第2節(jié)固體液體與氣體

第2節(jié)固體、液體與氣體教材梳理·自主預(yù)習(xí)考點(diǎn)研析·感悟提升一、固體1.晶體與非晶體的比較知識(shí)梳理教材梳理·自主預(yù)習(xí)分類比較晶體非晶體單晶體多晶體外形規(guī)則不規(guī)則

.熔點(diǎn)確定

.不確定物理性質(zhì)各向異性

.各向同性轉(zhuǎn)化晶體和非晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)化典型物質(zhì)石英、云母、明礬、食鹽玻璃、橡膠不規(guī)則確定各向同性2.晶體的微觀結(jié)構(gòu)晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn):組成晶體的物質(zhì)微粒有

的、周期性的在空間排列.二、液體和液晶1.液體的表面張力(1)作用:液體的表面張力使液面具有

的趨勢(shì).(2)方向:表面張力跟液面

,跟這部分液面的分界線

.2.毛細(xì)現(xiàn)象:是指浸潤(rùn)液體在細(xì)管中

的現(xiàn)象,以及不浸潤(rùn)液體在細(xì)管中

的現(xiàn)象,毛細(xì)管越細(xì),毛細(xì)現(xiàn)象越明顯.規(guī)則收縮相切垂直上升下降3.液晶的物理性質(zhì)(1)具有液體的流動(dòng)性.(2)具有晶體的光學(xué)各向

性.(3)從某個(gè)方向看其分子排列比較整齊,但從另一方向看,分子的排列是

的.三、飽和汽、飽和汽壓和相對(duì)濕度1.飽和汽與未飽和汽(1)飽和汽:與液體處于

的蒸汽.(2)未飽和汽:沒(méi)有達(dá)到

狀態(tài)的蒸汽.異雜亂無(wú)章動(dòng)態(tài)平衡飽和2.飽和汽壓(1)定義:飽和汽所具有的壓強(qiáng).(2)特點(diǎn):液體的飽和汽壓與溫度有關(guān),溫度越高,飽和汽壓

,且飽和汽壓與飽和汽的體積無(wú)關(guān).越大四、氣體1.氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生原因由于大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)而碰撞器壁,形成對(duì)器壁各處均勻、持續(xù)的壓力,作用在器壁

的壓力叫做氣體的壓強(qiáng)決定因素宏觀上取決于氣體的溫度和

.微觀上取決于分子的平均動(dòng)能和分子的

.單位面積上體積密集程度2.氣體實(shí)驗(yàn)定律圖象3.理想氣體的狀態(tài)方程(1)宏觀上講,理想氣體是指在任何條件下始終遵從

的氣體.實(shí)際氣體在壓強(qiáng)

、溫度

的條件下,可視為理想氣體.(2)微觀上講,理想氣體的分子間除碰撞外無(wú)其他作用力,分子本身沒(méi)有體積,即它所占據(jù)的空間認(rèn)為都是可以被壓縮的空間.氣體實(shí)驗(yàn)定律不太大不太低4.氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)小題檢測(cè)1.思考判斷(1)單晶體的所有物理性質(zhì)都是各向異性的.(

)×(2)液晶是液體和晶體的混合物.(

)(3)船浮于水面上不是由于液體的表面張力.(

)(4)水蒸氣達(dá)到飽和時(shí),水蒸氣的壓強(qiáng)不再變化,這時(shí),水不再蒸發(fā)和液化.(

)(5)水能浸潤(rùn)任何固體.(

)(6)當(dāng)人們感到干燥時(shí),空氣的相對(duì)濕度一定較小.(

)(7)一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān).(

)×√××√√2.(多選)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(guò)程中,溫度保持不變,說(shuō)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(shuō)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,是由于組成它們的物質(zhì)微粒排列結(jié)構(gòu)不同AD解析:晶體才有固定的熔點(diǎn),A正確;熔化的蜂蠟呈橢圓形說(shuō)明云母片導(dǎo)熱具有各向異性的特點(diǎn),故此現(xiàn)象說(shuō)明云母片是晶體,B錯(cuò)誤;天然石英具有各向異性的原因是物質(zhì)微粒在空間的排列是規(guī)則的,C錯(cuò)誤;石墨與金剛石皆由碳原子組成,但它們的物質(zhì)微粒排列結(jié)構(gòu)是不同的,D正確.3.(多選)下列現(xiàn)象中,主要是液體表面張力作用的是(

)A.水黽可以停在水面上B.小木船漂浮在水面上C.荷葉上的小水珠呈球形D.慢慢向小酒杯中注水,即使水面稍高出杯口,水仍不會(huì)流下來(lái)ACD解析:水黽可以停在水面上是液體表面張力的作用,小木船漂浮在水面上是因?yàn)楦×?二者最直觀的區(qū)別是物體有沒(méi)有一部分陷進(jìn)水里面;表面張力使液體表面有收縮的趨勢(shì),所以荷葉上的小水珠呈球形,水面稍高出杯口也不會(huì)流下來(lái),故A,C,D正確,B錯(cuò)誤.4.對(duì)一定質(zhì)量的氣體來(lái)說(shuō),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C考點(diǎn)一固體與液體的性質(zhì)考點(diǎn)研析·感悟提升1.晶體和非晶體(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物體必定是晶體,且是單晶體.(3)只要是具有確定熔點(diǎn)的物體必定是晶體,沒(méi)有確定熔點(diǎn)的物體必是非晶體.2.液體的表面張力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)為引力表面特性表面層分子間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力,使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜方向和液面相切,垂直于液面上的各條分界線效果表面張力使液體表面具有收縮趨勢(shì),使液體表面積趨于最小,而在體積相同的條件下,球體的表面積最小[例1](2019·安徽安慶模擬)(多選)下列說(shuō)法正確的是(

)A.液面上方的蒸汽達(dá)到飽和時(shí)就不會(huì)有液體分子從液面飛出B.萘的熔點(diǎn)為80℃,質(zhì)量相等的80℃的液態(tài)萘和80℃的固態(tài)萘具有不同的分子勢(shì)能C.車輪在潮濕的地面上滾過(guò)后,車轍中會(huì)滲出水,屬于毛細(xì)現(xiàn)象D.液體表面層分子的勢(shì)能比液體內(nèi)部分子的勢(shì)能大E.液晶像液體一樣具有流動(dòng)性,而其光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似,具有各向同性BCD解析:液面上方的蒸汽達(dá)到飽和時(shí),液體分子從液面飛出,同時(shí)有蒸汽分子進(jìn)入液體中,從宏觀上看,液體不再蒸發(fā),故A錯(cuò)誤;80℃時(shí),液態(tài)萘凝固成固態(tài)萘的過(guò)程中放出熱量,溫度不變,則分子的平均動(dòng)能不變,萘放出熱量的過(guò)程中內(nèi)能減小,而分子平均動(dòng)能不變,所以一定是分子勢(shì)能減小,故B正確;由毛細(xì)現(xiàn)象的定義可知,C正確;液體表面層的分子間距離比液體內(nèi)部的分子間距離大,故液體表面層分子之間的作用力表現(xiàn)為引力,分子之間的距離有縮小的趨勢(shì),可知液體表面層的分子比液體內(nèi)部的分子有更大的分子勢(shì)能,故D正確;液晶像液體一樣具有流動(dòng)性,而其光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似,具有各向異性,E錯(cuò)誤.[針對(duì)訓(xùn)練]

(2015·全國(guó)Ⅰ卷,33)(多選)下列說(shuō)法正確的是(

)A.將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒是非晶體B.固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì)C.由同種元素構(gòu)成的固體,可能會(huì)由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體D.在合適的條件下,某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫wE.在熔化過(guò)程中,晶體要吸收熱量,但溫度保持不變,內(nèi)能也保持不變BCD解析:晶體被敲碎后,其空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)未變,仍是晶體,A錯(cuò)誤;單晶體光學(xué)性質(zhì)具有各向異性,B正確;同種元素由于空間的排列結(jié)構(gòu)而形成不同物質(zhì)的晶體,C正確;如果外界條件改變了分子或原子的空間排列結(jié)構(gòu),晶體和非晶體之間可以互相轉(zhuǎn)化,D正確;在晶體熔化過(guò)程中,溫度保持不變,只是分子平均動(dòng)能保持不變,分子勢(shì)能會(huì)發(fā)生改變,內(nèi)能也會(huì)改變,E錯(cuò)誤.考點(diǎn)二氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生與計(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處的總壓強(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,消去面積,得到液片兩側(cè)壓強(qiáng)相等方程,求得氣體的壓強(qiáng)2.常見(jiàn)兩種模型(1)活塞模型如圖所示是最常見(jiàn)的封閉氣體的兩種方式.(2)連通器模型如圖所示,U形管豎直放置,同一液體中的相同高度處壓強(qiáng)一定相等,所以氣體B和A的壓強(qiáng)關(guān)系可由圖中虛線所示的等高線聯(lián)系起來(lái).則有pB+ρgh2=pA.而pA=p0+ρgh1,所以氣體B的壓強(qiáng)為pB=p0+ρg(h1-h2).[例2]

若已知大氣壓強(qiáng)為p0,圖中各裝置均處于靜止?fàn)顟B(tài),圖中液體密度均為ρ,求被封閉氣體的壓強(qiáng).在圖(丁)中,以液面A為研究對(duì)象,由平衡條件得p丁S=(p0+ρgh1)S所以p丁=p0+ρgh1.在圖(戊)中,從開(kāi)口端開(kāi)始計(jì)算:右端為大氣壓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)pb=p0+ρg(h2-h1),而a氣柱的壓強(qiáng)為pa=pb-ρgh3=p0+ρg(h2-h1-h3).誤區(qū)警示(1)在考慮與氣體接觸的液柱所產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)p=ρgh時(shí),應(yīng)特別注意h是表示液柱豎直高度,不一定是液柱長(zhǎng)度.(2)特別注意大氣壓強(qiáng)的作用,不要漏掉大氣壓強(qiáng).[針對(duì)訓(xùn)練]

如圖中兩個(gè)汽缸質(zhì)量均為M,內(nèi)部橫截面積均為S,兩個(gè)活塞的質(zhì)量均為m,左邊的汽缸靜止在水平面上,右邊的活塞和汽缸豎直懸掛在天花板下.兩個(gè)汽缸內(nèi)分別封閉有一定質(zhì)量的空氣A,B,大氣壓為p0,活塞與汽缸間無(wú)摩擦,重力加速度為g,求封閉氣體A,B的壓強(qiáng)各多大?考點(diǎn)三氣體實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用1.理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系3.利用氣體實(shí)驗(yàn)定律解決問(wèn)題的基本思路[例3]

(2019·全國(guó)卷Ⅱ,33)如圖,一容器由橫截面積分別為2S和S的兩個(gè)汽缸連通而成,容器平放在水平地面上,汽缸內(nèi)壁光滑.整個(gè)容器被通過(guò)剛性桿連接的兩活塞分隔成三部分,分別充有氫氣、空氣和氮?dú)?平衡時(shí),氮?dú)獾膲簭?qiáng)和體積分別為p0和V0,氫氣的體積為2V0,空氣的壓強(qiáng)為p.現(xiàn)緩慢地將中部的空氣全部抽出,抽氣過(guò)程中氫氣和氮?dú)獾臏囟缺３植蛔?活塞沒(méi)有到達(dá)兩汽缸的連接處,求:(1)抽氣前氫氣的壓強(qiáng);(2)抽氣后氫氣的壓強(qiáng)和體積.題組訓(xùn)練1.(玻璃管液封模型)(2019·全國(guó)卷Ⅲ,33)如圖,一粗細(xì)均勻的細(xì)管開(kāi)口向上豎直放置,管內(nèi)有一段高度為2.0cm的水銀柱,水銀柱下密封了一定量的理想氣體,水銀柱上表面到管口的距離為2.0cm.若將細(xì)管倒置,水銀柱下表面恰好位于管口處,且無(wú)水銀滴落,管內(nèi)氣體溫度與環(huán)境溫度相同.已知大氣壓強(qiáng)為76cmHg,環(huán)境溫度為296K.(1)求細(xì)管的長(zhǎng)度;解析:(1)設(shè)細(xì)管的長(zhǎng)度為L(zhǎng),橫截面的面積為S,水銀柱高度為h;初始時(shí),設(shè)水銀柱上表面到管口的距離為h1,被密封氣體的體積為V,壓強(qiáng)為p;細(xì)管倒置時(shí),氣體體積為V1,壓強(qiáng)為p1.由玻意耳定律有pV=p1V1①由力的平衡條件有p=p0+ρgh

②p1=p0-ρgh③式中,ρ,g分別為水銀的密度和重力加速度的大小,p0為大氣壓強(qiáng).由題意有V=S(L-h1-h)④V1=S(L-h)⑤由①②③④⑤式和題給條件得L=41cm.⑥答案:(1)41cm

(2)若在倒置前,緩慢加熱管內(nèi)被密封的氣體,直到水銀柱的上表面恰好與管口平齊為止,求此時(shí)密封氣體的溫度.答案:(2)312K2.(變質(zhì)量問(wèn)題)(2019·全國(guó)Ⅰ卷,33)熱等靜壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于材料加工中.該設(shè)備工作時(shí),先在室溫下把惰性氣體用壓縮機(jī)壓入到一個(gè)預(yù)抽真空的爐腔中,然后爐腔升溫,利用高溫高氣壓環(huán)境對(duì)放入爐腔中的材料加工處理,改善其性能.一臺(tái)熱等靜壓設(shè)備的爐腔中某次放入固體材料后剩余的容積為0.13m3,爐腔抽真空后,在室溫下用壓縮機(jī)將10瓶氬氣壓入到爐腔中.已知每瓶氬氣的容積為3.2×10-2m3,使用前瓶中氣體壓強(qiáng)為1.5×107Pa,使用后瓶中剩余氣體壓強(qiáng)為2.0×106Pa;室溫溫度為27℃.氬氣可視為理想氣體.(1)求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強(qiáng);解析:(1)設(shè)初始時(shí)每瓶氣體的體積為V0,壓強(qiáng)為p0;使用后氣瓶中剩余氣體的壓強(qiáng)為p1,假設(shè)體積為V0,壓強(qiáng)為p0的氣體壓強(qiáng)變?yōu)閜1時(shí),其體積膨脹為V1,由玻意耳定律p0V0=p1V1①被壓入爐腔的氣體在室溫和p1條件下的體積為V1′=V1-V0②設(shè)10瓶氣體壓入完成后爐腔中氣體的壓強(qiáng)為p2,體積為V2,由玻意耳定律p2V2=10p1V1′③聯(lián)立①②③式并代入題給數(shù)據(jù)得p2=3.2×107Pa.④答案:(1)3.2×107Pa

答案:(2)1.6×108Pa(2)將壓入氬氣后的爐腔加熱到1227℃,求此時(shí)爐腔中氣體的壓強(qiáng).考點(diǎn)四氣體狀態(tài)變化中的圖象問(wèn)題[例4]一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了溫度緩慢升高的變化,如圖所示,p-T和V-T圖象各記錄了其部分變化過(guò)程,試求:(1)溫度600K時(shí)氣體的壓強(qiáng);答案:(1)1.25×105Pa

(2)在p-T圖象上將溫度從400K升高到600K的變化過(guò)程補(bǔ)充完整.答案:(2)圖見(jiàn)解析反思總結(jié)氣體狀態(tài)變化圖象的分析方法(1)明確點(diǎn)、線的物理意義:求解氣體狀態(tài)變化的圖象問(wèn)題,應(yīng)當(dāng)明確圖象上的點(diǎn)表示一定質(zhì)量的理想氣體的一個(gè)平衡狀態(tài),它對(duì)應(yīng)著三個(gè)狀態(tài)參量;圖象上的某一條直線段或曲線段表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化的一個(gè)過(guò)程.(2)明確圖象斜率的物理意義: