第15章 2 第2讲 固体 液体和气体(课件PPT)-【赢在微点·顶层设计】2027年高中物理高考一轮总复习（粤教版）

第2讲 第十五章　热　学 固体　液体和气体 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 目 标 要 求 1.了解固体的微观结构，知道晶体和非晶体的特点，了解液晶的主要特性。2.了解表面张力现象和毛细现象，知道它们的产生原因。3.掌握气体压强的计算方法及气体压强的微观解释。4.理解气体实验定律，并能解决简单的气体状态变化问题。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 考点1　固体和液体的性质 考点2　气体压强的计算及微观解释 内容 索引 温馨提示:点击标题链接相关内容 考点3　气体实验定律的理解和应用 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 固体和液体的性质 考点1 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 5 必|备|知|识 1.固体。 (1)分类：固体分为 和 两类。晶体又分为 和 。 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)晶体和非晶体的比较。 　　 分类 比较 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 外形 有规则的形状 无确定的几何形状 无确定的几何外形 熔点 确定 确定 不确定 物理性质 各向异性 各向同性 各向同性 典型物质 石英、云母、明矾、食盐 各种金属 玻璃、橡胶、蜂蜡、松香、沥青 转化 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 2.液体的表面张力。 (1)作用效果：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形面积最小。 (2)方向：表面张力跟液面 ，跟这部分液面的分界线垂直。 (3)形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离 ，分子间作用力表现为 。 相切 大 引力 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 3.液晶。 (1)液晶分子既保持排列有序而显示各向 ，又可以自由移动位置，保持了液体的 。 (2)液晶分子的位置无序使它像 ，排列有序使它像 。 (3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐，而从另外一个方向看则是 的。 (4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下 。 异性 流动性 液体 晶体 杂乱无章 发生改变 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)晶体的所有物理性质都是各向异性( ) (2)液晶是液体和晶体的混合物( ) (3)液体的表面张力方向与液体的表面垂直( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 关|键|能|力 【典例1】　甲、乙、丙三种固体薄片涂上蜡，由烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示，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丁所示，下列说法正确的是( ) 考向1 晶体和非晶体 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 A.甲、乙为非晶体，丙是晶体 B.甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体 C.甲、丙为非晶体，乙是晶体 D.甲、乙、丙都是晶体 单晶体是各向异性，在其表面熔化的蜡是椭圆形。非晶体和多晶体是各向同性，则在其表面熔化的蜡是圆形，因此丙为单晶体，甲、乙可能是多晶体与非晶体。根据温度随加热时间变化的关系可知，甲、丙为晶体，乙是非晶体，B项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例2】　2023年9月21日下午，“天宫课堂”第四课航天员进行太空科普授课，航天员们在空间站进行一场“乒乓球友谊赛”，使用普通球拍时，水球被粘在球拍上；而使用毛巾加工成的球拍，水球不仅没有被吸收，反而弹开了。下列描述不正确的是( ) A.水球形成球形是因为水具有表面张力 B.水球被粘在球拍上是因为拍子表面对于水是浸润的 C.毛巾的表面布满了疏水的微线毛，对于水是不浸润的 D.用毛巾加工成的球拍打水球的力大于水球对球拍的力使水球弹开 考向2 液体 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 在完全失重的状态下，因为水具有表面张力的作用从而使得水球形成球形，A项正确；水球被粘在球拍上是因为拍子表面对于水是浸润的，B项正确；毛巾的表面布满了疏水的微线毛，是因为其对于水是不浸润的，C项正确；根据牛顿第三定律可知，用毛巾加工成的球拍打水球的力等于水球对球拍的力，D项错误。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 气体压强的计算及微观解释 考点2 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 15 必|备|知|识 1.气体压强的计算。 (1)活塞模型。 如图所示是最常见的封闭气体的两种方式。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 求气体压强的基本方法：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， 则气体的压强为p=p0+。 图乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以pS+mg=p0S， 则气体压强为p=p0-=p0-ρ液gh。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)连通器模型。 如图所示，U形管竖直放置。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联系起来。则有pB+ρgh2=pA， 而pA=p0+ρgh1， 所以气体B的压强为pB=p0+ρg(h1-h2)。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 2.气体分子运动的速率分布图像。 气体分子间距离大约是分子直径的10倍，分子间作用力十分微弱,可忽略不计；分子沿各个方向运动的机会均等；分子速率的分布规律按“中间多、两头少”的统计规律分布，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大，如图所示。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 3.气体压强的微观解释。 (1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力。 (2)决定因素(一定质量的某种理想气体)。 ①宏观上：决定于气体的温度和体积。 ②微观上：决定于气体分子的平均动能和气体分子的密集程度。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)液体内部同一深度处压强大小相等，方向不同( ) (2)物体的温度升高，物体内所有分子的动能均增大( ) (3)气体的温度升高，气体的压强不一定增大( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 关|键|能|力 【典例3】　若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态，液体密度均为ρ，重力加速度为g，求各被封闭气体的压强。 考向1 气体压强的计算 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 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S+ρghS=p0S， 所以p甲=p0-ρgh， 在题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件知 p乙S+ρghS=p0S， p乙=p0-ρgh， 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 在题图丙中，以液柱为研究对象，由平衡条件有 p丙S+ρghsin 60°·S=p0S， 所以p丙=p0-ρgh， 在题图丁中，以液面A为研究对象，由平衡条件得 p丁S=(p0+ρgh1)S， 所以p丁=p0+ρgh1。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例4】　如图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，则封闭气体A的压强为 ， 气体B的压强为 。  p0+ p0- 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 题图甲中选活塞为研究对象，有pAS=p0S+mg，得pA=p0+，题图乙中选汽缸为研究对象，有p0S=pBS+Mg，得pB=p0-。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例5】　(多选)关于对气体压强的理解，下列说法正确的是( ) A.大气压强是由地球表面空气重力产生的，因此将开口瓶密闭后，瓶内气体脱离大气，它自身重力太小，会使瓶内气体压强远小于外界大气压强 B.密闭容器内气体压强是由气体分子不断撞击器壁而产生的 C.气体压强取决于单位体积内分子数和分子的平均速率 D.单位面积器壁受到空气分子碰撞的平均压力在数值上等于气体对器壁的压强大小 考向2 气体压强的微观解释 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 大气压强是由地球表面空气重力产生的，而被密封在某种容器中的气体，其压强是大量的无规则运动的气体分子对容器壁不断碰撞而产生的，它的大小不是由被封闭气体的重力所决定的，A项错误；密闭容器内的气体压强是由大量气体分子频繁撞击器壁而产生的，B项正确；气体压强取决于分子的密集程度与分子的平均速率，即为单位体积内分子数和分子的平均速率，C项正确；根据公式p=可知单位面积器壁受到气体分子碰撞的平均压力在数值上就等于气体压强的大小，D项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 气体实验定律的理解和应用 考点3 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 29 必|备|知|识 1.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成反比 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成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比 表达式 p1V1=p2V2 = 拓展：Δp=T = 拓展：ΔV=T 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 微观解释 一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变。体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强增大 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强增大 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大，只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变 图像       高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 2.理想气体状态方程。 (1)理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。 ①在压强不太大、温度不太低时，实际气体可以看作理想气体。 ②理想气体的分子间除碰撞外不考虑其他作用，一定质量的某种理想气体的内能仅由温度决定。 (2)理想气体状态方程：=或=c(质量一定的理想气体)。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)压强极大的实际气体不遵从气体实验定律( ) (2)一定质量的理想气体，当温度升高时，压强一定增大 ( ) (3)一定质量的理想气体，当温度升高时，压强和体积的乘积一定增大( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 关|键|能|力 1.解题基本思路。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 2.分析气体状态变化的问题要抓住三点。 (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。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例6】　如图所示，在一根长度a=70 cm、下端封闭上端开口、粗细均匀的玻璃管中，用长为h=15 cm的水银柱封闭一部分空气，玻璃管竖直放置，管内空气柱的长度L1=30 cm。已知大气压强p0=75 cmHg保持不变，初始时封闭气体和环境的热力学温度T1=300 K。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)若缓慢转动玻璃管，使得玻璃管开口向下竖直放置，水银没有溢出，求水银柱稳定后空气柱的长度L2； (2)若缓慢加热封闭气体，使得水银柱恰好未溢出，求此时封闭气体的热力学温度T2； (3)若缓慢转动玻璃管使其水平放置，同时使得水银柱恰好未溢出，求此时封闭气体的热力学温度T3。(保留1位小数) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)管内封闭气体做等温变化，则有 (p0+ph)L1S=(p0-ph)L2S， 解得L2=45 cm。 (2)管内封闭气体做等压变化，则有 =， 解得T2=550 K。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)对管内封闭气体，根据一定质量的理想气体状态方程有 =， 解得T3=458.3 K。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例7】　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为常数。已知该气球自身质量为m0=8.40×10-3kg，外界空气密度为ρ0=1.3 kg/m3，求气球内气体体积V的大小。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)理想气体做等温变化，根据玻意耳定律有pV=p0V0， 解得V0=。 (2)设气球内气体质量为m气，则 m气=ρ0V0， 对气球及气球内部气体组成的系统进行受力分析 如图所示， 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 根据气球的受力平衡，有 mg+ρ0gV=m气g+m0g， 结合题中p和V满足的关系为 (p-p0)(V-VB0)=C， 解得V=5×10-3 m3。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 把握高考微点，实现素能提升 完成——微练78 本部分内容讲解结束 $$