2023统考版高考物理一轮第十三章热学第2讲固体液体与气体课件

第2讲　固体、液体与气体\n必备知识·自主排查关键能力·分层突破\n必备知识·自主排查\n一、晶体和非晶体　晶体的微观结构1．晶体和非晶体分类比较项目晶体非晶体单晶体多晶体外形规则不规则________熔点确定________不确定物理性质各向异性________各向同性原子排列有规则晶粒的排列________无规则转化晶体和非晶体在________下可以相互转化典型物质石英、云母、明矾、________玻璃、橡胶不规则确定各向同性无规则一定条件食盐\n2.晶体的微观结构(1)结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列．(2)用晶体的微观结构特点解释晶体的特点现象原因晶体有规则的外形由于内部微粒________的排列晶体各向异性由于内部从任一结点出发在不同方向的相同距离上的微粒数________晶体的多形性由于组成晶体的微粒可以形成不同的________有规则不同空间点阵\n二、液体和液晶1．液晶(1)具有________的流动性．(2)具有________的光学各向异性．(3)在某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的．液体晶体\n2．液体的表面张力现象(1)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．(2)作用液体的表面张力使液面具有收缩到表面积________的趋势．(3)方向表面张力跟液面________，且跟这部分液面的分界线________．(4)大小液体的温度越高，表面张力________；液体中溶有杂质时，表面张力________；液体的密度越大，表面张力________．最小相切垂直越小变小越大\n3．饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压(1)饱和汽与未饱和汽①饱和汽：与液体处于________的蒸汽．②未饱和汽：没有达到________的蒸汽．(2)饱和汽压①定义：饱和汽所具有的________．②特点：饱和汽压随温度而变．温度越高，饱和汽压________，且饱和汽压与饱和汽的体积无关．动态平衡饱和状态压强越大\n4．湿度(1)定义：空气的________程度．(2)描述湿度的物理量①绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强．②相对湿度：空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压的比值．③相对湿度公式：相对湿度＝(B＝×100%)潮湿\n三、气体1．气体：气体分子的速率分布，表现出“_____________”的统计分布规律．中间多，两头少\n2．气体的压强(1)产生的原因，由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁________上的压力叫作气体的压强．(2)决定因素宏观上：取决于气体的________和体积．微观上：取决于分子的________和分子的密集程度．3．气体实验定律：(1)玻意耳定律(一定质量)：p1V1＝p2V2或pV＝C1(常量)．(2)查理定律(一定质量)：＝或＝C2(常数)．(3)盖－吕萨克定律(一定质量)：＝或＝C3(常数)．单位面积温度平均动能\n4．理想气体的状态方程(1)理想气体①宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，实际气体在压强________、温度________的条件下，可视为理想气体．②微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，即分子间________．(2)理想气体的状态方程一定质量的理想气体状态方程：________＝或________．气体实验定律可看作一定质量理想气体状态方程的特例．,不太大不太低无分子势能＝C\n生活情境1.如图所示是金刚石与石墨晶体的晶体微粒的空间排列．(1)石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同．()(2)晶体微粒的结构具有规律性、周期性．()(3)晶体在熔化过程中吸收的热量，破坏空间点阵结构，增加分子势能．()(4)金刚石有确定的熔点，石墨没有确定的熔点．()(5)晶体有天然规则的几何形状．()(6)单晶体的所有物理性质都是各向异性的．()√√√×√×\n2．(1)温度相同的不同饱和汽的饱和汽压都相同()(2)一定温度下饱和汽的分子数密度为一定值，温度升高，饱和汽分子数密度增大．()(3)将未饱和汽转化成饱和汽，可以保持体积不变，降低温度．()(4)当空气中水蒸气压强等于同温度水的饱和汽压，水会停止蒸发．()(5)空气的相对湿度定义为空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比．()(6)当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大．()(7)液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性．()(8)船浮于水面上是液体的表面张力作用的结果．()(9)气体的压强是由气体的自身重力产生的．()(10)压强极大的气体不再遵从气体实验定律．()×√√×√×√××√\n教材拓展3.[人教版选修3－3P23T2]如图，向一个空的铝制饮料罐(即易拉罐)中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱(长度可以忽略)．如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计．已知铝罐的容积是360cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为0.2cm2，吸管的有效长度为20cm，当温度为25℃时，油柱离管口10cm.(1)吸管上标刻温度值时，刻度是否应该均匀？(2)估算这个气温计的测量范围．答案：(1)刻度是均匀的(2)23.4℃～26.6℃\n解析：(1)由于罐内气体压强始终不变，所以＝＝，ΔV＝ΔT＝ΔT，ΔT＝·SΔL由于ΔT与ΔL成正比，刻度是均匀的．(2)ΔT＝×0.2×(20－10)K≈1.6K故这个气温计可以测量的温度范围为(25－1.6)℃～(25＋1.6)℃即23.4℃～26.6℃.\n关键能力·分层突破\n考点一　固体、液体的性质1．晶体和非晶体(1)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．(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体．(3)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体．2．液体表面张力(1)表面张力的效果：表面张力使液体表面积具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小．(2)表面张力的大小：跟边界线的长度、液体的种类、温度都有关系．\n跟进训练1.(多选)下述说法正确的是()A．石墨的硬度相比金刚石差得多，是因为石墨中层与层之间分子链结合力很小B．非晶体有规则的几何形状和确定的熔点C．石英是晶体，但是由石英制成的玻璃却是非晶体D.液体表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间相互作用表现为引力E．表面张力的方向总是垂直液面，指向液体内部答案：ACD\n解析：石墨的硬度相比金刚石差很多，是因为石墨中层与层之间分子键结合力很小，选项A正确；非晶体没有规则的几何形状和确定的熔点，选项B错误；石英是晶体，但是由石英制成的玻璃却是非晶体，选项C正确；液体表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间相互作用表现为引力，选项D正确；表面张力使液体表面有收缩的趋势，它的方向跟液面相切，选项E错误．\n2．(多选)下列对饱和汽、未饱和汽、饱和汽压以及湿度的认识，正确的是()A．液体的饱和汽压只与液体的性质和温度有关，而与体积无关B．增大压强一定可以使未饱和汽变成饱和汽C．降低温度一定可以使未饱和汽变成饱和汽D．空气中所含水蒸气的压强越大，空气的绝对湿度越大E．干湿泡湿度计的干、湿两支温度计的示数差越小，空气的相对湿度越大答案：ADE\n解析：饱和汽压的大小取决于物质的性质和温度，而与体积无关，故A正确；饱和汽压与压强无关，故B错误；降低温度可能使未饱和汽变成饱和汽，但不一定使未饱和汽变成饱和汽，故C错误；空气的湿度是指相对湿度，空气中所含水蒸气的压强越大，空气的绝对湿度越大，但相对湿度不一定越大，故D正确；干湿泡湿度计的干、湿两支温度计示数差越小，说明空气越潮湿，相对湿度越大，故E正确．\n3.[2022·广东广州一模]如图，慢慢向玻璃杯里注水，由于液面的表面张力作用，即使水面稍高出杯口，水仍不会溢出．液体的表面张力使液面具有________(选填“收缩”或“扩张”)的趋势，这是因为液体跟空气接触的表面层里，分子间的距离要比液体内部大，分子间的相互作用力表现为________(选填“引力”或“斥力”)．解析：作为分子力的宏观表现，液体的表面张力的作用是使液面具有收缩的趋势；液体表面层分子比较稀疏，分子间距离较大，分子间作用力表现为引力．收缩引力\n考点二　气体压强的理解及计算角度1“活塞”模型计算气体压强(1)用活塞封闭一定质量的气体，平衡时，有pS＝p0S＋mg(2)对“活塞模型”类求压强的问题，其基本的方法就是先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程．图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0.由于活塞处于平衡状态，所以p0S＋mg＝pS.\n例1.(1)如图甲、乙中两个汽缸质量均为M，内部横截面积均为S，两个活塞的质量均为m，左边的汽缸静止在水平面上，右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下．不计活塞与汽缸壁之间的摩擦，两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A、B，大气压为p0，重力加速度为g，则封闭气体A、B的压强为pA＝________，pB＝________．p0＋p0－\n解析：题图甲中选活塞为研究对象．受力分析如图所示，有pAS＝p0S＋mg得pA＝p0＋题图乙中选汽缸为研究对象，受力分析如图所示，有p0S＝pBS＋Mg得pB＝p0－.\n(2)如图丙所示，一导热良好的足够长汽缸水平放置在光滑水平桌面上，桌面足够高，汽缸内有一活塞封闭了一定质量的理想气体．一足够长轻绳跨过定滑轮，一端连接在活塞上，另一端挂一钩码，滑轮与活塞间的轻绳与桌面平行，不计一切摩擦．已知当地重力加速度为g，大气压为p0，钩码质量为m1，活塞质量为m2，汽缸质量为m3，活塞横截面积为S.则释放钩码，汽缸稳定运动过程中，汽缸内理想气体的压强为________．p0－\n解析：设轻绳张力为T，由牛顿第二定律可知，对钩码有：m1g－T＝m1a，对活塞和汽缸整体有：T＝(m2＋m3)a，对汽缸有：p0S－pS＝m3a，联立解得p＝p0－.\n角度2“液柱”模型计算气体压强连通器模型(用液柱封闭一定质量的气体)平衡时对气体A有：pA＝p0＋ρgh1对气体B有：pB＋ρgh2＝pA＝p0＋ρgh1所以pB＝p0＋ρg(h1－h2)\n例2.若已知大气压强为p0，在图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭气体的压强．答案：甲：p0－ρgh乙：p0－ρgh丙：p0－ρgh\n解析：在甲图中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知pAS＝－ρghS＋p0S所以p甲＝pA＝p0－ρgh在图乙中，以B液面为研究对象，由平衡方程F上＝F下有：pAS＋ρghS＝p0S，得p乙＝pA＝p0－ρgh在图丙中，仍以B液面为研究对象，有pA＋ρghsin60°＝pB＝p0所以p丙＝pA＝p0－ρgh\n跟进训练4.[2022·山东济南模拟]如图所示，汽缸内装有一定质量的气体，汽缸的截面积为S，其活塞为梯形，它的一个面与汽缸成θ角，活塞与器壁间的摩擦忽略不计，现用一水平力F缓慢推活塞，汽缸不动，此时大气压强为p0，则汽缸内气体的压强p为()A．p0＋B．p0＋C．p0＋D．p0＋答案：B\n解析：以活塞为研究对象，进行受力分析如图所示水平方向合力为0，即F＋p0S＝p·sinθ，可得p＝p0＋，故B正确，A、C、D错误．\n5.如图所示，粗细均匀的薄壁U形玻璃管竖直放置，导热良好，左管上端封闭，封口处有段水银柱1，右管上端开口且足够长，另有两段水银柱2、3封闭了A、B两部分理想气体，外界大气压强恒为p0＝75cmHg.三段水银柱长均为10cm，A气柱长为20cm，B气柱长为10cm，气柱A和水银柱2各有一半长度在水平部分．求：水银柱1对玻璃管封口的压强．解析：气柱B的压强为：pB＝(p0＋h)cmHg＝85cmHg根据同一深度压强相等，有：pA＝pB＋cmHg解得：pA＝90cmHg则水银柱1对玻璃管封口的压强为：p＝(pA－h)cmHg＝80cmHg答案：80cmHg\n考点三　气体实验定律的应用利用气体实验定律及气态方程解决问题的基本思路\n角度1“液柱类”问题例3.[2021·全国乙卷，33节选]如图，一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管A、B、C粗细均匀，A、B两管的上端封闭，C管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通．A、B两管的长度分别为l1＝13.5cm,l2＝32cm.将水银从C管缓慢注入，直至B、C两管内水银柱的高度差h＝5cm.已知外界大气压p0＝75cmHg.求A、B两管内水银柱的高度差．答案：1cm\n解析：设A、B两管内横截面积分别为S1、S2，注入水银后如图所示，A、B气柱分别减少了h1和h2，压强分别为p1和p2则有：p0l1S1＝p1(l1－h1)S1①p0l2S2＝p2(l2－h2)S2②压强：p2＝p0＋ρgh③p1＝p2＋ρg(h2－h1)④代入数据解得Δh＝h2－h1＝1cm\n角度2“气缸类”问题“气缸类”计算题解题的关键是压强的计算，对于活塞和气缸封闭的气体压强的计算，可根据情况灵活地选择活塞或气缸为研究对象，受力分析时一定要找到研究对象跟哪些气体接触，接触气体对它都有力的作用，气体的压力一定与接触面垂直并指向受力物体．\n例4.[2021·全国甲卷，33节选]如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为A、B两部分；初始时，A、B的体积均为V，压强均等于大气压p0.隔板上装有压力传感器和控制装置，当隔板两边压强差超过0.5p0时隔板就会滑动，否则隔板停止运动．气体温度始终保持不变．向右缓慢推动活塞，使B的体积减小为.(ⅰ)求A的体积和B的压强；(ⅱ)再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时A的体积和B的压强．答案：(ⅰ)0.4V2p0(ⅱ)(－1)Vp0\n解析：(ⅰ)对B部分气体由玻意耳定律有p0V＝pB解得pB＝2p0对A部分气体由玻意耳定律有p0V＝解得VA＝0.4V(ⅱ)设回到初始位置时A的体积为V′A，B的压强为p′B对B部分气体由玻意耳定律有p0V＝p′B(2V－V′A)对A部分气体由玻意耳定律有p0V＝联立解得p′B＝p0V′A＝(－1)V\n命题分析试题情境属于基础应用性题目，以两部分气体的变化为素材创设学习探索问题情境必备知识考查玻意耳定律关键能力考查理解能力．理解玻意耳定律，抓住两部分气体压强差这个关键信息学科素养考查物理观念．要求考生在理解玻意耳定律的基础上，抓住解题的关键信息——“压强差”\n角度3“变质量气体”问题分析气体变质量问题时，可以通过巧妙地选择合适的研究对象，使变质量问题转化为气体质量一定的问题，然后利用气体实验定律和理想气体状态方程求解．类别研究对象打气问题选择原有气体和即将充入的气体作为研究对象抽气问题将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象灌气问题把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象漏气问题选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象\n例5.[2021·广东卷，节选]为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示．某种药瓶的容积为0.9mL，内装有0.5mL的药液，瓶内气体压强为1.0×105Pa.护士把注射器内横截面积为0.3cm2、长度为0.4cm、压强为1.0×105Pa的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强．答案：1.3×105Pa\n解析：未向药瓶内注入气体前，药瓶内气体的压强p1＝1.0×105Pa，体积V1＝0.4mL，注射器内气体的压强p0＝1.0×105Pa，体积V0＝0.3×0.4mL＝0.12mL，将注射器内气体注入药瓶后，药瓶内气体的体积V2＝V1＝0.4mL，设压强为p2，根据玻意耳定律有p1V1＋p0V0＝p2V2，解得p2＝1.3×105Pa.\n跟进训练6.[2022·东北三省四市教研联合体模拟]如图所示，A、B是两只容积为V的容器，C是用活塞密封的气筒，它的工作体积为0.5V，C与A、B通过两只单向进气阀a、b相连，当气筒抽气时a打开、b关闭，当气筒打气时b打开、a关闭．最初A、B两容器内气体的压强均为大气压强p0，活塞位于气筒C的最右侧．(气筒与容器间连接处的体积不计，气体温度保持不变)求：(1)以工作体积完成第一次抽气后气筒C内气体的压强p1；(2)现在让活塞以工作体积完成抽气、打气各2次后，A、B容器内的气体压强之比．答案：(1)p0(2)2∶7\n解析：(1)第一次抽气，气体做等温变化，有p0V＝p1(0.5＋1)V解得p1＝p0.(2)第一次打气，有p0V＝p2V1，0.5p1V＝p2V2，其中V1＋V2＝V，整理得p0V＋0.5p1V＝p2V第二次抽气，有p1V＝pA(0.5＋1)V同理，第二次打气，有p2V＋0.5pAV＝pBV解得pA∶pB＝2∶7.\n7．[2021·湖南卷，节选]小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置，如图所示．导热汽缸开口向上并固定在桌面上，用质量m1＝600g、截面积S＝20cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．一轻质直杆中心置于固定支点A上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相同细绳竖直悬挂一个质量m2＝1200g的铁块，并将铁块放置到电子天平上．当电子天平示数为600.0g时，测得环境温度T1＝300K．设外界大气压强p0＝1.0×105Pa，重力加速度g＝.(ⅰ)当电子天平示数为400.0g时，环境温度T2为多少？(ⅱ)该装置可测量的最高环境温度Tmax为多少？答案：(ⅰ)297K(ⅱ)309K\n解析：(ⅰ)整个系统处于平衡状态，汽缸内的气体发生等容变化，当电子天平的示数为600.0g时，细绳对铁块的拉力大小F1＝m2g－6N，根据牛顿第三定律可知右端细绳对轻杆的拉力大小为F1，对轻杆根据平衡条件可得左端细绳对轻杆的拉力大小也为F1，根据牛顿第三定律可知左端细绳对活塞向上的拉力大小为F1，对活塞根据平衡条件有F1＋p1S＝p0S＋m1g，解得p1＝p0，当电子天平的示数为400.0g时，右端细绳对铁块的拉力大小F2＝m2g－4N，同理，对活塞有F2＋p2S＝p0S＋m1g，解得p2＝0.99×105Pa，由查理定律得＝，解得T2＝297K.(ⅱ)分析可知，气体的温度越高绳的张力越小，当绳中的张力为零时，系统的温度最高，此时对活塞有p3S＝p0S＋m1g，解得p3＝1.03×105Pa，由查理定律得＝，解得最高温度Tmax＝309K.\n考点四　气体状态变化的图象四种图象的比较类别特点(其中C为常量)举例pVpV＝CT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远pp＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高pTp＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小VTV＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小\n例6.(多选)如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e.对此气体，下列说法正确的是()A．过程①中气体的压强逐渐减小B．过程②中气体对外界做正功C．过程④中气体从外界吸收了热量D．状态c、d的内能相等E．状态d的压强比状态b的压强小答案：BDE\n解析：过程①气体发生等容变化，温度升高，根据＝C可知气体压强增大，故A错误；过程②气体体积增大，气体对外做正功，故B正确；过程④气体发生等容变化，气体对外不做功，温度降低，内能减小，根据ΔU＝Q＋W可知气体对外放热，故C错误；状态c、d的温度相同，气体内能相等，故D正确；由＝C可得T＝V，在T－V图象中，坐标点与坐标原点的连线的斜率k＝，如图所示，所以状态d的压强比状态b的压强小，故E正确．\n跟进训练8.如p-V图所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T1、T2、T3.用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则N1____________N2，T1________T3，N2__________N3.(填“大于”“小于”或“等于”)大于等于大于\n解析：本题考查气体的状态参量及理想气体状态方程的内容，考查学生对三个气体状态参量及气体实验定律的理解能力，培养学生物理观念素养的形成，提高学生对实验定律的认识．由理想气体状态方程可得＝＝，可知T1＝T3>T2.由状态1到状态2，气体压强减小，气体体积相同，温度降低，则气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数减少，N1>N2.对状态2和状态3，压强相同，温度大的次数少，则N3<N2.\n9．如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积－温度(Vt)图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0是它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0＝－273.15℃；a，b为直线Ⅰ上的两点．由图可知求：(1)气体在状态a和b的压强之比；(2)气体在状态b和c的压强之比.答案：(1)1(2)\n解析：由图象可得＝，图中两直线Ⅰ和Ⅱ表明气体发生等压变化，即状态a和状态b压强相等，即＝1；由玻意耳定律可知，在纵轴与两直线交点所对应状态下(温度相同)，有pbV1＝pcV2，即＝.