热学第2讲固体液体和气体.docx

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热学第2讲固体液体和气体

第二讲固体、液体和气体

考点一　固体与液体的性质

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

不规则

熔点

确定

确定

不确定

物理性质

各向异性

各向同性

各向同性

原子排列

规则

每个晶粒的排列不规则

不规则

转化

晶体和非晶体在一定条件下可以转化

典型物质

石英、云母、明矾、食盐

玻璃、橡胶

2.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．毛细现象是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．

4．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）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．

5．饱和汽：

饱和汽压随温度而变，与饱和汽的体积无关．温度越高，饱和汽压越大．

6．湿度：

绝对湿度是空气中所含水蒸气的压强；相对湿度是某一温度下，空气中水蒸气的实际压强与同一温度下水的饱和汽压之比，相对湿度＝

×100%.

[易错辨析]

请判断下列说法是否正确．

（1）单晶体的所有物理性质都是各向异性的．（　　）

（2）单晶体有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的．（　　）

（3）液晶是液体和晶体的混合物．（　　）

（4）船浮于水面上是液体的表面张力作用的结果．（　　）

（5）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．（　　）

1．[晶体、非晶体的区别]（2015·课标Ⅰ·33

（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

2．[液体的性质]（2013·海南·15

（1））（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

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

3．[液体表面张力的理解]关于液体的表面现象，下列说法正确的是（　　）

A．液体表面层的分子分布比内部密B．液体有使其体积收缩到最小的趋势

C．液体表面层分子之间只有引力而无斥力D．液体有使其表面积收缩到最小的趋势

4．[对饱和汽、湿度的理解]（多选）关于饱和汽压和相对湿度，下列说法中正确的是（　　）

A．温度相同的不同饱和汽的饱和汽压都相同

B．温度升高时，饱和汽压增大

C．在相对湿度相同的情况下，夏天比冬天的绝对湿度大

D．饱和汽压和相对湿度都与体积无关

考点二　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．

5．[液体封闭气体压强的求解]若已知大气压强为p0，在图1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．

1

6．[活塞封闭气体压强的求解]汽缸截面积为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2所示，当活塞上放质量为M的重物时处于静止．设外部大气压为p0，若活塞与缸壁之间无摩擦．求汽缸中气体的压强．

7.[关联气体压强的计算]竖直平面内有如图3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，大气压为p0，求空气柱a、b的压强各多大．

8．[加速状态下气体压强的求解]如图4所示，光滑水平面上放有一质量为M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）

两种状态下气体压强的求解方法

1．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．液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强．

2．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．

考点三　理想气体状态方程与气体实验定律的应用

1．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

2.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，即分子间无分子势能．

（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.

气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例．

9．[一定质量的气体问题]（2015·重庆·10

（2））北方某地的冬天室外气温很低，吹出的肥皂泡会很快冻结．若刚吹出时肥皂泡内气体温度为T1，压强为p1，肥皂泡冻结后泡内气体温度降为T2.整个过程中泡内气体视为理想气体，不计体积和质量变化，大气压强为p0.求冻结后肥皂膜内外气体的压强差．

10．[变质量的气体问题]（2013·福建理综·29

（2））某自行车轮胎的容积为V，里面已有压强为p0的空气，现在要使轮胎内的气压增大到p，设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，轮胎容积保持不变，则还要向轮胎充入温度相同、压强也是p0、体积为________的空气．（填选项前的字母）

11．[一部分气体的多过程问题]（2015·课标Ⅰ·33

（2））如图5，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞．已知大活塞的质量为m1＝2.50kg，横截面积为S1＝80.0cm2；小活塞的质量为m2＝1.50kg，横截面积为S2＝40.0cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距为l＝40.0cm；汽缸外大气的压强为p＝1.00×105Pa，温度为T＝303K．初始时大活塞与大圆筒底部相距

，两活塞间封闭气体的温度为T1＝495K．现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移．忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10m/s2.求：

（1）在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，汽缸内封闭气体的温度；

（2）缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强．

12．[两部分关联气体问题]（2014·全国卷Ⅱ·33

（2））如图6所示，两汽缸A、B粗细均匀、等高且内壁光滑，其下部由体积可忽略的细管连通；A的直径是B的2倍，A上端封闭，B上端与大气连通；两汽缸除A顶部导热外，其余部分均绝热，两汽缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b，活塞下方充有氮气，活塞a上方充有氧气．当大气压为p0、外界和汽缸内气体温度均为7℃且平衡时，活塞a离汽缸顶的距离是汽缸高度的

，活塞b在汽缸正中间．

（1）现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞b恰好升至顶部时，求氮气的温度；

（2）继续缓慢加热，使活塞a上升，当活塞a上升的距离是汽缸高度的

时，求氧气的压强．

分析气体状态变化要抓“三要点”

1．阶段性，即弄清一个物理过程分为哪几个阶段；

2．联系性，即找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的；

3．规律性，即明确各阶段遵循的实验定律．

考点四　气体状态变化中的图象问题

一定质量的气体不同图象的比较

过程

图线类别

图象特点

图象示例

等温过程

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

等容过程

p－T

p＝

T，斜率k＝

，即斜率越大，体积越小

等压过程

V－T

V＝

T，斜率k＝

，即斜率越大，压强越小

[思维深化]

利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量、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：

在图7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.

又如图乙所示，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

13．[p－V图象的理解]（2014·福建·29

（2））图8为一定质量理想气体的压强p与体积V的关系图象，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________．（填选项前的字母）

A．TATB，TB＝TC

C．TA>TB，TBTC

14．[p－T图象的理解]一定质量的理想气体，从图9中A状态开始，经历了B、C，最后到D状态，下列说法中正确的是（　　）

A．A→B温度升高，体积不变

B．B→C压强不变，体积变大

C．C→D压强变小，体积变小

D．B点的温度最高，C点的体积最大

15．[热学气体图象的转化]如图10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图象．已知气体在状态A时的压强是1.5×105Pa.

（1）说出A→B过程中压强变化的情形，并根据图象提供的信息，计算图甲中TA的值．

（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图象，并在图线相应位置上标出字母A、B、C.如果需要计算才能确定的有关坐标值，请写出计算过程．

气体状态变化图象的应用技巧

1．明确点、线的物理意义：

求解气体状态变化的图象问题，应当明确图象上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图象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．明确斜率的物理意义：

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．

考点五　理想气体实验定律微观解释

1．等温变化

一定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变．在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强增大．

2．等容变化

一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变．在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强增大．

3．等压变化

一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增大．只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变．

16．[等容变化的微观解释]（多选）封闭在汽缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是（　　）

A．气体的密度增大

B．气体的压强增大

C．气体分子的平均动能减小

D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多

17．[等温变化的微观解释]（多选）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．气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大B．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

C．气体分子的总数增加D．单位体积内的分子数目增加

18．[气体实验定律的微观解释]（多选）对于一定质量的气体，当压强和体积发生变化时，以下说法正确的是（　　）

A．压强和体积都增大时，其分子平均动能不可能不变

B．压强和体积都增大时，其分子平均动能有可能减小

C．压强增大，体积减小时，其分子平均动能一定不变

D．压强减小，体积增大时，其分子平均动能可能增大

1．如图11所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程．图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T.从图中可以确定的是（　　）

A．晶体和非晶体均存在固定的熔点T0

B．曲线M的bc段表示固液共存状态

C．曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态

D．曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态

2．（2014·课标Ⅱ·33

（1））（多选）下列说法正确的是________．（填正确答案标号）

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

3．空气压缩机的储气罐中储有1.0atm的空气6.0L，现再充入1.0atm的空气9.0L．设充气过程为等温过程，空气可看做理想气体，则充气后储气罐中气体压强为（　　）

A．2.5atmB．2.0atmC．1.5atmD．1.0atm

答案　A

解析　取全部气体为研究对象，由p1V1＋p2V2＝pV1得p＝2.5atm，故A正确．

4．（多选）一定质量理想气体的状态经历了如图12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过程中不断增大B．bc过程中保持不变

C．cd过程中不断增大D．da过程中保持不变

5．（2015·海南单科·15

（2））如图13所示，一底面积为S、内壁光滑的圆柱形容器竖直放置在水平地面上，开口向上，内有两个质量均为m的相同活塞A和B；在A与B之间、B与容器底面之间分别封有一定量的同样的理想气体，平衡时体积均为V.已知容器内气体温度始终不变，重力加速度大小为g，外界大气压强为p0.现假设活塞B发生缓慢漏气，致使B最终与容器底面接触．求活塞A移动的距离．

练出高分

基础巩固

1．下列说法中正确的是（　　）

A．饱和汽压与温度有关，且随着温度的升高而增大B．饱和汽是指液体不再蒸发，蒸汽不再液化时的状态

C．所有晶体都有固定的形状、固定的熔点和沸点D．所有晶体由固态变成液态后，再由液态变成固态时，固态仍为晶体

2．液体的饱和汽压随温度的升高而增大（　　）

A．其变化规律遵循查理定律B．是因为饱和汽的质量随温度的升高而增大

C．是因为饱和汽的体积随温度的升高而增大D．是因为饱和汽密度和蒸汽分子的平均速率都随温度的升高而增大

3．如图1所示，只有一端开口的U形玻璃管，竖直放置，用水银封住两段空气柱Ⅰ和Ⅱ，大气压为p0，水银柱高为压强单位，那么空气柱Ⅰ的压强p1为（　　）

A．p1＝p0＋hB．p1＝p0－h

C．p1＝p0＋2hD．p1＝p0

4．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．空气的相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汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比

5．如图2，一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，在此过程中，其压强（　　）

A．逐渐增大B．逐渐增小

C．始终不变D．先增大后减小

6．下列说法正确的是（　　）

A．一定质量的气体，当温度升高时，压强一定增大

B．一定质量的气体，当体积增大时，压强一定减小

C．一定质量的气体，当体积增大、温度升高时，压强一定增大

D．一定质量的气体，当体积减小、温度升高时，压强一定增大

7．（2015·江苏·12A

（1））（多选）对下列几种固体物质的认识，正确的有（　　）

A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体

B．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

C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则

D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同

8．（多选）一定质量的理想气体经过一系列过程，如图3所示，下列说法中正确的是（　　）

A．a→b过程中，气体体积增大，压强减小

B．b→c过程中，气体压强不变，体积增大

C．c→a过程中，气体压强增大，体积变小

D．c→a过程中，气体内能增大，体积不变

9．（多选）用如图4所示的实验装置来研究气体等容变化的规律．A、B管下端由软管相连，注入不定量的水银，烧瓶中封有一定量的理想气体，开始时A、B两管中水银面一样高，那么为了保持瓶中气体体积不变（　　）

A．将烧瓶浸入热水中时，应将A管向上移动

B．将烧瓶浸入热水中时，应将A管向下移动

C．将烧瓶浸入冰水中时，应将A管向上移动

D．将烧瓶浸入冰水中时，应将A管向下移动

10．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5a、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______．（选填“单晶体”“多晶体”或“非晶体”）

图5

综合应用

11．图6甲是晶体物质微粒在平面上的排列情况，图中三条等长线AB、AC、AD上物质微粒的数目不同，由此得出晶体具有______的性质．如图乙所示，液体表面层分子比较稀疏，分子间的距离大于分子平衡时的距离r0，因此表面层分子间作用力的合力表现为______．

12．（2015·江苏·12A（3））给某包装袋充入氮气后密封，在室温下，袋中气体压强为1个标准大气压、体积为1L．将其缓慢压缩到压强为2个标准大气压时，气体的体积变为0.45L．请通过计算判断该包装袋是否漏气．

13．如图7所示，开口向上竖直放置的内壁光滑的汽缸，其侧壁是绝热的，底部导热，内有两个质量均为m的密闭活塞，活塞A导热，活塞B绝热，将缸内理想气体分成Ⅰ、Ⅱ两部分．初状态整个装置静止不动处于平衡，Ⅰ、Ⅱ两部分空间高均为l0，温度为T0.设外界大气压强为p0保持不变，活塞横截面积为S，且mg＝p0S，环境温度保持不变．求：

（1）在活塞A上逐渐添加铁砂，当铁砂质量等于2m，两活塞重新处于平衡时，活塞B下降的高度；

（2）现只对Ⅱ内气体缓慢加热，使活塞A回到初始位置．此时Ⅱ内气体的温度．

14．质量M＝10kg的缸体与质量m＝4kg的活塞，封闭一定质量的理想气体（气体的重力可以忽略），不漏气的活塞被一劲度系数k＝20N/cm的轻弹簧竖直向上举起立于空中，如图8所示．环境温度为T1＝1500K时被封气柱长度L1＝30cm，缸口离地的高度为h＝5cm，若环境温度变化时，缸体有良好的导热性能．已知活塞与缸壁间无摩擦，弹簧原长L0＝27cm，活塞横截面积S＝2×10－3m2，大气压强p0＝1.0×105Pa，当地重力加速度g＝10m/s2，求环境温度降到多少时汽缸着地，温度降到多少时能使弹簧恢复原长．