第2講固體、液體和氣體學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解固體的微觀結(jié)構(gòu)，知道晶體和非晶體的特點(diǎn)，了解液晶的主要性質(zhì)。2.了解表面張力現(xiàn)象和毛細(xì)現(xiàn)象，知道它們的產(chǎn)生原因。3.掌握氣體壓強(qiáng)的計(jì)算方法及氣體壓強(qiáng)的微觀解釋。4.能用氣體實(shí)驗(yàn)定律解決實(shí)際問題，并會(huì)分析氣體圖像問題。一、固體和液體1.固體(1)分類:固體分為晶體和非晶體兩類。晶體又分為單晶體和多晶體。(2)晶體和非晶體的比較分類比較晶體非晶體單晶體多晶體外形有規(guī)則的幾何形狀沒有確定的幾何形狀沒有確定的幾何外形熔點(diǎn)確定確定不確定物理性質(zhì)各向異性各向同性各向同性典型物質(zhì)石英、云母、明礬、食鹽各種金屬玻璃、橡膠、蜂蠟、松香、瀝青轉(zhuǎn)化晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化2.液體(1)液體的表面張力①作用效果:使液面具有收縮的趨勢。②方向:表面張力跟液面相切，跟這部分液面的分界線垂直。(2)毛細(xì)現(xiàn)象:指浸潤液體在細(xì)管中上升的現(xiàn)象，以及不浸潤液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象。毛細(xì)管越細(xì)，毛細(xì)現(xiàn)象越明顯。二、氣體1.氣體壓強(qiáng)(1)產(chǎn)生的2.理想氣體13.氣體實(shí)驗(yàn)定律玻意耳定律查理定律蓋－呂薩克定律內(nèi)容一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)與體積成反比一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，體積與熱力學(xué)溫度成正比表達(dá)式p1V1＝p2V2p1TV1T微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度保持不變時(shí)，分子的平均動(dòng)能不變。體積減小時(shí)，分子的數(shù)密度增大，氣體的壓強(qiáng)增大一定質(zhì)量的某種理想氣體，體積保持不變時(shí)，分子的數(shù)密度保持不變，溫度升高時(shí)，分子的平均動(dòng)能增大，氣體的壓強(qiáng)增大一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度升高時(shí)，分子的平均動(dòng)能增大。只有氣體的體積同時(shí)增大，使分子的數(shù)密度減小，才能保持壓強(qiáng)不變圖像4.理想氣體的狀態(tài)方程一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)方程p1V1T11.思考判斷(1)晶體的所有物理性質(zhì)都是各向異性的。(×)(2)有無確定的熔點(diǎn)是區(qū)分晶體和非晶體比較準(zhǔn)確的方法。(√)(3)液晶具有液體的流動(dòng)性，又具有晶體的光學(xué)各向異性。(√)(4)船浮于水面上不是由于液體的表面張力。(√)(5)在空間站完全失重的環(huán)境下，水滴能收縮成標(biāo)準(zhǔn)的球形是因?yàn)橐后w表面張力的作用。(√)(6)壓強(qiáng)極大的氣體不再遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律。(√)2.(多選)以下各圖均來自人教版選擇性必修第三冊，圖甲為P23的正在升空的氣球，圖乙為P31的食鹽顆粒和松香的外形圖，圖丙為P36的停在水面上的水黽。下列說法正確的是()A.食鹽是晶體，每個(gè)食鹽顆粒即為一個(gè)單晶體B.松香是非晶體，具有各向同性C.水黽浮于水面上是液體的表面張力作用的結(jié)果D.氣球中所有氣體分子運(yùn)動(dòng)的速率都是相同的答案BC3.對(duì)一定質(zhì)量的氣體來說，下列幾點(diǎn)能做到的是()A.保持壓強(qiáng)和體積不變而改變它的溫度B.保持壓強(qiáng)不變，同時(shí)升高溫度并減小體積C.保持溫度不變，同時(shí)增加體積并減小壓強(qiáng)D.保持體積不變，同時(shí)增加壓強(qiáng)并降低溫度答案C4.(2023·江蘇卷，3)如圖所示，密閉容器內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，該過程中()A.氣體分子的數(shù)密度增大B.氣體分子的平均動(dòng)能增大C.單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)單位面積器壁的作用力減小D.單位時(shí)間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的氣體分子數(shù)減小答案B考點(diǎn)一固體和液體的性質(zhì)1.對(duì)晶體和非晶體的理解(1)單晶體具有各向異性，但不是在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性。(2)只要是具有各向異性的固體必定是晶體，且是單晶體。(3)只要是具有確定熔點(diǎn)的固體必定是晶體，反之，必是非晶體。(4)晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。2.對(duì)液體表面張力的理解形成原因表面層中分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大，分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力表面張力的方向和液面相切，垂直于液面上的各條分界線表面張力的效果表面張力使液體表面具有收縮趨勢，使液體表面積趨于最小，在體積相同的條件下，球形的表面積最小典型現(xiàn)象球形液滴、肥皂泡、毛細(xì)現(xiàn)象、浸潤和不浸潤跟蹤訓(xùn)練1.(晶體、非晶體)(2025·江蘇鎮(zhèn)江模擬)對(duì)下列幾種固體物質(zhì)的認(rèn)識(shí)正確的有()A.食鹽熔化過程中，溫度保持不變，說明食鹽是晶體B.燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說明蜂蠟是晶體C.天然石英表現(xiàn)為各向異性，是由于該物質(zhì)的微粒在空間的排列不規(guī)則D.石墨和金剛石的物理性質(zhì)不同，是由于石墨是非晶體，金剛石是晶體答案A解析食鹽熔化過程中，溫度保持不變，即熔點(diǎn)一定，說明食鹽是晶體，故A正確;燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，只能說明云母片是晶體，故B錯(cuò)誤;天然石英表現(xiàn)為各向異性，是由于該物質(zhì)的微粒在空間的排列規(guī)則，故C錯(cuò)誤;石墨和金剛石組成它們的化學(xué)元素是相同的，都是碳原子，它們的物理性質(zhì)不同，是由于碳原子排列結(jié)構(gòu)不同，故D錯(cuò)誤。2.(液體的性質(zhì))(2025·江蘇泰州高三模擬)關(guān)于下列各圖所對(duì)應(yīng)現(xiàn)象的描述，正確的是()A.圖甲中水黽可以停在水面，是因?yàn)槭艿剿母×ψ饔肂.圖乙中玻璃容器中的小水銀滴呈球形，是因?yàn)楸砻鎻埩Φ木壒蔆.圖丙中插入水中的塑料筆芯內(nèi)水面下降，說明水浸潤塑料筆芯D.圖丁中拖拉機(jī)鋤松土壤，是為了利用毛細(xì)現(xiàn)象將土壤里的水分引上來答案B解析水黽可以停在水面是因?yàn)樗谋砻鎻埩Φ木壒?，故A錯(cuò)誤;水銀的表面張力比較大，同時(shí)水銀不浸潤玻璃，這就導(dǎo)致了水銀在玻璃容器中會(huì)盡可能地減少表面積，從而形成球狀，故B正確;當(dāng)一根內(nèi)徑很細(xì)的管垂直插入液體中，浸潤液體在管里上升，而不浸潤液體在管內(nèi)下降，故C錯(cuò)誤;拖拉機(jī)鋤松土壤，是為了破壞毛細(xì)現(xiàn)象減少水分蒸發(fā)，故D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)二氣體壓強(qiáng)的計(jì)算1.平衡狀態(tài)下氣體壓強(qiáng)的求法力平衡法選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得氣體的壓強(qiáng)等壓面法在連通器中，同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強(qiáng)相等。液體內(nèi)深h處總壓強(qiáng)p＝p0＋ρgh，p0為液面上方的壓強(qiáng)液片法選取假想的液體薄片(自身重力不計(jì))為研究對(duì)象，分析液片兩側(cè)受力情況，建立平衡方程，求得氣體的壓強(qiáng)2.加速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中封閉氣體壓強(qiáng)的求法選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析，利用牛頓第二定律列方程求解。跟蹤訓(xùn)練3.(求液柱封閉氣體的壓強(qiáng))已知大氣壓強(qiáng)為p0，液體密度均為ρ，重力加速度為g，圖中各裝置均處于靜止?fàn)顟B(tài)，求各裝置中被封閉氣體的壓強(qiáng)。答案甲:p0－ρgh乙:p0－ρgh丙:p0－32ρgh丁:p0＋ρgh1戊:pa＝p0＋ρg(h2－h(huán)1－h(huán)3)pb＝p0＋ρg(h2－h(huán)1解析題圖甲中，以高為h的液柱為研究對(duì)象，由平衡條件有p甲S＋ρghS＝p0S，所以p甲＝p0－ρgh題圖乙中，以B液面為研究對(duì)象，由平衡條件有p乙S＋ρghS＝p0S，所以p乙＝p0－ρgh題圖丙中，以B液面為研究對(duì)象，由平衡條件有p丙S＋ρghsin60°·S＝p0S所以p丙＝p0－32題圖丁中，以A液面為研究對(duì)象，由平衡條件有p丁S＝p0S＋ρgh1S所以p?。絧0＋ρgh1題圖戊中，從開口端開始計(jì)算，右端大氣壓強(qiáng)為p0，同種液體同一水平面上的壓強(qiáng)相同所以b氣柱的壓強(qiáng)為pb＝p0＋ρg(h2－h(huán)1)a氣柱的壓強(qiáng)為pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h(huán)1－h(huán)3)。4.(求活塞封閉氣體的壓強(qiáng))如圖甲、乙、丙所示，汽缸與活塞均處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，活塞的質(zhì)量為m，橫截面積為S，汽缸、物塊的質(zhì)量均為M，活塞與汽缸間均無摩擦，依次求出各圖中汽缸中氣體的壓強(qiáng)(圖乙中汽缸壁厚度不計(jì))。答案甲:p0＋mgS乙:p0－MgS丙:p0解析題圖甲中選活塞為研究對(duì)象，受力分析如圖(a)所示，由平衡條件知pAS＝p0S＋mg解得pA＝p0＋mg題圖乙中選汽缸為研究對(duì)象，受力分析如圖(b)所示，由平衡條件知p0S＝pBS＋Mg解得pB＝p0－Mg題圖丙中選活塞為研究對(duì)象，受力分析如圖(c)所示，由平衡條件知pCS下sinα＝p0S上＋FN＋mg，其中FN＝Mg，S下sinα＝S上，S上＝S，由以上可得pC＝p0＋(M考點(diǎn)三氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程1.理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系p2.兩個(gè)重要的推論(1)查理定律的推論:Δp＝p1T(2)蓋－呂薩克定律的推論:ΔV＝V1T例1[2024·全國甲卷，33(2)]如圖，一豎直放置的汽缸內(nèi)密封有一定量的氣體，一不計(jì)厚度的輕質(zhì)活塞可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動(dòng)，移動(dòng)范圍被限制在卡銷a、b之間，b與汽缸底部的距離bc＝10ab，活塞的面積為1.0×10－2m2。初始時(shí)，活塞在卡銷a處，汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)、溫度與活塞外大氣的壓強(qiáng)、溫度相同，分別為1.0×105Pa和300K。在活塞上施加豎直向下的外力，逐漸增大外力使活塞緩慢到達(dá)卡銷b處(過程中氣體溫度視為不變)，外力增加到200N并保持不變。(ⅰ)求外力增加到200N時(shí)，卡銷b對(duì)活塞支持力的大小;(ⅱ)再將汽缸內(nèi)氣體加熱使氣體溫度緩慢升高，求當(dāng)活塞剛好能離開卡銷b時(shí)氣體的溫度。答案(ⅰ)100N(ⅱ)327K解析(ⅰ)活塞從卡銷a運(yùn)動(dòng)到卡銷b，對(duì)密封氣體由玻意耳定律有p0V0＝p1V1其中V1＝1011V外力增加到200N時(shí)，對(duì)活塞由平衡條件有p0S＋F＝p1S＋FN聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得卡銷b對(duì)活塞支持力的大小為FN＝100N。(ⅱ)當(dāng)活塞剛好能離開卡銷b時(shí)，對(duì)活塞有p0S＋F＝p2S從開始升溫至活塞剛好能離開卡銷b，對(duì)密封氣體，由查理定律有p聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得活塞剛好能離開卡銷b時(shí)密封氣體的溫度為T2＝1211T0＝327K1.利用氣體實(shí)驗(yàn)定律解決問題的基本思路2.分析氣體狀態(tài)變化的問題要緊抓三點(diǎn)(1)弄清始、末狀態(tài)過程中有哪幾個(gè)物理過程。(2)找出各變化過程是由什么物理量聯(lián)系起來的。(3)明確每個(gè)變化過程遵循什么實(shí)驗(yàn)定律。跟蹤訓(xùn)練5.如圖所示，兩根粗細(xì)相同、兩端開口的直玻璃管A和B，豎直插入同一水銀槽中，各用一段水銀柱封閉著一定質(zhì)量同溫度的空氣，空氣柱長度H1>H2，水銀柱長度h1>h2，今使封閉氣柱降低相同的溫度(大氣壓保持不變)，則兩管中氣柱上方水銀柱的移動(dòng)情況是()A.A管中向上移動(dòng)，B管中向下移動(dòng)B.A管中向下移動(dòng)，B管中向上移動(dòng)C.均向下移動(dòng)，A管中移動(dòng)較多D.均向上移動(dòng)，A管中移動(dòng)較多答案C解析管內(nèi)封閉氣柱的壓強(qiáng)恒等于外界大氣壓與水銀柱因自身重力而產(chǎn)生的壓強(qiáng)之和，因外界大氣壓不變，則管內(nèi)氣體做等壓變化，根據(jù)蓋－呂薩克定律知VT＝V＋ΔVT＋ΔT，整理可得ΔV＝ΔTTV，因A、B管中的封閉氣體初溫相同，溫度變化ΔT也相同，且ΔT<0，則有ΔV<0，即A、B管中的封閉氣體體積均減小，又因?yàn)镠1>H2，即初始時(shí)A管中氣體體積較大，所以ΔVA>ΔVB，即6.如圖甲所示，兩側(cè)粗細(xì)均勻、橫截面積相等、高度均為H＝16cm的U形管，左管上端封閉，右管上端開口。右管中有高h(yuǎn)0＝4cm的水銀柱，水銀柱上表面離管口的距離l＝10cm。管底水平段的體積可忽略，環(huán)境溫度T1＝300K，大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg。(1)若從右側(cè)端口緩慢注入水銀(與原水銀柱之間無氣隙)，恰好使水銀柱下端到達(dá)右管底部，求此時(shí)水銀柱的高度h1;(2)若緩慢將U形管倒置，再對(duì)密封氣體緩慢加熱，直至水銀柱下表面恰與右管口平齊，如圖乙所示，求此時(shí)密封氣體的溫度T2。答案(1)14cm(2)420K解析(1)設(shè)管的橫截面積為S，封閉氣體發(fā)生等溫變化，則有(p0＋ρgh0)(2H－h(huán)0－l)S＝pHS解得p＝90cmHg又有p0＋ρgh1＝p，解得h1＝14cm。(2)根據(jù)題意可知，氣體的初態(tài)p1＝p0＋ρgh0＝80cmHg，V1＝(2H－h(huán)0－l)S＝18S，T1＝300K，氣體的末態(tài)p2＝p0－ρgh0＝72cmHg，V2＝(2H－h(huán)0)S＝28S根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有p解得T2＝420K?？键c(diǎn)四氣體狀態(tài)變化的圖像問題1.四種圖像的比較類別特點(diǎn)(其中C為常量)舉例p－VpV＝CT，即p、V之積越大的等溫線溫度越高，線離原點(diǎn)越遠(yuǎn)p－1p＝CT1V，斜率k＝CT，即斜率越大，p－Tp＝CVT，斜率k＝CV，即斜率越大V－TV＝CpT，斜率k＝Cp，即斜率越大例2(2024·江西卷，13)可逆斯特林熱機(jī)的工作循環(huán)如圖所示。一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)ABCDA完成循環(huán)過程，AB和CD均為等溫過程，BC和DA均為等容過程。已知T1＝1200K，T2＝300K，氣體在狀態(tài)A的壓強(qiáng)pA＝8.0×105Pa，體積V1＝1.0m3，氣體在狀態(tài)C的壓強(qiáng)pC＝1.0×105Pa。求:(1)氣體在狀態(tài)D的壓強(qiáng)pD;(2)氣體在狀態(tài)B的體積V2。答案(1)2.0×105Pa(2)2.0m3解析(1)氣體從狀態(tài)D到狀態(tài)A的過程發(fā)生等容變化，根據(jù)查理定律有p代入數(shù)據(jù)解得pD＝2.0×105Pa。(2)氣體從狀態(tài)C到狀態(tài)D的過程發(fā)生等溫變化，根據(jù)玻意耳定律有pCV2＝pDV1代入數(shù)據(jù)解得V2＝2.0m3又氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C發(fā)生等容變化，因此氣體在狀態(tài)B的體積V2＝2.0m3。跟蹤訓(xùn)練7.(多選)(2025·東北三省聯(lián)考)如圖所示，光滑的絕熱汽缸內(nèi)有一質(zhì)量為m的絕熱活塞，活塞下方封閉一定質(zhì)量的理想氣體，初始時(shí)氣體狀態(tài)