内容正文:
第2节 固体 液体 气体
链接教材·夯基固本
梳理·必备知识
1.规则 异性 同性 规则
2.(1)引力 (2)最小 (3)垂直
3.(1)流动 异
4.(2)体积 密集程度
5.反比 正比 正比 p2V2
6.(1)气体实验定律 (2)
激活·基本技能
1.(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√
2.C [玻璃是非晶体,熔化再凝固后仍然是非晶体,A、B错误;玻璃裂口尖端放在火焰上烧熔后变钝,是表面张力的作用,表面张力具有减小表面积的作用,即使液体表面绷紧,C正确,D错误。]
3.BD [由题图(1)、(2)、(3)可知,在导热性能上甲、乙具有各向同性,丙具有各向异性;由题图(4)可知,甲、丙有固定的熔点,乙无固定的熔点,所以甲、丙是晶体,乙是非晶体,其中甲可能是多晶体,丙是单晶体,故B、D正确,A、C错误。]
4.解析:(1)由题意可知,压强不变,由盖吕萨克定律得
=
ΔV=ΔT=ΔT
ΔT=·SΔL
由于ΔT与ΔL成正比,则刻度均匀。
(2)ΔT=×0.2×(20-10) K≈1.6 K
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 ℃。
答案:(1)刻度应该均匀 (2)23.4~26.6 ℃
细研考点·突破题型
考点1
典例1 B [因为液体表面张力的存在,水黾才能停在水面而不下沉,故A错误;将棉线圈中肥皂膜刺破后,扩成一个圆孔,是表面张力作用的结果,故B正确;液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的,故C错误;从题图丁中可以看出酱油与左边材料浸润,与右边材料不浸润(不浸润液滴会因为表面张力呈球形),故D错误。]
典例2 A [食盐熔化过程中,温度保持不变,即熔点一定,说明食盐是晶体,故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,只能说明云母片是晶体,故B错误;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规则,故C错误;组成石墨和金刚石的化学元素是相同的,都是碳原子,但它们的物理性质不同,是由于碳原子排列结构不同造成的,故D错误。]
典例3 CD [转过90°后电流表示数发生变化,说明圆板电阻的阻值发生变化,即显示各向异性。多晶体和非晶体都显示各向同性。故C、D正确。]
考点2
典例4 解析:设管内部横截面积为S。
在题图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由平衡条件知
p甲气S+ρghS=p0S
所以p甲气=p0-ρgh。
在题图乙中,以B液面为研究对象,由平衡方程F上=F下,有p乙气S+ρghS=p0S
所以p乙气=p0-ρgh。
在题图丙中,以B液面为研究对象,有
p丙气S+ρghS sin 60°=p0S
所以p丙气=p0-ρgh。
在题图丁中,以液面A为研究对象,由平衡条件知p丁气S=(p0+ρgh1)S
所以p丁气=p0+ρgh1。
答案:p0-ρgh p0-ρgh p0-ρgh p0+ρgh1
典例5 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pAS=p0S+mg,得pA=p0+;
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p0S=pBS+Mg,得pB=p0-;
题图丙中选活塞和物块整体为研究对象,受力分析如图(c)所示,由平衡条件知pCS下sin α=p0S上+(M+m)g,由几何知识知S下sin α=S上,S上=S,联立可得pC=p0+。
答案:p0+ p0- p0+
考点3
典例6 解析:(1)活塞从卡销a运动到卡销b,对密封气体由玻意耳定律有p0V0=p1V1
其中V1=V0
外力增加到200 N时,对活塞由力的平衡条件有p0S+F=p1S+FN
联立并代入数据解得卡销b对活塞支持力的大小为FN=100 N。
(2)当活塞刚好能离开卡销b时,对活塞有
p0S+F=p2S
从开始升温至活塞刚好能离开卡销b,对密封气体,由查理定律有=
联立并代入数据解得活塞刚好能离开卡销b时密封气体的温度为T2= K。
答案:(1)100 N (2) K
典例7 解析:(1)没有倾斜时,管内气体的压强
p1=p0+
管与水平面的夹角为θ时,管内气体的压强
p2=p0+sin θ
根据玻意耳定律有p1S=p2S
管口离地高度h=H sin θ
联立解得h= m。
(2)保持玻璃管竖直,给玻璃管缓慢加热,当水银流出一半时,气体压强p3=p0+
根据理想气体状态方程有
=
联立解得T1=360 K。
答案:(1) m (2)360 K
微点突破
典例8 B [根据=C,可得p=T,从a到b,气体压强不变,温度升高,则体积变大;从b到c,气体压强减小,温度降低,因c点与原点连线的斜率小于b点与原点连线的斜率,则c点处气体的体积大于b点处气体的体积。故选B。]
典例9 解析:(1)AB的反向延长线经过坐标原点O,由正比例图线的比例性有=
解得pA=0.5p0
由理想气体状态方程有=
解得TA=0.25T0。
(2)由几何关系可得,△ABC的面积为
S0=(pC-p0)(2V0-V0)
解得pC=p0+。
答案:(1)0.25T0 (2)p0+
即时检验·感悟高考
1.AC [根据非晶体的特点可知,非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)在空间上不呈规则周期性排列的固体,D错误;它没有一定规则的天然外形,B错误;它的物理性质在各个方向上是相同的,叫“各向同性”,C正确;它没有固定的熔点,A正确。]
2.B [由公式=C整理得p=T,又p T图像为一条过原点的倾斜直线,则密闭容器内气体的体积保持不变,即理想气体由状态A变化到状态B的过程中,气体的体积不变,则气体分子的数密度不变,A错误;由状态A变化到状态B,气体的温度升高,温度是一定质量的理想气体的分子平均动能的唯一标志,则由状态A变化到状态B的过程中,气体分子的平均动能增大,B正确;气体的压强由气体分子的数密度以及气体分子的平均速率决定,由于气体分子数密度不变,分子的平均速率增大,则单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力变大,C错误;由状态A变化到状态B的过程中气体的温度升高,分子的热运动加剧,且气体的体积保持不变,则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数增多,D错误。]
3.解析:(1)由玻意耳定律有pV=p0V0
解得V0=。
(2)气球内空气体积为V0时,密度为ρ0,故气球内部空气质量m内=ρ0V0=
对气球和气球内部气体组成的系统受力分析,由力的平衡条件有
(m0+m内)g=F浮+mg
又F浮=ρ0gV
结合(p-p0)(V-VB0)=C
联立解得V=5×10-3 m3。
答案:(1) (2)5×10-3 m3
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第2节 固体 液体 气体
[学习目标] 1.知道晶体和非晶体的特点,了解液晶的主要性质。
2.了解表面张力和毛细现象,知道它们的产生原因。
3.了解气体分子运动的特点,能够从微观的角度解释气体压强。
4.掌握气体实验定律的内容、适用条件,并会应用其解决问题。
1.固体
固体通常可分为晶体和非晶体,其结构和性质见表:
分类
比较
晶体
非晶体
单晶体
多晶体
外形
____
不规则
熔点
确定
不确定
物理性质
各向____
各向____
微观
结构
组成晶体的物质微粒有____地、周期性地在空间排列
[注意] 多晶体中每个小晶体间的排列无规则
无规则
2.液体的表面张力
(1)成因: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____。
(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:表面张力跟液面相切,跟这部分液面的分界线____。
3.液晶
(1)物理性质
①具有液体的____性。
②具有晶体的光学各向__性。
(2)微观结构
从某个方向看,其分子排列比较整齐,但从另一个方向看,分子的排列是杂乱无章的。
4.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。
(2)决定因素
①宏观上:决定于气体的温度和____。
②微观上:决定于分子的平均动能和分子的________。
5.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p与体积V成____
一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强p与热力学温度T成____
一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,体积V与热力学温度T成____
表达式
p1V1=
=
=
6.理想气体状态方程
(1)理想气体:宏观上讲,理想气体是指在任何温度、任何压强下都遵守____________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。微观上讲,理想气体的分子间除碰撞外无其他相互作用力,即分子间无分子势能。
(2)一定质量的理想气体的状态方程:=或=C。
1.易错易混辨析
(1)所有晶体都具有天然、规则的几何外形。 ( )
(2)有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体。 ( )
(3)液体表面层分子之间的距离比内部要小些。 ( )
(4)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。 ( )
(5)一定质量的理想气体,保持温度不变时,体积增大,压强减小。 ( )
2.(人教版选择性必修第三册改编)如图所示,把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔,它的尖端就变钝了。产生这一现象的原因是( )
A.玻璃是非晶体,熔化再凝固后变成晶体
B.玻璃是晶体,熔化再凝固后变成非晶体
C.熔化的玻璃表面分子间表现为引力使其表面绷紧
D.熔化的玻璃表面分子间表现为斥力使其表面扩张
3.(人教版选择性必修第三册改编)(多选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡,用烧热的针接触石蜡层背面上一点,石蜡熔化的范围分别如图(1)(2)(3)所示,而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(4)所示。下列判断正确的是( )
A.甲、乙是非晶体,丙是晶体
B.甲、丙是晶体,乙是非晶体
C.甲、丙是非晶体,乙是晶体
D.甲可能是多晶体,乙为非晶体,丙为单晶体
4.(人教版选择性必修第三册)如图所示,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,T=t+273 K。
(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(结果保留1位小数)。
固体、液体的性质
1.晶体和非晶体的理解
(1)凡是具有确定熔点的物体必定是晶体,反之,必是非晶体。
(2)凡是具有各向异性的物体必定是晶体,且是单晶体。
(3)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。
(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。
2.液体表面张力的理解
形成原因
表面层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
表面特性
表面层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绷紧的弹性薄膜
张力方向
和液面相切,垂直于液面上的各条分界线
张力效果
表面张力使液体表面具有收缩趋势,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
3.液晶的主要性质
(1)液晶具有晶体的各向异性的特点。原因是在微观结构上,从某个方向看,液晶的分子排列比较整齐,有特殊的取向。
(2)从其他方向上看,液晶分子排列是杂乱的,因而液晶又具有液体的性质,具有一定的流动性。
[典例1] 关于以下几幅图中现象的分析,下列说法正确的是( )
A.甲图中水黾停在水面而不下沉,是浮力作用的结果
B.乙图中将棉线圈中肥皂膜刺破后,扩成一个圆孔,是表面张力作用的结果
C.丙图液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的
D.丁图中的酱油与左边材料不浸润,与右边材料浸润
[听课记录]
[典例2] (2025·江苏镇江高三检测)对下列几种固体物质的认识正确的是( )
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,是由于石墨是非晶体,金刚石是晶体
[听课记录]
[典例3] (多选)(2025·福建福州高三检测)如图所示,ACBD是一厚度均匀的由同一种微粒构成的圆板,AB和CD是互相垂直的两条直径。在圆板所处平面内把圆板从图示位置转90°后电流表示数发生了变化(两种情况下都接触良好)。关于圆板,下列说法正确的是( )
A.圆板是非晶体
B.圆板是多晶体
C.圆板是单晶体
D.圆板在各个方向上导电性能不同
[听课记录]
封闭气体压强的理解与计算
1.对封闭气体压强的理解
(1)产生原因:气体分子对容器壁频繁碰撞产生的。
(2)决定因素
①宏观上:取决于气体的温度和体积。
②微观上:取决于分子的平均动能和分子的密集程度。
2.封闭气体压强计算的两类模型
模型
图示
方法解析
活塞模型
图1中活塞的质量和图2中液柱的质量均为m,活塞或管的横截面积均为S,外界大气压强为p0
图1活塞平衡有:
p0S+mg=pS
p=p0+
图2中的液柱也可以看成“活塞”,液柱处于平衡状态有:
pS+mg=p0S
p=p0-=p0-ρ液gh
连通器模型
同一液体中的相同高度处压强一定相等
气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来。则有:(外界大气压强为p0)
pB+ρgh2=pA
又因为pA=p0+ρgh1
则pB=p0+ρg(h1-h2)
[典例4] (粤教版选择性必修第三册改编)若已知大气压强为p0,如图所示各装置均处于静止状态,图中液体密度均为ρ,重力加速度为g,则各图中被封闭气体的压强分别为p甲气=________;p乙气=________;p丙气=________;p丁气=________。
[听课记录]
[典例5] 求汽缸中气体的压强。(大气压强为p0,重力加速度为g,活塞的质量为m,横截面积为S,汽缸、物块的质量均为M,汽缸厚度不计,活塞与汽缸间均无摩擦,均处于平衡状态)
甲:________;乙:________;丙:________。
[听课记录]
气体实验定律与理想气体状态方程
1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系
(1)=
注意:上述规律的适用条件是一定质量的理想气体。
(2)三个重要推论
①查理定律的推论:Δp=ΔT。
②盖-吕萨克定律的推论:ΔV=ΔT。
③理想气体状态方程的推论:=++…+(一定质量的气体分成n份或将n份气体合成一份)。
2.解决气体状态变化的问题
(1)弄清一个物理过程分为哪几个阶段。
(2)找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的。
(3)明确哪个阶段应遵循什么实验定律。
[典例6] (2024·全国甲卷)如图所示,一竖直放置的汽缸内密封有一定量的气体,一不计厚度的轻质活塞可在汽缸内无摩擦滑动,移动范围被限制在卡销a、b之间,b与汽缸底部的距离=10,活塞的面积为1.0×10-2 m2。 初始时,活塞在卡销a处,汽缸内气体的压强、温度与活塞外大气的压强、温度相同,分别为1.0×105 Pa和300 K。在活塞上施加竖直向下的外力,逐渐增大外力使活塞缓慢到达卡销b处(过程中气体温度视为不变),外力增加到200 N并保持不变。求:
(1)求外力增加到200 N时,卡销b对活塞支持力的大小;
(2)再将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高,当活塞刚好能离开卡销b时气体的温度。
[听课记录]
[典例7] (2024·河北保定三模)如图所示,高为H=1.0 m的细玻璃管开口向上竖直放置于水平地面上,长度为的水银柱密封一定质量的理想气体,当温度T0=300 K时,水银恰与管口齐平。大气压强p0=75 cmHg,则:
(1)如果保持温度不变,让玻璃管缓慢倾斜,当水银流出一半时,管口离地高度是多少?
(2)如果保持玻璃管竖直,给玻璃管缓慢加热,当水银流出一半时,温度是多少?(热力学温度)
[听课记录]
气体状态变化的图像问题
1.常见图像
图线类别
特点
图像
p-V
pV=CT(其中C为恒量),即p、V之积越大的等温线温度越高,线离原点越远,图线与V轴所围面积表示功
p-
p=CT,斜率k=CT,即斜率越大,温度越高
p-T
p=T,斜率k=,即斜率越大,体积越小
V-T
V=T,斜率k=,即斜率越大,压强越小
2.图像的应用与转换
(1)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。
(2)转换技巧
①如图甲所示,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T2>T1。
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V2<V1。
[典例8] (2023·辽宁卷)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置,可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中,一定质量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是( )
A B
C D
[听课记录]
[典例9] (2025·青海高三检测)一定质量的理想气体,从状态A开始,经历B、C两个状态又回到状态A,其压强p与体积V的关系图像如图所示,图中p0、V0均为已知,AB的反向延长线经过坐标原点O,BC与纵轴平行,△ABC的面积为S0,已知气体在状态B时的热力学温度为T0,求:
(1)气体在状态A时的热力学温度;
(2)气体在状态C时的压强。
[听课记录]
1.(多选)(2020·江苏卷)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史,它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有( )
A.没有固定的熔点
B.天然具有规则的几何形状
C.沿不同方向的导热性能相同
D.分子在空间上周期性排列
2.(2023·江苏卷)如图所示,密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中( )
A.气体分子的数密度增大
B.气体分子的平均动能增大
C.单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D.单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
3.(2024·湖南卷)一个充有空气的薄壁气球,气球内气体压强为p、体积为V。气球内空气可视为理想气体。
(1)若将气球内气体等温膨胀至大气压强p0,求此时气体的体积V0(用p0、p和V表示);
(2)小赞同学想测量该气球内气体体积V的大小,但身边仅有一个电子天平。将气球置于电子天平上,示数为m=8.66×10-3 kg(此时须考虑空气浮力对该示数的影响)。小赞同学查阅资料发现,此时气球内气体压强p和体积V还满足:(p-p0)(V-VB0)=C,其中p0=1.0×105 Pa为大气压强,VB0=0.5×10-3 m3为气球无张力时的最大容积,C=18 J为常量。已知该气球自身质量为m0=8.40×10-3 kg,外界空气密度为ρ0=,重力加速度g取10 m/s2,求气球内气体体积V的大小。
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