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第2讲　固体、液体与气体
考纲考情 核心素养
?固体的微观结构、晶体和非晶体Ⅰ ?液晶的微观结构Ⅰ
?液体的表面张力现象Ⅰ
?气体实验定律Ⅱ
?理想气体Ⅰ
?饱和汽、未饱和汽、饱和汽压Ⅰ
?相对湿度Ⅰ ?理解固体、液晶的微观结构．
?理解饱和汽与未饱和汽、绝对湿度与相对湿度的区别. 物理观念
全国卷5年12考 高考指数★★★★★ ?掌握气体实验定律应用的一般步骤和方法. 科学思维
　　　　　　　　　　　　　　　　
知识点一　　　固体的微观结构、晶体和非晶体
1．晶体与非晶体
2.晶体的微观结构
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．
3．用晶体的微观结构特点解释晶体的特点
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
知识点二　　液体与液晶
1．液晶
(1)具有液体的流动性．
(2)具有晶体的光学各向异性．
(3)在某个方向上看，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．
2．液体的表面张力现象
(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)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．
知识点三　　饱和汽、未饱和汽、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：饱和汽压随温度而变．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．湿度
(1)定义：空气的潮湿程度．
(2)描述湿度的物理量
①绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强．
②相对湿度：空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压的比值．
③相对湿度公式：
相对湿度＝
知识点四　　气体分子运动速率的统计分布
1．气体分子运动的特点和气体压强
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压力．
(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．
知识点五　　　气体实验定律　理想气体
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，体积与热力学温度成正比
表达式 p1V1＝p2V2 ＝ ＝
2.理想气体状态方程
(1)理想气体：把在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体称为理想气体．在压强不太大、温度不太低时，实际气体可以当成理想气体．
(2)理想气体状态方程：＝.
1．思考判断
(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的．(　×　)
(2)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．(　√　)
(6)一定质量的理想气体，在温度升高时，气体的压强一定增大．(　×　)
2.如图所示，把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就变钝了．产生这一现象的原因是(　C　)
A．玻璃是非晶体，熔化再凝固后变成晶体
B．玻璃是晶体，熔化再凝固后变成非晶体
C．熔化的玻璃表面分子间表现为引力使其表面绷紧
D．熔化的玻璃表面分子间表现为斥力使其表面扩张
解析：玻璃是非晶体，熔化再凝固后仍然是非晶体，故A、B错误；玻璃裂口尖端放在火焰上烧熔后尖端变钝，是表面张力的作用，因为表面张力具有减小表面积的作用，即会使液体表面绷紧，故C正确，D错误．
3．(多选)干湿泡温度计的湿泡温度计与干泡温度计的示数差距越大，表示(　BD　)
A．空气的绝对湿度越大
B．空气的相对湿度越小
C．空气中的水蒸气的实际压强离饱和程度越近
D．空气中的水蒸气的绝对湿度离饱和程度越远
解析：湿泡温度计下端包有湿纱布，纱布上的水分蒸发时吸热，使得湿泡温度计比干泡温度计示数低，示数差距越大，说明纱布上的水分蒸发的越快，空气的相对湿度越小，即水蒸气的实际压强、绝对湿度离饱和程度越远，故B、D正确，A、C错误．
4．对一定质量的气体来说，下列几点能做到的是(　C　)
A．保持压强和体积不变而改变它的温度
B．保持压强不变，同时升高温度并减小体积
C．保持温度不变，同时增加体积并减小压强
D．保持体积不变，同时增加压强并降低温度
解析：根据理想气体状态方程＝C逐一分析，只有C正确．
5.如图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(　A　)
A．pApB，pB＝pC
C．pA>pB，pBpC
解析：由＝常量得：A到B过程，T不变，体积减小，则压强增大，所以pA　　　　　　　　　　　　　　　　
考点1　固体、液体的性质
题型1　　固体的性质
(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，构成晶体的分子或原子的空间点阵结构没有发生变化，仍然是晶体，A错误；有些晶体在光学性质方面是各向异性的，B正确；同种元素构成的不同晶体互为该元素的同素异形体，C正确；如果外界条件改变了物质分子或原子的排布情况，晶体和非晶体之间可以互相转化，D正确；晶体熔化过程中，分子势能发生变化，内能发生了变化，E错误．
【答案】　BCD
高分技法
(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)具有各向异性的物体一定是晶体，且是单晶体.
(3)具有确定熔点的物体一定是晶体，反之，一定是非晶体.
(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化.
题型2　　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，这是因为水表面存在表面张力
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
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
【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，而在干净的玻璃板上不能形成水珠，这是浸润的结果，选项B错误；玻璃板很难被拉开是由于分子引力的作用，选项E错误．
【答案】　ACD
高分技法
(1)表面张力的形成原因：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)表面张力的方向：和液面相切，垂直于这部分液面的分界线．
(3)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．
题型3　　饱和汽压和湿度的理解
(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．饱和气压和相对湿度都与体积无关
E．水蒸气的实际压强越大，人感觉越潮湿
【解析】　在一定温度下，饱和汽压是一定的，饱和汽压随温度的升高而增大，饱和汽压与液体的种类有关，与体积无关，选项A错误，B正确；空气中所含水蒸气的压强，称为空气的绝对湿度，相对湿度＝，夏天的饱和汽压大，在相对湿度相同时，夏天的绝对湿度大，选项C、D正确；人感受的空气潮湿程度是相对湿度，选项E错误．
【答案】　BCD
高分技法
(1)饱和汽压跟液体的种类有关，在相同的温度下，不同液体的饱和汽压一般是不同的.
(2)饱和汽压跟温度有关，饱和汽压随温度的升高而增大.
(3)饱和汽压跟体积无关，在温度不变的情况下，饱和汽压不随体积的变化而变化.
考点2　气体压强的计算及微观解释
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．压强计算的两个常用模型
(1)活塞模型(如图甲)
对“活塞模型”类求压强的问题，其基本的方法就是先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程．
(2)液柱模型(如图乙)
根据帕斯卡定律可知，同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以密闭气体压强p＝p0＋ρgh.
题型1　“活塞”模型计算气体压强
如图所示两个汽缸质量均为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．不计活塞与汽缸壁间的摩擦，两个汽缸内分别封闭有一定质量的气体A、B，大气压为p0，求封闭气体A、B的压强各是多大？
【分析】　(1)对活塞进行受力分析．
(2)根据平衡条件列表达式．
【解析】　题图甲中选活塞m为研究对象，由平衡条件得
pAS＝p0S＋mg
得pA＝p0＋
题图乙中选汽缸M为研究对象，由平衡条件得
pBS＋Mg＝p0S，得pB＝p0－.
【答案】　pA＝p0＋　pB＝p0－
题型2　“液柱”模型计算气体压强
若已知大气压强为p0，如图所示各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求下列各图中被封闭气体的压强．
【解析】　(1)在题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知p气S＋ρghS＝p0S
所以p气＝p0－ρgh.
(2)在题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡方程F上＝F下，有：p气S＋ρghS＝p0S
所以p气＝p0－ρgh.
(3)在题图丙中，以B液面为研究对象，有
p气S＋ρghSsin60°＝p0S
所以p气＝p0－ρgh.
(4)在丁图中，根据帕斯卡定律可知，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所示的等高线联系起来．则有pB＋ρgh2＝pA
而pA＝p0＋ρgh1
所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg(h1－h2)．
【答案】　甲：p0－ρgh　乙：p0－ρgh　丙：p0－ρgh　丁：pA＝p0＋ρgh1，pB＝p0＋ρg(h1－h2)
题型3　　气体分子运动特点
(多选)氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示．下列说法正确的是(　　)
A．图中两条曲线下面积相等
B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形
C．图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形
D．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
E．与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0～400 m/s 区间内的分子数占总分子数的百分比较大
【解析】　根据气体分子单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化曲线的意义可知，题图中两条曲线下面积相等，选项A正确；题图中虚线占百分比较大的分子速率较小，所以对应于氧气分子平均动能较小的情形，选项B正确；题图中实线占百分比较大的分子速率较大，分子平均动能较大，根据温度是分子平均动能的标志，可知实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形，选项C正确；根据分子速率分布图可知，题图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目占总分子数的百分比，不能得出任意速率区间的氧气分子数目，选项D错误；由分子速率分布图可知，与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0～400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较小，选项E错误．
【答案】　ABC
考点3　气体实验定律及理想气体状态方程
1．气体实验定律及图象
2.理想气体状态方程与气体实验定律的关系
＝
3．几个重要的推论
(1)查理定律的推论：Δp＝ΔT.
(2)盖—吕萨克定律推论：ΔV＝ΔT.
(3)理想气体状态方程的推论：＝＋＋….
题型1　　单一气体问题
如图所示，开口向上、放在地面上的气缸内用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞的质量为m，横截面的面积为S.一质量为2m的物块放在缸底，用细线(不可伸长)与活塞相连接且细线刚好拉直，这时缸内气体的温度为T0，大气压强为p0，不计活塞与缸壁间的摩擦，现对缸内气体缓慢加热，重力加速度为g.
(1)当缸底物块对缸底的压力刚好为零时，缸内气体温度T1为多大？
(2)当缸内气体体积为原来的1.2倍时，缸内气体温度是多少？
【解析】　(1)当缸底物块对缸底的压力刚好为零时，设此时封闭气体的压强为p1，选择活塞和物块的整体进行受力分析，根据平衡可得p1S＝3mg＋p0S
封闭气体发生等容变化，则
初态：压强p0′＝p0＋，温度T0
末态：压强p1＝p0＋，温度T1
根据查理定律可得＝
解得T1＝T0.
(2)继续缓慢加热，设当缸内气体体积为原来的1.2倍时，缸内气体温度为T2，封闭气体发生等压变化，则
初态：体积V1，温度T1＝T0
末态：体积V2＝1.2V1，温度T2
根据盖—吕萨克定律可得＝
解得T2＝T0.
【答案】　(1)T0　(2)T0
高分技法
利用气体实验定律解决问题的基本思路
题型2　　关联气体问题
如图，一粗细均匀的等臂U形管竖直放置，其A端封闭有一定量的理想气体，B端开口与大气相通，两侧被水银柱隔开．平衡时测得A内气柱的长度为30.0 cm、两管内水银面的高度差为h＝10.0 cm.现从B端开口处用轻质活塞缓慢向下压气体，当轻质活塞压下H＝ cm时，A、B两端水银面相平．已知轻质活塞与管密封良好，设整个过程温度保持不变．求大气压强的值．
【解析】　设大气压强为p0，水银的密度为ρ，U形管的横截面积为S，对A端气体，初始时有pA＝p0＋ρgh、VA＝LAS
再次平衡后，设A端气体的压强为pA′，其体积为
VA′＝(LA－)S
此过程做等温变化，有pAVA＝pA′VA′
对于B端气体，初始时有pB＝p0，VB＝(LA－h)S
再次平衡后，设B端气体的压强为pB′.
则有pA′＝pB′，VB′＝(LA－－H)S
此过程做等温变化，有pBVB＝pB′VB′
解得p0＝70 cmHg.
【答案】　70 cmHg
高分技法
处理关联气体问题的技巧
(1)分析“两团气”初状态和末状态的压强关系.
(2)分析“两团气”的体积及其变化关系.
(3)分析“两团气”状态参量的变化特点，选取合适的实验定律列方程.
题型3　气体变质量问题
如图所示，圆柱形喷雾器高为h，内有高度为的水，上部封闭有压强为p0、温度为T0的空气．将喷雾器移到室内，一段时间后打开喷雾阀门K，恰好有水流出．已知水的密度为ρ，大气压强恒为p0，喷雾口与喷雾器等高．忽略喷雾管的体积，将空气看做理想气体．
(1)求室内温度；
(2)在室内用打气筒缓慢向喷雾器内充入空气，直到水完全流出，求充入的空气与原有空气的质量之比．
【解析】　(1)设喷雾器的横截面积为S，室内温度为T1，气体体积为V0，压强为p1，有p1＝p0＋ρg
V0＝S
气体做等容变化，有＝
解得T1＝T0.
(2)以充气结束后喷雾器内空气为研究对象，排完水后，压强为p2，体积为V2.若此气体经等温变化，压强为p1时，体积为V3，有p2＝p0＋ρgh
p1V3＝p2V2
即V3＝(p0＋ρgh)hS
同温度下同种气体的质量之比等于体积之比，设打进气体质量为Δm，则有＝
解得＝.
【答案】　(1)T0　(2)
高分技法
分析变质量气体问题时，要通过巧妙地选择研究对象，使变质量气体问题转化为定质量气体问题，用气体实验定律求解．
类别 研究对象
打气问题 选择原有气体和即将充入的气体作为研究对象
抽气问题 将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象
灌气问题 把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象
漏气问题 选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象
题型4　　气体图象问题
(多选)一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p?图线如图所示，变化顺序为a→b→c→d→a，图中ab段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与轴垂直．则(　　)
A．a→b，压强减小、温度不变、体积增大
B．b→c，压强增大、温度降低、体积减小
C．c→d，压强不变、温度降低、体积减小
D．d→a，压强减小、温度升高、体积不变
E．d→a，压强减小、温度降低、体积不变
【解析】　由图象可知，a→b过程，气体压强减小而体积增大，气体的压强与体积倒数成正比，则压强与体积成反比，气体发生的是等温变化，故A正确；由理想气体状态方程＝C可知＝CT，由题图可知，连接Ob的直线的斜率小，所以b对应的温度低，b→c过程温度升高，由图象可知，同时压强增大，且体积也增大，故B错误；由图象可知，c→d过程，气体压强p不变而体积V变小，由理想气体状态方程＝C可知气体温度降低，故C正确；由图象可知，d→a过程，气体体积V不变，压强p变小，由理想气体状态方程＝C可知，气体温度降低，故D错误，E正确．
【答案】　ACE
高分技法
气体状态变化的图象的应用技巧
(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，可以比较表示这两个状态的点与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.

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