第十一章 第二講 固體、液體與氣體

一、晶體與非晶體分類比較晶體非晶體單晶體多晶體外形規(guī)則不規(guī)則熔點(diǎn)確定不確定物理性質(zhì)

各向

各向原子排列有規(guī)則，但多晶體每個(gè)晶體間的排列無規(guī)則無規(guī)則不規(guī)則異性同性分類比較晶體非晶體單晶體多晶體形成與轉(zhuǎn)化有的物質(zhì)在不同條件下能夠形成不同的

．同一物質(zhì)可能以

和

兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，有些

在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為典型物質(zhì)石英、云母、食鹽、硫酸銅玻璃、蜂蠟、松香晶體晶體非晶體非晶體晶體二、液體1．液體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)分子間的距離很?。?2)液體分子間的相互作用力很大；(3)分子的熱運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)表現(xiàn)為振動(dòng)與移動(dòng)相結(jié)合．2．液體的表面張力(1)作用：液體的表面張力使液面具有收縮的趨勢．(2)方向：表面張力跟液面相切，跟這部分液面的分界線垂直．(3)大小：液體的溫度越高，表面張力越?。灰后w中溶有雜質(zhì)時(shí)，表面張力變??；液體的密度越大，表面張力越大．三、氣體1．氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)氣體分子間距較大，分子力可以忽略，因此分子間除碰撞外不受其他力的作用，故氣體能充滿它能達(dá)到的整個(gè)空間．(2)分子做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，速率有大有小，且時(shí)而變化，大量分子的速率按“中間多，兩頭少”的規(guī)律分布．(3)溫度升高時(shí)，速率小的分子數(shù)減少，速率大的分子數(shù)增加，分子的平均速率將增大，但速率分布規(guī)律不變．2．幾種常見情況的壓強(qiáng)計(jì)算(1)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)下的氣體壓強(qiáng)計(jì)算方法①液體封閉的氣體壓強(qiáng)的確定．平衡法：選與氣體接觸的液柱為研究對象進(jìn)行受力分析，利用它的受力平衡，求出氣體的壓強(qiáng)．取等壓面法：根據(jù)同種液體在同一水平液面處壓強(qiáng)相等，在連通器內(nèi)靈活選取等壓面，由兩側(cè)壓強(qiáng)相等建立方程求出壓強(qiáng)．液體內(nèi)部深度為h處的總壓強(qiáng)為p＝p0＋ρgh.②固體(活塞或汽缸)封閉的氣體壓強(qiáng)的確定．由于該固體必定受到被封閉氣體的壓力，所以可通過對該固體進(jìn)行受力分析由平衡條件建立方程，來找出氣體壓強(qiáng)與其他各力的關(guān)系．(2)加速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算方法：一般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．3．三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律4．理想氣體的狀態(tài)方程(1)理想氣體①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(yàn)定律的氣體，實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太大、溫度不太低的條件下，可視為理想氣體．②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．[特別提醒]

(1)氣體實(shí)驗(yàn)定律可看成理想氣體狀態(tài)方程的特例．(2)一般情況下，壓強(qiáng)參量從受力角度分析，而體積參量要從幾何角度分析，溫度參量要注意溫標(biāo)的選取．5．有關(guān)圖象的處理方法(1)利用垂直于坐標(biāo)軸的線作輔助線去分析同質(zhì)量、不同溫度的兩條等溫線，不同體積的兩條等容線，不同壓強(qiáng)的兩條等壓線的關(guān)系．例如：如圖11－2－1中，V1對應(yīng)虛線為等容線，A、B是與T2、T1兩線的交點(diǎn)，可以認(rèn)為從B狀態(tài)通過等容升壓到A狀態(tài)，溫度必然升高，所以T2＞T1.又如圖11－2－2中，A、B為等溫線，從B狀態(tài)到A狀態(tài)壓強(qiáng)增大，體積一定減小，所以V2＜V1.(2)一定質(zhì)量的氣體不同圖象的比較[特別提醒]在應(yīng)用氣體圖象分析問題時(shí)，一定要看清縱、橫坐標(biāo)所代表的物理量，同時(shí)要注意橫坐標(biāo)表示的是攝氏溫度還是熱力學(xué)溫度．[典例啟迪][例1]

(1)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(2)經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，表面張力的大小與液體的種類、溫度和邊界長度有關(guān)，我們把某種液體在一定溫度下單位邊界長度的表面張力大小定義為這種液體的表面張力系數(shù)，它的大小反映了液體表面張力作用的強(qiáng)弱．圖11－2－3所示是測量表面張力系數(shù)的一種方法．若已知金屬環(huán)質(zhì)量為m＝0.10kg，半徑為r＝0.20m，當(dāng)用FT＝1.15N的力向上提金屬環(huán)時(shí)，恰好可以將金屬環(huán)提離液面，求該種液體的表面張力系數(shù)α.(g＝9.80m/s2)[思路點(diǎn)撥]

解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩個(gè)方面：(1)單晶體、多晶體和非晶體的特性區(qū)別．(2)金屬環(huán)恰好不離液面時(shí)處于平衡狀態(tài)，其合力為零．[解析]

(1)所有的金屬都是晶體，因而黃金也是晶體，只是因?yàn)槎嗑w內(nèi)部小晶粒的排列雜亂無章，才使黃金沒有規(guī)則的幾何形狀，A錯(cuò)誤；同一種物質(zhì)可以形成多種晶體，如碳可以形成金剛石和石墨兩種晶體，故B錯(cuò)誤；單晶體的物理性質(zhì)各向異性是指某些物理性質(zhì)各向異性，有些物理性質(zhì)各向同性，故C錯(cuò)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．[答案]

(1)D

(2)6.77×10－2N/m[歸納領(lǐng)悟](1)本題屬于信息給予題，根據(jù)所學(xué)物理知識(shí)，結(jié)合題目描述的內(nèi)容，理解所給信息的含義，是解決這類問題的關(guān)鍵．(2)當(dāng)環(huán)將提離液面時(shí)，液面對環(huán)的內(nèi)外表面張力的合力方向豎直向下，作用長度為4πr.[題組突破]1．(多選)關(guān)于液體的表面張力，下列說法中正確的是(

)A．表面張力是液體各部分間的相互作用B．液體表面層分子分布比液體內(nèi)部稀疏，分子間相互作用表現(xiàn)為引力C．表面張力的方向總是垂直于液面，指向液體內(nèi)部的D．表面張力的方向總是沿液面分布的解析：表面張力是液體表面之間的相互引力，而不是液體內(nèi)部各部分之間的作用，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；從分子動(dòng)理論解釋，選項(xiàng)B正確；表面張力方向總是沿液面分布的，如果液面是平面，表面張力就在平面上；如果液面是曲面，表面張力就在液面的切面上，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確．答案：BD2．（多選）(2011·東營模擬)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)，石蠟熔化的范圍如圖11－2－4中(1)、(2)、(3)所示，而甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時(shí)間變化的關(guān)系如圖(4)所示．下列判斷正確的是 (

)A．甲、乙為非晶體，丙是晶體B．甲、丙為晶體，乙是非晶體C．甲、丙為非晶體，乙是晶體D．甲為多晶體，乙為非晶體，丙為單晶體解析：由圖(1)、(2)、(3)可知：甲、乙具有各向同性，丙具有各向異性；由圖(4)可知：甲、丙有固定的熔點(diǎn)，乙無固定的熔點(diǎn)，所以甲、丙為晶體，乙是非晶體．其中甲為多晶體，丙為單晶體．答案：BD3．（多選）關(guān)于液晶，下列說法中正確的有(

)A．液晶是一種晶體B．液晶分子的空間排列是穩(wěn)定的，具有各向異性C．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨溫度的變化而變化D．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化解析：液晶的微觀結(jié)構(gòu)介于晶體和液體之間，雖然液晶分子在特定方向排列比較整齊，具有各向異性，但分子的排列是不穩(wěn)定的，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤．外界條件的微小變化都會(huì)引起液晶分子排列的變化，從而改變液晶的某些性質(zhì)．溫度、壓力、外加電壓等因素變化時(shí)，都會(huì)改變液晶的光學(xué)性質(zhì)，選項(xiàng)C、D正確．答案：CD[典例啟迪]

[例2]

（多選）如圖11－2－5所示，一汽缸豎直倒放，汽缸內(nèi)有一質(zhì)量不可忽略的活塞，將一定量的理想氣體封在汽缸內(nèi)，活塞與汽缸壁無摩擦，氣體處于平衡狀態(tài)．現(xiàn)保持溫度不變把汽缸稍微傾斜一點(diǎn)，在達(dá)到平衡后，與原來相比，則(

)A．氣體的壓強(qiáng)變大B．氣體的壓強(qiáng)變小C．氣體的體積變小D．氣體的體積變大[思路點(diǎn)撥]

根據(jù)活塞受力平衡分析氣體的壓強(qiáng)及其體積變化．[答案]

AC[歸納領(lǐng)悟](1)平衡狀態(tài)下氣體壓強(qiáng)的求法①參考液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計(jì))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)．②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)．③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(dòng)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．[題組突破]4．如圖11－2－6所示，只有一端開口的U形玻璃管，豎直放置，用水銀封住兩段空氣柱Ⅰ和Ⅱ，大氣壓為p0，水銀柱高為壓強(qiáng)單位，那么空氣柱Ⅰ的壓強(qiáng)p1為

(

)A．p1＝p0＋h

B．p1＝p0－h(huán)C．p1＝p0＋2hD．p1＝p0解析:

取左側(cè)h高水銀柱為研究對象，受力如圖所示，其中p0S＋ρShg是右側(cè)Ⅱ氣體給左側(cè)h水銀柱的向上壓力(連通器原理)，則由平衡條件知p0S＋ρShg＝p1S＋ρShg，解得p1＝p0，故D正確．答案:

D5．(2010·廣東高考)如圖11－2－7所示，某種自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)水時(shí)，與洗衣缸相連的細(xì)管中會(huì)封閉一定質(zhì)量的空氣，通過壓力傳感器感知管中的