高考物理一轮复习第十二章热学第2讲固体液体和气体教案.docx

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高考物理一轮复习第十二章热学第2讲固体液体和气体教案

【2019最新】精选高考物理一轮复习第十二章热学第2讲固体液体和气体教案

知识点一　晶体、非晶体、晶体的微观结构

1.晶体（单晶体、多晶体）和非晶体的区别

2.晶体的微观结构

（1）晶体的微观结构特点

组成晶体的物质微粒有规律地、　　　　地在空间排列.

（2）用晶体的微观结构解释晶体的特点

现象

原因

晶体有规则的外形

由于内部微粒有规则的排列

晶体各向异性

由于内部从任一结点出发在不同方向的相同距离上的微粒数不同

晶体的多形性

由于组成晶体的微粒可以形成不同的空间点阵

答案：

1.不规则　不确定　各向异性　2.

（1）周期性

知识点二　液体与液晶

1.液体的表面张力

（1）定义：

使液体表面具有　　　　的力.

（2）产生原因：

由于液面分子分布较内部稀疏，分子间距r>r0，分子力表现为　　　　，宏观上表现为使液面收缩，使液面像一张绷紧的弹性薄膜.

2.液晶

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

（2）液晶分子的位置无序使它像　　　　，排列有序使它像　　　　.

（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　　　　的.

（4）液晶的物理性质很容易在外界的影响下　　　　.

答案：

1.

（1）收缩趋势　

（2）引力　2.

（1）异性　流动性　

（2）液体　晶体　（3）杂乱无章　（4）发生变化

知识点三　气体的状态参量及气体定律

1.气体分子运动的特点

（1）分子很小，间距　　　　，除碰撞外不受力.

（2）气体分子向各个方向运动的气体分子数目都　　　　.

（3）分子做无规则运动，大量分子的速率按　　　　　　的规律分布.

（4）温度一定时，某种气体分子的速率分布是　　　　的，温度升高时，速率小的分子数　　　　，速率大的分子数　　　　，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　　　　.

（2）大小：

气体的压强在数值上等于气体作用在　　　　的压力.公式：

p＝　　　　.

（3）常用单位及换算关系：

①国际单位：

　　　　，符号Pa,1Pa＝1N/m2.

②常用单位：

　　　　（atm）；厘米汞柱（cmHg）.

③换算关系：

1atm＝　　　　cmHg.

3.气体实验定律

（1）等温变化——玻意耳定律

①内容：

一定质量的某种气体，在　　　　不变的情况下，压强与体积成　　　　.

②公式：

p1V1＝p2V2或pV＝C（常量）.

（2）等容变化——查理定律

①内容：

一定质量的某种气体，在　　　　不变的情况下，压强与热力学温度成　　　　.

②公式：

＝　　　　或＝C（常量）.

（3）等压变化——盖—吕萨克定律

①内容：

一定质量的某种气体，在　　　　不变的情况下，其体积与热力学温度成　　　　.

②公式：

＝或＝C（常量）.

4.理想气体状态方程

（1）理想气体：

在任何温度、任何　　　　下都遵从气体实验定律的气体.

（2）理想气体状态方程：

＝　　　　或＝C.

答案：

1.

（1）很大　

（2）相等　（3）“中间多，两头少”　（4）确定　减少　增多　2.

（1）压力　

（2）单位面积上　　（3）①帕斯卡　②标准大气压　③76　3.

（1）①温度　反比　

（2）①体积　正比　②　（3）①压强　正比　4.

（1）压强　

（2）

知识点四　饱和汽与饱和汽压、空气的湿度

1.饱和汽与未饱和汽

（1）饱和汽：

与液体处于　　　　的蒸汽.

（2）未饱和汽：

没有达到　　　　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　　　　有关，温度越高，饱和汽压越大，饱和汽压与饱和汽的　　　　无关.

3.湿度

（1）定义：

空气的干湿程度.

（2）描述温度的物理量

①绝对湿度：

空气中所含水蒸气的　　　　.

②相对湿度：

空气中水蒸气的压强与同一温度时水的　　　　之比.

答案：

1.

（1）动态平衡　

（2）饱和　2.

（2）温度　体积　3.

（2）压强　饱和汽压

（1）单晶体的所有物理性质都是各向异性的.（　　）

（2）单晶体具有固定的熔点，而多晶体和非晶体没有固定的熔点.（　　）

（3）晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化.（　　）

（4）液晶是液体和晶体的混合物.（　　）

（5）船浮于水面上不是由于液体的表面张力.（　　）

（6）水蒸气达到饱和时，水蒸气的压强不再变化，这时蒸发和凝结仍在进行.（　　）

（7）一定质量的理想气体在等压变化时，其体积与摄氏温度成正比.（　　）

答案：

（1）　

（2）　（3）√　（4）　（5）√

（6）√　（7）

理想气体状态方程pV＝nRT的推导

在标准状态下，1mol的理想气体的三个状态参量分别为p0＝1atm＝1.013×105Pa，V0＝22.4L/mol＝22.4×10－3m3/mol，T0＝273K.

因此，对于1mol的理想气体，＝＝C，C＝8.31J·mol－1·K－1.

用R代替C，R是一个适用于1mol的任何理想气体的常量，叫摩尔气体常量，即

R＝＝8.31J·mol－1·K－1.

对于nmol状态是（p0，nV0，T0）的理想气体，因压强、温度相同，所以＝nR＝

即：

pV＝nRT，其中，n＝，是物质的量.

考点一　固体和液体的性质

1.晶体和非晶体的判断方法

（1）只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体.

（2）只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体.

（3）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.

考向1　晶体、非晶体的特性

[典例1]　（2015·新课标全国卷Ⅰ）（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

[解析]　晶体被敲碎后，其空间点阵结构未变，仍是晶体，A错误；单晶体光学性质具有各向异性，B正确；同种元素由于空间的排列结构而形成不同物质的晶体，C正确；如果外界条件改变了分子或原子的空间排列结构，晶体和非晶体之间可以互相转化，D正确；在晶体熔化过程中，分子势能会发生改变，内能也会改变，E错误.

[答案]　BCD

考向2　液体的特性

[典例2]　（多选）下列说法正确的是（　　）

A.把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面上，这是由于水表面存在表面张力的缘故

B.在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会成球状，是因为液体内分子间有相互吸引力

C.将玻璃管道裂口放在火上烧，它的尖端就变圆，是因为熔化的玻璃在表面张力的作用下，表面要收缩到最小的缘故

D.漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴液体呈各向同性的缘故

E.当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开，这是由于水膜具有表面张力的缘故

[解析]　水的表面张力托起针，A正确；B、D两项也是表面张力的原因，故B、D均错误，C项正确；在垂直于玻璃板方向很难将夹有水膜的玻璃板拉开是因为大气压的作用，E错误.

[答案]　AC

考点　气体压强的产生与计算

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集程度.

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.

考向1　气体压强产生的原因和决定因素

[典例3]　（2017·河北唐山模拟）（多选）对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是（　　）

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增多，平均撞击力增大，因此压强增大

[解析]　气体压强的大小与气体分子的平均动能和单位体积内的分子数两个因素有关.若单位体积内分子数不变，当分子热运动加剧时，决定压强的两个因素中一个不变，一个增大，故气体的压强一定变大，A对，B错；若气体的压强不变而温度降低时，气体的体积一定减小，故单位体积内的分子个数一定增加，C对，D错；由气体压强产生原因知，E对.

[答案]　ACE

考向2　液体封闭的气体压强

[典例4]　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.

甲　　　　　　　乙　　　　　　丙

　　　　丁　　　　　　　　　　　戊

[解析]　在图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知

p甲S＝－ρghS＋p0S

所以p甲＝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：

pAS＋ρghS＝p0S

p乙＝pA＝p0－ρgh；

在图丙中，仍以B液面为研究对象，有

pA＋ρghsin60°＝pB＝p0

所以p丙＝pA＝p0－ρgh；

在图丁中，以液面A为研究对象，由二力平衡得

p丁S＝（p0＋ρgh1）S

所以p丁＝p0＋ρgh1；

在图戊中，从开口端开始计算：

右端为大气压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）

考向3　固体（活塞或汽缸）封闭的气体压强

[典例5]　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，下表面与水平面的夹角为θ，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（　　）

A.p0＋B.＋

C.p0＋D.p0＋

[解析]　对圆块进行受力分析：

重力Mg，大气压的作用力p0S，封闭气体对它的作用力，容器侧壁的作用力F1和F2，如图所示.由于不需要求出侧壁的作用力，所以只考虑竖直方向合力为零，就可以求被封闭的气体压强.圆块在竖直方向上受力平衡，故p0S＋Mg＝cosθ，即p＝p0＋，D正确.

[答案]　D

封闭气体压强的求解方法

封闭气体的压强，不仅与气体的状态变化有关，还与相关的水银柱、活塞、汽缸等物体的受力情况和运动状态有关.解决这类问题的关键是要明确研究对象，然后分析研究对象的受力情况，再根据运动情况，列研究对象的力学方程，然后解方程，就可求得封闭气体的压强.

考点　气体状态变化的图象问题

　　类别

图线　　

特点

举例

pV

pV＝CT（其中C为恒量），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

pT

p＝

T，斜率k＝

，即斜率越大，体积越小

VT

V＝

T，斜率k＝

，即斜率越大，压强越小

考向1　对pV图象的考查

[典例6]　如图所示为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图象，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C.设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则下列关系式中正确的是（　　）

A.TA

B.TA>TB，TB＝TC

C.TA>TB，TB

D.TA＝TB，TB>TC

[解析]　A→B过程：

由＝C可知TA>TB；B→C过程：

由＝C可知TB

[答案]　C

考向2　对pT图象的考查

[典例7]　（多选）一定质量理想气体的状态经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体体积在（　　）

A.ab过程中不断增加B.bc过程中保持不变

C.cd过程中不断增加D.da过程中保持不变

[解析]　

因为bc的延长线通过原点，所以bc是等容线，即气体体积在bc过程中保持不变，B正确；ab是等温线，压强减小则体积增大，A正确；cd是等压线，温度降低则体积减小，C错误；连接aO交cd于e点，如图所示，则ae是等容线，即Va＝Ve，因为Vd

[答案]　AB

考向3　对VT图象的考查

[典例8]　（2017·山东潍坊模拟）（多选）如图所示，一定质量的理想气体，从图示A状态开始，经历了B、C，最后到D状态，下列判断中正确的是（　　）

A.A→B温度升高，压强不变

B.B→C体积不变，压强变大

C.B→C体积不变，压强不变

D.C→D体积变小，压强变大

[解析]　由图象可知，在A→B的过程中，气体温度升高体积变大，且体积与温度成正比，由＝C，气体压强不变，故A正确；由图象可知，在B→C的过程中，体积不变而热力学温度降低，由＝C可知，压强p减小，故B、C错误；由图象可知，在C→D的过程中，气体温度不变，体积减小，由＝C可知，压强p增大，故D正确.

[答案]　AD

气体图象问题的分析技巧

（1）图象上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图象上的某一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程.

（2）在VT或pT图象中，比较两个状态的压强或体积大小，可以用这两个状态到原点连线的斜率大小来判断.斜率越大，压强或体积越小；斜率越小，压强或体积越大.

考点　理想气体状态方程与气体实验定律的应用

1.理想气体状态方程与气体实验定律的联系

＝

2.几个重要的推论

（1）查理定律的推论：

Δp＝ΔT.

（2）盖—吕萨克定律的推论：

ΔV＝ΔT.

（3）理想气体状态方程的推论：

＝＋＋….

考向1　玻璃管水银柱问题

[典例9]　在室温条件下研究等容变化，实验装置如图所示，由于不慎使水银压强计左管水银面下h＝10cm处有长为l＝4cm的空气柱.开始时压强计的两侧水银柱最高端均在同一水平面，温度计读数为7℃，后来对水加热，使水温上升到77℃，并通过调节压强计的右管，使左管水银面仍在原来的位置.若大气压为标准大气压；求：

（1）加热后左管空气柱的长度l′；

（2）加热后压强计两管水银面的高度差Δh.

[问题探究]　

（1）A、B两部分气体压强有何关系？

（2）升温后，气体A做什么变化，气体B做什么变化？

（3）升温后，压强计哪根管液面高？

[提示]　

（1）pA＋ph＝pB，即B气体压强比A气体压强大10cmHg.

（2）气体A做等容变化，气体B做等温变化.

（3）升温后，右管液面高.

[解析]　研究的对象为两部分气体，一部分为球形容器中的气体A，这部分气体做的是等容变化.另一部分气体B，即为压强计左管中封入的气体，这部分气体做的是等温变化.

（1）根据题意pB＝p0＋（h＋l）＝（76＋10＋4）cmHg＝90cmHg

而pA＝pB－h＝80cmHg

A部分气体在做等容变化时，根据查理定律，有

＝

解得pA′＝pA＝×80cmHg＝100cmHg

B部分气体的压强pB′＝pA′＋10cmHg＝110cmHg

根据玻意耳定律pBVB＝pB′VB′

解得l′＝＝cm＝3.27cm.

（2）压强计左、右两管水银面之差为Δh

有Δh＋10cm＋3.27cm＋76cm＝110cm

解得Δh＝（110－10－3.27－76）cm＝20.73cm.

[答案]　

（1）3.27cm　

（2）20.73cm

考向2　汽缸、活塞问题

[典例10]　底面积S＝40cm2、高l0＝15cm的圆柱形汽缸开口向上放置在水平地面上，开口处两侧有挡板，如图所示.缸内有一可自由移动的质量为2kg的活塞封闭了一定质量的理想气体，不可伸长的细线一端系在活塞上，另一端跨过两个定滑轮提着质量为10kg的物体A.开始时，气体温度t1＝7℃，活塞到缸底的距离l1＝10cm，物体A的底部离地h1＝4cm，对汽缸内的气体缓慢加热使活塞缓慢上升.已知大气压p0＝1.0×105Pa，试求：

（1）物体A刚触地时，气体的温度；

（2）活塞恰好到达汽缸顶部时，气体的温度.

[解题指导]　随着温度升高，活塞上升，气体做等压变化；A落地后，绳拉力消失，气体压强变化，根据理想气体状态方程可求活塞刚到达汽缸顶部时气体的温度.

[解析]　

（1）初始活塞受力平衡：

p0S＋mg＝p1S＋T，T＝mAg，

被封闭气体压强p1＝p0＋＝0.8×105Pa，

初状态，V1＝l1S，T1＝（273＋7）K＝280K，

A触地时，p1＝p2，V2＝（l1＋h1）S，

气体做等压变化，＝，

代入数据，得T2＝392K，

即t2＝119℃.

（2）活塞恰好到汽缸顶部时，p3＝p0＋＝1.05×105Pa，V3＝l0S，

根据理想气体状态方程，＝，

代入数据得T3＝551.25K，

即t3＝278.25℃.

[答案]　

（1）119℃　

（2）278.25℃

利用气体实验定律解决问题的基本思路

1.[晶体、非晶体]（多选）关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是（　　）

A.金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体

B.晶体的分子（或原子、离子）排列是有规则的

C.单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点

D.单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的

答案：

BC　解析：

金刚石、水晶和食盐是晶体，玻璃是非晶体，A错误；晶体的分子排列规则，且有固定的熔点，非晶体的分子排列不规则，且没有固定的熔点，故B、C正确；单晶体的物理性质是各向异性，多晶体和非晶体的物理性质是各向同性，故D错误.

2.[相对湿度、绝对湿度]（多选）关于空气湿度，下列说法正确的是（　　）

A.当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大

B.当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小

C.空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示

D.空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比

答案：

BC　解析：

由于在空气中水蒸气含量不变的情况下，气温越高时饱和蒸汽压越大，人的感觉越是干燥，即人的感觉取决于相对湿度而非绝对湿度，A错误，B正确.空气的相对湿度是指空气中所含水蒸气压强与同温度下的饱和蒸汽压的比值，空气的绝对湿度的定义就是用空气中所含水蒸气的压强来表示湿度的方法，故C正确，D错误.

3.[pV图象]如图所示，一定质量的理想气体，由状态A沿着直线AB变化到状态B，在此过程中，气体分子的平均速率的变化情况是（　　）

A.不断增大　　　　　B.不断减小

C.先减小后增大D.先增大后减小

答案：

D　解析：

对于图象问题的解答，首先要明确图象的物理意义.由题图可知，A、B两点的pV乘积相同，因此A、B两点的温度也相同，在AB直线上的中点C（题图中未标出），其pV乘积比A、B两点要大，所以C点温度比A、B两点高，即TA＝TB

4.[液体的性质]（多选）下列说法正确的是（　　）

A.把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，这是由于水表面存在表面张力的缘故

B.水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，这是因为油脂使水的表面张力增大的缘故

C.在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果

D.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

答案：

ACD　解析：

水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，这是不浸润的结果，而干净的玻璃板上不能形成水珠，这是浸润的结果，B错误.

5.[气体实验定律的应用]如图所示，在长为L＝57cm的一端封闭、另一端开口向上的竖直玻璃管内，用4cm高的水银柱封闭着51cm长的理想气体，管内外气体的温度均为33℃.现将水银缓慢注入管中，直到水银面与管口相平，此时管中气体的压强为多少？

接着缓慢对玻璃管加热升温至多少时，管中刚好只剩4cm高的水银柱？

（大气压强p0＝76cmHg）

答案：

85cmHg　318K　解析：

设管的横截面积为S，初态时，管内气体温度T1＝273K＋33K＝306K

体积V1＝51Scm3

压强p1＝p0＋ph＝80cmHg

当水银柱与管口相平时，水银柱高为H

则V2＝（57－H）Scm3

压强p2＝p0＋pH＝（76＋H）cmHg

由玻意耳定律p1V1＝p2V2

代入数据得H2＋19H－252＝0

解得：

H＝9cm

故p2＝p0＋pH＝85cmHg

设温度升至T时，管中水银柱高为4cm

气体体积为V3＝53Scm3

气体压强为p3＝p0＋ph＝80cmHg

由盖—吕萨克定律＝

代入数据得T＝318K.