第2講固體液體和氣體

課標(biāo)版 物理第2講 固體、液體和氣體一、晶體和非晶體教材研讀晶

體非晶體單晶體多晶體外形規(guī)則不規(guī)則①

不規(guī)則

熔點(diǎn)確定確定不確定物理性質(zhì)各向②異性各向同性各向③同性原子排列④

無規(guī)則無規(guī)則形成

與轉(zhuǎn)化有規(guī)則有的物質(zhì)在不同條件下能夠形成不同的⑤

。同一物質(zhì)可能以⑥

和⑦

晶體

,有些兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)⑧

晶體

非晶體在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為⑨典型物質(zhì)晶體 非晶體石英、云母、食鹽、硫酸銅玻璃、蜂蠟、松香(3)只要是具有確定熔點(diǎn)的物體必定是晶體,反之,必是非晶體。自測1

(辨析題)單晶體的所有物理性質(zhì)都是各向異性的。

(

)只要是具有各向異性的物體必定是晶體,且是單晶體。

(

)(

)答案

(1)?

(2)√

(3)√二、液體的表面張力現(xiàn)象 液晶1.液體的表面張力概念:液體表面各部分間①

互相吸引

的力。作用:液體的②

表面張力

使液面具有收縮到表面積最小的趨勢。方向:表面張力跟液面③

相切

,且跟這部分液面的分界線④

垂直

。(4)大小:液體的溫度越高,表面張力⑤

越小

;液體中溶有雜質(zhì)時,表面張力變小;液體的密度越大,表面張力⑥

越大

。2.液晶(1)液晶分子既保持排列有序而顯示各向⑦

異性

,又可以自由移動位置,保持了液體的⑧

流動性

。(4)液晶的物理性質(zhì)很容易在外界的影響下液晶分子的位置無序使它像⑨

液體

,排列有序使它像⑩

晶體

。液晶分子的排列從某個方向看比較整齊,而從另外一個方向看則是

雜亂無章的。

發(fā)生改變

。三、飽和汽、未飽和汽和飽和汽壓 相對濕度。水蒸氣的實(shí)際壓強(qiáng)同溫度水的飽和汽壓1.飽和汽與未飽和汽飽和汽:與液體處于①

動態(tài)平衡

的蒸汽。未飽和汽:沒有達(dá)到②

飽和

狀態(tài)的蒸汽。2.飽和汽壓定義:飽和汽所具有的壓強(qiáng)。特點(diǎn):液體的飽和汽壓與溫度有關(guān),溫度越高,飽和汽壓③越大,且飽和汽壓與飽和汽的體積無關(guān)。3.相對濕度空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)與同一溫度時水的飽和汽壓之比。即:相對濕度=自測2

(多選)下列關(guān)于濕度的說法中,正確的是

(

)A.絕對濕度大,相對濕度一定大B.相對濕度是100%,表明在當(dāng)時溫度下,空氣中蒸氣已達(dá)飽和狀態(tài)

C.相同溫度下絕對濕度越大,表明空氣中蒸氣越接近飽和D.露水總是出現(xiàn)在夜間和清晨,是因為氣溫的變化使空氣中原來飽和的水蒸氣液化的緣故答案

BCD

絕對濕度大、相對濕度不一定大,A錯誤。氣體的壓強(qiáng)四、氣體分子運(yùn)動速率的統(tǒng)計分布1.氣體和氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn)2.氣體的壓強(qiáng)(1)產(chǎn)生原因:由于氣體分子無規(guī)則的熱運(yùn)動,大量的分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生持續(xù)而穩(wěn)定的①

壓力

。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓b.常用單位:④

(atm);厘米汞柱(cmHg)。(3)公式:p=F

。(2)大小:氣體的壓強(qiáng)在數(shù)值上等于氣體作用在②單位面積上的壓力。S(4)常用單位及換算關(guān)系:a.國際單位:③

帕斯卡

,符號:Pa,1

Pa=1

N/m2。c.換算關(guān)系:1

atm=⑤

76

cmHg=1.013×105

Pa≈1.0×105

Pa。答案AC

若單位體積內(nèi)分子數(shù)不變,當(dāng)分子熱運(yùn)動加劇時,氣體的壓強(qiáng)一定變大,A對,B錯;若氣體的壓強(qiáng)不變而溫度降低時,氣體的體積一定減小,故單位體積內(nèi)的分子個數(shù)一定增加,C對,D錯。)自測3

(多選)對于一定質(zhì)量的理想氣體,下列論述中正確的是

(

A.若單位體積內(nèi)分子個數(shù)不變,當(dāng)分子熱運(yùn)動加劇時,壓強(qiáng)一定變大B.若單位體積內(nèi)分子個數(shù)不變,當(dāng)分子熱運(yùn)動加劇時,壓強(qiáng)可能不變C.若氣體的壓強(qiáng)不變而溫度降低時,則單位體積內(nèi)分子個數(shù)一定增加D.若氣體的壓強(qiáng)不變而溫度降低時,則單位體積內(nèi)分子個數(shù)可能不變理想氣體五、氣體實(shí)驗定律1.氣體實(shí)驗定律玻意耳定律查理定律蓋—呂薩克定律內(nèi)容一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強(qiáng)與體積成反比一定質(zhì)量的某種氣體,在體積不變的情況下,壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比一定質(zhì)量的某種氣體,在壓強(qiáng)不變的情況下,體積與熱力學(xué)溫度成正比表達(dá)式p1V1=p2V2

p1

=

p2

或

p1

=

T1

T1

T2

p2

T2

V1

=

T1

V2

T2圖像2.理想氣體的狀態(tài)方程

(1)理想氣體宏觀上講,理想氣體是指在任何條件下始終遵守氣體實(shí)驗定律的氣體,實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太大(相對大氣壓)、溫度不太低(相對室溫)的條件下,可視為理想氣體。微觀上講,理想氣體的分子間除碰撞外無其他作用力,分子本身沒有體積,即它所占據(jù)的空間認(rèn)為都是可以被壓縮的空間。(2)理想氣體的狀態(tài)方程一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)方程:p1V1

=p2V2

或pV

=C。T1

T2

T氣體實(shí)驗定律可看做是一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程的特例。自測4

(多選)對于一定質(zhì)量的氣體,下列狀態(tài)變化可能實(shí)現(xiàn)的是

(

)A.增大壓強(qiáng)時,溫度降低,體積增大B.升高溫度時,壓強(qiáng)增大,體積減小

C.降低溫度時,壓強(qiáng)增大,體積不變

D.降低溫度時,壓強(qiáng)減小,體積增大pV答案

BD

由

T

=C(常量)可知,B、D正確,A、C錯誤。考點(diǎn)一

對固體和液體性質(zhì)的理解1.晶體的微觀結(jié)構(gòu)晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn):組成晶體的物質(zhì)微粒有規(guī)則地、周期性地在空間排列。用晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)解釋晶體的特點(diǎn)考點(diǎn)突破現(xiàn)象原因晶體有規(guī)則的外形由于內(nèi)部微粒有規(guī)則的排列晶體各向異性由于內(nèi)部從任一點(diǎn)出發(fā)在不同方向的相同距離上的微粒數(shù)不同晶體的多形性由于組成晶體的微?？梢孕纬刹煌目臻g點(diǎn)陣2.晶體與非晶體熔化過程的區(qū)別晶體熔化過程,當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時,吸收的熱量全部用來破壞空間點(diǎn)陣,增加分子勢能,而分子平均動能卻保持不變,所以晶體有固定的熔點(diǎn)。非晶體沒有空間點(diǎn)陣,熔化時不需要去破壞空間點(diǎn)陣,吸收的熱量主要轉(zhuǎn)化為分子的平均動能,不斷吸熱,溫度就不斷上升。由于在不同溫度下物質(zhì)由固態(tài)變成液態(tài)時吸收的熱量不同,而晶體有固定的熔點(diǎn),因此有固定的熔化熱,非晶體沒有固定的熔點(diǎn),也就沒有固定的熔化熱。典例1

(多選)關(guān)于晶體和非晶體,下列說法正確的是

(

)A.金剛石、食鹽、玻璃和水晶都是晶體B.晶體的分子(或原子、離子)排列是有規(guī)則的C.單晶體和多晶體有固定的熔點(diǎn),非晶體沒有固定的熔點(diǎn)D.單晶體和多晶體的物理性質(zhì)是各向異性的,非晶體是各向同性的答案

BC

金剛石、水晶和食鹽是晶體,玻璃是非晶體,A錯誤;晶體的分子(或原子、離子)排列規(guī)則,且有固定的熔點(diǎn),非晶體的分子(或原子、離子)排列不規(guī)則,且沒有固定的熔點(diǎn),故B、C正確;單晶體的物理性質(zhì)是各向異性,多晶體和非晶體的物理性質(zhì)是各向同性,故D錯誤。1-1 在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上石蠟,用燒熱的針接觸其上一點(diǎn),石蠟熔化的范圍分別如圖(a)、(b)、(c)所示,而甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關(guān)系如圖(d)所示。則由此可判斷出甲為

,乙為

,丙為

。(填“單晶體”、“多晶體”或“非晶體”)答案 多晶體 非晶體 單晶體解析 晶體具有確定的熔點(diǎn),非晶體沒有確定的熔點(diǎn)。單晶體的物理性質(zhì)具有各向異性,多晶體的物理性質(zhì)具有各向同性。1-2

下列說法中正確的是

(

)A.黃金可以切割加工成任意形狀,所以是非晶體

B.同一種物質(zhì)只能形成一種晶體C.單晶體的所有物理性質(zhì)都是各向異性的D.玻璃沒有確定的熔點(diǎn),也沒有規(guī)則的幾何形狀答案

D

黃金是晶體,A錯誤;同一種物質(zhì)可以形成多種晶體,如碳可以形成金鋼石和石墨兩種晶體,B錯誤;單晶體的物理性質(zhì)是各向異性是指某些物理性質(zhì)各向異性,有些物理性質(zhì)是各向同性的,C錯誤;玻璃是非晶體,因而沒有確定的熔點(diǎn)和規(guī)則的幾何形狀,D正確?？键c(diǎn)二

對液體性質(zhì)的理解液體表面層、附著層的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是導(dǎo)致表面張力、浸潤和不浸潤現(xiàn)象、毛細(xì)現(xiàn)象等現(xiàn)象的根本原因。同一種液體,對一些固體是浸潤的,對另一些固體可能不浸潤。液體沸騰的條件是液體中氣泡內(nèi)的飽和汽壓和外部大氣壓強(qiáng)相等。典例2

(多選)人類對物質(zhì)屬性的認(rèn)識是從宏觀到微觀不斷深入的過程,以下說法正確的是

(

)A.液晶的分子勢能與體積有關(guān)B.晶體的物理性質(zhì)都是各向異性的

C.溫度升高,每個分子的動能都增大D.露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用答案

AD

晶體分為單晶體和多晶體,單晶體的物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性,多晶體的物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性,B錯誤;溫度升高時,分子的平均動能增大,但不是每一個分子動能都增大,C錯誤。2-1

(多選)關(guān)于飽和汽,下面說法正確的是

(

)A.達(dá)飽和汽時液面上的氣體分子的密度不斷增大B.達(dá)飽和汽時液面上的氣體分子的密度不變C.將未飽和汽轉(zhuǎn)化成飽和汽可以保持溫度不變,減小體積

D.將未飽和汽轉(zhuǎn)化成飽和汽可以保持體積不變,降低溫度答案BCD

飽和汽是指單位時間內(nèi)逸出液面的分子數(shù)和返回液面的分子數(shù)相等的狀態(tài),液面上方的分子密度不變,A、錯B對;在一定溫度下,通過減小體積從而增加分子密度使未飽和汽轉(zhuǎn)化為飽和汽,C對;在體積不變的情況下,可以通過降低溫度來降低飽和汽壓,使未飽和汽達(dá)到飽和狀態(tài),D對?？键c(diǎn)三

氣體壓強(qiáng)的計算1.平衡狀態(tài)下氣體壓強(qiáng)的求法參考液片法:選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象,分析液片兩側(cè)受力情況,建立平衡方程,消去面積,得到液片兩側(cè)壓強(qiáng)相等方程,求得氣體的壓強(qiáng)。力平衡法:選與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象進(jìn)行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得氣體的壓強(qiáng)。等壓面法:在連通器中,同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強(qiáng)相等。2.加速運(yùn)動系統(tǒng)中封閉氣體壓強(qiáng)的求法選與氣體接觸的液柱或活塞為研究對象,進(jìn)行受力分析,利用牛頓第二定律列方程求解。典例3

如圖所示,光滑水平面上放有一質(zhì)量為M的汽缸,汽缸內(nèi)放有一質(zhì)量為m的可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動的活塞,活塞面積為S?，F(xiàn)用水平恒力F向右推汽缸,最后汽缸和活塞達(dá)到相對靜止?fàn)顟B(tài),求此時缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)p。(已知外界大氣壓為p0)0答案

p

+解析 選取汽缸和活塞整體為研究對象,mFS

(M

+

m)相對靜止時有:F=(M+m)a再選活塞為研究對象,根據(jù)牛頓第二定律有:pS-p0S=ma0解得:p=p

+。mFS

(M

+

m)0

0mg

cos

θ答案

p0+

S解析 容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)與大氣壓和活塞的重力有關(guān)?；钊麑怏w產(chǎn)生的壓強(qiáng)為p'=mg

cos

θ

,S則容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p=p

+p'=p

+mg

cos

θ

。S3-1 如圖所示,內(nèi)壁光滑的圓柱形金屬容器內(nèi)有一個質(zhì)量為m、面積為S的活塞。容器固定放置在傾角為θ的斜面上。一定量的氣體被密封在容器內(nèi),溫度為T0,活塞底面與容器底面平行,距離為h。已知大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度為g。求:容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)為多大?3-2

如圖中兩個汽缸質(zhì)量均為M,內(nèi)部橫截面積均為S,兩個活塞的質(zhì)量均為m,左邊的汽缸靜止在水平面上,右邊的活塞和汽缸豎直懸掛在天花板

下。兩個汽缸內(nèi)分別封閉有一定質(zhì)量的空氣A、B,大氣壓為p0,求封閉氣體

A、B的壓強(qiáng)各多大?A

0mg

Mg答案

p0+

S

p0-

S解析 題圖甲中選活塞為研究對象,對其受力分析如圖1所示,則有p0S=

pp0S+mgpAS=p0S+mg得p

=p

+mgS圖1題圖乙中選汽缸為研究對象,對其受力分析,如圖2所示,則有p0S=pBS+MgB

0得p

=p

-Mg

。S圖2考點(diǎn)四

氣體實(shí)驗定律及狀態(tài)方程的應(yīng)用1.理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗定律的關(guān)系:p1V1

=

p2V2T1

T22.幾個重要的推論:(2)蓋—呂薩克定律的推論:ΔV=

ΔT(1)查理定律的推論:Δp=p1

ΔTT1V1T1(3)理想氣體狀態(tài)方程的推論:p0V0

=p1V1

+p2V2

+……T0

T1

T2典例4 [2015課標(biāo)Ⅰ,33(2),10分]如圖,一固定的豎直汽缸由一大一小兩個同軸圓筒組成,兩圓筒中各有一個活塞。已知大活塞的質(zhì)量為m1=2.50

kg,橫截面積為S

=80.0

cm2;小活塞的質(zhì)量為m

=1.50

kg,橫截面積為S

=40.0

cm1

2

22;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=40.0

cm;汽缸外大氣的壓強(qiáng)為p=1.02閉氣體的溫度為T1=495

K。現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降,活塞緩慢下移。忽略兩活塞與汽缸壁之間的摩擦,重力加速度大小g取10

m/s2。求0×105

Pa,溫度為T=303

K。初始時大活塞與大圓筒底部相距l(xiāng)

,兩活塞間封(ⅰ)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,缸內(nèi)封閉氣體的溫度;(ⅱ)缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達(dá)到熱平衡時,缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)。答案

(ⅰ)330

K (ⅱ)1.01×105

Pa解析

(ⅰ)設(shè)初始時氣體體積為V1,在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,缸內(nèi)封閉氣體的體積為V2,溫度為T2。由題給條件得V

=S1

21+S

①V2=S2l

②在活塞緩慢下移的過程中,用p1表示缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng),由力的平衡條件得S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p)

③故缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變。由蓋—呂薩克定律有l(wèi)

-l

l

2

2

④聯(lián)立①②④式并代入題給數(shù)據(jù)得T2=330

K⑤(ⅱ)在大活塞與大圓筒底部剛接觸時,被封閉氣體的壓強(qiáng)為p1。在此后與汽缸外大氣達(dá)到熱平衡的過程中,被封閉氣體的體積不變。設(shè)達(dá)到熱平衡時被封閉氣體的壓強(qiáng)為p',由查理定理,有⑥聯(lián)立③⑤⑥式并代入題給數(shù)據(jù)得p'=1.01×105

Pa⑦V1

=V2T1

T2p

'

=

p1T

T2分析氣體狀態(tài)變化的問題要抓住三點(diǎn)階段性:即弄清一個物理過程分為哪幾個階段。聯(lián)系性:即找出幾個階段之間是由什么物理量聯(lián)系起來的。

(3)規(guī)律性:即明確哪個階段應(yīng)遵循什么實(shí)驗定律。4-1 如圖所示,上端開口的圓柱形汽缸豎直放置,截面積為5×10-3

m2,一定質(zhì)量的氣體被質(zhì)量為2.0

kg的光滑活塞封閉在汽缸內(nèi),其壓強(qiáng)為

Pa(大氣壓強(qiáng)取1.01×105

Pa,g取10

m/s2)。若從初溫27

℃開始加熱氣體,使活塞離汽缸底部的高度由0.50

m緩慢地變?yōu)?.51m。則此時氣體的溫度為

℃。答案

1.05×105