2021高考物理人教版一轮复习学案作业：第十三章第2讲固体、液体和气体

第2讲　固体、液体和气体

一、固体和液体
1．固体
(1)固体分为晶体和非晶体两类．石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是晶体．玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体．
(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．
(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，这类现象称为各向异性．非晶体和多晶体在各个方向的物理性质都是一样的，这叫做各向同性．
2．液体
(1)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．
(2)毛细现象：指浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，毛细管越细，毛细现象越明显．
3．液晶
(1)具有液体的流动性．
(2)具有晶体的光学各向异性．
(3)从某个方向看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的．
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．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＝.
自测1　(多选)(2019·辽宁大连市第二次模拟)下列说法正确的是(　　)
A．液晶显示器利用液晶的光学各向异性显示不同颜色
B．某种液体的饱和汽压不一定比未饱和汽压大
C．气体温度升高时，气体热运动变得剧烈，气体的压强一定增大
D．萘的熔点为80 ℃，质量相等的80 ℃的固态萘和80 ℃的液态萘具有不同的分子势能
E．若附着层的液体分子比液体内部的分子分布稀疏，则液体和固体之间表现为浸润
答案　ABD
解析　液晶既具有流动性，又具有光学各向异性，液晶显示器利用液晶的光学各向异性显示不同颜色，A正确；同一温度下某种液体的饱和汽压一定比未饱和汽压大，题中未说明温度关系，无法确定汽压大小关系，B正确；气体温度升高，气体热运动变得剧烈，但气体的体积变化未知，所以压强无法判断，C错误；萘的熔点为80 ℃，晶体在熔化过程中吸热，但温度不变，故分子平均动能不变，吸热后内能增大，所以分子势能变大，D正确；若附着层的液体分子比液体内部的分子分布稀疏，分子间表现为引力，所以液体与固体之间表现为不浸润，E错误．
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气体实验定律的气体，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
p1V1＝p2V2
＝或＝
＝或＝
图象




4.理想气体的状态方程
一定质量的理想气体的状态方程：＝或＝C.
自测2　(2019·全国卷Ⅱ·33(1))如图1所示p－V图，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________N2，T1________T3，N2________N3.(填“大于”“小于”或“等于”)

图1
答案　大于　等于　大于
解析　对一定质量的理想气体，为定值，由题中p－V图象可知，2p1·V1＝p1·2V1>p1·V1，所以T1＝T3>T2.状态1与状态2时气体体积相同，单位体积内分子数相同，但状态1下的气体分子平均动能更大，在单位时间内撞击器壁单位面积的平均次数更多，即N1>N2；状态2与状态3时气体压强相同，状态3下的气体分子平均动能更大，在单位时间内撞击器壁单位面积的平均次数较少，即N2>N3.


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)只要具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体；
(3)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；
(4)晶体和非晶体不是绝对的，在某些条件下可以相互转化；
(5)液晶既不是晶体也不是液体．
2．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1　(多选)(2019·山东潍坊市二模)关于固体、液体的性质，下列说法正确的是(　　)
A．非晶体不可能转化为晶体
B．单晶体有确定的熔点，多晶体没有确定的熔点
C．彩色液晶显示器利用了液晶的光学各向异性的特点
D．玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，其尖端变钝，这是由于表面张力的作用
E．唐诗《观荷叶露珠》中有“霏微晓露成珠颗”，诗中荷叶和露水表现为不浸润
答案　CDE
解析　有的非晶体在一定条件下可以转化为晶体，选项A错误；单晶体和多晶体都有确定的熔点，选项B错误．
变式1　(多选)下列说法正确的是(　　)
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．当人们感到潮湿时，水蒸发慢，空气的绝对湿度一定较大
答案　ABD
变式2　(多选)(2019·安徽淮南市第二次模拟)下列说法中正确的是(　　)
A．水与酒精混合后的总体积小于混合前两者体积之和，说明水与酒精分子间均存在间隙
B．在一锅水中撒一些胡椒粉，加热一段时间后发现水中的胡椒粉在不停翻滚，说明温度越高，布朗运动越剧烈
C．某些细小的昆虫能够在水面上自由运动而不下沉，说明水的表面具有张力作用
D．冰块打碎后具有各种不同的形状，说明冰不是晶体
E．当人们感觉到很潮湿时，空气的相对湿度一定很大
答案　ACE
解析　一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在不停翻滚是水的对流引起的，不是布朗运动，选项B错误；区分晶体与非晶体要看是否具有确定的熔点，冰具有确定的熔点，是晶体，选项D错误．


1．活塞模型
如图2所示是最常见的封闭气体的两种方式．

图2
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.
2．连通器模型
如图3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．

图3
则有pB＋ρgh2＝pA.
而pA＝p0＋ρgh1，
所以气体B的压强为
pB＝p0＋ρg(h1－h2)．
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α，如图4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．

图4
答案　p0＋
解析　对活塞进行受力分析，如图所示

由平衡条件得p气S′＝
又因为S′＝
所以p气＝＝p0＋.
变式3　如图5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？

图5
答案　p0＋　p0－
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－.
例3　若已知大气压强为p0，图6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．

图6
答案　甲：p0－ρgh　乙：p0－ρgh　丙：p0－ρgh　丁：p0＋ρgh1
解析　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
题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件知
pAS＋ρghS＝p0S
p乙＝pA＝p0－ρgh
题图丙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有
pA′S＋ρghsin 60°·S＝p0S
所以p丙＝pA′＝p0－ρgh
题图丁中，以A液面为研究对象，由平衡条件得
p丁S＝p0S＋ρgh1S
所以p丁＝p0＋ρgh1.
变式4　竖直平面内有如图7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．

图7
答案　pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3)　pb＝p0＋ρg(h2－h1)
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pb＝p0＋ρg(h2－h1)，而a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3).
1．四种图象的比较

类别
特点(其中C为常量)
举例
p－V
pV＝CT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远

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.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8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.
(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