人教版高考物理一轮复习第12章热学第2讲固体液体与气体学案

第2讲　固体、液体与气体

知识点1　固体、液晶的微观结构

1．晶体和非晶体

2．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

3．液晶

(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向异性，又可以自由移动位置，保持了液体的流动性。

(2)液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。

(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杂乱无章的。

(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变。

知识点2　液体的表面张力

1．概念

液体表面各部分间互相吸引的力。

2．作用

液体的表面张力使液面具有收缩到表面积最小的趋势。体积相同的情况下，球形的表面积最小。

3．方向

表面张力跟液面相切，且跟这部分液面的分界线垂直。

4．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；液体的密度越小，表面张力越大。

知识点3　饱和汽、未饱和汽和饱和汽压、相对湿度

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：饱和汽压随温度而变。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：空气的潮湿程度。

(2)绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强。

(3)相对湿度：空气中的水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比，

相对湿度＝×100%。

知识点4　气体分子运动速率的统计分布、气体实验定律、理想气体

1．气体分子运动特点：

(1)气体分子间距较大，分子力为零，分子间除碰撞外不受其他力作用，向各个方向运动的气体分子数目相等。

(2)分子做无规则运动，分子速率按“中间多，两头少”的统计规律分布。

(3)温度一定时某种气体分子速率分布是确定的，温度升高时，速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大。

2．气体的状态参量：

(1)气体的压强。

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决定气体压强大小的因素。

宏观上：决定于气体的温度和体积。

微观上：决定于气体分子的平均动能和分子密集程度。

(2)气体的温度：

①物理意义：宏观上表示物体的冷热程度，微观上是分子平均动能的标志。

②热力学温度与摄氏温度的关系：T＝t＋273.15 K。

3．气体实验定律：

4．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理想气体是经过科学抽象而建立的理想化模型，实际上并不存在。

②理想气体不考虑分子间作用力，不存在分子势能，内能只与温度有关，与体积无关。

③实际气体(特别是不易液化的气体)在压强不太大，温度不太低时可看作理想气体。

(2)理想气体状态方程：＝或＝C(常量)。

双基自测

一、堵点疏通

1．气体的压强是由气体的自身重力产生的。(　×　)

2．有无确定的熔点是区分晶体和非晶体比较准确的方法。(　√　)

3．液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性。(　√　)

4．船浮于水面上不是由于液体的表面张力。(　√　)

5．水蒸气达到饱和时，水蒸气的压强不再变化，这时，水不再蒸发和凝结。(　×　)

6．压强极大的气体不再遵从气体实验定律。(　√　)

二、对点激活

1．(多选)关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是(　BD　)

A．晶体和非晶体都有固定的熔点

B．晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点

C．所有晶体都是各向异性的

D．多晶体没有确定的几何形状

[解析]　晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点，所以选项A错，B正确；晶体中的单晶体各向异性，多晶体各向同性，所以选项C错；单晶体有确定的几何形状，而多晶体和非晶体均无确定的几何形状，所以选项D正确，故选B、D。

2．(多选)下列现象中，主要是液体表面张力作用的是(　ACD　)

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

[解析]　水黾可以停在水面上是液体表面张力的作用，小木船漂浮在水面上是因为浮力，二者最直观的区别是物体有没有一部分陷进水里面；表面张力使液体表面有收缩的趋势，所以荷叶上的小水珠呈球形，水面稍高出杯口也不会流下来，故A，C，D正确，B错误。

3．对一定质量的气体来说，下列几点能做到的是(　C　)

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

[解析]　根据理想气体状态方程＝C逐一分析，只有C正确。

核心考点·重点突破

HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO

考点一　固体和液体的性质

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。

(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

(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)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。

(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：

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。

(5)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。

例1　(多选)下列说法正确的是(　BCD　)

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，某些晶体可以转变为非晶体，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，内能保持不变

[解析]　将一晶体敲碎后，得到的小颗粒仍是晶体，故选项A错误；单晶体具有各向异性，有些单晶体沿不同方向上的光学性质不同，故选项B正确；例如金刚石和石墨由同种元素构成，但由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，故选项C正确；晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化。如天然水晶是晶体，熔融过的水晶(即石英玻璃)是非晶体，也有些非晶体在一定条件下可转化为晶体，故选项D正确；在熔化过程中，晶体要吸收热量，温度保持不变，但内能增大，故选项E错误。

〔变式训练1〕(多选)下列说法正确的是(　ABD　)

A．在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关

B．脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液

C．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

D．在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力的作用

E．制作晶体管、集成电路可以用多晶体

[解析]　在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关，选项A正确；脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液，选项B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，说明云母片的物理性质具有各向异性，云母片是单晶体，选项C错误；在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力的作用，选项D正确；制作晶体管、集成电路只能用单晶体， 是因为单晶体具有各项异性，选项E错误。

考点二　气体压强的产生与计算

1．产生的原因

由于大量气体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，作用在器壁单位面积上的压力叫作气体的压强。

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集程度。

3．平衡状态下气体压强的求法

4．加速运动系统中封闭气体压强的求法

选取与气体接触的液柱(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。

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。

[解析]　在甲图中，以B液面为研究对象，由二力平衡知p气S＋ρghS＝p0S

所以p气＝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：

p气S＋ρghS＝p0S

p气＝p0－ρgh

在图丙中，仍以B液面为研究对象，有

p气＋ρghsin 60°＝pB＝p0

所以p气＝p0－ρgh

在图丁中，以液面A为研究对象，由二力平衡得

p气S＝(p0＋ρgh1)S

所以p气＝p0＋ρgh1

在图戊中，从开口端开始计算，右端大气压为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pb＝p0＋ρg(h2－h1)，而a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)。

[答案]　甲：p0－ρgh

乙：p0－ρgh

丙：p0－ρgh

丁：p0＋ρgh1

戊：pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3)　pb＝p0＋ρg(h2－h1)

例3　如图所示两个气缸质量均为M，内部横截面积均为S，两个活塞的质量均为m，左边的气缸静止在水平面上，右边的活塞和气缸竖直悬挂在天花板下。不计活塞与气缸壁间的摩擦，两个气缸内分别封闭有一定质量的气体A、B，大气压为p0，重力加速度为g，求封闭气体A、B的压强各多大？

[解析]　题图甲中选活塞m为研究对象

pAS＝p0S＋mg得pA＝p0＋。

题图乙中选气缸M为研究对象p0S＝pBS＋Mg，

得pB＝p0－。

[答案]　p0＋　p0－

考点三　气体状态变化的图像问题

1．利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量、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：在图甲中，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T2>T1。

又如图乙所示，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。

2．一定质量的气体不同图像的比较

例4　一定质量的理想气体经历了温度缓慢升高的变化，如图所示，p－T和V－T图像各记录了其部分变化过程，试求：

(1)温度为600 K时气体的压强；

(2)在p－T图像上将温度从400 K升高到600 K的变化过程补充完整。

[解析]　(1)已知p1＝1.0×105 Pa，V1＝2.5 m3，T1＝400 K，V2＝3 m3，T2 ＝600 K，由理想气体状态方程有

＝

得p2＝＝1.25×105 Pa

也可以由图像解，但要有必要的说明。

(2)气体从T1＝400 K升高到T3＝500 K，经历了等容变化，由查理定律：＝，

得气体压强p3 ＝1. 25×105 Pa

气体从T3 ＝500 K变化到T2＝ 600 K，经历了等压变化，画出两段直线如图。

[答案]　(1)1.25×105 Pa　(2)见解析图

名师点拨　气体状态变化图像的分析方法

(1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。  

(2)明确图像斜率的物理意义：在V－T图像(p－T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。

(3)明确图像面积的物理意义：在p－V图像中，p－V图线与V轴所围面积表示气体对外界或外界对气体所做的功。

〔变式训练2〕如图所示，一定质量理想气体的状态沿1→2→3→1的顺序做循环变化。若改用V—T或p—V图像表示这一循环，可能正确的选项是(　D　)

[解析]　由图示图像A可知，1→2过程，V与T成正比，是等压变化，不符合题意，A错误；由图像B可知，1→2过程是等容变化，温度降低，不符合题意，B错误；由图示图像C可知，2→3过程是等压变化，体积变大，由盖—吕萨克定律可知，温度T升高，不符合题意，C错误；由图示图像D可知，1→2过程，是等容过程，p与T成正比，p与T均增大，2→3过程，是等压变化，压强p不变，体积V减小，由盖—吕萨克定律可知，温度T降低；由题图中p－T图像可知，3→1过程，是等温变化，温度T不变，压强p减小，由玻意耳定律可知，体积V变大，符合题意，D正确。

2年高考·1年模拟

2 NIAN GAO KAO 1 NIAN MO NI

1．(2020·江苏单科)(多选)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(　AC　)

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

[解析]　非晶体没有固定的熔点；因为其分子在空间上排列无规则，所以不具有规则的几何形状；其导热性能为各向同性，故A、C项正确，B、D项错误。

2．(2019·全国卷Ⅱ)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大于N2，T1等于T3，N2大于N3。(填“大于”“小于”或“等于”)

[解析]　根据理想气体状态方程＝＝，可知T1＞T2，T2<T3，T1＝T3；由于T1>T2，状态1时气体分子热运动的平均动能大，热运动的平均速率大，分子密度相等，故单位面积的平均碰撞次数多，即N1>N2；对于状态2、3，由于V3′>V2′，故分子密度n3<n2，T3>T2，故状态3分子热运动的平均动能大，热运动的平均速率大，而且p2′＝p3′，因此状态2单位面积的平均碰撞次数多，即N2>N3。

3．(2020·广东兴宁月考)我们在河边会发现有些小昆虫能静止于水面上，这是因为(　D　)

A．小昆虫的重力可忽略

B．小昆虫的重力与浮力平衡

C．小昆虫的重力与表面张力平衡

D．表面张力使水面收缩成“弹性薄膜”，对小昆虫产生一个向上的支持力，小昆虫的重力和支持力平衡

[解析]　小昆虫静止在水面上是因为小昆虫所受的合外力为零，表面张力不是作用于小昆虫上的力，而是作用于液体表面层中的力。

4．(2020·甘肃静宁月考)(多选)在下图中，能反映理想气体经历了等温变化→等容变化→等压变化，又回到原来状态的是(　BC　)

A．　 B．

C．　 D．

[解析]　本题考查对不同图像中气体等温、等压、等容三种状态变化的认识。p－V图像中，斜线不是等温变化，竖直线为等容变化，水平线为等压变化，故题图A不能反映要求的变化，选项A错误；p－T图像中，竖直线为等温变化，斜线为等容变化，水平线为等压变化，题图B反映了要求的变化，选项B正确；V－T图中，竖直线为等温变化，水平线为等容变化，斜线为等压变化，题图C反映了要求的变化，而题图D经历了相反的变化，选项C正确，D错误。