1、第2节 固体 液体 气体,-2-,一、固体 1.分类 固体分为晶体 和非晶体 两类。晶体分单晶体 和多晶体 。 2.晶体与非晶体的比较,-3-,二、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 。 (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 。 2.液晶的物理性质 (1)具有液体的流动性 。 (2)具有晶体的光学各向异性 。 (3)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。,-4-,三、饱和汽 湿度 1.饱和汽
2、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)绝对湿度:空气中所含水蒸气 的压强。 (2)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。 (3)相对湿度公式,-5-,四、气体分子运动速率的统计分布 气体实验定律 理想气体 1.气体和气体分子运动的特点,2.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)大小:气体
3、的压强在数值上等于气体作用在单位面积上 的压力。公式:p= 。 (3)国际单位:帕斯卡 ,符号:Pa,1 Pa=1 N/m2。,-6-,3.气体实验定律,-7-,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.教材上是如何把“气体体积一定时,各种气体的压强与摄氏温度之间的线性关系”转化为正比例关系的? 提示：由于将各种气体的压强与摄氏温度的线性关系图线反向延长,均交于t=-273 处,因此把压强的坐标轴移到-273 处,并引入新的温标(热力学温标),-273 为0 K,这样,各种气体的压强与热力学温度均成正比例关系。,-8-,2.综合分析热力学第一
4、定律与气体实验定律问题时的结合点。,提示： (1)热力学第一定律适用于固体、液体、气体,而气体实验定律、状态方程均适用于理想气体。研究理想气体状态变化问题时,应先根据气体实验定律判断三个状态参量的变化,再依据温度的变化确定内能的变化,依据气体体积的变化确定做功情况,依据内能的变化及做功情况确定过程是吸热还是放热。 (2)注意理想气体分子间分子力为零,分子势能为零,所以理想气体的内能等于分子动能的总和,而温度是分子平均动能的标志,因此一定质量的某种理想气体的内能只由温度决定;非理想气体分子之间存在分子力,因此分子势能不可忽略。,-9-,考点二,考点三,考点四,固体和液体的性质(师生共研) 1.晶
5、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。,-10-,考点一,考点二,考点三,考点四,2.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,分子势能大于液体内部的分子势能。 (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
6、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。,-11-,考点一,考点二,考点三,考点四,例1(多选)下列说法正确的是( ) 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变为晶体 E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变,答案,解析,-12-,考点一,考点二,考点三,考点四,例2(多选)下列说
7、法正确的是( ) A.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动 B.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果 C.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点 D.高原地区水的沸点较低,这是高原地区温度较低的缘故 E.干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度,这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果,答案,解析,-13-,考点一,考点二,考点三,考点四,特别提醒对晶体的理解四点提示 (1)单晶体的各向异性使晶体的某些物理性质显示各向异性。 (2)不能从形状上区分晶体与非晶体。 (3)晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化。 (4)液晶既不是晶体也不是液体。,-14-,考点一,考
8、点二,考点三,考点四,突破训练 1.(多选)下列说法正确的是( ) A.气体的内能是分子热运动的平均动能与分子间势能之和 B.气体的温度变化时,气体分子的平均动能一定改变 C.晶体有固定的熔点且物理性质各向异性 D.在完全失重的环境中,空中的水滴是个标准的球体 E.金属在各个方向具有相同的物理性质,但它是晶体,答案,解析,-15-,考点一,考点二,考点三,考点四,气体压强的产生与计算(多维探究) 1.产生的原因 由于大量气体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:
9、决定于分子的平均动能和分子的密集程度。,-16-,考点一,考点二,考点三,考点四,3.平衡状态下气体压强的求法 (1)液片法:选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片两侧受力情况,建立平衡方程,消去面积,得到液片两侧压强相等方程,求得气体的压强。 (2)力平衡法:选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得气体的压强。 (3)等压面法:在连通器中,同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。 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。,-17-,考点一,
10、考点二,考点三,考点四,例3(多选)对于一定质量的理想气体,下列论述正确的是( ) A.若单位体积内分子个数不变,当分子热运动加剧时,压强一定变大 B.若单位体积内分子个数不变,当分子热运动加剧时,压强可能不变 C.若气体的压强不变而温度降低时,则单位体积内分子个数一定增加 D.若气体的压强不变而温度降低时,则单位体积内分子个数可能不变 E.若气体体积减小,温度升高,单位时间内分子对器壁的撞击次数增多,平均撞击力增大,因此压强增大,答案,解析,-18-,考点一,考点二,考点三,考点四,例4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,求被封闭气体的压强。,答案,解析,-19-,
11、考点一,考点二,考点三,考点四,例5如图所示,光滑水平面上放有一质量为m0的汽缸,汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞,活塞面积为S。现用水平恒力F向右推汽缸,最后汽缸和活塞达到相对静止状态,求此时缸内封闭气体的压强p。(已知外界大气压为p0),答案,解析,-20-,考点一,考点二,考点三,考点四,方法归纳确定封闭气体压强的方法 液体柱和汽缸静止时,用“平衡法”确定压强;液体柱和汽缸有加速度时,用牛顿第二定律确定压强。,-21-,考点一,考点二,考点三,考点四,突破训练 2.如图所示,一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置,金属圆块A的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的
12、夹角为,圆块的质量为m,不计圆块与容器内壁之间的摩擦,若大气压强为p0,则被圆块封闭在容器中的气体的压强p为( ),答案,解析,-22-,考点一,考点二,考点三,考点四,3.一容器内用一质量为m=1 kg 的活塞密封一定质量的气体,如图所示,设活塞面积为S=0.01 m2,大气压强为p0=1.013105 Pa,不计活塞与容器间的摩擦。(1)当活塞静止时,被密封的气体的压强是多少? (2)如果整个装置以加速度a=0.9g匀加速下落,此时被密封气体的压强又是多少?(g取10 m/s2),-23-,考点一,考点二,考点三,考点四,解析：(1)容器静止时,设被密封的气体的压强为p,由受力平衡得 pS
13、p0S+mg,(2)整个装置匀加速下落时,设被密封气体的压强为p,对活塞应用牛顿第二定律得 p0S+mg-pS=ma,答案：(1)1.023105 Pa (2)1.014105 Pa,-24-,考点一,考点二,考点三,考点四,气体实验定律和理想气体状态方程的应用(师生共研) 1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系,2.几个重要的推论,-25-,考点一,考点二,考点三,考点四,例6(2018全国卷)如图,一竖直放置的汽缸上端开口,汽缸壁内有卡口a和b,a、b间距为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m,面积为S,厚度可忽略;活塞和汽缸
14、壁均绝热,不计它们之间的摩擦;开始时活塞处于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体,直至活塞刚好到达b处,求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。,-26-,考点一,考点二,考点三,考点四,解析：开始时活塞位于a处,加热后,汽缸中的气体先经历等容过程,直至活塞开始运动。设此时汽缸中气体的温度为T1,压强为p1,根据查理定律有,此后,汽缸中的气体经历等压过程,直至活塞刚好到达b处,设此时汽缸中气体的温度为T2;活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2。根据盖吕萨克定律有 ,式中V1=SH V2=S(H+h) 联立式
15、解得,-27-,考点一,考点二,考点三,考点四,从开始加热到活塞到达b处的过程中,汽缸中的气体对外做的功为W=(p0S+mg)h。,-28-,考点一,考点二,考点三,考点四,例7如图所示,粗细均匀的U形管,左端封闭,右端开口,左端用水银封闭着长l=15 cm的理想气体,当温度为27 时,两管水银面的高度差h=3 cm,设外界大气压与75 cm 高汞柱产生的压强相等。(1)若对封闭气体缓慢加热,为了使左、右两管中的水银面相平,温度需升高到多少? (2)若保持温度为27 不变,为了使左、右两管中的水银面相平,需从右管的开口端再缓慢注入的水银柱长度应为多少?,-29-,考点一,考点二,考点三,考点四
16、解析：(1)以封闭气体为研究对象 初态:p1=p0-gh,V1=lS,T1=300 K,代入数据解得T2=343.75 K,即t2=70.75 。 (2)p3=p0,V3=lS 根据玻意耳定律有p1V1=p3V3, 代入数据可得l=14.4 cm 根据几何关系有l0=h+2(l-l)=4.2 cm。 答案：(1)70.75 (2)4.2 cm,-30-,考点一,考点二,考点三,考点四,方法归纳利用气体实验定律及气体状态方程解决问题的基本思路,-31-,考点一,考点二,考点三,考点四,突破训练 4.如图所示,玻璃管两端封闭,静止时与水平方向的夹角为,水银柱将管内空气分成质量相等的两部分。当玻璃
17、管温度上升时,水银柱向哪个方向移动?,-32-,考点一,考点二,考点三,考点四,解析：假设水银柱不移动,根据查理定律得,由题意可知pApB,所以pApB,则水银柱将向上移动。 答案：向上移动,-33-,考点一,考点二,考点三,考点四,气体状态变化中的图像问题(师生共研) 一定质量的理想气体不同图像的比较,-34-,考点一,考点二,考点三,考点四,-35-,考点一,考点二,考点三,考点四,例8一定质量的理想气体由状态A依次变化到B、C、D、A、E、C,整个变化过程如图所示,已知在状态A时气体温度为320 K,则在状态B时温度为多少?在状态D时温度为多少?整个过程的最高温度为多少?,-36-,考点
18、一,考点二,考点三,考点四,解析：理想气体由状态A到B,气体为等容变化,由C到D再到A为等温变化,则TD=TA=320 K。 根据p-V图像特点结合题图可知,在AC连线中点处所在状态气体温度最高,此状态下p中=2.5105 Pa,V中=2.5 L。,答案：80 K 320 K 500 K,-37-,考点一,考点二,考点三,考点四,规律总结气体状态变化图像的应用技巧 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p、V、T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.明确斜率的物理
19、意义:在V-T图像(或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。,-38-,考点一,考点二,考点三,考点四,突破训练 5.图甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V-T图像。已知气体在状态A时的压强是1.5105 Pa。,甲 乙,-39-,考点一,考点二,考点三,考点四,(1)写出AB过程中压强变化的情形,并根据图像提供的信息,计算图甲中TA的温度值。 (2)请在图乙坐标系中,作出该气体由状态A经过状态B变为状态C的p-T图像,并在图线相应的位置上标出字母A、B、C。如果需要计算才能确定有关坐标值,请写出计算过程。,解析：(1)从题图甲可以看出,A与B连线的延长线过原点,所以AB是等压变化,即pA=pB,-40-,考点一,考点二,考点三,考点四,则可画出该气体由状态ABC的p-T图像如图所示。,答案：(1)压强不变 200 K (2)见解析,
