第2講固體液體氣體第十四章內(nèi)容索引0102強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分研考點(diǎn)精準(zhǔn)突破強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分一、溫度和溫標(biāo)1.由大量分子組成的

研究對(duì)象

叫熱力學(xué)系統(tǒng),描述熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量有

體積

、

壓強(qiáng)

、

溫度

等。無外界影響下,

系統(tǒng)內(nèi)各狀態(tài)參量穩(wěn)定

時(shí),系統(tǒng)處于平衡態(tài)。

2.當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí),若它們的

狀態(tài)參量不發(fā)生變化

,則這兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡;如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡,那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定

處于熱平衡

;一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。

溫度相同是熱平衡的標(biāo)志

3.熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫作熱力學(xué)溫度,它是國際單位制中七個(gè)基本物理量之一,用符號(hào)

T

表示,單位是

開爾文

,簡稱開,符號(hào)為K。攝氏溫度t與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系是:T=t+

273.15

K。

兩種溫度的每一度大小相同二、氣體1.氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)氣體分子間距較

大

,分子力可以

忽略

,因此可以認(rèn)為氣體分子間除碰撞外不受其他力的作用,故氣體能充滿整個(gè)空間。

體積為容器的體積(2)分子做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng),速率有大有小,且時(shí)而變化,大量分子的速率按“中間多,兩頭少”的規(guī)律分布。(3)溫度升高時(shí),速率小的分子數(shù)

減少

,速率大的分子數(shù)

增多

,分子的平均速率將

增大

,但速率分布規(guī)律

不變

。

2.氣體實(shí)驗(yàn)定律

3.理想氣體狀態(tài)方程(1)理想氣體

分子無大小,分子間無作用力①宏觀上講,理想氣體是指在任何溫度、任何壓強(qiáng)下始終遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體。實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太大、溫度不太低的條件下,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其他作用力,分子本身沒有體積,即它所占據(jù)的空間認(rèn)為都是可以被壓縮的空間。(2)理想氣體的狀態(tài)方程①內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種理想氣體發(fā)生狀態(tài)變化時(shí),壓強(qiáng)跟體積的乘積與熱力學(xué)溫度的

比值

保持不變。

三、固體1.分類:固體分為

晶體

和

非晶體

兩類。晶體分為

單晶體

和

多晶體

。

項(xiàng)目晶體非晶體單晶體多晶體外形規(guī)則不規(guī)則

不規(guī)則

熔點(diǎn)固定固定不固定物理性質(zhì)各向

異性

各向同性各向

同性

典型物質(zhì)石英、云母、食鹽、硫酸銅玻璃、蜂蠟、松香形成與轉(zhuǎn)化有的物質(zhì)在不同條件下能夠生成不同的晶體。同種物質(zhì)可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn),有些晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為非晶體,有些非晶體在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為晶體2.晶體與非晶體的比較

四、液體1.液體的表面張力2.毛細(xì)現(xiàn)象:指浸潤液體在細(xì)管中

上升

的現(xiàn)象,以及不浸潤液體在細(xì)管中

下降

的現(xiàn)象,毛細(xì)管越細(xì),毛細(xì)現(xiàn)象越明顯。

3.液晶的物理性質(zhì)具有液體的

流動(dòng)性

,具有晶體的光學(xué)的

各向異性

。在某個(gè)方向上看其分子排列比較

整齊

,但從另一方向看,分子的排列是

雜亂無章

的。易錯(cuò)辨析·判一判(1)部分晶體有天然規(guī)則的幾何形狀,是因?yàn)樗鼈兊奈镔|(zhì)微粒是規(guī)則排列的。(

√

)(2)單晶體的所有物理性質(zhì)都是各向異性的。(

×

)(3)氣體的壓強(qiáng)是由氣體的自身重力產(chǎn)生的。(

×

)(4)液晶是液體和晶體的混合物。(

×

)(5)船浮于水面上不是由于液體的表面張力。(

√

)研考點(diǎn)精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一固體和液體的性質(zhì)(自主探究)1.晶體和非晶體的理解(1)凡是具有確定熔點(diǎn)的物體必定是晶體,反之,必是非晶體。(2)凡是具有各向異性的物體必定是晶體,且是單晶體。(3)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。(4)晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。2.液體表面張力的理解

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表面張力的方向和液面相切,垂直于液面上的各條分界線表面張力的效果表面張力使液體表面具有收縮趨勢,使液體表面積趨于最小,而在體積相同的條件下,球形的表面積最小典型現(xiàn)象球形液滴、肥皂泡、漣波、毛細(xì)現(xiàn)象、浸潤和不浸潤對(duì)點(diǎn)演練1.(多選)(2023山東濟(jì)南模擬)下列說法正確的是(

)A.太空飛船中的小水珠呈球形,是液體表面張力作用的結(jié)果B.天然水晶在熔化過程中分子平均動(dòng)能變大C.地面附近的一個(gè)氫氣球在快速上升的過程中,隨著外界壓強(qiáng)減小,球內(nèi)氣體的體積增大,溫度降低D.液晶材料像液體一樣具有流動(dòng)性,但不具備晶體各向異性的特征答案

AC解析

太空飛船中的小水珠呈球形,是液體表面張力作用的結(jié)果,A正確;天然水晶在熔化過程中溫度不變,則其分子平均動(dòng)能不變,B錯(cuò)誤;地面附近的一個(gè)氫氣球在快速上升的過程中,來不及與外界進(jìn)行熱交換,隨著外界壓強(qiáng)減小,球內(nèi)氣體的體積增大,氣體對(duì)外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,氣體的內(nèi)能減小,溫度降低,C正確;液晶材料像液體一樣具有流動(dòng)性,且具備晶體各向異性的特征,D錯(cuò)誤。2.(2023遼寧名校聯(lián)盟)下列說法不正確的是(

)A.空氣相對(duì)濕度越大,空氣中水蒸氣壓強(qiáng)越接近同溫度水的飽和汽壓,水蒸發(fā)得越慢B.液體表面張力的方向總是與液面垂直且指向液體的內(nèi)部C.浸潤和不浸潤是分子力作用的表現(xiàn),如果液體附著層內(nèi)分子間的距離小于液體內(nèi)部分子間的距離,這樣的液體與固體之間表現(xiàn)為浸潤D.干旱天氣里鋤松土壤,破壞土壤中的毛細(xì)管,有利于減少水分蒸發(fā),保存地下水答案

B解析

相對(duì)濕度是空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)與同溫度下水的飽和汽壓的比值,空氣相對(duì)濕度越大,空氣中水蒸氣壓強(qiáng)越接近同溫度水的飽和汽壓,水蒸發(fā)得越慢,A正確;液體表面張力使液體表面積具有收縮到最小的趨勢,因此液體表面張力的方向總是與液面方向相切,B錯(cuò)誤;如果液體附著層內(nèi)分子間的距離小于液體內(nèi)部分子間的距離,附著層內(nèi)分子間表現(xiàn)為斥力,附著層有擴(kuò)展的趨勢,這樣的液體與固體之間表現(xiàn)為浸潤,C正確;干旱天氣里鋤松土壤,破壞土壤中的毛細(xì)管,有利于減少水分蒸發(fā),保存地下水,D正確。考點(diǎn)二氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用(師生共研)一、求解壓強(qiáng)問題常用的四種方法1.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.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)。3.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。4.牛頓第二定律法:選取與氣體接觸的液體(或活塞)為研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析,利用牛頓第二定律列方程求解。二、理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系

三、兩個(gè)重要的推論

四、利用氣體實(shí)驗(yàn)定律及氣體狀態(tài)方程解題的基本思路

典例1.如圖甲所示,一個(gè)導(dǎo)熱汽缸開口向上豎直放置,汽缸深度為L,現(xiàn)將質(zhì)量為m的倒“工”字形絕熱活塞從汽缸的開口處緩慢放入汽缸中,活塞與汽缸內(nèi)壁無縫隙不漏氣,最終活塞頂部橫杠卡在汽缸口上,如圖乙所示。已知活塞下端的橫截面積為S,外界環(huán)境的絕對(duì)溫度恒為T0,大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度大小為g,不計(jì)活塞與汽缸的摩擦,倒“工”字形絕熱活塞高度為

。(1)求此時(shí)刻汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p1。(2)現(xiàn)給汽缸外部套上絕熱泡沫材料(未畫出)且通過電熱絲緩慢加熱封閉氣體,欲使活塞頂部橫杠恰好與汽缸開口脫離,則此時(shí)汽缸內(nèi)氣體的溫度T2為多少?思維點(diǎn)撥

1.選取汽缸內(nèi)氣體為研究對(duì)象,選取活塞放入前和最終活塞頂部橫杠卡在汽缸口上為研究過程,初狀態(tài)氣體的壓強(qiáng)為p0,體積為LS,末狀態(tài)氣體的體積為

LS,根據(jù)等溫變化規(guī)律求末狀態(tài)氣體的壓強(qiáng)。2.選取汽缸內(nèi)氣體為研究對(duì)象,選取活塞頂部橫杠卡在汽缸口上到頂部橫杠恰好與汽缸開口脫離為研究過程,初狀態(tài)氣體的壓強(qiáng)為p1,溫度為T0,對(duì)活塞受力分析,根據(jù)平衡條件求出末狀態(tài)氣體的壓強(qiáng),根據(jù)等容變化規(guī)律求末狀態(tài)氣體的溫度。解析

(1)汽缸在未放入活塞時(shí),汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng)p0,體積V0=LS對(duì)點(diǎn)演練3.(2023湖北武漢檢測)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷A→B→C→A的過程,已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)的溫度為300K,且1atm=1.0×105Pa,下列說法正確的是(

)A.在狀態(tài)B,氣體的溫度為300KB.在狀態(tài)C,氣體的內(nèi)能最大C.過程A→B,氣體對(duì)外做的功為7.5×104JD.過程C→A,單位時(shí)間撞擊容器壁上單位面積的分子數(shù)可能不變答案

C解析

由題給的p-V圖像可知,pA=0.5

atm=0.5×105

Pa,VA=1

m3;pB=1.0

atm=1.0×105

Pa,VB=2

m3。一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B,由理想氣體狀態(tài)方程可得

,解得TB=1

200

K,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。理想氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C,氣體做等容變化,壓強(qiáng)降低,溫度降低,所以在狀態(tài)B,氣體溫度最高,根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),溫度越高,內(nèi)能越大,可知在狀態(tài)B,氣體內(nèi)能最大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。根據(jù)p-V圖線與橫軸所圍圖形的面積表示氣體做的功,可知過程A到B,氣體對(duì)外做的功W=×(0.5+1)×105×(2-1)

J=7.5×104

J,選項(xiàng)C正確。過程C到A,理想氣體做等壓變化,體積減小,溫度降低,分子平均速率減小,分子對(duì)容器壁的平均撞擊力減小,而壓強(qiáng)不變,所以單位時(shí)間撞擊容器壁上單位面積的分子數(shù)一定增加,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4.潛水鐘是一種水下救生設(shè)備,它是一個(gè)底部開口、上部封閉的容器,外形與鐘相似。潛水鐘在水下時(shí)其內(nèi)部上方空間里存有空氣,以滿足潛水員水下避險(xiǎn)的需要。為計(jì)算方便,將潛水鐘簡化為截面積為S、高度為h、開口向下的圓筒;工作母船將潛水鐘由水面上方開口向下吊放至深度為H的水下,如圖所示。已知水的密度為ρ,重力加速度大小為g,大氣壓強(qiáng)為p0,H?h,忽略溫度的變化和水密度隨深度的變化。(1)求進(jìn)入圓筒內(nèi)水的高度l。(2)保持H不變,壓入空氣使筒內(nèi)的水全部排出,求壓入的空氣在其壓強(qiáng)為p0時(shí)的體積。解析

(1)設(shè)潛水鐘在水面上方時(shí)和放入水下后筒內(nèi)氣體的體積分別為V0和V1,放入水下后筒內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p1,由玻意耳定律和題給條件有p1V1=p0V0V0=hSV1=(h-l)Sp1=p0+ρg(H-l)(2)設(shè)水全部排出后筒內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p2,此時(shí)筒內(nèi)氣體的體積為V0,這些氣體在其壓強(qiáng)為p0時(shí)的體積為V3,由玻意耳定律有p2V0=p0V3其中p2=p0+ρgH設(shè)壓入筒內(nèi)的氣體在壓強(qiáng)為p0時(shí)體積為V,依題意V=V3-V0考點(diǎn)三氣體狀態(tài)變化的圖像問題(師生共研)1.利用垂直于坐標(biāo)軸的線作輔助線去分析同質(zhì)量、不同溫度的兩條等溫線,同質(zhì)量、不同體積的兩條等容線,同質(zhì)量、不同壓強(qiáng)的兩條等壓線的關(guān)系。例如在圖甲中,V1對(duì)應(yīng)虛線為等容線,A、B分別是虛線與T2、T1兩線的交點(diǎn),可以認(rèn)為從B狀態(tài)通過等容升壓到A狀態(tài),溫度必然升高,所以T2>T1。又如圖乙所示,A、B兩點(diǎn)的溫度相等,從B狀態(tài)到A狀態(tài)壓強(qiáng)增大,體積一定減小,所以V2<V1。2.一定質(zhì)量的氣體不同圖像的比較

典例2.如圖所示,豎直放置的汽缸內(nèi)壁光滑,橫截面積為S=10-3m2,活塞的質(zhì)量為m=2kg,厚度不計(jì)。在A、B兩處設(shè)有限制裝置,使活塞只能在A、B之間運(yùn)動(dòng),B下方汽缸的容積為1.0×10-3m3,A、B之間的容積為2.0×10-4m3,外界大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa。開始時(shí)活塞停在B處,缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為0.9p0,溫度為27℃,現(xiàn)緩慢加熱缸內(nèi)氣體,直至327℃,重力加速度g取10m/s2。(1)求活塞剛離開B處時(shí)氣體的溫度t2;(2)求缸內(nèi)氣體最后的壓強(qiáng);(3)在圖乙中畫出整個(gè)過程中的p-V圖線。思維點(diǎn)撥

(1)活塞剛離開B處時(shí),對(duì)活塞受力分析,根據(jù)平衡條件求得封閉氣體的壓強(qiáng),由等容變化規(guī)律求出活塞剛離開B處時(shí)氣體的溫度t2。(2)假設(shè)活塞能到達(dá)A處,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程求出缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng),如果此壓強(qiáng)大于活塞上升時(shí)的壓強(qiáng),說明活塞到達(dá)A處。答案

(1)127℃

(2)1.5×105Pa

(3)見解析規(guī)律方法

氣體狀態(tài)變化的圖像的應(yīng)用技巧(1)明確點(diǎn)、線的物理意義:求解氣體狀態(tài)變化的圖像問題,應(yīng)當(dāng)明確圖像上的點(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;圖像上的某一條直線段或曲線段表示一定量的理想氣體狀態(tài)變化的一個(gè)過程。(2)明確斜率的物理意義:在V-T圖像(p