解析：晶体分为单晶体和多晶体，只有单晶体具有规则的几何外形，物理性质表现为各向异性，而多晶体是由许多小晶粒杂乱无章的排列构成的，因而多晶体没有规则的几何外形，物理性质表现为各向同性，晶体在一定压强下都有确定的熔点．故选A.2．[2024·江西校联考模拟预测]如图，雨后的树叶上聚集了大量的水珠，下列说法正确的是(

)A．水珠表面层，水分子比较密集B．水珠表面层，水分子间的作用力表现为引力C．水珠表面层，水分子间的作用力表现为斥力D．水珠表面层，水分子势能小于在平衡位置时的势能答案：B解析：水珠表面层，分子比较稀疏，故A错误；水珠表面水分子间的距离r大于平衡时的距离r0，因此分子间的作用力表现为引力，故B正确，C错误；水分子在平衡位置时分子势能最小，因此水珠表面水分子势能大于水分子在平衡位置时的势能，故D错误．故选B.3．[2023·广东深圳中学校考三模]“天宫课堂”中，宇航员王亚平演示了“液桥演示实验”，即在太空中，两个塑料板间用水搭建一座长约10cm的桥，如图1.受其启发，某学生设想“天地同一实验”，即在空间站和地面做同一个实验，观察实验现象，下列说法正确的是(

)A．液桥的建立是由于液体表面存在张力，在地面做相同实验，也能观察到同样长度的桥B．用图2中的器材做单摆实验，空间站和地面实验现象相同C．图3相同密闭容器内装着完全相同的气体，在相同温度下，空间站和地面容器内气体压强不同D．图4将两端开口的圆柱形毛细管竖直插入水中，相同装置在空间站和地面观察到管中液面升高的高度不同

答案：D解析：液桥的建立是由于液体表面存在张力，而在地面做相同实验，由于重力的影响，表面张力很弱，故不会看到相同长度的液桥，故A错误；用一根绳子系着一个金属球，拉开一个角度，静止释放后，“天上”由于完全失重，小球相对空间站静止不动；“地上”由于重力的影响，小球将做圆周运动，所以观察到的实验现象不相同，故B错误；气体压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的，如图3相同密闭容器内装着完全相同的气体，在相同的温度下，分子平均动能相同，“天上”和“地上”容器内气体压强相同，故C错误；如图4用相同材料做成的两根内径相同、两端开口的圆柱形毛细管竖直插入水中，“天上”由于完全失重，观察到水上升到毛细管顶部，“地上”由于重力的影响，观察到水上升一小段距离后静止不动，所以观察到的实验现象不相同，故D正确．故选D.考点二考点二气体压强的计算及微观解释【必备知识·自主落实】1．分子运动规律(1)气体分子运动的特点分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有，而且向各个方向运动的____________几乎相等．气体分子数目(2)分子运动速率分布图像①速率分布图像②“温度越高，分子的热运动越________”，分子的速率都呈“中间________、两头________”的分布．剧烈多少2．气体压强的微观解释(1)气体的压强器壁单位面积上受到的________，就是气体的压强．(2)气体压强的微观解释①若某容器中气体分子的________越大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的________对器壁的________就越大；②若容器中气体分子的________大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的________就多，平均作用力也会较大．压力平均速率碰撞作用力数密度分子数【关键能力·思维进阶】4．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答案：D

5.如图所示，粗细均匀的薄壁U形玻璃管竖直放置，导热良好，左管上端封闭，封口处有段水银柱1，右管上端开口且足够长，另有两段水银柱2、3封闭了A、B两部分理想气体，外界大气压强恒为p0＝75cmHg.三段水银柱长均为10cm，A气柱长为20cm，B气柱长为10cm，气柱A和水银柱2各有一半长度在水平部分．则水银柱1对玻璃管封口的压强为(

)A．60cmHgB．75cmHgC．80cmHgD．90cmHg答案：C

答案：B

思维提升1.平衡状态下气体压强的求法(1)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)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．(3)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．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．考点三考点三气体实验定律和理想气体状态方程的应用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理想气体，在温度不变的情况下，________与体积成________一定质量的某种理想气体，在体积不变的情况下，压强与____________成正比一定质量的某种理想气体，在压强不变的情况下，其________与热力学温度成________表达式p1V1＝________图像压强反比热力学温度体积正比p2V2

气体实验定律

答案：C

例2(关联气体)[2023·全国乙卷]如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20cm的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方．管内空气被一段水银柱隔开，水银柱在两管中的长度均为10cm.现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变1cm.求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强(气体温度保持不变，以cmHg为压强单位)．解析：B管在上方，设B管中气体的压强为pB，长度lB＝10cm则A管中气体的压强为pA＝pB＋20cmHg，长度lA＝10cm倒置后，A管在上方，设A管中气体的压强为p′A，A管内空气柱长度l′A＝11cm已知A管的内径是B管的2倍，则水银柱长度为h＝9cm＋14cm＝23cm则B管中气体压强为p′B＝p′A＋23cmHgB管内空气柱长度l′B＝40cm－11cm－23cm＝6cm对A管中气体，由玻意耳定律有pAlA＝p′Al′A对B管中气体，由玻意耳定律有pBlB＝p′Bl′B联立解得pB＝54.36cmHgpA＝pB＋20cmHg＝74.36cmHg答案：54.36cmHg

74.36cmHg考向2

“汽缸＋活塞”模型例3(单独气体)气体弹簧是车辆上常用的一种减震装置，其简化结构如图所示．直立圆柱形密闭汽缸导热良好，横截面积为S的活塞通过连杆与车轮轴连接，初始时汽缸内密闭一段长度为L0，压强为p1的理想气体，汽缸与活塞间的摩擦忽略不计，车辆载重时相当于在汽缸顶部增加一个物体A，稳定时汽缸下降了0.75L0，气体温度保持不变，求：(1)物体A的重力大小；(2)如果大气压强为p0，为使汽缸升到原位置，需向汽缸内充入与汽缸温度相同的大气体积．

例4(关联气体)(多选)[2023·新课标卷]如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦．初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等．现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后(

)A．h中的气体内能增加B．f与g中的气体温度相等C．f与h中的气体温度相等D．f与h中的气体压强相等答案：AD

2．解决问题的基本思路考点四考点四气体状态变化的图像问题【关键能力·思维进阶】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-TV-T2.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6[2023·上海卷]一定质量的理想气体，经历如图过程，其中ab、cd分别为双曲线的一部分．下列对a、b、c、d四点温度大小比较正确的是(

)A．Ta>TbB．Tb>TcC．Tc>TdD．Td>Ta答案：B

例7[2023·辽宁卷]“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量．“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T图像如图所示．该过程对应的p-V图像可能是(

)答案：B

例8[2024·湖北武汉统考模拟预测]某实验小组用图甲所示装置，研究烧瓶内封闭气体的体积一定时压强与温度的关系，初始时封闭气体的摄氏温度为t0，往容器内加热水，可以改变封闭气体的温度t，用Δt(Δt＝t－t0)表示封闭气体升高的摄氏温度，p表示温度为t时封闭气体的压强，则图乙中可能正确的图线是(

)A．①B．②C．③D．④答案：A

核心素养提升

气体变质量四类问题的解决方法四种情况解决方法充气问题设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来，那么当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时，这些气体状态不管怎样变化，其质量总是不变的．这样，就将变质量问题转化为定质量问题抽气问题用抽气筒对容器抽气的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，其解决方法同充气问题类似，假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即把变质量问题转化为定质量问题．灌气(分装)问题将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题，可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体看作整体作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题．漏气问题容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，不能用理想气体状态方程求解．如果选容器内剩余气体为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题．典例1[2023·湖南卷]汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆AB与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆AB上施加水平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，K1打开，K2闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，K1闭合，K2打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从K2排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为V0，初始压强等于外部大气压强p0，助力活塞横截面积为S，抽气气室的容积为V1.假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，温度保持不变．(1)求第1次抽气之后助力气室内的压强p1；(2)第n次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小ΔF.

典例2南方某市需要从北方调用大批钢瓶氧气(