2025年高考物理一輪總復習課件 第15章 第37講 固體、液體和氣體

第十五章熱學第37講固體、液體和氣體知識梳理·易錯辨析核心考點·重點突破提能訓練練案[74]知識梳理·易錯辨析一、固體1．分類：固體分為_______和________兩類。晶體又分為________和__________。2．晶體與非晶體的比較比較晶體非晶體單晶體多晶體外形有確定的幾何外形無確定的幾何外形無確定的幾何外形熔點確定________不確定晶體非晶體單晶體多晶體確定比較晶體非晶體單晶體多晶體物理性質(zhì)各向異性____________各向同性典型物質(zhì)石英、云母、明礬、食鹽玻璃、橡膠轉(zhuǎn)化晶體和非晶體在一定條件下可以________注意：單晶體物理性質(zhì)具有各向異性，但不是在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性。各向同性轉(zhuǎn)化二、液體、液晶1．液體的微觀結構特點(1)分子間的距離很??；在液體內(nèi)部分子間的距離在10－10m左右。(2)液體分子間的相互作用力很大，但比固體分子間的作用力要小。(3)分子的熱運動特點表現(xiàn)為振動與移動相結合。2．液體表面張力形成原因表面層中分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大，分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力表面特性表面層分子間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力，使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜，分子勢能大于液體內(nèi)部的分子勢能方向和液面相切，垂直于液面上的分界線效果表面張力使液體表面具有收縮趨勢，使液體表面積趨于最小，而在體積相同的條件下，球形的表面積最小注意：表面張力使液體的表面趨于最小，體積相同的情況下，球形的表面積最小。3．浸潤和不浸潤毛細現(xiàn)象(1)浸潤和不浸潤①一種液體會________某種固體并________在固體的表面上，這種現(xiàn)象叫作________；一種液體不會潤濕某種固體，也就不會附著在這種固體的表面上，這種現(xiàn)象叫作__________。②附著層：當液體與________接觸時，接觸的位置形成一個液體薄層，叫作附著層。③浸潤和不浸潤是__________作用的表現(xiàn)。潤濕附著浸潤不浸潤固體分子力(2)毛細現(xiàn)象①毛細現(xiàn)象：浸潤液體在細管中________的現(xiàn)象，以及不浸潤液體在細管中________的現(xiàn)象，稱為毛細現(xiàn)象。②毛細管內(nèi)外液面的高度差與毛細管的內(nèi)徑有關，毛細管的內(nèi)徑越小，高度差________。上升下降越大4．液晶的物理性質(zhì)(1)具有________的流動性。(2)具有晶體的光學各向________。(3)在某個方向上看，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。液體異性三、氣體的性質(zhì)及氣體壓強的計算1．氣體分子運動的特點(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____________。(2)分子做無規(guī)則的運動，速率有大有小，且時時變化，大量分子的速率按“__________，__________”的規(guī)律分布。(3)溫度升高時，速率小的分子數(shù)________，速率大的分子數(shù)________，分子的平均速率將________，但速率分布規(guī)律不變。整個空間中間多兩頭少減少增多增大(4)氣體分子運動的速率分布圖像2．氣體的壓強(1)產(chǎn)生原因由于大量分子無規(guī)則地運動而碰撞器壁，形成對器壁各處均勻、持續(xù)的壓力，作用在器壁____________上的壓力叫作氣體的壓強。(3)決定因素①宏觀上：決定于氣體的________和________。②微觀上：決定于分子的____________和______________。單位面積單位面積溫度體積平均動能分子數(shù)密度(4)常用單位及換算關系①國際單位制單位：__________，符號：Pa,1Pa＝1N/m2。②常用單位：______________(atm)；厘米汞柱(cmHg)。③換算關系：1atm＝_______cmHg＝1.013×105Pa≈1.0×105Pa。帕斯卡標準大氣壓76四、氣體實驗定律及微觀解釋1．氣體實驗定律名稱項目玻意耳定律查理定律蓋—呂薩克定律成立條件質(zhì)量一定，________不變質(zhì)量一定，________不變質(zhì)量一定，________不變溫度體積壓強2．氣體實驗定律的微觀解釋(1)玻意耳定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能________。在這種情況下，體積減小時，分子的數(shù)密度增大，單位時間內(nèi)、單位面積上碰撞器壁的分子數(shù)就多，氣體的壓強________。(2)蓋—呂薩克定律的微觀解釋一定質(zhì)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)密度減小，才能保持壓強________。不變增大增大不變(3)查理定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，體積保持不變時，分子的數(shù)密度________。在這種情況下，溫度升高時，分子的平均動能增大，氣體的壓強________。不變增大五、理想氣體狀態(tài)方程1．理想氣體：在任何溫度、任何壓強下都遵從________________的氣體。(1)理想氣體是經(jīng)過科學抽象而建立的______________，實際上并不存在。(2)理想氣體不考慮分子間作用力，不存在____________，內(nèi)能只與________有關，與體積無關。(3)實際氣體(特別是不易液化的氣體)在壓強不太大，溫度不太低時可看作理想氣體。氣體實驗定律理想化模型分子勢能溫度C(常量)1．大塊晶體粉碎成形狀相同的顆粒，每個顆粒即一個單晶體。()2．單晶體的所有物理性質(zhì)都是各向異性的。()3．單晶體有天然規(guī)則的幾何形狀，是因為單晶體的物質(zhì)微粒是規(guī)則排列的。()4．氣體的壓強是由氣體的自身重力產(chǎn)生的。()5．有無確定的熔點是區(qū)分晶體和非晶體比較準確的方法。()××√×√6．液晶具有液體的流動性，又具有晶體的光學各向異性。()7．船浮于水面上不是由于液體的表面張力。()8．壓強極大的氣體不再遵從氣體實驗定律。()√√√核心考點·重點突破1固體和液體(基礎考點·自主探究)1．對晶體和非晶體的理解(1)凡是具有確定熔點的物體必定是晶體，反之，必是非晶體。(2)凡是具有各向異性的物體必定是晶體，且是單晶體。(3)單晶體具有各向異性，但不是在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性。(4)晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。2．晶體的微觀結構(1)晶體的微觀結構特點：組成晶體的物質(zhì)微粒有規(guī)則地、周期性地在空間排列。(2)用晶體的微觀結構特點解釋晶體的特點現(xiàn)象原因晶體有確定的幾何外形內(nèi)部微粒有規(guī)則地排列晶體物理性質(zhì)各向異性內(nèi)部從任一結點出發(fā)在不同方向的微粒的分布情況不同晶體的多形性組成晶體的微粒可以形成不同的空間點陣3.浸潤和不浸潤的產(chǎn)生原因(1)不浸潤產(chǎn)生原因：固體分子對附著層內(nèi)分子的引力小于液體分子對附著層內(nèi)分子的引力，附著層的液體分子比液體內(nèi)部的分子稀疏，也就是說，附著層內(nèi)液體分子間的距離大于分子力平衡的距離r0，附著層內(nèi)分子間的作用表現(xiàn)為引力，附著層有收縮的趨勢，就像液體表面張力的作用一樣。(2)浸潤產(chǎn)生原因：固體分子對附著層內(nèi)分子的引力大于液體分子對附著層內(nèi)分子的引力，附著層內(nèi)分子間的距離小于液體內(nèi)部分子間的距離，附著層內(nèi)分子之間的作用表現(xiàn)為斥力，附著層有擴展的趨勢?！靖櫽柧殹?晶體與非晶體)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)域的形狀分別如圖(a)、(b)、(c)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(d)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(zhuǎn)化成乙D．甲內(nèi)部的微粒排列是規(guī)則的，丙內(nèi)部的微粒排列是不規(guī)則的C[解析]

丙上面的石蠟熔化的區(qū)域為橢圓形，導熱上表現(xiàn)為各向異性，則丙為單晶體，根據(jù)溫度隨加熱時間變化關系可知，甲是晶體，乙是非晶體，金屬屬于晶體，故乙不可能是金屬薄片，甲在導熱上具有各向同性，從題中不能確定甲在其他性質(zhì)上是否具有各向異性，因此甲可能是單晶體，也可能是多晶體，故A、B錯誤；一定條件下，晶體和非晶體可以相互轉(zhuǎn)化，故C正確；甲和丙都是晶體，所以其內(nèi)部的微粒排列都是規(guī)則的，故D錯誤。(表面引力)(多選)下列說法中正確的是()A．圖甲所示，雨水沒有透過布雨傘是因為液體表面存在張力B．圖乙所示，夏天荷葉上小水珠呈球狀是由于液體表面張力使其表面積具有收縮到最小趨勢的緣故C．液體分子的熱運動沒有長期固定的平衡位置D．圖丙所示，小木塊能夠浮于水面上是液體表面張力與其重力平衡的結果ABC[解析]

雨水不能透過布雨傘，是因為液體表面存在張力，故A正確；荷葉上小水珠呈球狀，是由于液體表面張力使其表面積具有收縮到最小趨勢的緣故，故B正確；液體具有流動性的原因是液體分子熱運動的平衡位置不固定，液體分子可以在液體中移動，故C正確；小木塊浮于水面上時，木塊的下部實際上已經(jīng)陷入水中(排開一部分水)，受到水的浮力作用，是浮力與重力平衡的結果，而非液體表面張力的作用，故D錯誤。(液晶的特點)(多選)關于液晶，下列說法中正確的是()A．液晶不是液體和晶體的混合物B．液晶的光學性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向異性C．電子手表中的液晶在外加電壓的影響下，能夠發(fā)光D．所有物質(zhì)都具有液晶態(tài)AB[解析]

液晶并不是指液體和晶體的混合物，而是一種特殊的物質(zhì)，液晶像液體一樣具有流動性，液晶的光學性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向異性，故A、B兩項正確；當液晶通電時導通，排列變得有秩序，使光線容易通過，不通電時排列混亂，阻止光線通過，所以液晶的光學性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化，液晶并不發(fā)光，故C項錯誤；不是所有的物質(zhì)都有液晶態(tài)，故D項錯誤。(表面張力產(chǎn)生的原因)2021年12月9日中國空間站首次太空授課活動中，航天員王亞平做了一個“水球開花”實驗。她將用紙做的小花輕輕放在水球表面，紙花迅速綻放。下列說法正確的是()A．紙花綻放過程中水面對小花做正功B．水球表面上水分子間的作用力表現(xiàn)為斥力C．表面層水分子間的平均距離比內(nèi)部分子間的平均距離小D．水分子間存在相互作用的引力和斥力，當分子間距增大時，引力變化的快A[解析]

在水球表面分子力表現(xiàn)為引力，紙花綻放的過程中，分子力與移動方向相同，可知水面對小花做正功，故A正確；液體表面層由于蒸發(fā)等原因?qū)е路肿訑?shù)較少，則表面層水分子間的平均距離比內(nèi)部分子間的平均距離大，故水球表面上水分子間的作用力表現(xiàn)為引力，故B、C錯誤；水分子間存在相互作用的引力和斥力，分子間距增大時，斥力變化的快，故D錯誤。2氣體壓強的計算和微觀解釋(能力考點·深度研析)1．活塞模型如圖所示是最常見的封閉氣體的兩種方式。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)。(1)若已知大氣壓強為p0，圖甲、乙、丙中各裝置均處于靜止狀態(tài)，圖中液體密度均為ρ，求被封閉氣體的壓強；(2)如圖丁、戊中兩個汽缸質(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；(3)如圖己所示，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，最后汽缸和活塞達到相對靜止狀態(tài)，求此時缸內(nèi)封閉氣體的壓強p。(已知外界大氣壓為p0)[解析]

(1)在題圖甲中，以高為h的液柱為研究對象，由二力平衡知p甲S＋ρghS＝p0S所以p甲＝p0－ρgh在題圖乙中，以B液面為研究對象，由平衡方程F上＝F下有p乙S＋ρghS＝p0Sp乙＝p0－ρgh在題圖丙中，仍以B液面為研究對象，有p丙＋ρghsin60°＝p0【跟蹤訓練】(連通器模型氣體壓強的計算)如圖為一注水的玻璃裝置，玻璃管D、E上端與大氣相通，利用玻璃管C使A、B兩球上部相通，D、C、E三管與兩球接口處緊密封接。當A、B、D的水面高度差如圖所示時，E管內(nèi)水相對B中水面的高度差h應等于()A．0.6m B．0.8mC．1.2m D．1.5mD[解析]

利用玻璃管C使A、B兩球上部相通，可得pA＝pB，根據(jù)壓強關系pA＝p0＋ρgh1，pB＝p0＋ρgh，聯(lián)立可得h＝h1＝1.5m，故選D。(活塞模型氣體壓強的計算)如圖所示，汽缸由兩個截面不同的圓筒連接而成，活塞A、B被輕質(zhì)剛性細桿連接在一起，可無摩擦移動，A、B的質(zhì)量分別為mA＝12kg、mB＝8.0kg，橫截面積分別為SA＝4.0×10－2m2、SB＝2.0×10－2m2，一定質(zhì)量的理想氣體被封閉在兩活塞之間，活塞外側(cè)與大氣相通，大氣壓強p0＝1.0×105Pa。(1)汽缸水平放置達到如圖甲所示的平衡狀態(tài)，求氣體的壓強p1；(2)將汽缸豎直放置，達到平衡，如圖乙所示，求氣體的壓強p2。[答案]

(1)1.0×105Pa

(2)1.1×105Pa[解析]

(1)汽缸處于題圖甲所示位置時，汽缸內(nèi)氣體壓強為p1，對于活塞和桿，由力的平衡條件得p0SA＋p1SB＝p1SA＋p0SB解得p1＝1.0×105Pa。(2)汽缸處于題圖乙所示位置時，汽缸內(nèi)氣體壓強為p2，對于活塞和桿，由力的平衡條件得p0SA＋p2SB＋(mA＋mB)g＝p2SA＋p0SB解得p2＝1.1×105Pa。(氣體壓強的微觀解釋)(多選)對于一定質(zhì)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(nèi)的分子個數(shù)共同決定B．若單位體積內(nèi)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(nèi)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(nèi)分子個數(shù)可能不變AC[解析]

氣體的壓強由氣體的溫度和單位體積內(nèi)的分子個數(shù)共同決定，故A正確；單位體積內(nèi)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(nèi)分子個數(shù)一定增加，故C正確，D錯誤。(氣體分子運動的速率分布圖像)如圖1所示，一個內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸，汽缸內(nèi)用輕質(zhì)絕熱活塞封閉一定質(zhì)量理想氣體?，F(xiàn)向活塞上表面緩慢倒入細砂，如圖2為倒入過程中氣體先后出現(xiàn)的分子速率分布圖像，則()A．曲線②先出現(xiàn)，此時氣體內(nèi)能比曲線①時大B．曲線①先出現(xiàn)，此時氣體內(nèi)能比曲線②時小C．曲線②和曲線①下方的面積不等D．曲線②出現(xiàn)時氣體分子單位時間對缸壁單位面積撞擊次數(shù)比曲線①時少B[解析]

向活塞上表面緩慢倒入細砂，重力逐漸增大，活塞壓縮氣體，外界對氣體做功，處在絕熱汽缸中的氣體，內(nèi)能增大，溫度升高，由圖中曲線可知，曲線②中分子速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)百分比較大，即曲線②的溫度較高，所以曲線①先出現(xiàn)，此時氣體內(nèi)能比曲線②時小，A錯誤，B正確；因為分子總數(shù)一定，所以兩曲線與橫軸所圍成的面積應相等，C錯誤；曲線②中分子速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)百分比較大，即曲線②的溫度較高，內(nèi)能較大，因此曲線②出現(xiàn)時氣體分子單位時間對缸壁單位面積撞擊次數(shù)比曲線①時多，D錯誤。3氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程的應用(能力考點·深度研析)1．氣態(tài)方程與氣體實驗定律的關系?考向1

“玻璃管液封”模型求液柱封閉的氣體壓強時，一般以液柱為研究對象分析受力、列平衡方程求解，要注意：(1)液體因重力產(chǎn)生的壓強為p＝ρgh(其中h為液體的豎直高度)；(2)不要漏掉大氣壓強，同時又要平衡掉某些氣體產(chǎn)生的壓力；(3)有時注意應用連通器原理——連通器內(nèi)靜止的液體，同一液體在同一水平面上各處壓強相等；(4)當液體為水銀時，可靈活應用壓強單位“cmHg”，使計算過程簡捷。(2024·安徽蕪湖高三期末)如圖所示，一端封閉粗細均勻的U形導熱玻璃管豎直放置，封閉端空氣柱的長度L＝50cm，管兩側(cè)水銀面的高度差為h＝19cm，大氣壓強恒為76cmHg。(1)若初始環(huán)境溫度為27℃，給封閉氣體緩慢加熱，當管兩側(cè)水銀面齊平時，求封閉氣體的溫度；(2)若保持環(huán)境溫度27℃不變，緩慢向開口端注入水銀，當管兩側(cè)水銀面平齊時，求注入水銀柱的長度x。[解析]

(1)封閉氣體初狀態(tài)壓強p1＝p0－ph＝(76－19)cmHg＝57cmHg設玻璃管的橫截面積為S，體積V1＝LS＝50S溫度T1＝(273＋27)K＝300K封閉氣體末狀態(tài)壓強p2＝p0＝76cmHg代入數(shù)據(jù)解得T2＝476K即溫度為203℃。(2)設注入水銀后空氣柱的長度為H，對氣體，由玻意耳定律得p1V1＝p2HS代入數(shù)據(jù)解得H＝37.5cm注入水銀柱的長度x＝2(L－H)＋h＝2×(50－37.5)cm＋19cm＝44cm。[答案]

(1)203℃

(2)44cm用氣體定律的解題思路?考向2

“汽缸活塞類”模型[解析]

(1)對左右氣缸內(nèi)所封的氣體，初態(tài)壓強p1＝p0體積V1＝SH＋2SH＝3SH(2)對右邊活塞受力分析可知mg＋p0·2S＝p2·2S【跟蹤訓練】(2023·河北卷)如圖，某實驗小組為測量一個葫蘆的容積，在葫蘆開口處豎直插入一根兩端開口、內(nèi)部橫截面積為0.1cm2的均勻透明長塑料管，密封好接口，用氮氣排空內(nèi)部氣體，并用一小段水柱封閉氮氣。外界溫度為300

K時，氣柱長度l為10cm；當外界溫度緩慢升高到310K時，