《步步高》物理大一轮复习讲义 第11章第2课时 固体液体和气体.docx

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《步步高》物理大一轮复习讲义第11章第2课时固体液体和气体

第2课时　固体、液体和气体

考纲解读

1.知道晶体、非晶体的区别.2.理解表面张力，会解释有关现象.3.掌握气体实验三定律，会用三定律分析气体状态变化问题．

1．[晶体与非晶体的区别]关于晶体、非晶体、液晶，下列说法正确的是（　　）

A．所有的晶体都表现为各向异性

B．晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体

C．所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点

D．液晶的微观结构介于晶体和液体之间，其光学性质会随电压的变化而变化

答案　CD

解析　只有单晶体才表现为各向异性，故A错；单晶体有规则的几何形状，而多晶体的几何形状不规则，金属属于多晶体，故B错；晶体和非晶体的一个重要区别就是晶体有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，故C对；液晶的光学性质随温度、压力、外加电压的变化而变化，D对．

2．[液体表面张力的理解]关于液体的表面现象，下列说法正确的是（　　）

A．液体表面层的分子分布比内部密

B．液体有使其体积收缩到最小的趋势

C．液体表面层分子之间只有引力而无斥力

D．液体有使其表面积收缩到最小的趋势

答案　D

解析　液体表面层的分子分布比内部稀疏，故A错；液体由于表面张力作用，有使其表面积收缩到最小的趋势，故B错，D对；液体表面层分子之间既有引力也有斥力，只是由于分子间距离较大，分子力表现为引力，故C错．

3．[气体实验定律的理解和应用]一定质量理想气体的状态经历了如图

1所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体体积在（　　）

A．ab过程中不断减小

B．bc过程中保持不变图1

C．cd过程中不断增加

D．da过程中保持不变

答案　B

解析　首先，因为bc的延长线通过原点，所以bc是等容线，即气体体积在bc过程中保持不变，B正确；ab是等温线，压强减小则体积增大，A错误；cd是等压线，温度降低则体积减小，C错误；连接aO交cd于e，则ae是等容线，即Va＝Ve，因为Vd

考点梳理

1．晶体与非晶体

单晶体

多晶体

非晶体

外形

规则

不规则

不规则

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、食盐、硫酸铜

玻璃、蜂蜡、松香

形成与

转化

有的物质在不同条件下能够形成不同的形态．同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体

2.液体的表面张力

（1）作用：

液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．

（2）方向：

表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．

3．液晶的物理性质

（1）具有液体的流动性．

（2）具有晶体的光学各向异性．

（3）从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．

4．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，其体积与热力学温度成正比

表

达

式

p1V1＝p2V2

＝

或

＝

＝

或

＝

图象

5.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，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，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，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间．

（2）理想气体的状态方程

一定质量的理想气体状态方程：

＝

或

＝C.

气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例．

4．[对活塞进行受力分析求压强]如图2所示，上端开口的圆柱形汽缸竖直放

置，截面积为5×10－3m2，一定质量的气体被质量为2.0kg的光滑活塞封闭在汽缸内，其压强为________Pa（大气压强取1.01×105Pa，g取

10m/s2）．

答案　1.05×105图2

解析　对活塞进行受力分析如图

设缸内气体压强为p1，

由平衡条件可知

p1S＝p0S＋mg

所以p1＝p0＋

＝1.05×105Pa

5．[选取液片法求压强]如图3，一端封闭的玻璃管内用长为L厘米的水银柱封闭了

一部分气体，已知大气压强为p0厘米汞柱，则封闭气体的压强为________厘米汞柱．

答案　（p0＋L）

解析　选取水银柱最下端的液片为研究对象，液片上面的压强为p1＝（p0＋L）

厘米汞柱，下面的压强为气体的压强p.液片两面的压强应相等，则有p＝p1图3

＝（p0＋L）厘米汞柱．

方法提炼

1．求用固体（如活塞）或液体（如液柱）封闭在静止的容器内的气体压强，应对固体或液体进行受力分析，然后根据平衡条件求解．

2．当封闭气体所在的系统处于力学非平衡的状态时，欲求封闭气体的压强，首先选择恰当的对象（如与气体关联的液柱、活塞等），并对其进行正确的受力分析（特别注意内、外气体的压力），然后根据牛顿第二定律列方程求解．

3．对于平衡状态下的水银柱，选取任意一个液片，其两侧面的压强应相等．

考点一　固体与液体的性质

例1

　在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触其上一点，石蜡熔化的范围如图4

（1）、

（2）、（3）所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图（4）所示．则由此可判断出甲为______，乙为______，丙为________（填“单晶体”、“多晶体”、“非晶体”）．

图4

解析　晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点．单晶体的物理性质具有各向异性，多晶体的物理性质具有各向同性．

答案　多晶体　非晶体　单晶体

例2

　关于液体表面现象的说法中正确的是（　　）

A．把缝衣针小心地放在水面上，针可以把水面压弯而不沉没，是因为针受到重力小，又受到液体浮力的缘故

B．在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会成球状，是因为液体内分子间有相互吸引力

C．玻璃管道裂口放在火上烧熔，它的尖端就变圆，是因为熔化的玻璃在表面张力的作用下，表面要收缩到最小的缘故

D．飘浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴液体呈各向同性的缘故

解析　A项的缝衣针不受浮力，受表面张力；B项水银会成球状是因为表面张力；D也是表面张力的作用，只有C正确．

答案　C

考点二　气体压强的产生与计算

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．平衡状态下气体压强的求法

（1）液片法：

选取假想的液体薄片（自身重力不计）为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强．

（2）力平衡法：

选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象进行受力分析，得到液柱（或活塞）的受力平衡方程，求得气体的压强．

（3）等压面法：

在连通器中，同一种液体（中间不间断）同一深度处压强相等．

4．加速运动系统中封闭气体压强的求法

选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解．

例3

　如图5所示，一汽缸竖直倒放，汽缸内有一质量不可忽略的活塞，将

一定质量的理想气体封在汽缸内，活塞与汽缸壁无摩擦，气体处于平衡状态，现保持温度不变把汽缸稍微倾斜一点，在达到平衡后，与原来相比，则（　　）

A．气体的压强变大图5

B．气体的压强变小

C．气体的体积变小

D．气体的体积变大

解析　汽缸竖直时，取活塞为研究对象，设大气压强为p0，有p1S＋mg＝p0S

p1＝p0－

汽缸与竖直方向夹角为θ时，沿汽缸壁方向分析活塞受力，则p2S＋mgcosθ＝p0S

则p2＝p0－

.

可见p2>p1，A正确，B错误；又因气体温度不变，故气体体积一定变小，C正确，D错误．

答案　AC

突破训练1

　如图6所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸，汽缸

内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S.现用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强p.（已知外界大气压为p0）图6

答案　p0＋

解析　选取汽缸和活塞整体为研究对象，

相对静止时有：

F＝（M＋m）a

再选活塞为研究对象，根据牛顿第二定律有：

pS－p0S＝ma

解得：

p＝p0＋

.

考点三　用图象法分析气体的状态变化

类别图线

特点

举例

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

p—

p＝CT

，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高

p—T

p＝

T，斜率k＝

，即斜率越大，体积越小

V—T

V＝

T，斜率k＝

，即斜率越大，压强越小

图7

例4

　封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V与热力学温度T的关系如图7所示，该气体的摩尔质量为M，状态A的体积为V0，温度为T0，O、A、D三点在同一直线上，阿伏加德罗常数为NA.

（1）由状态A变到状态D过程中________．

A．气体从外界吸收热量，内能增加

B．气体体积增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少

C．气体温度升高，每个气体分子的动能都会增大

D．气体的密度不变

（2）在上述过程中，气体对外做功为5J，内能增加9J，则气体________（填“吸收”或“放出”）热量________J.

（3）在状态D，该气体的密度为ρ，体积为2V0，则状态D的温度为多少？

该气体的分子数为多少？

解析　（3）A→D，由理想气体状态方程

＝C，

得TD＝2T0

分子数n＝

答案　

（1）AB　

（2）吸收　14　（3）2T0　

突破训练2

　一定质量的理想气体经过一系列过程，如图8所示．下列说法中正确的是（　　）

图8

A．a→b过程中，气体体积增大，压强减小

B．b→c过程中，气体压强不变，体积增大

C．c→a过程中，气体压强增大，体积变小

D．c→a过程中，气体内能增大，体积变小

答案　A

考点四　理想气体实验定律的微观解释

1．等温变化

一定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能一定．在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强增大．

2．等容变化

一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变．在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强增大．

3．等压变化

一定质量的气体，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．

例5

　下列关于分子运动和热现象的说法正确的是________．

A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在势能的缘故

B．一定量100°C的水变成100°C的水蒸气，其分子之间的势能增加

C．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热

D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大

E．一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和

F．如果气体温度升高，那么所有分子的速率都增大

解析　气体分子间的作用力近似为零，所以没有容器的约束，气体分子由于自身的热运动会扩散到很大空间，A错；一定量100°C的水变成100°C的水蒸气，需吸收一定热量，其内能增加；而分子个数、温度均未变，表明其分子势能增加，B对；气体的压强与气体分子密度和分子的平均速率有关，整体的体积增大，气体分子密度减小，要保证其压强不变，气体分子的平均速率要增大，即要吸收热量，升高温度，C对；对于一定量的气体，温度升高，分子的平均速率变大，但若气体体积增加得更多，气体的压强可能会降低，D错；根据内能的定义可知，E对；气体温度升高，分子的平均速率肯定会增大，但并不是所有分子的速率都增大，F错．

答案　BCE

突破训练3

　有关气体的压强，下列说法正确的是（　　）

A．气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定增大

B．气体分子的密集程度增大，则气体的压强一定增大

C．气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大

D．气体分子的平均动能增大，气体的压强有可能减小

答案　D

解析　气体的压强与两个因素有关：

一是气体分子的平均动能，二是气体分子的密集程度，或者说，一是温度，二是体积．密集程度或平均动能增大，都只强调问题的一方面，也就是说，平均动能增大的同时，气体的体积可能也增大，使得分子密集程度减小，所以压强可能增大，也可能减小．同理，当分子的密集程度增大时，分子平均动能也可能减小，压强的变化不能确定．综上所述正确答案为D.

高考题组

2．（2012·重庆理综·16）图11为伽利略设计的一种测温装置示意图，玻

璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定量的空气．若玻璃管内水柱上升，则外界大气的变化可能是（　　）

A．温度降低，压强增大

B．温度升高，压强不变

C．温度升高，压强减小图11

D．温度不变，压强减小

答案　A

解析　对被封闭的一定量的气体进行研究，当水柱上升时，封闭气体的体积V减小，结合理想气体状态方程

＝C得，当外界大气压强p0不变时，封闭气体的压强p减小，则温度T一定降低，B选项错误．当外界大气压强p0减小时，封闭气体的压强p减小，则温度T一定降低，C、D选项均错误．当外界大气压强p0增大时，封闭气体的压强p存在可能增大、可能不变、可能减小三种情况．当封闭气体的压强p增大时，温度T可能升高、不变或降低，封闭气体的压强p不变时，温度T一定降低，封闭气体的压强p减小时，温度T一定降低．故只有选项A可能．

2．（2012·江苏·12A）

（1）下列现象中，能说明液体存在表面张力的有________．

A．水黾可以停在水面上

B．叶面上的露珠呈球形

C．滴入水中的红墨水很快散开

D．悬浮在水中的花粉做无规则运动

（2）封闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大．从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运动的________增大了．该气体在温度T1、T2时的分子速率分布图象如图12所示，则T1________（选填“大于”或“小于”）T2.

图12

答案　

（1）AB　

（2）平均动能　小于

解析　

（1）红墨水散开和花粉的无规则运动直接或间接说明分子的无规则运动，选项C、D错误；水黾停在水面上、露珠呈球形均是因为液体存在表面张力，选项A、B正确．

（2）温度升高时，气体分子平均速率变大，平均动能增大，即分子速率较大的分子占总分子数的比例较大，所以T1

模拟题组

3．下列说法中正确的是________．

A．由于表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，所以液体存在表面张力

B．用油膜法估测出了油酸分子直径，如果已知其密度可估测出阿伏加德罗常数

C．在棉花、粉笔等物体内都有很多细小的孔道，它们起到了毛细管的作用

D．一定质量的理想气体从外界吸收热量，温度一定升高

答案　ACE　

4．下列说法正确的是________（填入正确选项前的字母）．

A．布朗运动是液体或气体中悬浮微粒的无规则运动，温度越高、微粒越大，运动越显著

B．任何物体的内能都不可能为零

C．毛细现象是液体的表面张力作用的结果，温度越高，表面张力越小

D．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和某些晶体相似具有各向异性

答案　BCD

5．

（1）某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，密度为ρ，每个分子的质量和体积分别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA可表示为________．（填选项前的字母）

A．NA＝

B．NA＝

C．NA＝

D．NA＝

图11

（2）一定质量的理想气体的p－V图象如图11所示，气体由状态A→B→C→D→A变化．气体对外做正功的变化过程是下列选项中的__________．（填选项前的字母）

A．A→BB．B→C

C．C→DD．D→A

（3）封闭在汽缸内一定质量的理想气体，如果保持气体体积不变，当温度降低时，下列说法正确的是________．（填选项前的字母）

A．气体的密度减小

B．气体分子的平均动能增大

C．气体的压强增大

D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数减少

答案　

（1）B　

（2）B　（3）D

（限时：

45分钟）

►题组1　对固体与液体的考查

1．（2010·课标全国理综·33）关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　）

A．金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体

B．晶体的分子（或原子、离子）排列是规则的

C．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点

D．单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的

答案　BC

2．关于液体的表面张力，下列说法中正确的是（　　）

A．表面张力是液体各部分间的相互作用

B．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

C．表面张力的方向总是垂直于液面，指向液体内部的

D．表面张力的方向总是与液面相切的

答案　BD

3．关于液晶，下列说法中正确的有（　　）

A．液晶是一种晶体

B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性

C．液晶的光学性质随温度的变化而变化

D．液晶的光学性质随光照的变化而变化

答案　CD

解析　液晶的微观结构介于晶体和液体之间，虽然液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，选项A、B错误；外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质；温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，选项C、D正确．

4．液体的饱和汽压随温度的升高而增大（　　）

A．其规律遵循查理定律

B．是因为饱和汽的质量随温度的升高而增大

C．是因为饱和汽的体积随温度的升高而增大

D．是因为饱和汽密度和蒸汽分子的平均速率都随温度的升高而增大

答案　D

解析　当温度升高时，蒸汽分子的平均动能增大，导致饱和汽压增大；同时，液体中平均动能大的分子数增多，从液面飞出的分子数将增多，在体积不变时，将使饱和汽的密度增大，也会导致饱和汽压增大，故选D.

►题组2　对气体实验定律微观解释的考查

5．封闭在汽缸内一定质量的理想气体，如果保持气体体积不变，当温度降低时，以下说法正确的是（　　）

A．气体的密度减小

B．气体分子的平均动能增大

C．气体的压强增大

D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数减少

答案　D

6．下列说法正确的是（　　）

A．一定质量的气体，当温度升高时，压强一定增大

B．一定质量的气体，当体积增大时，压强一定减小

C．一定质量的气体，当体积增大，温度升高时，压强一定增大

D．一定质量的气体，当体积减小，温度升高时，压强一定增大

答案　D

解析　一定质量的气体，其分子总数一定，当温度升高时，气体分子的平均动能增大，有引起压强增大的可能，但不知道分子的密度如何变化，故不能断定压强一定增大，A项错误；当体积增大时，气体分子的密度减小，有使压强减小的可能，但不知气体分子的平均动能如何变化，同样不能断定气体压强一定减小，B项错误；体积增大有使压强减小的趋势，温度升高有使压强增大的趋势，这两种使压强向相反方向变化的趋势不知谁占主导地位，不能断定压强如何变化，故C项错误；体积减小有使压强增大的趋势，温度升高也有使压强增大的趋势，这两种趋势都使压强增大，故压强一定增大，D项正确．

►题组3　对气体实验定律与气态方程的考查

7．如图1所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量．设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气（　　）

图1

A．体积不变，压强变小

B．体积变小，压强变大

C．体积不变，压强变大

D．体积变小，压强变小

答案　B

解析　细管中封闭的气体，可以看成是一定质量的理想气体，洗衣缸内水位升高，气体压强增大，因温度不变，故做等温变化，由玻意耳定律pV＝C得，气体体积减小，B选项正确．

8．用如图2所示的实验装置来研究气体等体积变化的规律．A、B管下端由软管相连，注入一定量的水银，烧瓶中封有一定量的理想气体，开始时A、B两管中水银面一样高，那么为了保持瓶中气体体积不变（　　）

图2

A．将烧瓶浸入热水中时，应将A管向上移动

B．将烧瓶浸入热水中时，应将A管向下移动

C．将烧瓶浸入冰水中时，应将A管向上移动

D．将烧瓶浸入冰水中时，应将A管向下移动

答案　AD

解析　由

＝C（常量）可知，在体积不变的情况下，温度升高，气体压强增大，右管A水银面要比左管B水银面高，故选项A正确；同理可知选项D正确．

9．一定质量的理想气体，在某一状态下的压强、体积和温度分别为p0、V0、T0，在另一状态下的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1，则下列关系错误的是（　　）

A．若p0＝p1，V0＝2V1，则T0＝

T1

B．若p0＝p1，V0＝

V1，则T0＝2T1

C．若p0＝2p1，V0＝2V1，则T0＝2T1

D．若p0＝2p1，V0＝V1，则T0＝2T1

答案　ABC

解析　根据

＝

可以判断出选项A、B、C错误，D正确．

10．研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体叫做气团．气团直径达几千米，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，气团在上升过程中可看成是一定质量理想气体的绝热膨胀，设气团在上升过程中，由状态Ⅰ（p1，V1，T1）绝热膨胀到状态Ⅱ（p2，V2，T2）．倘若该气团由状态Ⅰ（p1，V1，T1）作等温膨胀至状态Ⅲ（p3，V2，T1），试回答：

（1）下列判断正确的是________．

A．p3>p2B．p3

C．T1>T2D．T1

（2）若气团在绝热膨胀过程中对外做的功为W1，则其内能变化ΔU1＝________；若气团在等温膨胀过程中对外做的功为W2，则其内能变化ΔU2＝________.

（3）气团体积由V1变化到V2时，求气团在变化前后的密度比和分子间平均距离比．

答案　

（1）AC　

（2）－W1　0　（3）

解析　（3）气体的密度ρ＝

则变化前后密度比

＝

设分子间平均距离为d，气体分子数为N，则所有气体体积V＝Nd3

变化前后分子间平均距离比

＝

11．

（1）对下列相关物理现象的解释，正确