高考物理总复习 第十二章 热学 第2讲 固体 液体和气体教案选修33.docx

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高考物理总复习第十二章热学第2讲固体液体和气体教案选修33

第2讲　固体　液体和气体

知识排查

固体的微观结构、晶体和非晶体　液晶的微观结构

1.晶体与非晶体

分类

比较　

晶体

非晶体

单晶体

多晶体

外形

规则

不规则

熔点

确定

不确定

物理性质

各向异性

各向同性

原子排列

有规则，但多晶体每个晶体间的排列无规则

无规则

形成与转化

有的物质在不同条件下能够形成不同的形态，同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可转化为晶体

典型物质

石英、云母、食盐、硫酸铜

玻璃、蜂蜡、松香

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则地、周期性地在空间排列。

（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

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。

液体的表面张力现象

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。

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；液体的密度越大，表面张力越大。

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：

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＝

。

气体实验定律　理想气体

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）大小：

气体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）常用单位及换算关系：

①国际单位：

帕斯卡，符号：

Pa，1Pa＝1N/m2。

②常用单位：

标准大气压（atm）；厘米汞柱（cmHg）。

③换算关系：

1atm＝76cmHg＝1.013×105Pa≈1.0×105Pa。

2.气体和气体分子运动的特点

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，体积与热力学温度成正比

表达式

p1V1＝p2V2

＝

或

＝

＝

或

＝

4.理想气体的状态方程

（1）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，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。

（2）理想气体的状态方程

一定质量的理想气体状态方程：

＝

或

＝C。

小题速练

思考判断

（1）大块塑料粉碎成形状相同的颗粒，每个颗粒即为一个单晶体。

（　　）

（2）单晶体的所有物理性质都是各向异性的。

（　　）

（3）晶体有天然规则的几何形状，是因为晶体的物质微粒是规则排列的。

（　　）

（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，水不再蒸发和凝结。

（　　）

（7）压强极大的气体不遵从气体实验定律。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）√　（6）×　（7）√

　固体性质的理解

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。

【例1】　（2018·南通模拟）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.在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体

D.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　晶体有固定的熔点，并不会因为颗粒的大小而改变，即使敲碎为小颗粒，仍旧是晶体，选项A错误；固体分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上光学性质不同，表现为晶体具有各向异性，选项B正确；晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体，反之亦然，选项C正确；熔化过程中，晶体要吸热，温度不变，但是内能增大，选项D错误。

答案　BC

【例2】　在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触其上一点，石蜡熔化的范围分别如图1（a）、（b）、（c）所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图（d）所示。

则由此可判断出甲为________，乙为________，丙为________。

（填“单晶体”“多晶体”或“非晶体”）

图1

解析　晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点。

单晶体的物理性质具有各向异性，多晶体的物理性质具有各向同性。

答案　多晶体　非晶体　单晶体

　液体性质的理解

1.液体表面张力

（1）形成的原因：

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）表面张力的大小：

跟边界线的长度、液体的种类、温度都有关系。

2.饱和汽压

与液体处于动态平衡的蒸汽叫饱和汽，在一定温度下饱和汽的分子数密度是一定的，所以饱和汽的压强也是一定的，这个压强叫做这种液体的饱和汽压。

由此可见饱和汽压与温度有关，随温度升高蒸汽分子数密度增加，饱和汽压与饱和汽的体积无关。

【例3】　（2018·江苏东海一中模拟）下列说法正确的是______。

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

解析　水中花粉的布朗运动，反映的是水分子的热运动规律，则A项错误；由于表面张力作用使空中雨滴呈球形，则B项正确；液晶的光学性质是各向异性，液晶显示器正是利用了这种性质，C项正确；高原地区大气压较低，对应的水的沸点较低，D项错误。

答案　BC

【例4】　（2019·扬州中学月考）关于饱和汽和相对湿度，下列说法中正确的是________。

A.使未饱和汽变成饱和汽，可采用降低温度的方法

B.空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近饱和汽压

C.密闭容器中装有某种液体及其饱和蒸汽，若温度升高，同时增大容器的容积，饱和汽压可能会减小

D.相对湿度过小时，人会感觉空气干燥

解析　饱和汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度，温度越高，饱和汽压越大，则使未饱和汽变成饱和汽，可采用降低温度的方法，故A项正确；根据相对湿度的特点可知，空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近饱和汽压，故B项正确；温度升高，饱和汽压增大，故C项错误；相对湿度过小时，人会感觉空气干燥，故D项正确。

答案　ABD

分析液体性质注意四点

（1）液体表面层分子间距较大，表现为引力，其效果使表面积尽量收缩；

（2）沸腾发生在液体内部和表面，蒸发发生在液体表面；

（3）未饱和汽压及饱和汽压与大气压无关，与体积无关；

（4）人们感觉到的湿度是相对湿度而非绝对湿度。

　气体实验定律的应用

1.气体实验定律

（1）温度不变：

p1V1＝p2V2（玻意耳定律）

（2）体积不变：

＝

（查理定律）

（3）压强不变：

＝

（盖—吕萨克定律）

2.两个重要的推论

（1）查理定律的推论：

Δp＝

ΔT

（2）盖—吕萨克定律的推论：

ΔV＝

ΔT

【例5】　（2018·连云港模拟）如图2所示，足够长的圆柱形汽缸竖直放置，其横截面积为1×10－3m2，汽缸内有质量m＝2kg的活塞，活塞与汽缸壁封闭良好，不计摩擦。

开始时活塞被销子K销于如图位置，离缸底12cm，此时汽缸内被封闭气体的压强为1.5×105Pa，温度为300K。

外界大气压为1.0×105Pa，g取

10m/s2。

图2

（1）现对密闭气体加热，当温度升到400K时，其压强多大？

（2）若在此时拔去销子K，活塞开始向上运动，当它最后静止在某一位置时，汽缸内气体的温度为360K，则这时活塞离缸底的距离为多少？

解析　

（1）由题意可知气体体积不变，

状态Ⅰ：

p1＝1.5×105Pa，T1＝300K，

V1＝1×10－3×0.12m3

状态Ⅱ：

p2＝？

，T2＝400K

由等容变化有

＝

代入数据解得p2＝2×105Pa。

（2）状态Ⅲ：

p3＝p0＋

＝1.2×105Pa，T3＝360K，V3＝1×10－3×lm3

由理想气体状态方程有

＝

代入数据解得l＝0.18m＝18cm。

答案　

（1）2×105Pa　

（2）18cm

　气体状态变化的图象问题

四类图象分析

类别

图线　　

特点

举例

p－V

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

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

【例6】　如图3所示，一定质量的理想气体，从图示A状态开始，经历了B、C状态，最后到D状态，下列判断中正确的是________。

图3

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　由题图可知，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，故选项A正确；由题图可知，在B→C的过程中，体积不变而温度降低，由

＝C可知，压强p减小，故选项B、C错误；由题图可知，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，故选项D正确。

答案　AD

气体状态变化图象的应用技巧

在V－T图象（或p－T图象）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。

　对气体热现象微观意义的理解

温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的，速率的平均值也是确定的，温度升高，气体分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大。

【例7】　（2018·清江中学模拟）某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图4所示，图中f（v）表示v处单位速率区间内的分子数百分率，由图可知________。

图4

A.气体的所有分子，其速率都在某个数值附近

B.某个气体分子在高温状态时的速率可能与低温状态时相等

C.高温状态下大多数分子的速率大于低温状态下大多数分子的速率

D.高温状态下分子速率的分布范围相对较小

解析　由不同温度下的分子速率分布曲线可知，在一定温度下，大多数分子的速率都接近某个数值，但不是说其余少数分子的速率都小于该数值，有个别分子的速率会更大，故A错误；高温状态下大部分分子的速率大于低温状态下大部分分子的速率，不是所有，有个别分子的速率会更大或更小，故B、C正确；温度是分子平均动能的标志，温度高则分子速率大的占多数，即高温状态下分子速率的分布范围相对较大，故D错误。

答案BC　

1.（2018·江苏单科）

（1）如图5所示，一支温度计的玻璃泡外包着纱布，纱布的下端浸在水中。

纱布中的水在蒸发时带走热量，使温度计示数低于周围空气温度。

当空气温度不变，若一段时间后发现该温度计示数减小，则________。

图5

A.空气的相对湿度减小

B.空气中水蒸气的压强增大

C.空气中水的饱和汽压减小

D.空气中水的饱和汽压增大

（2）一定量的氧气贮存在密封容器中，在T1和T2温度下其分子速率分布的情况见表。

则T1________（选填“大于”“小于”或“等于”）T2。

若约10%的氧气从容器中泄漏，泄漏前后容器内温度均为T1，则在泄漏后的容器中，速率处于400～500m/s区间的氧气分子数占总分子数的百分比________（选填“大于”“小于”或“等于”）18.6%。

各速率区间的分子数占总分子数的百分比/%

温度T1

温度T2

100以下

0.7

1.4

100～200

5.4

8.1

200～300

11.9

17.0

300～400

17.4

21.4

400～500

18.6

20.4

500～600

16.7

15.1

600～700

12.9

9.2

700～800

7.9

4.5

800～900

4.6

2.0

900以上

3.9

0.9

解析　

（1）若一段时间后发现该温度计示数减小，说明纱布上的水分蒸发快，空气的相对湿度减小，选项A正确；纱布上的水分蒸发快，说明空气中的水蒸气压强减小，选项B错误；由于饱和汽压只与温度有关，所以空气温度不变，空气中的水的饱和汽压不变，选项C、D错误。

（2）根据表格中数据可知，温度为T1时分子速率较大的区间所占百分比较大，所以T1大于T2。

若约10%的氧气从容器中泄漏，温度不变，根据分子速率分布只与温度有关可知，速率处于400～500m/s区间的氧气分子数占总分子数的百分比仍然等于18.6%。

答案　

（1）A　

（2）大于　等于

2.（2018·江苏省苏锡常镇四市高三教学情况调研）

（1）下列说法中正确的是________。

A.悬浮在液体中足够小的微粒，受到来自各个方向的液体分子撞击的不平衡使微粒的运动无规则

B.单晶体的某些物理性质呈现各向异性，是因为组成它们的原子（分子、离子）在空间上的排列是杂乱无章的

C.液体表面张力产生的原因是液体表面层分子间距离比较大，分子力表现为引力

D.若把氢气和氧气看做理想气体，则质量和温度均相同的氢气和氧气内能相等

（2）在温度不变的情况下，增大液面上饱和汽的体积并再次达到饱和时，饱和汽的质量________，饱和汽的压强________（两空都选填“增大”“减小”或“不变”）。

解析　

（1）悬浮在液体中足够小的微粒，受到来自各个方向的液体分子撞击的不平衡使微粒的运动无规则，选项A正确；晶体的各向异性是因为内部物质微粒各方向排列不同，空间上呈现周期性，选项B错误；液体表面张力产生的原因是液体表面层分子间距离比较大，分子力表现为引力，选项C正确；若把氢气和氧气看做理想气体，则质量相同时分子数不同，温度相同时平均动能相同，则氢气和氧气内能不相等，选项D错误。

（2）在温度不变的情况下，增大液面上饱和汽的体积并再次达到饱和时，饱和汽的质量增大；因温度不变，则饱和汽的压强不变。

答案　

（1）AC　

（2）增大　不变

3.（2019·仪征中学高三上学期期初考试）如图6所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。

其中A→B和C→D为等温过程，B→C为等压过程，D→A为等容过程。

该循环过程中，下列说法正确的是________。

图6

A.A→B过程中，气体吸收热量

B.B→C过程中，气体分子的平均动能增大

C.C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多

D.D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化

解析　A→B过程中，为等温变化，则内能不变，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律知气体放出热量，

选项A错误；B→C过程中，温度升高，则分子平均动能增大，选项B正确；C→D过程中，为等温变化，体积增大，则分子的密集程度减小，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少，选项C错误；D→A过程中，温度降低，则气体分子的速率分布曲线发生变化，选项D错误。

答案　B

4.（2018·铜山中学模拟）夏季车辆长途行驶时，车胎内气体温度最高可达77℃。

某型号轮胎说明书上标注的最大胎压为3.5×105Pa。

若给该轮胎充气时，胎内气体温度恒为27℃，不计充气及车辆行驶时车胎体积的变化，为了保证行车安全，该轮胎刚充完气的气压不应超过多少？

解析　车胎内气体初、末状态的温度分别为

T1＝（273＋27）K＝300K，

T2＝（273＋77）K＝350K

由查理定律

＝

，又p2＝3.5×105Pa

则p1＝

p2＝3.0×105Pa

答案　3.0×105Pa

活页作业

（时间：

30分钟）

1.以下说法中正确的是__________。

A.金刚石、食盐都有确定的熔点

B.饱和汽的压强与温度无关

C.一些小昆虫可以停在水面上是由于液体表面张力的作用

D.多晶体的物理性质表现为各向异性

解析　金刚石、食盐都是晶体，有确定的熔点，选项A正确；饱和汽的压强与温度有关，选项B错误；因为液体表面张力的存在，有些小昆虫能停在水面上，选项C正确；多晶体的物理性质表现为各向同性，选项D错误。

答案　AC

2.（2018·徐州调研）关于液晶，下列说法中正确的是________。

A.液晶是晶体

B.液晶是液体和晶体的混合物

C.液晶表现各向同性的性质

D.笔记本电脑的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色

解析　液晶像液体一样可以流动，又具有某些晶体结构特征的一类物质，它不是单纯的晶体，故A项错误；液晶不是液体和晶体的混合物，故B项错误；液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，故C项错误；笔记本电脑的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色，故D项正确。

答案　D

3.（2019·南京模拟）一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为________。

A.气体分子的平均速率不变

B.气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大

C.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多

D.气体分子的总数增加

解析　气体温度不变，分子平均动能、平均速率均不变，选项A正确；理想气体经等温压缩，压强增大，体积减小，分子数密度增大，则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多，但气体分子每次碰撞器壁的冲力不变，故选项C正确，B、D错误。

答案　AC

4.（2018·苏南第二次大联考）如图1所示为一定质量理想气体的体积V与温度T的关系图象，它由状态A经等温过程到状态B，再经等容过程到状态C。

设A、B、C状态对应的压强分别为pA、pB、pC，则下列关系式中正确的是________。

图1

A.pA＜pB，pB＜pCB.pA＞pB，pB＝pC

C.pA＞pB，pB＜pCD.pA＝pB，pB＞pC

解析　由

＝常量得：

A到B过程，T不变，体积减小，所以pA＜pB，B经等容过程到C，V不变，温度升高，则pB＜pC，所以A项正确。

答案　A

5.（2018·常州市高三第一次模拟）如图2所示，飞行过程中乘务员发给飞机上旅客的软体袋装牛奶都是膨起的，而回到地面时又会瘪了，若舱内温度不变，则与飞机在地面时相比________。

图2

A.在飞行过程中软体袋内气体压强变小

B.在飞行过程中软体袋内气体压强变大

C.在飞行过程中软体袋内饱和汽压变小

D.在飞行过程中软体袋内饱和汽压不变

解析　由等温变化可知：

pV＝C，在飞行过程中体积变大，压强变小，故选项A正确，B错误；气体的饱和汽压与温度有关，温度不变，饱和汽压不变，故选项D正确。

答案　AD

6.（2018·江苏南通、徐州、扬州、泰州、淮安、宿迁市高三第一次调研）关于现代科技在生产、生活中的应用，下列说法正确的是________。

A.潮湿的房间内，开启空调制热，可降低空气的绝对湿度

B.普通液晶显示器在严寒地区不能工作，是因为物质的液晶态是在一定温度范围内

C.石墨晶体是层状结构，层与层原子间作用力小，可用作固体润滑剂

D.天然气是一种洁净环保的能源，相比于传统化石燃料不会产生地球温室效应

解析　空气的绝对湿度是用空气中水蒸气的压强表示的，对房间内气体加热，不会减少空气中的水蒸气，故空气的绝对湿度不会降低，故选项A错误；普通液晶显示器在严寒地区不能工作，是因为物质的液晶态是在一定温度范围内，故选项B正确；石墨晶体是层状结构，层与层原子间作用力小，可用作固体润滑剂，故选项C正确；天然气燃烧同样产生二氧化碳，也会产生温室效应，故选项D错误。

答案　BC

7.（2019·泰兴第一高级中学阶段性测试）下列属于液晶分子示意图的是________。

解析　当液晶通电时导通，排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。

所以液晶的光学性质随外加电压的变化而变化，液晶像液体一样可以流动，又具有某些晶体的结构特征，所以液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，液晶可以流动，所以和固态分子排列不相同，但液晶不可以像液体一样任意流动，所以和液态分子排列不相同，故选项B正确，A、C、D错误。

答案　B

8.（2018·江苏省南通市、泰州市、扬州市高三第三次调研）下列说法正确的是________。

A.当分子间引力大于斥力时，随着分子间距增加，分子间作用力的合力一定减小

B.单晶硅中原子排列成空间点阵结构，因此其他物质分子不能扩散到单晶硅中

C.液晶具有液体的流动性，其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性

D.密闭容器中水的饱和汽压随温度和体积的变化而变化

解析　当分子间距从r0逐渐开始增大时，分子间的作用力表现为引力，且引力先增大后减小，选项A错误；扩散现象发生在相互接触的不同物质间，一切物质的分子都在不停地做无规则运动，所以其他物质可以扩散到单晶硅中。

固体的绝大多数分子只能在各自的平衡位置附近振动，但是，在一定温度下，固体里也总有一些分子的速度较大，具有足够的能力脱离平衡位置，因此单晶硅也可以扩散到其他物质中，选项B错误；液晶具有液体的流动性，具有各向异性，选项C正确；一定性质的液体，饱和汽压只随温度的升高而增大，选项D错误。

答案　C

9.（2018·江苏省扬州市高三第一次模拟考试）

（1）下列说法中正确的是________。

A.金属铁具有确定的熔点和各向同性

B.草叶上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用

C.