2022届高考物理一轮复习第13单元热学2固体液体与气体学案新人教版

word 文档 - 1 - / 31 第 2 讲 固体、液体与气体 知识点一 晶体和非晶体 晶体的微观结构 1．晶体和非晶体 分类 比较项目 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 晶粒的 排列________ 无规则 转化 晶体和非晶体在________下可以相互转化 典型物质 石英、云母、明矾、________ 玻璃、橡胶 (1)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)用晶体的微观结构特点解释晶体的特点 现象 原因 word 文档 - 2 - / 31 晶体有规则的外形 由于内部微粒________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 ________ 晶体的多形性 由于组成晶体的微粒可以形成不同的________ 知识点二 液体和液晶 1．液晶 (1)具有________的流动性． (2)具有________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 X 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 X 力使液面具有收缩到表面积________的趋势． (3)方向 表面 X 力跟液面____________，且跟这部分液面的分界线________． (4)大小 液体的温度越高，表面 X 力________；液体中溶有杂质时，表面 X 力________；液体的密 度越大，表面 X 力________． word 文档 - 3 - / 31 3．饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压 (1)饱和汽与未饱和汽 ①饱和汽：与液体处于________的蒸汽． ②未饱和汽：没有达到________的蒸汽． (2)饱和汽压 ①定义：饱和汽所具有的________． ②特点：饱和汽压随温度而变．温度越高，饱和汽压________，且饱和汽压与饱和汽的体 积无关． 4．湿度 (1)定义：空气的________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＝ 水蒸气的实际压强 同温度水的饱和汽压 (B＝ p ps ×100%) 知识点三 气体 1．气体：气体分子的速率分布，表现出“________________”的统计分布规律． word 文档 - 4 - / 31 2．气体的压强 (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________上的压力叫作气体的压强． (2)决定因素 宏观上：取决于气体的________和体积． 微观上：取决于分子的________和分子的密集程度． 3．气体实验定律： (1)玻意耳定律(一定质量)：p1V1＝p2V2 或 pV＝C1(常量)． (2)查理定律(一定质量)： ＝ 或 ＝C2(常数)． (3)盖－吕萨克定律(一定质量)： ＝ 或 ＝C3(常数)． 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________、温度________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________． (2)理想气体的状态方程 word 文档 - 5 - / 31 一定质量的理想气体状态方程：________＝ 或________． 气体实验定律可看作一定质量理想气体状态方程的特例． 思考辨析 1．如图所示是金刚石与石墨晶体的晶体微粒的空间排列． (1)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．( ) (2)晶体微粒的结构具有规律性、周期性．( ) (3)晶体在熔化过程中吸收的热量，破坏空间点阵结构，增加分子势能．( ) (4)金刚石有确定的熔点，石墨没有确定的熔点．( ) (5)晶体有天然规则的几何形状．( ) (6)单晶体的所有物理性质都是各向异性的．( ) 2．(1)温度相同的不同饱和汽的饱和汽压都相同( ) (2)一定温度下饱和汽的分子数密度为一定值，温度升高，饱和汽分子数密度增大( ) (3)将未饱和汽转化成饱和汽，可以保持体积不变，降低温度( ) (4)当空气中水蒸气压强等于同温度水的饱和汽压，水会停止蒸发( ) (5)空气的相对湿度定义为空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比( ) word 文档 - 6 - / 31 (6)当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大．( ) (7)液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性．( ) (8)船浮于水面上是液体的表面 X 力作用的结果．( ) (9)气体的压强是由气体的自身重力产生的．( ) (10)压强极大的气体不再遵从气体实验定律．( ) 教材改编 [人教版选修 3－3·P23T2]如图，向一个空的铝制饮料罐(即易拉罐)中插入一根透明吸管， 接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱(长度可以忽略)．如果不计大气压的变化，这就是一 个简易的气温计．已知铝罐的容积是 360 cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为 0.2 cm2，吸 管的有效长度为 20 cm，当温度为 25 ℃时，油柱离管口 10 cm. (1)吸管上标刻温度值时，刻度是否应该均匀？ (2)估算这个气温计的测量 X 围． 考点一 固体、液体的性质 word 文档 - 7 - / 31 自主演练 1．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． 2．液体表面 X 力 (1)表面 X 力的效果：表面 X 力使液体表面积具有收缩趋势，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． (2)表面 X 力的大小：跟边界线的长度、液体的种类、温度都有关系． [多维练透] 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．(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，这是因为水的表面存在表面 X 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 word 文档 - 8 - / 31 水的表面 X 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 X 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 X 力 3．(多选)下列对饱和汽、未饱和汽、饱和汽压以及湿度的认识，正确的是( ) A．液体的饱和汽压只与液体的性质和温度有关，而与体积无关 B．增大压强一定可以使未饱和汽变成饱和汽 C．降低温度一定可以使未饱和汽变成饱和汽 D．空气中所含水蒸气的压强越大，空气的绝对湿度越大 E．干湿泡湿度计的干、湿两支温度计的示数差越小，空气的相对湿度越大 4．[2020·某某名校联盟尖子生 5 月调研，13](多选)下述说法正确的是( ) A．石墨的硬度相比金刚石差得多，是因为石墨中层与层之间分子链结合力很小 B．非晶体有规则的几何形状和确定的熔点 C．石英是晶体，但是由石英制成的玻璃却是非晶体 D．液体表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间相互作用表现为引力 E．表面 X 力的方向总是垂直液面，指向液体内部 word 文档 - 9 - / 31 考点二 气体压强的计算 师生共研 题型 1| “活塞”模型计算气体压强 (1)用活塞封闭一定质量的气体，平衡时，有 pS＝p0S＋mg (2)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．图甲中活塞的质量为 m，活塞横截面积为 S，外界大气 压强为 p0.由于活塞处于平衡状态，所以 p0S＋mg＝pS. 例 1 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，大气压为 p0，重力加速度为 g，求封闭气体 A、B 的压强各多大？ word 文档 - 10 - / 31 题型 2| “液柱”模型计算气体压强 连通器模型(用液柱封闭一定质量的气体) 平衡时对气体 A 有：pA＝p0＋ρgh1 对气体 B 有：pB＋ρgh2＝pA＝p0＋ρgh1 所以 pB＝p0＋ρg(h1－h2) 2 若已知大气压强为 p0，在图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． word 文档 - 11 - / 31 练 1 若已知大气压强为 p0，如图所示各装置处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求下 列各图中被封闭气体的压强． 练 2 [2021·某某一模]如图所示，内壁光滑的圆柱形汽缸竖直放置，汽缸上、下两部分 的横截面积分别为 2S 和 S.在汽缸内有 A、B 两活塞封闭着一定质量的理想气体，两活塞用一 word 文档 - 12 - / 31 根细轻杆连接，已知活塞 A 的质量是 m，活塞 Bm.当外界大气压强为 p0 时，两活塞静止于如 图所示位置．求这时汽缸内气体的压强． 考点三 气体实验定律的应用 师生共研 1．三大气体实验定律 (1)玻意耳定律(等温变化)：p1V1＝p2V2 或 pV＝C(常数)． (2)查理定律(等容变化)： ＝ 或 ＝C(常数)． (3)盖－吕萨克定律(等压变化)： ＝ 或 ＝C(常数)． 2．利用气体实验定律及气态方程解决问题的基本思路 word 文档 - 13 - / 31 题型 1| “液柱类”计算题 例 3 [2020·全国卷Ⅲ，33(2)]如图，两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为 H＝18 cm 的 U 型管，左管上端封闭，右管上端开口．右管中有高 h0＝4 cm 的水银柱，水银柱上表面 离管口的距离为 l＝12 cm.管底水平段的体积可忽略．环境温度为 T1＝283 K，大气压强 p0 ＝76 cmHg. (ⅰ)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙)，恰好使水银柱下端到达右管底 部．此时水银柱的高度为多少？ (ⅱ)再将左管中密封气体缓慢加热，使水银柱上表面恰与右管口平齐，此时密封气体的温 度为多少？ word 文档 - 14 - / 31 题型 2| “气缸类”计算题 “气缸类”计算题解题的关键是压强的计算，对于活塞和气缸封闭的气体压强的计算， 可根据情况灵活地选择活塞或气缸为研究对象，受力分析时一定要找到研究对象跟哪些气体 接触，接触气体对它都有力的作用，气体的压力一定与接触面垂直并指向受力物体． 例 4 [2019·全国卷Ⅱ，33(2)]如图，一容器由横截面积分别为 2S 和 S 的两个汽缸连通而 成，容器平放在水平地面上，汽缸内壁光滑．整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三 部分，分别充有氢气、空气和氮气．平衡时，氮气的压强和体积分别为 p0 和 V0，氢气的体积 为 2V0，空气的压强为 p.现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保 持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求： word 文档 - 15 - / 31 (1)抽气前氢气的压强； (2)抽气后氢气的压强和体积． 题型 3| “变质量气体”计算题 分析气体变质量问题时，可以通过巧妙地选择合适的研究对象，使变质量问题转化为气 体质量一定的问题，然后利用气体实验定律和理想气体状态方程求解． 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 例 5 [2020·全国卷Ⅰ，33(2)]甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体)．甲罐 的容积为 V，罐中气体的压强为 p；乙罐的容积为 2V，罐中气体的压强为 p.现通过连接两罐 的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去，两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变， 调配后两罐中气体的压强相等．求调配后 word 文档 - 16 - / 31 (ⅰ)两罐中气体的压强； (ⅱ)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比． 练 3 [2020·某某卷，15]中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人 体穴位上，进而治疗某些疾病．常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧 为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门．使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到 皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上．抽气拔罐是 先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强．某次使用火罐时，罐内气体初始压强 与外部大气压相同，温度为 450 K，最终降到 300 K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积 的 .若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的 ，罐内气压与火罐降温 后的内部气压相同．罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化．求应抽 出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值． word 文档 - 17 - / 31 练 4 [2020·全国卷Ⅱ，33(2) ]潜水钟是一种水下救生设备，它是一个底部开口、上部封 闭的容器，外形与钟相似．潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气，以满足潜水员水下 避险的需要．为计算方便，将潜水钟简化为截面积为 S、高度为 h、开口向下的圆筒；工作母 船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为 H 的水下，如图所示．已知水的密度为ρ，重力 加速度大小为 g，大气压强为 p0，H≫h，忽略温度的变化和水密度随深度的变化． (ⅰ)求进入圆筒内水的高度 l； (ⅱ)保持 H 不变，压入空气使筒内的水全部排出，求压入的空气在其压强为 p0 时的体积． word 文档 - 18 - / 31 考点四 气体状态变化的图象 师生共研 1．四种图象的比较 类别 特点(其中 C 为常量) 举例 pV pV＝CT，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 pT p＝ T，斜率 k＝ ，即斜率越大，体 积越小 VT V＝ T，斜率 k＝ ，即斜率越大，压 强越小 利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析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：(1)在图甲中，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. (2)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 V2l，解得 l＝ ρ gH p+ ρ gH h⑤ (ⅱ)设水全部排出后筒内气体的压强为 p2，此时筒内气体的体积为 V0，这些气体在其压 强为 p0 时的体积为 V3，由玻意耳定律有 p2V0＝p0V3⑥ 其中 p2＝p0＋ρgH⑦ 设需压入筒内的气体体积为 V，依题意 word 文档 - 30 - / 31 V＝V3－V0⑧ 联立②⑥⑦⑧式得 V＝ρ gSHh p ⑨ 答案：(ⅰ) ρ gH p+ ρ gH h (ⅱ)ρ gSHh p 例 6 解析：本题考查气体的状态参量及理想气体状态方程的内容，考查学生对三个气体 状态参量及气体实验定律的理解能力，培养学生物理观念素养的形成，提高学生对实验定律 的认识． 由理想气体状态方程可得 pV T ＝ pV T ＝ p · V T3 ，可知 T1＝T3>T2.由状态 1 到状态 2，气体压 强减小，气体体积相同，温度降低，则气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均 次数减少，N1>N2.对状态 2 和状态 3，压强相同，温度大的次数少，则 N3