物理課件（新教材粵教版）第十五章第2講固體液體和氣體

第2講目標要求1.了解固體的微觀結構，知道晶體和非晶體的特點，了解液晶的主要性質.2.了解表面張力現(xiàn)象和毛細現(xiàn)象，知道它們的產(chǎn)生原因.3.掌握氣體壓強的計算方法及氣體壓強的微觀解釋.4.能用氣體實驗定律解決實際問題，并會分析氣體圖像問題.固體、液體和氣體考點一固體和液體性質的理解考點二氣體壓強的計算考點三氣體實驗定律及應用課時精練考點四氣體狀態(tài)變化的圖像問題

內容索引考點一固體和液體性質的理解分類比較晶體非晶體單晶體多晶體外形有規(guī)則的幾何形狀無確定的幾何形狀無確定的幾何外形熔點確定______不確定物理性質各向異性___________各向同性1.固體(1)分類：固體分為

和

兩類.晶體又分為

和

.(2)晶體和非晶體的比較梳理必備知識晶體非晶體單晶體多晶體確定各向同性典型物質石英、云母、明礬、食鹽各種金屬玻璃、橡膠、蜂蠟、松香、瀝青轉化晶體和非晶體在一定條件下可以相互_____轉化2.液體(1)液體的表面張力①作用效果：液體的表面張力使液面具有

的趨勢，使液體表面積趨于最小，而在體積相同的條件下，

形表面積最小.②方向：表面張力跟液面

，跟這部分液面的分界線

.③形成原因：表面層中分子間距離比液體內部分子間距離大，分子間作用力表現(xiàn)為

.收縮球相切垂直引力(2)浸潤和不浸潤①當液體和與之接觸的固體的相互作用比液體分子之間的相互作用強時，液體能夠浸潤固定.反之，液體不浸潤固體.②毛細現(xiàn)象：浸潤液體在細管中

，不浸潤液體在細管中

.上升下降3.液晶(1)液晶的物理性質①具有液體的

.②具有晶體的

.(2)液晶的微觀結構從某個方向上看，其分子排列比較整齊，但從另一方向看，分子的排列是雜亂無章的.流動性光學各向異性1.晶體的所有物理性質都是各向異性的.(

)2.液晶是液體和晶體的混合物.(

)3.燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說明蜂蠟是晶體.(

)4.在空間站完全失重的環(huán)境下，水滴能收縮成標準的球形是因為液體表面張力的作用.(

)×××√例1

在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上石蠟，用燒熱的針尖接觸薄片背面上的一點，石蠟熔化區(qū)域的形狀如圖甲、乙、丙所示.甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關系如圖丁所示，則下列說法中正確的是A.甲一定是單晶體B.乙可能是金屬薄片C.丙在一定條件下可能轉化成乙D.甲內部的微粒排列是規(guī)則的，丙內部的微粒排列是不規(guī)則的考向1晶體和非晶體√例2

關于以下幾幅圖中現(xiàn)象的分析，下列說法正確的是A.甲圖中水黽停在水面而不沉，是浮力作用的結果B.乙圖中將棉線圈中肥皂膜刺破后，擴成一個圓孔，是表面張力作用的

結果C.丙圖液晶顯示器是利用液晶光學性質具有各向同性的特點制成的D.丁圖中的醬油與左邊材料不浸潤，與右邊材料浸潤考向2液體√因為液體表面張力的存在，水黽才能在水面上行走自如，故A錯誤；將棉線圈中肥皂膜刺破后，擴成一個圓孔，是表面張力作用的結果，故B正確；液晶顯示器是利用液晶光學性質具有各向異性的特點制成的，故C錯誤；從題圖丁中可以看出醬油與左邊材料浸潤，與右邊材料不浸潤(不浸潤液滴會因為表面張力呈球形)，故D錯誤.考點二氣體壓強的計算1.氣體壓強的計算(1)活塞模型如圖所示是最常見的封閉氣體的兩種方式.求氣體壓強的基本方法：先對活塞進行受力分析，然后根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程.圖甲中活塞的質量為m，活塞橫截面積為S，外界大氣壓強為p0.由于活塞處于平衡狀態(tài)，所以p0S＋mg＝pS，則氣體的壓強為p＝p0＋

.圖乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱處于平衡狀態(tài)，所以pS＋mg＝p0S，則氣體壓強為p＝p0－

＝p0－ρ液gh.(2)連通器模型如圖所示，U形管豎直放置.同一液體中的相同高度處壓強一定相等，所以氣體B和A的壓強關系可由圖中虛線聯(lián)系起來.則有pB＋ρgh2＝pA，而pA＝p0＋ρgh1，所以氣體B的壓強為pB＝p0＋ρg(h1－h(huán)2).2.氣體分子運動的速率分布圖像當氣體分子間距離大約是分子直徑的10倍時，分子間作用力十分微弱，可忽略不計；分子沿各個方向運動的機會均等；分子速率的分布規(guī)律按“中間多、兩頭少”的統(tǒng)計規(guī)律分布，且這個分布狀態(tài)與溫度有關，溫度升高時，平均速率會增大，如圖所示.3.氣體壓強的微觀解釋(1)產(chǎn)生原因：由于氣體分子無規(guī)則的熱運動，大量的分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生持續(xù)而穩(wěn)定的壓力.(2)決定因素(一定質量的某種理想氣體)①宏觀上：決定于氣體的溫度和體積.②微觀上：決定于分子的平均動能和分子的數(shù)密度.例3

(2022·江蘇卷·6)自主學習活動中，同學們對密閉容器中的氫氣性質進行討論，下列說法中正確的是A.體積增大時，氫氣分子的密集程度保持不變B.壓強增大是因為氫氣分子之間斥力增大C.因為氫氣分子很小，所以氫氣在任何情況下均可看成理想氣體D.溫度變化時，氫氣分子速率分布中各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的

百分比會變化√密閉容器中的氫氣質量不變，分子個數(shù)N0不變，根據(jù)n＝

可知，當體積增大時，單位體積的分子個數(shù)n變少，氫氣分子的密集程度變小，故A錯誤；氣體壓強產(chǎn)生的原因是大量氣體分子對容器壁進行持續(xù)的、無規(guī)則的撞擊，壓強增大并不是因為分子間斥力增大，故B錯誤；普通氣體在溫度不太低、壓強不太大的情況下才能看作理想氣體，故C錯誤；溫度是氣體分子平均動能的標志，大量氣體分子的速率呈現(xiàn)“中間多，兩頭少”的規(guī)律，溫度變化時，大量分子的平均速率會變化，即分子速率分布中各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比會變化，故D正確.例4

求氣缸中氣體的壓強.(大氣壓強為p0，重力加速度為g，活塞的質量為m，橫截面積為S，氣缸、物塊的質量均為M，活塞與氣缸間均無摩擦，均處于平衡狀態(tài))甲_________乙________丙______________例5

若已知大氣壓強為p0，液體密度均為ρ，重力加速度為g，圖中各裝置均處于靜止狀態(tài)，求各裝置中被封閉氣體的壓強.題圖甲中，以高為h的液柱為研究對象，由平衡條件有p甲S＋ρghS＝p0S所以p甲＝p0－ρgh題圖乙中，以B液面為研究對象，由平衡條件有p乙S＋ρghS＝p0Sp乙＝p0－ρgh題圖丙中，以B液面為研究對象，由平衡條件有p丙S＋ρghsin60°·S＝p0S題圖丁中，以A液面為研究對象，由平衡條件有p丁S＝p0S＋ρgh1S所以p丁＝p0＋ρgh1題圖戊中，從開口端開始計算，右端大氣壓強為p0，同種液體同一水平面上的壓強相同，所以b氣柱的壓強為pb＝p0＋ρg(h2－h(huán)1)，故a氣柱的壓強為pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h(huán)1－h(huán)3).考點三氣體實驗定律及應用1.氣體實驗定律梳理必備知識

玻意耳定律查理定律蓋—呂薩克定律內容一定質量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強與體積成_____一定質量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強與熱力學溫度成_____一定質量的某種氣體，在壓強不變的情況下，其體積與熱力學溫度成_____表達式p1V1＝______拓展：Δp＝拓展：ΔV＝反比正比正比p2V2微觀解釋一定質量的某種理想氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能

.體積減小時，分子的數(shù)密度

，氣體的壓強______一定質量的某種理想氣體，體積保持不變時，分子的數(shù)密度___

，溫度升高時，分子的平均動能

，氣體的壓強______一定質量的某種理想氣體，溫度升高時，分子的平均動能

.只有氣體的體積同時增大，使分子的數(shù)密度

，才能保持壓強不變圖像

不變增大保持不變增大增大增大減小增大2.理想氣體狀態(tài)方程(1)理想氣體：在任何溫度、任何

下都遵從氣體實驗定律的氣體.①在壓強不太大、溫度不太低時，實際氣體可以看作理想氣體.②理想氣體的分子間除碰撞外不考慮其他作用，一定質量的某種理想氣體的內能僅由

決定.壓強溫度1.壓強極大的實際氣體不遵從氣體實驗定律.(

)2.一定質量的理想氣體，當溫度升高時，壓強一定增大.(

)3.一定質量的理想氣體，溫度升高，氣體的內能一定增大.(

)√×√1.解題基本思路提升關鍵能力2.分析氣體狀態(tài)變化的問題要抓住三點(1)弄清一個物理過程分為哪幾個階段.(2)找出幾個階段之間是由什么物理量聯(lián)系起來的.(3)明確哪個階段應遵循什么實驗定律.例6

(2023·廣東廣州市越秀區(qū)月考)為了更方便監(jiān)控高溫鍋爐外壁的溫度變化，在鍋爐的外壁上鑲嵌一個導熱性能良好的氣缸，氣缸內氣體溫度可視為與鍋爐外壁溫度相等.氣缸開口向上，用質量為m＝1kg的活塞封閉一定質量的理想氣體，活塞橫截面積為S＝1cm2.當氣缸內溫度為300K時，活塞與氣缸底相距H＝6cm，活塞上部距活塞h＝4cm處有一用輕質繩懸掛的重物.當繩上拉力為零時，警報器報警.已知缸外氣體壓強p0＝×105Pa，重力加速度大小g＝10m/s2，不計活塞厚度及活塞與缸壁間的摩擦.求：(1)當活塞剛剛碰到重物時，鍋爐外壁溫度為多少？答案500K活塞上升過程缸內氣體發(fā)生等壓變化.V1＝HSV2＝(H＋h)S解得T2＝500K.(2)若鍋爐外壁的安全溫度為800K，那么重物的質量應是多少？答案1.2kg活塞碰到重物后到繩的拉力為零，缸內氣體發(fā)生等容變化，設重物質量為M，則p2S＝p0S＋mgp3S＝p0S＋(m＋M)g解得M＝1.2kg.例7

(2023·廣東佛山市模擬一)如圖所示，一粗細均勻的U形管豎直放置，A側上端封閉，B側上端與大氣相通，下端開口處開關K關閉，A側空氣柱的長度為L＝12.0cm，溫度為300K；B側水銀面比A側的高h＝4.0cm.已知大氣壓強p＝76.0cmHg.為了使A、B兩側的水銀面等高，可以用以下兩種方法：(1)開關關閉的情況下，改變A側氣體的溫度，使A、B兩側的水銀面等高，求此時A側氣體溫度；答案237.5K氣體壓強為p1＝p0＋4cmHg＝80cmHg，p2＝76cmHg依題意空氣柱長度L＝12.0cm，L2＝10.0cm，代入數(shù)據(jù)解得T2＝237.5K(2)在溫度不變的條件下，將開關K打開，從U形管中放出部分水銀，使A、B兩側的水銀面等高，再閉合開關K.求U形管中放出水銀的長度.(結果保留一位小數(shù))答案5.2cm溫度不變，由玻意耳定律得p1V1＝p3V3即p1LS＝p0L3S得L3≈12.6cm所以流出水銀長度為ΔL＝4cm＋0.6cm＋0.6cm＝5.2cm.考點四氣體狀態(tài)變化的圖像問題類別特點(其中C為常量)舉例p－VpV＝cT，即pV之積越大的等溫線溫度越高，線離原點越遠

p－

p－T

V－T

1.四種圖像的比較2.處理氣體狀態(tài)變化的圖像問題的技巧(1)首先應明確圖像上的點表示一定質量的理想氣體的一個狀態(tài)，它對應著三個狀態(tài)量；圖像上的某一條直線段或曲線段表示一定質量的理想氣體狀態(tài)變化的一個過程.看此過程屬于等溫、等容還是等壓變化，然后用相應規(guī)律求解.(2)在V－T圖像(或p－T圖像)中，比較兩個狀態(tài)的壓強(或體積)時，可比較這兩個狀態(tài)到原點連線的斜率的大小，斜率越大，壓強(或體積)越?。恍甭试叫?，壓強(或體積)越大.例8

一定質量的理想氣體經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化，其p－

圖像如圖所示，變化順序為A→B→C→D→A，圖中AB線段延長線過坐標原點，CD線段與p軸垂直，DA線段與

軸垂直.氣體在此狀態(tài)變化過程中A.A→B過程，壓強減小，溫度不變，體積增大B.B→C過程，壓強增大，溫度降低，體積減小C.C→D過程，壓強不變，溫度升高，體積減小D.D→A過程，壓強減小，溫度升高，體積不變√由題圖可知，A→B過程，氣體發(fā)生等溫變化，氣體壓強減小，體積增大，故A正確；例9

(2021·全國甲卷·33(1))如圖，一定量的理想氣體經(jīng)歷的兩個不同過程，分別由體積－溫度(V－t)圖上的兩條直線Ⅰ和Ⅱ表示，V1和V2分別為兩直線與縱軸交點的縱坐標；t0是它們的延長線與橫軸交點的橫坐標，t0＝－273.15℃；a為直線Ⅰ上的一點.由圖可知，氣體在狀態(tài)a和b的壓強1t＝0℃時，當氣體體積為V1時，設其壓強為p1，當氣體體積為V2時，設其壓強為p2，溫度相等，由玻意耳定律有p1V1＝p2V2由于直線Ⅰ和Ⅱ為兩條等壓線，則有p1＝pb，p2＝pc五課時精練1234567891011基礎落實練√松土是把地面的土壤鋤松，目的是破壞這些土壤里的毛細管，防止發(fā)生浸潤現(xiàn)象，可有效減少水分蒸發(fā)，保存水分，A正確，B錯誤；水對土壤是浸潤液體，松土保墑是利用了浸潤液體在細管中上升，不浸潤液體在細管中下降的原理，C錯誤；松土除了保墑、刈草外，還減少土壤下水分蒸發(fā)，提高地溫，D錯誤.12345678910112.下列說法中正確的是A.液晶的分子排列會因所加電壓的變化而變化，由此引起光學性質的改變B.在處于失重狀態(tài)的宇宙飛船中，一大滴水銀會呈球狀，這是因為液體

內分子間有相互吸引力C.水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干凈的玻璃板上卻不能，

這是因為油脂使水的表面張力增大D.當兩薄玻璃板間夾有一層水膜時，在垂直于玻璃板的方向很難將玻璃

板拉開，這是由于水膜具有表面張力√12345678910111234567891011液晶的分子排列會因所加電壓的變化而變化，由此引起光學性質的改變，A正確；在處于失重狀態(tài)的宇宙飛船中，一大滴水銀會成球狀，是表面張力原因，B錯誤；水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，這是不浸潤的結果，而在干凈的玻璃板上不能形成水珠，這是浸潤的結果，C錯誤；玻璃板很難被拉開是由于分子引力和大氣壓的作用，D錯誤.3.(多選)玻璃的出現(xiàn)和使用在人類生活里已有四千多年的歷史，它是一種非晶體，下列關于玻璃的說法正確的是A.沒有固定的熔點B.天然具有規(guī)則的幾何形狀C.沿不同方向的導熱性能相同D.分子在空間上周期性排列√1234567891011√1234567891011玻璃是非晶體，根據(jù)非晶體的特點可知，非晶體是指組成物質的分子(或原子、離子)在空間上不呈周期性排列的固體，它沒有一定規(guī)則的外形，它的物理性質在各個方向上都是相同的，叫各向同性，它沒有固定的熔點，故A、C正確，B、D錯誤.4.(多選)對于一定質量的理想氣體，下列論述正確的是A.氣體的壓強由溫度和單位體積內的分子個數(shù)共同決定B.若單位體積內分子個數(shù)不變，當分子熱運動加劇時，壓強可能不變C.若氣體的壓強不變而溫度降低，則單位體積內分子個數(shù)一定增加D.若氣體的壓強不變而溫度降低，則單位體積內分子個數(shù)可能不變1234567891011√√1234567891011氣體的壓強由氣體的溫度和單位體積內的分子個數(shù)共同決定，故A正確；單位體積內分子個數(shù)不變，當分子熱運動加劇時，單位面積上的碰撞次數(shù)和碰撞的平均力都增大，因此這時氣體壓強一定增大，故B錯誤；若氣體的壓強不變而溫度降低，則氣體的體積減小，則單位體積內分子個數(shù)一定增加，故C正確，D錯誤.5.(2023·福建省名校聯(lián)盟測試)負壓病房是收治傳染性極強的呼吸道疾病病人所用的醫(yī)療設施，可以大大減少醫(yī)務人員被感染的概率，病房中氣壓小于外界環(huán)境的大氣壓.若負壓病房的溫度和外界溫度相同，負壓病房內氣體和外界環(huán)境中氣體都可以看成理想氣體，則以下說法正確的是A.負壓病房內氣體分子的平均動能小于外界環(huán)境中氣體分子的平均動能B.負壓病房內每個氣體分子的運動速率都小于外界環(huán)境中每個氣體分子

的運動速率C.負壓病房內單位體積氣體分子的個數(shù)小于外界環(huán)境中單位體積氣體分

子的個數(shù)D.相同面積負壓病房內壁受到的氣體壓力等于外壁受到的氣體壓力√12345678910111234567891011因為負壓病房的溫度和外界溫度相同，而溫度是分子平均動能的標志，則負壓病房內氣體分子的平均動能等于外界環(huán)境中氣體分子的平均動能，負壓病房內每個氣體分子的運動速率不一定都小于外界環(huán)境中每個氣體分子的運動速率，A、B錯誤；負壓病房內的壓強較小，溫度與外界相同，則分子的數(shù)密度較小，即負壓病房內單位體積氣體分子的個數(shù)小于外界環(huán)境中單位體積氣體分子的個數(shù)，C正確；負壓病房內的壓強較小，根據(jù)F＝pS可知，相同面積負壓病房內壁受到的氣體壓力小于外壁受到的氣體壓力，D錯誤.6.一定質量的理想氣體經(jīng)歷了如圖所示的ab、bc、cd、da四個過程，其中bc的延長線通過原點，cd垂直于ab且與水平軸平行，da與bc平行，則氣體體積在A.ab過程中不斷減小 B.bc過程中保持不變C.cd過程中不斷增大 D.da過程中保持不變√12345678910111234567891011因為bc的延長線通過原點，所以bc是等容線，即氣體體積在bc過程中保持不變，B正確；ab是等溫線，壓強減小則體積增大，A錯誤；cd是等壓線，溫度降低則體積減小，C錯誤；連接aO交cd于e，則ae是等容線，即Va＝Ve，因為Vd<Ve，所以Vd<Va，所以da過程中氣體體積發(fā)生變化，D錯誤.√1234567891011能力綜合練1234567891011初態(tài)時，對“工”字形活塞整體受力分析，有pASA＋M工g＋p0SB＝pBSB＋p0SA，對上面氣缸受力分析，有pASA＝p0SA＋M上缸g，末態(tài)時，對“工”字形活塞整體受力分析，有pA′SA＋M工g＋p0SB＝pB′SB＋p0SA，對上面氣缸受力分析，有pA′SA＝p0SA＋M上缸g，聯(lián)立方程解得pA′＝pA，pB′＝pB，對A、B兩部分氣體，1234567891011因溫度降低，pA′＝pA，pB′＝pB，則VA′＜VA、VB′＜VB，則活塞下降，上面氣缸下降，才能使A、B氣體體積均變小，故選A.12345678910118.(2023·廣東廣州市越秀區(qū)模擬)如圖所示，在湖水里固定一個導熱性較好的長圓管，管內橫截面積為S＝2cm2，管內有一活塞封閉著一定質量的理想氣體，當白天外界溫度為27℃時，活塞的下端距湖面的高度為h1＝70cm，圓管內、外水面高度差為h2＝50cm，大氣壓強為p0＝×105Pa，且保持不變，湖水的密度為ρ＝×103kg/m3，取重力加速度g＝10m/s2，求：(1)活塞的質量；答案0.1kg1234567891011設活塞的質量為m，由平衡條件有p0S＋mg＝p0S＋ρgh2S解得m＝0.1kg；1234567891011(2)當夜晚外界溫度為7℃時，活塞的下端距湖面的高度.答案62cm1234567891011設外界溫度為7℃時，由于被封氣體壓強不變，發(fā)生等壓變化，設活塞的下端距湖面的高度為h3V1＝(h1＋h2)ST1＝(27＋273)K＝300KV2＝(h3＋h2)ST2＝(7＋273)K＝280K解得h3＝62cm.9.(2021·廣東卷·15(2))為方便抽取密封藥瓶里的藥液，護士一般先用注射器注入少量氣體到藥瓶里后再抽取藥液，如圖所示，某種藥瓶的容積為0.9mL，內裝有0.5mL的藥液，瓶內氣體壓強為×105Pa，護士把注射器內橫截面積為0.3cm2、長度為0.4cm、壓強為×105Pa的氣體注入藥瓶，若瓶內外溫度相同且保持不變，氣體視為理想氣體，求此時藥瓶內氣體的壓強.1234567891011答案×105Pa1234567891011以注入后的所有氣體為研究對象，由題意可知瓶內氣體發(fā)生等溫變化，設瓶內氣體體積為V1，有V1＝0.9mL－0.5mL＝0.4mL＝0.4cm3注射器內氣體體積為V2，有V2＝×0.4cm3＝0.12cm3根據(jù)玻意耳定律有p0(V1＋V2