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第十四章
热　学
第2讲　固体　液体和气体
1.了解固体的微观结构,知道晶体和非晶体的特点,了解液晶的主要特性。2.了解表面张力现象和毛细现象,知道它们的产生原因。3.掌握气体压强的计算方法及气体压强的微观解释。4.能用气体实验定律解决实际问题,并会分析气体图像问题。
1.固体。
(1)分类:固体分为_______和_______ 两类。晶体又分为_______和_______。
考点1　固体和液体的性质
晶体
非晶体
单晶体
多晶体
　　分类 比较 晶体 非晶体
单晶体 多晶体 外形 有规则的形状 无确定的几何形状 无确定的几何外形
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
典型物质 石英、云母、明矾、食盐 各种金属 玻璃、橡胶、蜂蜡、松香、沥青
转化 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化 (2)晶体和非晶体的比较。
2.液体的表面张力。
(1)作用效果:液体的表面张力使液面具有收缩的趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形面积最小。
(2)方向:表面张力跟液面_______,跟这部分液面的分界线垂直。
(3)形成原因:表面层中分子间距离比液体内部分子间距离_______,分子间作用力表现为_______。
相切
大
引力
3.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_________。
异性
流动性
液体
晶体
杂乱无章
发生改变
(1)晶体的所有物理性质都是各向异性( )
(2)液晶是液体和晶体的混合物( )
(3)液体的表面张力方向与液体的表面垂直( )
考向1　晶体和非晶体
【典例1】　(多选)(2020·江苏卷)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史,它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有
(　　)
A.没有固定的熔点
B.天然具有规则的几何形状
C.沿不同方向的导热性能相同
D.分子在空间上周期性排列
解析　根据非晶体特点可知非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性排列的固体。它没有固定的熔点,没有一定规则的外形,它的物理性质在各个方向上是相同的,叫“各向同性”。故A、C两项正确。
答案　AC
考向2　液体
【典例2】　液体的表面张力在生产生活中有利有弊。市面上的清洁剂如洗衣粉、肥皂等都含有一定量的表面活性剂,加入水中会减小水的表面张力。液体的表面张力还与温度有关,在其他条件不变的情况下,通过升高温度可以降低液体的表面张力,下列说法不正确的是(　　)
A.将两端开口的细洁净玻璃管插入肥皂水中,毛细现象比插入清水中更加明显
B.用肥皂水能吹出大气泡而清水不能,是因为清水的表面张力更大,不容易被空气撑开成气泡
C.用热水清洗碗具可以有更好的去污效果,是因为热水表面张力小,更容易浸润碗具
D.清水洒在有孔隙的布雨伞上却不会渗水,是因为液体表面张力的效果
解析　毛细现象的本质是液体的表面张力对管中液体向上的拉力,肥皂水的表面张力更小,对管内液体向上的拉升效果更小,故毛细现象更不明显,A项错误;液体表面张力越大,越有形成细小液珠的趋势,即表面张力越大,越不容易变成扩张的气泡,B项正确;温度越高,水的表面张力越小,水与固体表面的作用效果越明显,更容易浸润固体,C项正确;因为表面张力的作用,雨水会在布伞上形成液珠,液珠的尺寸大于布伞的孔隙大小,因此不会渗水,D项正确。故选A。
答案　A
1.气体压强的计算。
(1)活塞模型。
如图所示是最常见的封闭气体的两种方式。
考点2　气体压强的计算及微观解释

(2)连通器模型。
如图所示,U形管竖直放置。同一液体中的相同高度处压强一定相等,所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来。则有pB+ρgh2=pA,而pA=p0+ρgh1,
所以气体B的压强为pB=p0+ρg(h1-h2)。
2.气体分子运动的速率分布图像。
气体分子间距离大约是分子直径的10倍,分子间作用力十分微弱,可忽略不计;分子沿各个方向运动的机会均等;分子速率的分布规律按“中间多、两头少”的统计规律分布,且这个分布状态与温度有关,温度升高时,平均速率会增大,如图所示。
3.气体压强的微观解释。
(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)决定因素(一定质量的某种理想气体)。
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。
考向1　气体压强的计算
【典例3】　若已知大气压强为p0,图中各装置均处于静止状态,液体密度均为ρ,重力加速度为g,求各被封闭气体的压强。
解析　在题图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由平衡条件知
p甲S+ρghS=p0S,
所以p甲=p0-ρgh,
在题图乙中,以B液面为研究对象,由平衡条件知
pAS+ρghS=p0S,
p乙=pA=p0-ρgh,
在题图丙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有
pA'S+ρghsin 60°·S=p0S,


【典例4】　如图中两个汽缸质量均为M,内部横截面积均为S,两个活塞的质量均为m,左边的汽缸静止在水平面上,右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下。两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A、B,大气压强为p0,重力加速度为g,则封闭气体A的压强为____________,气体B的压强为____________。


考向2　气体压强的微观解释
【典例5】　(多选)关于对气体压强的理解,下列说法正确的是(　　)
A.大气压强是由地球表面空气重力产生的,因此将开口瓶密闭后,瓶内气体脱离大气,它自身重力太小,会使瓶内气体压强远小于外界大气压强
B.密闭容器内气体压强是由气体分子不断撞击器壁而产生的
C.气体压强取决于单位体积内分子数和分子的平均速率
D.单位面积器壁受到空气分子碰撞的平均压力就是气体对器壁的压强

答案　BCD
1.气体实验定律。
考点3　气体实验定律及应用
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
微观解释 一定质量的某种理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能不变。体积减小时,分子的密集程度增大,气体的压强增大 一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的密集程度保持不变,温度升高时,分子的平均动能增大,气体的压强增大 一定质量的某种理想气体,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
图像

(1)压强极大的实际气体不遵从气体实验定律( )
(2)一定质量的理想气体,当温度升高时,压强一定增大 ( )
(3)一定质量的理想气体,当温度升高时,压强和体积的乘积一定增大
( )
1.解题基本思路。
2.分析气体状态变化的问题要抓住三点。
(1)弄清一个物理过程分为哪几个阶段。
(2)找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的。
(3)明确哪个阶段应遵循什么实验定律。
【典例6】　(2023·海南卷)如图所示,某饮料瓶内密封一定质量的理想气体,t=27 ℃时,压强p=1.050×105 Pa,则
(1)t'=37 ℃时,气压是多大
(2)保持温度不变,挤压气体,使之压强与(1)相同时,气体体积变为原来的多少倍



(1)最终汽缸内气体的压强;
(2)弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。



1.一定质量的气体不同图像的比较。
考点4　气体状态变化的图像问题
过程 图线类别 图像特点 图像示例
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
等容 过程 p-T
等压 过程 V-T
2.处理气体状态变化的图像问题的技巧。
(1)首先应明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个状态,它对应着三个状态量;图像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。看此过程属于等温、等容还是等压变化,然后用相应规律求解。
(2)在V-T图像(或p-T图像)中,比较两个状态的压强(或体积)时,可比较这两个状态到原点连线的斜率的大小,斜率越大,压强(或体积)越小;斜率越小,压强(或体积)越大。
【典例8】　(2023·辽宁卷)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置,可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中,一定质量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是(　　)
解析　由题图可知,pa=pb>pc,则A、D两项错误;根据pV=CT,由题图知Tb>Ta,则Vb>Va,故B项正确,C项错误。
答案　B
【典例9】　(2023·江苏卷)如图所示,密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中(　　)
A.气体分子的数密度增大
B.气体分子的平均动能增大
C.单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D.单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小

答案　B

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