高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 固体学案

固体

【学习目标】

了解固体的分类和基本性质以及与其他状态物体之间的转化。

【学习重难点】

了解固体的分类和基本性质以及与其他状态物体之间的转化。

【学习过程】

一、 固体的微观结构，晶体和非晶体

固体分为晶体和非晶体，晶体又可分为单晶体和多晶体

1．晶体和非晶体的区别：

由以上表格内容可知：

（1）同一种物质在不同的条件下可能是晶体也可能是非晶体。

（2）晶体中的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．液体

（1）液体的微观结构

（2）液体的表面张力

①作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势。

②方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直。

③大小：液体的温度越高，表面张力越小；液体中溶有杂质时，表面张力变小；液体的密度越大，表面张力越大。

（3）液晶

①液晶的产生：

               具有液体的流动性

               具有晶体的光学各向异性

 ②物理性质    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

3．饱和汽    湿度

（1）饱和汽与未饱和汽

①饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽。

②未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽。

（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，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。

（3）湿度

①定义：空气的干湿程度。

②描述湿度的物理量

A．绝对湿度：空气中所含水蒸汽的压强。

B．相对湿度：空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压之比。

C．相对湿度公式

二、气体和气体分子运动的特点

1．三性

2．气体的压强

（1）产生的原因：由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强。

（2）决定因素

①宏观上：决定于气体的温度和体积。

②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密度。

（3）常用单位：帕斯卡（Pa）：1 Pa=1 N/m2

1 atm=760 mmHg=1．013×105 Pa

（4）计算方法

①系统处于平衡状态下的气体压强计算方法

A．液体封闭的气体压强的确定

平衡法：选与气体接触的液柱为研究对象进行受力分析，利用它的受力平衡，求出气体的压强。

取等压面法：根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在连通器内灵活选取等压面，由两侧压强相等建立方程求出压强。

液体内部深度为h处的总压强为p=p0+ρgh。

B．固体（活塞或汽缸）封闭的气体压强的确定

由于该固体必定受到被封闭气体的压力，所以可通过对该固体进行受力分析，由平衡条件建立方程来找出气体压强与其他各力的关系。

②加速运动系统中封闭气体压强的计算方法：一般选与气体接触的液柱或活塞为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解。

三、气体的实验定律，理想气体

1．理想气体的状态参量：

理想气体：始终遵循三个实验定律（玻意耳定律、查理定律、盖·吕萨克定律）的气体。

描述一定质量理想气体在平衡态的状态参量为：

温度：气体分子平均动能的标志。

体积：气体分子所占据的空间。许多情况下等于容器的容积。

压强：大量气体分子无规则运动碰撞器壁所产生的。其大小等于单位时间内、器壁单位积上所受气体分子碰撞的总冲量。

内能：气体分子无规则运动的动能。 理想气体的内能仅与温度有关。

2．玻－马定律及其相关计算：

（1）玻－马定律的内容是：一定质量的某种气体，在温度不变时，压强和体积的乘积是恒量。

（2）表达式： p1V1=p2V2=k

3．等容过程——查理定律

（1）内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度每升高（或降低） 1℃，增加（或减少）的压强等于它0℃时压强的1/273． 一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强和热力学温标成正比。

（2）表达式：数学表达式是：

4．等压变化——盖·吕萨克定律

（1）内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积和热力学温标成正比。

（2）

5． 气体状态方程：

pV/T=恒量

=

说明（1）一定质量理想气体的某个状态，对应于p—V（或p—T、V—T）图上的一个点，从一个状态变化到另一个状态，相当于从图上一个点过渡到另一个点，可以有许多种不同的方法。如从状态A变化到B，可以经过许多不同的过程。为推导状态方程，可结合图像选用任意两个等值过程较为方便。

（2）当气体质量发生变化或互有迁移（混合）时，可采用把变质量问题转化为定质量问题，利用密度公式、气态方程分态式等方法求解。

二、例题分析

类型一：气体压强的产生与计算

【例1】一位质量为60 kg的同学为了表演“轻功”，他用打气筒给4只相同的气球充以相等质量的空气（可视为理想气体），然后将这4只气球以相同的方式放在水平放置的木板上，在气球的上方放置一轻质塑料板，如图所示。

（1）关于气球内气体的压强，下列说法正确的是（   ）

A．大于大气压强

B．是由于气体重力而产生的

C．是由于气体分子之间的斥力而产生的

D．是由于大量气体分子的碰撞而产生的

（2）在这位同学慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中，球内气体温度可视为不变。下列说法正确的是（   ）

A．球内气体体积变大      B．球内气体体积变小

C．球内气体内能变大      D．球内气体内能不变

（3）为了估算气球内气体的压强，这位同学在气球的外表面涂上颜料，在轻质塑料板面向气球一侧的表面贴上间距为2．0 cm的方格纸。表演结束后，留下气球与方格纸接触部分的“印迹”，如图所示。若表演时大气压强为1．013×105 Pa，取g=10 m/s2，则气球内气体的压强为 _______ PA．（取4位有效数字）

【答案】（1）A．D    （2）B．D     （3）1．053×105

【详解】 （1）选A．D．气球充气后膨胀，内部气体的压强应等于大气压强加上气球收缩产生的压强，A对；气球内部气体的压强是大量气体分子做无规则运动发生频繁的碰撞产生的，B．C错，D对。

（2）选B．D．该同学站上塑料板后，因温度视为不变，而压强变大，故气体体积变小，内能不变，所以A．C错，B．D对。

（3）每小方格的面积S0=4 cm2，每个印迹约占有93个方格。故4个气球与方格纸总的接触面积S=4×93×4×10-4 m2=0.148 8 m2

气球内气体的压强主要是由大气压和该同学的重力产生的。故

类型一  气体状态变化的图像问题

【例证2】一定质量的理想气体由状态A变为状态D，其有关数据如图甲所示，若状态D的压强是2×104 Pa．

（1）求状态A的压强。

（2）请在乙图中画出该状态变化过程的p-T图像，并分别标出A．B．C．D各个状态，不要求写出计算过程。

【详解】（1）据理想气体状态方程：  ，则

（2）p-T图像及A．B．C．D各个状态如图所示。