物理第十三章 热学 第2讲 固体、液体和气体

第十三章第十三章 热热 学学第第2 2讲固体、液体和气体讲固体、液体和气体过好双基关一、固体和液体一、固体和液体1.固体(1)固体分为 和 两类.石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是 .玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是 .(2)单晶体具有规则的几何形状，多晶体和非晶体没有规则的几何形状；晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点.晶体非晶体晶体非晶体(3)有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象称为 .非晶体和多晶体在各个方向的物理性质都是一样的，这叫做 .各向异性各向同性2.液体(1)液体的表面张力作用：液体的表面张力使液面具有 的趋势.方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线 .(2)毛细现象：指浸润液体在细管中 的现象，以及不浸润液体在细管中 的现象，毛细管越细，毛细现象越明显.收缩垂直上升下降3.液晶(1)具有液体的 性.(2)具有晶体的光学各向 性.(3)从某个方向看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是 的.流动异杂乱无章答案自测自测1(多选)下列现象中，主要是液体表面张力作用的是A.水黾可以停在水面上B.小木船漂浮在水面上C.荷叶上的小水珠呈球形D.慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不会流下来二、饱和汽、饱和汽压和相对湿度二、饱和汽、饱和汽压和相对湿度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 状态的蒸汽.2.饱和汽压(1)定义：饱和汽所具有的压强.(2)特点：液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压 ，且饱和汽压与饱和汽的体积无关.动态平衡饱和越大3.相对湿度空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比.即：相对湿度 .答案自测自测2(多选)干湿泡温度计的湿泡温度计与干泡温度计的示数差距越大，表示A.空气的绝对湿度越大B.空气的相对湿度越小C.空气中的水蒸气的实际压强离饱和程度越近D.空气中的水蒸气的绝对湿度离饱和程度越远解析解析示数差距越大，说明湿泡的蒸发非常快，空气的相对湿度越小，即水蒸气的实际压强、绝对湿度离饱和程度越远，故B、D正确，A、C错误.解析三、气体三、气体1.气体压强(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 的压力叫做气体的压强.(2)决定因素宏观上：决定于气体的温度和 .微观上：决定于分子的平均动能和分子的 .单位面积上体积密集程度2.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 的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，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，即分子间无 .气体实验定律分子势能3.气体实验定律玻意耳定律查理定律盖吕萨克定律内容一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比表达式p1V1p2V2图象答案自测自测3教材P25第1题改编对一定质量的气体来说，下列几点能做到的是A.保持压强和体积不变而改变它的温度B.保持压强不变，同时升高温度并减小体积C.保持温度不变，同时增加体积并减小压强D.保持体积不变，同时增加压强并降低温度研透命题点1.晶体和非晶体晶体和非晶体(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)只要具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体；(4)单晶体具有天然规则的几何外形，而多晶体和非晶体没有天然规则的几何外形，所以不能从形状上区分晶体与非晶体；(5)晶体和非晶体不是绝对的，在某些条件下可以相互转化；(6)液晶既不是晶体也不是液体. 命题点一固体和液体性质的理解基础考点自主悟透基础考点自主悟透2.液体表面张力液体表面张力(1)形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间作用力表现为引力；(2)表面特征：表面层中分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层张紧的弹性薄膜；(3)表面张力的方向：和液面相切，垂直于液面上的各条分界线；(4)表面张力的效果：使液体表面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形表面积最小.例例1(多选)(2015全国卷33(1)下列说法正确的是A.将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体B.固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学 性质C.由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的 晶体D.在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化 为晶体E.在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变答案解析解析解析晶体有固定的熔点，并不会因为颗粒的大小而改变，即使敲碎为小颗粒，仍旧是晶体，选项A错误；固体分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上光学性质不同，表现为晶体具有各向异性，选项B正确；同种元素构成的固体可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶体，如金刚石和石墨，选项C正确；晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体，反之亦然，选项D正确；熔化过程中，晶体要吸热，温度不变，但是内能增大，选项E错误.变式变式1(多选)(2014新课标全国33(1)下列说法正确的是A.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动B.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果C.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点D.高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故E.干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱 布中的水蒸发吸热的结果答案解析解析解析悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了水分子的无规则热运动，选项A错误；空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果，选项B正确；彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，选项C正确；高原地区水的沸点较低，是由于高原地区气压低，选项D错误；干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，是由于湿泡外纱布中的水蒸发吸收热量，从而温度会降低的缘故，选项E正确.1.活塞模型活塞模型如图1所示是最常见的封闭气体的两种方式.命题点二气体压强求解的“两类模型”能力考点师生共研能力考点师生共研图1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p0SmgpS.模型模型构建构建图乙中的液柱也可以看成一“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以pSmgp0S.2.连通器模型连通器模型如图2所示，U形管竖直放置.根据帕斯卡定律可知，同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以气体B和A的压强关系可由图中虚线所示的等高线联系起来.则有pBgh2pA.而pAp0gh1，所以气体B的压强为pBp0g(h1h2).图2例例2汽缸的横截面积为S，质量为m的梯形活塞上面是水平的，下面与右侧竖直方向的夹角为，如图3所示，当活塞上放质量为M的重物时处于静止状态.设外部大气压强为p0，若活塞与缸壁之间无摩擦.重力加速度为g，求汽缸中气体的压强.答案解析图3解析解析对活塞进行受力分析，变式变式2如图4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.两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A、B，大气压强为p0，重力加速度为g，求封闭气体A、B的压强各多大？答案解析图4解析解析题图甲中选活塞为研究对象，受力分析如图(a)所示，由平衡条件知pASp0Smg，题图乙中选汽缸为研究对象，受力分析如图(b)所示，由平衡条件知p0SpBSMg，例例3若已知大气压强为p0，图5中各装置均处于静止状态，液体密度均为，重力加速度为g，求各被封闭气体的压强.答案解析图5解析解析在图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由平衡条件知p甲SghSp0S所以p甲p0gh在图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件知pASghSp0Sp乙pAp0gh在图丙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有pASghsin 60Sp0S在图丁中，以液面A为研究对象，由平衡条件得p丁S(p0gh1)S所以p丁p0gh1变式变式3竖直平面内有如图6所示的均匀玻璃管，内用两段水银柱封闭两段空气柱a、b，各段水银柱高度如图所示，大气压强为p0，重力加速度为g，求空气柱a、b的压强各多大.答案解析图6答案答案pap0g(h2h1h3)pbp0g(h2h1)解析解析从开口端开始计算，右端大气压强为p0，同种液体同一水平面上的压强相同，所以b气柱的压强为pbp0g(h2h1)，而a气柱的压强为papbgh3p0g(h2h1h3).1.四种图象的比较四种图象的比较 命题点三气体状态变化的图象问题能力考点师生共研能力考点师生共研类别特点(其中C为常量)举例pVpVCT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远pCT，斜率kCT，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2.分析技巧分析技巧利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析不同温度的两条等温线、不同体积的两条等容线、不同压强的两条等压线的关系.例如：(1)在图7甲中，V1对应虚线为等容线，A、B分别是虚线与T2、T1两线的交点，可以认为从B状态通过等容升压到A状态，温度必然升高，所以T2T1.图7(2)如图乙所示，A、B两点的温度相等，从B状态到A状态压强增大，体积一定减小，所以V2V1.例例4如图8甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的VT图象.已知气体在状态A时的压强是1.5105 Pa.答案解析图8(1)写出AB过程中压强变化的情形，并根据图象提供的信息，计算图甲中TA的温度值.答案答案见解析解析解析从题图甲可以看出，A与B连线的延长线过原点，所以AB是一个等压变化，即pApB(2)请在图乙坐标系中，作出该气体由状态A经过状态B变为状态C的pT图象，并在图线相应的位置上标出字母A、B、C.如果需要计算才能确定的有关坐标值，请写出计算过程.答案解析答案答案见解析则可画出状态ABC的pT图象如图所示.变式变式4如图9所示，一定质量的理想气体从状态A经B、C、D再回到A，问AB、BC、CD、DA分别是什么过程？已知在状态A时体积为1 L，请把此图改画为pV图象.答案图9答案答案见解析解析解析解析AB过程是等容升温升压；BC过程是等压升温增容，即等压膨胀；CD过程是等温减压增容，即等温膨胀；DA过程是等压降温减容，即等压压缩.已知VA1 L，则VB1 L(等容变化)，由pDVDpCVC(等温变化)得改画的pV图象如图所示.例例5(多选)对于一定质量的气体，当压强和体积发生变化时，以下说法正确的是A.压强和体积都增大时，其分子平均动能不可能不变B.压强和体积都增大时，其分子平均动能有可能减小C.压强增大，体积减小时，其分子平均动能一定不变D.压强减小，体积增大时，其分子平均动能可能增大 命题点四气体实验定律的微观解释基础考点自主悟透基础考点自主悟透答案变式变式5(多选)一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为A.气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大B.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多C.气体分子的总数增加D.单位体积内的分子数目增加答案解析解析解析理想气体经等温压缩，体积减小，单位体积内的分子数目增加，则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多，压强增大，但气体分子每次碰撞器壁的平均冲力不变，故B、D正确，A、C错误.变式变式6(多选)封闭在汽缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是A.气体的密度增大B.气体的压强增大C.气体分子的平均动能减小D.每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多答案解析解析解析等容变化温度升高时，压强一定增大，分子密度不变，分子平均动能增大，单位时间撞击单位面积器壁的气体分子数增多，B、D正确.课时作业1.(多选)对下列几种固体物质的认识，正确的有A.食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形， 说明蜂蜡是晶体C.天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则D.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 不同答案12345678910111213双基巩固练双基巩固练1415解析解析解析若物体是晶体，则在熔化过程中，温度保持不变，可见A正确；烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，是由于云母片在不同方向上导热性能不同造成的，说明云母片是晶体，所以B错误；沿晶体的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理性质不同，这就是晶体的各向异性.选项C错误，D正确.1234567891011121314152.一定质量的理想气体，从图1中A状态开始，经历了B、C，最后到D状态，下列说法中正确的是A.AB温度升高，体积不变B.BC压强不变，体积变大C.CD压强变小，体积变小D.B点的温度最高，C点的体积最大答案123456789101112131415图13.辨别物质是晶体还是非晶体，比较可靠的方法是A.从外形来判断B.从各向异性或各向同性来判断C.从导电性能来判断D.从是否具有确定的熔点来判断答案1234567891011121314154.(2014福建理综29(2)图2为一定质量理想气体的压强p与体积V的关系图象，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C.设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则下列关系式中正确的是A.TATB，TBTB，TBTCC.TATB，TBTC图2答案解析1234567891011121314155.如图3所示，一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，在此过程中，其压强A.逐渐增大B.逐渐减小C.始终不变D.先增大后减小答案1234567891011121314解析15图36.(多选)(2018湖北咸宁调研)下列说法正确的是A.悬浮在液体中的微粒越小，在液体分子的撞击下越容易保持平衡B.荷叶上的小水珠呈球形是由于液体表面张力的作用C.物体内所有分子的热运动动能之和叫做物体的内能D.当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度不一定较大E.一定质量的理想气体先经等容降温，再经等温压缩，压强可以回到初 始的数值答案12345678910111213解析1415解析解析做布朗运动的微粒越小，在液体分子的撞击下越不容易保持平衡，故A错误；荷叶上的小水珠呈球形是由于液体表面张力的作用，故B正确；物体内所有分子的热运动动能之和与分子势能的总和叫做物体的内能，故C错误；潮湿与空气的相对湿度有关，与绝对湿度无关，当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度不一定较大，故D正确；根据理想气体的状态方程 C可知，一定质量的理想气体先经等容降温，压强减小；再经等温压缩，压强又增大，所以压强可以回到初始的数值，故E正确.1234567891011121314157.(多选)下列说法中正确的是A.空气中水蒸气的实际压强与饱和汽压相差越大，越有利于水的蒸发B.布朗运动是液体分子的运动，说明液体分子永不停息地做无规则热运动C.水杯里的水面超出杯口但不溢出，是由于水的表面张力作用D.单晶体具有物理性质各向异性的特征E.温度升高，物体所有分子的动能都增大答案1234567891011121314158.(多选)下列说法中正确的是A.物体体积增大时，其分子势能一定增大B.只要物体温度升高，其分子平均动能就一定变大C.空气绝对湿度不变时，温度越高，相对湿度越小D.给自行车打气越打越困难，主要是因为气体分子间斥力越来越大E.液体表面层分子比内部分子稀疏，因此液体表面有收缩的趋势答案解析12345678910111213141512345678910111213解析解析分子间距离从很小逐渐增大的过程中，分子势能先减小后增大，所以物体体积增大时，其分子势能不一定增大.故A错误.温度是分子平均动能的量度，只要物体温度升高，其分子平均动能就一定变大.故B正确.空气中水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度.空气绝对湿度不变时，温度越高，饱和汽压越大，相对湿度越小.故C正确；气体的分子间距较大，此时分子间作用力已经接近为零，故自行车打气越打越困难主要是因为胎内气体压强增大而非分子间相互排斥，故D错误；因液体表面层分子分布比内部稀疏，故分子间作用力表现为引力，液体表面有收缩趋势，故E正确.14159.(多选)关于晶体、液晶和饱和汽的理解，下列说法正确的是A.晶体的分子排列都是有规则的B.液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点C.饱和汽压与温度和体积都有关D.相对湿度越大，空气中水蒸气越接近饱和E.对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大答案12345678910111213141510.(多选)下列说法正确的是A.液面表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部B.单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点C.单晶体中原子(或分子、离子)的排列具有空间周期性D.通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体E.液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征答案解析123456789101112131415综合提升练综合提升练解析解析液面表面张力的方向始终与液面相切，A错误；单晶体和多晶体都有固定的熔点，非晶体的熔点不固定，B错误；单晶体中原子(或分子、离子)的排列是规则的，具有空间周期性，表现为各向异性，C正确；金属材料虽然显示各向同性，但并不意味着就是非晶体，可能是多晶体，D错误；液晶的名称由来就是由于它具有液体的流动性和晶体的各向异性，E正确.12345678910111213141511.(多选)下列说法正确的是A.一切晶体的光学和力学性质都是各向异性的B.在完全失重的宇宙飞船中，水的表面存在表面张力C.脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以 便吸取药液D.土壤里有很多毛细管，如果要把地下的水分沿着它们引到地表，可以 将地面的土壤锄松E.人们可以利用某些物质在水溶液中形成的薄片状液晶来研究离子的渗 透性，进而了解机体对药物的吸收等生理过程12345678910111213答案141512.(多选)一定质量的理想气体经历一系列变化过程，如图4所示，下列说法正确的是A.bc过程中，气体压强不变，体积增大B.ab过程中，气体体积增大，压强减小C.ca过程中，气体压强增大，体积不变D.ca过程中，气体内能增大，体积变小E.ca过程中， 气体从外界吸热，内能增大答案12345678910111213图41415解析解析解析bc过程中，气体压强不变，温度降低，根据盖吕萨克定律 C得知，体积应减小.故A错误.ab过程中气体的温度保持不变，即气体发生等温变化，压强减小，根据玻意耳定律pVC得知，体积增大.故B正确.ca过程中，由题图可知，p与T成正比，则气体发生等容变化，体积不变，故C正确，D错误；123456789101112131415一定质量的理想气体的内能只与气体温度有关，并且温度越高气体的内能越大，则知ca过程中，温度升高，气体内能增大，而体积不变，气体没有对外做功，外界也没有对气体做功，所以气体一定吸收热量.故E正确.12345678910111213141513.(1)在高原地区烧水需要使用高压锅，水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽，停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却，在冷却过程中，锅内水蒸气的变化情况为_.A.压强变小 B.压强不变C.一直是饱和汽 D.变为未饱和汽12345678910111213答案解析1415解析解析停止加热后，高压锅在密封状态下缓慢冷却，此过程中锅内水蒸气仍是饱和汽，由pT关系知，p减小.故A、C正确.(2)如图5甲所示，在斯特林循环的pV图象中，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成.BC的过程中，单位体积中的气体分子数目_(选填“增大”“减小”或“不变”)，状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图乙所示，则状态A对应的是_(选填“”或“”).12345678910111213答案解析1415图5不变12345678910111213解析解析从BC的过程中，气体体积不变，故单位体积中的气体分子数目不变；因TATD，温度升高气体分子的平均速率增大，则A状态对应的是.1415(3)如图甲所示，在AB和DA的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J，在BC和CD的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J.求气体完成一次循环对外界所做的功.12345678910111213答案解析1415答案答案8 J解析解析完成一次循环气体内能不变U0，吸收的热量Q20 J12 J4 J20 J8 J由热力学第一定律UQW得，W8 J，气体对外做功为8 J.14.如图6所示，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360 cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为0.2 cm2，吸管的有效长度为20 cm，当温度为25 时，油柱离管口10 cm.(1)吸管上标刻温度值时，刻度是否应该均匀？答案解析123456789101112131415图6答案答案见解析解析解析由于罐内气体压强始终不变，所以123456789101112131415由于T与L成正比，所以刻度应该是均匀的.(2)估算这个气温计的测量范围.答案解析123456789101112131415答案答案见解析故这个气温计可以测量的温度范围为：(251.6) (251.6) 即23.4 26.6 .15.如图7甲所示，汽缸开口向右、固定在水平桌面上，汽缸内用活塞(横截面积为S)封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁之间的摩擦忽略不计.轻绳跨过光滑定滑轮将活塞和地面上的重物(质量为m)连接.开始时汽缸内外压强相同，均为大气压强p0(mgp0S)，轻绳恰好处于伸直状态，汽缸内气体的温度为T0，体积为V.现使汽缸内气体的温度缓慢降低，最终使得气体体积减半，求：(1)重物刚离开地面时汽缸内气体的温度T1；123456789101112131415图7答案解析从开始至重物刚离开地面，气体发生等容变化，123456789101112131415(2)气体体积减半时的温度T2；123456789101112131415答案解析解析解析从重物刚离开地面至气体体积减半，气体发生等压变化：(3)在如图乙所示的坐标系中画出气体状态变化的整个过程并标注相关点的坐标值.123456789101112131415答案解析解析解析如图所示答案答案见解析图