第2讲气体液体和固体

第2讲气体、液体和固体学习目标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。一、固体和液体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没有确定的几何形状没有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：使液面具有________的趋势。②方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线________。(2)毛细现象：指浸润液体在细管中________的现象，不浸润液体在细管中________的现象。毛细管越细，毛细现象越明显。二、气体3.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，体积与热力学温度成______表达式p1V1＝________eq\f(p1,T1)＝________eq\f(V1,T1)＝________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4.理想气体的状态方程一定质量的理想气体的状态方程eq\f(p1V1,T1)＝________或eq\f(pV,T)＝C。1.思考判断(1)晶体的所有物理性质都是各向异性的。()(2)有无确定的熔点是区分晶体和非晶体比较准确的方法。()(3)液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性。()(4)船浮于水面上不是由于液体的表面张力。()(5)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。()(6)压强极大的气体不再遵从气体实验定律。()2.(多选)下列现象中，主要是液体表面张力作用的是()A.水黾可以停在水面上B.小木船漂浮在水面上C.荷叶上的小水珠呈球形D.慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不会流下来3.对一定质量的气体来说，下列几点能做到的是()A.保持压强和体积不变而改变它的温度B.保持压强不变，同时升高温度并减小体积C.保持温度不变，同时增加体积并减小压强D.保持体积不变，同时增加压强并降低温度4.(2023·江苏卷，3)如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，该过程中()A.气体分子的数密度增大B.气体分子的平均动能增大C.单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小D.单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小考点一固体、液体的性质气体分子动理论1.对晶体和非晶体的理解(1)凡是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。(2)凡是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。(3)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。(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。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，在体积相同的条件下，球形的表面积最小3.气体的分子动理论(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)气体分子呈现“中间多，两头少”的分布规律。(3)气体分子的运动是杂乱无章的，但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。1.(晶体、非晶体)对下列几种固体物质的认识正确的有()A.食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体B.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C.天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则D.石墨和金刚石的物理性质不同，是由于石墨是非晶体，金刚石是晶体2.(液体的性质)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3.(气体分子动理论)(多选)氧气分子在不同温度下的速率分布规律如图1所示，横坐标表示速率，纵坐标表示某一速率内的分子数占总分子数的百分比，由图可知()图1A.同一温度下，氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律B.随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大C.随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例增大D.①状态的温度比②状态的温度低考点二气体压强的计算1.平衡状态下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，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。4.(液体封闭气体的压强)若已知大气压强为p0，如图所示各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，重力加速度为g，则()A.图甲中被封闭气体的压强为p0＋ρghB.图乙中被封闭气体的压强为p0＋ρghC.图丙中被封闭气体的压强为p0＋eq\f(\r(3),2)ρghD.图丁中被封闭气体的压强为p0＋ρgh1求液柱封闭的气体压强时，一般以液片或液柱为研究对象分析受力、列平衡方程，要注意：(1)液体因重力产生的压强大小为p＝ρgh(其中h为液面的竖直高度)。(2)不要漏掉大气压强，同时又要注意大气压强产生的压力是否要平衡掉。(3)有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等。(4)当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”等，使计算过程简捷。5.(汽缸封闭气体的压强)如图2所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸，汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S。已知外界大气压强为p0。现用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，则此时缸内封闭气体的压强为()图2A.p0＋eq\f(（m＋M）F,Sm) B.p0＋eq\f(mF,SM)C.p0＋eq\f(MF,S（m＋M）) D.p0＋eq\f(mF,S（m＋M）)考点三气体实验定律和理想气体状态方程1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(温度不变：p1V1＝p2V2（玻意耳定律）,体积不变：\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)（查理定律）,压强不变：\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)（盖－吕萨克定律）))2.两个重要的推论(1)查理定律的推论：Δp＝eq\f(p1,T1)ΔT(2)盖－吕萨克定律的推论：ΔV＝eq\f(V1,T1)ΔT例1(2024·广东茂名高三月考)如图3所示，质量为m1＝50kg、开口向上且上端有沿的圆柱形汽缸置于水平地板上。质量为m＝10kg、横截面积S＝100cm2的活塞(厚度不计)上系着的轻绳绕过光滑定滑轮与地板上M＝40kg的重物相连。活塞与汽缸间封闭有一定质量的理想气体，活塞无摩擦且不漏气。初始状态时气体温度T0＝650K，活塞处于最上端，缸沿对活塞的弹力F0＝200N，活塞到缸底的距离h0＝40cm，轻绳恰好伸直且没有弹力。外界大气压强恒为p0＝1×105Pa，重力加速度g＝10m/s2。现使缸内气体缓慢降温，汽缸始终未离开地面。图3(1)当轻绳弹力为F＝200N时，缸沿对活塞弹力恰好为0，求此时缸内气体的温度；(2)当活塞到缸底的距离变为h＝20cm时，求此时缸内气体的温度。1.利用气体实验定律解决问题的基本思路2.分析气体状态变化的问题要紧抓三点(1)弄清始、末状态过程中有哪几个物理过程。(2)找出各变化过程是由什么物理量联系起来的。(3)明确每个变化过程遵循什么实验定律。6.(2022·广东卷)玻璃瓶可作为测量水深的简易装置。如图4所示，潜水员在水面上将80mL水装入容积为380mL的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底，倒置瓶身，打开瓶盖，让水进入瓶中，稳定后测得瓶内水的体积为230mL。将瓶内气体视为理想气体，全程气体不泄漏且温度不变。大气压强p0取1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2，水的密度ρ取1.0×103kg/m3。求水底的压强p和水的深度h。图4考点四气体状态变化的图像问题1.一定质量的理想气体状态变化的四种图像的比较等温变化等容变化等压变化图像p－V图像p－eq\f(1,V)图像p－T图像V－T图像特点pV＝CT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远p＝CTeq\f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高p＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，体积越小V＝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2一定质量的气体经历一系列状态变化，其p－eq\f(1,V)图像如图5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()图5A.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