高考物理一輪復習講義專題15.2　固體、液體和氣體（原卷版）

專題15.2固體、液體和氣體【講】【講核心素養(yǎng)】物理觀念：晶體、飽和汽、未飽和汽、相對濕度、液晶。1.了解固體的微觀結(jié)構(gòu)，知道晶體和非晶體的特點，了解液晶的主要性質(zhì).2.了解表面張力現(xiàn)象和毛細現(xiàn)象，知道它們的產(chǎn)生原因.3.掌握氣體壓強的計算方法及氣體壓強的微觀解釋.4.能用氣體實驗定律解決實際問題，并會分析氣體圖象問題.科學態(tài)度：能列舉生活中的晶體和非晶體。通過實例，了解液晶的主要性質(zhì)及其在顯示技術(shù)中的應用?！局v考點題型】【知識點一】固體和液體性質(zhì)的理解1．晶體和非晶體分類比較項目晶體非晶體單晶體多晶體外形規(guī)則不規(guī)則不規(guī)則金屬熔點確定確定不確定物質(zhì)性質(zhì)各向異性各向同性各向同性原子排列有規(guī)則每個晶粒的排列無規(guī)則無規(guī)則典型物質(zhì)石英、云母、明礬、食鹽玻璃、橡膠轉(zhuǎn)化晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化2．晶體的微觀結(jié)構(gòu)(1)結(jié)構(gòu)特點：組成晶體的物質(zhì)微粒有規(guī)則地、周期性地在空間排列。(2)用晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點解釋晶體的特點：現(xiàn)象原因晶體有規(guī)則的外形由于內(nèi)部微粒有規(guī)則的排列晶體各向異性由于內(nèi)部從任一結(jié)點出發(fā)在不同方向的相同距離上的微粒數(shù)不同晶體的多形性由于組成晶體的微?？梢孕纬刹煌目臻g點陣3．對晶體與非晶體的進一步說明(1)同一種物質(zhì)在不同的條件下可能是晶體也可能是非晶體，晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。(2)晶體中的多晶體具有各向同性，晶體中的單晶體具有各向異性，但單晶體并不一定在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性。4．液體的表面張力(1)概念液體表面各部分間互相吸引的力。(2)作用液體的表面張力使液面具有收縮到表面積最小的趨勢。(3)方向表面張力跟液面相切，且跟這部分液面的分界線垂直。(4)大小液體的溫度越高，表面張力越??；液體中溶有雜質(zhì)時，表面張力變?。灰后w的密度越大，表面張力越大。(5)原因液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫做表面層，表面層里的分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間的距離比液體內(nèi)部大一些，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力。就象你要把彈簧拉開些，彈簧反而表現(xiàn)具有收縮的趨勢。5．液晶(1)液晶分子既保持排列有序而顯示各向異性，又可以自由移動位置，保持了液體的流動性。(2)液晶分子的位置無序使它像液體，排列有序使它像晶體。液晶分子和固態(tài)分子排列不相同，又不可以像液體一樣任意流動，所以和液態(tài)分子排列不相同，(3)液晶分子的排列從某個方向看比較整齊，而從另外一個方向看則是雜亂無章的。(4)液晶的物理性質(zhì)很容易在外界的影響下發(fā)生改變。當液晶通電時導通，排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。所以液晶的光學性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化.(5)通常在一定溫度范圍內(nèi)才顯現(xiàn)液晶相的物質(zhì)。6．對液體性質(zhì)的兩點說明(1)液體表面層、附著層的分子結(jié)構(gòu)特點是導致表面張力的根本原因。(2)液晶是一類處于液態(tài)和固態(tài)之間的特殊物質(zhì)，其分子間的作用力較強，在體積發(fā)生變化時需要考慮分子間力的作用，分子勢能和體積有關(guān)。【例1】（2022·北京海淀·模擬預測）下列四幅圖所涉及的物理知識，論述正確的是（??）A．圖甲說明晶體都有確定熔點，且熔化過程分子平均動能變大B．圖乙水黽可以在水面自由活動，說明它所受的浮力大于重力C．圖丙液晶顯示器是利用液晶光學性質(zhì)具有各向同性的特點制成的D．圖丁中的醬油與左邊材料浸潤，與右邊材料不浸潤【素養(yǎng)升華】本題考察的學科素養(yǎng)主要是物理觀念?！咀兪接柧?】（2022·云南·昆明一中高三開學考試）正確佩戴口罩是日常預防飛沫傳播和呼吸道感染的有效途徑之一。取一個新的醫(yī)用防護口罩貼近皮膚一面朝上，平鋪在桌面上，往口罩上滴幾滴水，水滴沒有浸濕口罩，呈橢球形，如圖所示。下列說法正確的是（）A．水滴形狀的成因與水的表面張力有關(guān)，與重力無關(guān)B．水滴不浸潤口罩，換另一種液體，也不會浸潤該口罩C．若處于完全失重的環(huán)境中，水滴將浸濕口罩D．水滴與口罩附著層內(nèi)水分子間距比水滴內(nèi)部分子間距大【技巧總結(jié)】1．晶體和非晶體(1)凡是具有確定熔點的物體必定是晶體，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、毛細現(xiàn)象，浸潤和不浸潤【知識點二】會用“兩類模型”求解氣體壓強1.活塞模型如圖所示是最常見的封閉氣體的兩種方式。對“活塞模型”類求壓強的問題，其基本的方法就是先對活塞進行受力分析，然后根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程。圖甲中活塞的質(zhì)量為m，活塞橫截面積為S，外界大氣壓強為p0。由于活塞處于平衡狀態(tài)，所以p0S＋mg＝pS。則氣體的壓強為p＝p0＋eq\f(mg,S)。圖乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱處于平衡狀態(tài)，所以pS＋mg＝p0S。則氣體壓強為p＝p0－eq\f(mg,S)＝p0－ρ液gh。2.連通器模型如圖所示，U形管豎直放置。同一液體中的相同高度處壓強一定相等，所以氣體B和A的壓強關(guān)系可由圖中虛線聯(lián)系起來。則有pB＋ρ液gh2＝pA。而pA＝p0＋ρ液gh1，所以氣體B的壓強為pB＝p0＋ρ液g(h1－h(huán)2)?！纠?】（2022·河北秦皇島·高三開學考試）如圖甲所示，內(nèi)壁光滑的絕熱氣缸用活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，初始時氣缸開口向上放置，活塞處于靜止狀態(tài)，此時氣體體積為V1。將氣缸緩慢轉(zhuǎn)動90°，開口向右放置，穩(wěn)定時氣缸內(nèi)氣體的體積為V2（未知），如圖乙所示。接著把氣缸懸掛起來，使氣缸倒置開口向下，氣體未溢出，穩(wěn)定時氣缸內(nèi)氣體體積為V3（未知），如圖丙所示。假設整個過程中氣體溫度和外界大氣壓p0保持不變。已知活塞質(zhì)量為m，橫截面積為S，重力加速度為g。求：（1）氣缸開口向上放置時，氣缸內(nèi)氣體的壓強p1；（2）氣缸開口向右放置時，氣缸內(nèi)氣體的體積V2；（3）氣缸開口向下放置時，氣缸內(nèi)氣體的體積V3?！舅仞B(yǎng)升華】本題考察的學科素養(yǎng)主要是科學思維與物理觀念?！咀兪接柧?】（2022·遼寧·東北育才學校模擬預測）如圖所示，一根重力為G的上端封閉下端開口的橫截面積為S的薄壁玻璃管靜止直立于可視為無限大無限深的水槽中，已知水的密度為p，重力加速度為g，管內(nèi)空氣柱的長度為L，空氣柱長度大于管內(nèi)外液面高度差。大氣壓強為SKIPIF1<0，求：（1）管內(nèi)外液面高度差；（2）若在A端施加豎直向下大小也為G的作用力，待平衡后，A端下移的高度。（A端依然在水面上）【方法技巧】1．平衡狀態(tài)下氣體壓強的求法(1)液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象，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)壓強相等方程，求得氣體的壓強。(2)力平衡法：選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象進行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得氣體的壓強。(3)等壓面法：在連通器中，同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強相等。2．加速運動系統(tǒng)中封閉氣體壓強的求法選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象，進行受力分析，利用牛頓第二定律列方程求解?！局R點三】氣體實驗定律氣體分子運動的特點(1)分子很小，間距很大，除碰撞外，分子間的相互作用可以忽略。(2)氣體分子向各個方向運動的氣體分子數(shù)目都相等。(3)分子做無規(guī)則運動，大量分子的速率按“中間多、兩頭少”的規(guī)律分布。(4)溫度一定時，某種氣體分子的速率分布是確定的，溫度升高時，“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律不變，氣體分子的速率增大，分布曲線的峰值向速率大的一方移動。氣體的三個狀態(tài)參量(1)壓強；(2)體積；(3)溫度。氣體實驗定律的比較定律名稱比較項目玻意耳定律(等溫變化)查理定律(等容變化)蓋—呂薩克定律(等壓變化)數(shù)學表達式p1V1＝p2V2或pV＝C(常數(shù))eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)或eq\f(p,T)＝C(常數(shù))eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)或eq\f(V,T)＝C(常數(shù))同一氣體的兩條圖線平衡狀態(tài)下氣體壓強的求法1.液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象，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)壓強相等方程，求得氣體的壓強.2.力平衡法：選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象進行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得氣體的壓強.3.等壓面法：在連通器中，同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強相等.液體內(nèi)深h處的總壓強p＝p0＋ρgh，p0為液面上方的壓強氣體壓強的產(chǎn)生1.產(chǎn)生的原因由于大量分子無規(guī)則運動而碰撞器壁，形成對器壁各處均勻、持續(xù)的壓力，作用在器壁單位面積上的壓力叫做氣體的壓強.2.決定因素(1)宏觀上：決定于氣體的溫度和體積.(2)微觀上：決定于分子的平均動能和分子的密集程度.理想氣體實驗定律的微觀解釋1．等溫變化一定質(zhì)量的氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能一定。在這種情況下，體積減小時，分子的密集程度增大，氣體的壓強增大。2．等容變化一定質(zhì)量的氣體，體積保持不變時，分子的密集程度保持不變。在這種情況下，溫度升高時，分子的平均動能增大，氣體的壓強增大。3．等壓變化一定質(zhì)量的氣體，溫度升高時，分子的平均動能增大。只有氣體的體積同時增大，使分子的密集程度減小，才能保持壓強不變?！纠?】（2022·山西·高三開學考試）如圖，一豎直放置的絕熱圓柱形汽缸上端開口，其頂端有一卡環(huán)，兩個活塞M、N將兩部分理想氣體A、B封閉在汽缸內(nèi)，兩部分氣體的溫度均為t0=27℃，其中活塞M為導熱活塞，活塞N為絕熱活塞?；钊鸐距卡環(huán)的距離為0.5L，兩活塞的間距為L，活塞N距汽缸底的距離為3L。汽缸的橫截面積為S，其底部有一體積很小的加熱裝置，其體積可忽略不計?，F(xiàn)用加熱裝置緩慢加熱氣體B，使其溫度達到t1=127℃。已知外界的大氣壓為p0，環(huán)境的溫度為27℃且保持不變，重力加速度大小為g，兩活塞的厚度、質(zhì)量及活塞與汽缸之間的摩擦均可忽略不計，兩活塞始終在水平方向上。求此時兩活塞之間的距離d?！舅仞B(yǎng)升華】本題考察的學科素養(yǎng)主要是科學思維與物理觀念?！咀兪接柧?】（2022·浙江·高三開學考試）如圖所示，一端水平懸掛的圓柱形容器用活塞密封體積V1=2×10－3m3的理想氣體，活塞重力不計且能無摩擦地滑動，其下端懸掛質(zhì)量m=60kg的重物，容器的橫截面積S=10－2m2。整個裝置放在大氣壓p0=1.0×105Pa的空氣中，開始時氣體的溫度T1=300K，當氣體從外界吸收300J的熱量，體積變?yōu)閂2=4×10－3m3時，求，密閉氣體：（1）壓強p；（2）溫度T2；（3）內(nèi)能增加量E。【方法總結(jié)】解決氣體問題的基本思路和方法(1)將題目所給的文字信息或圖象向描述氣體狀態(tài)的三個狀態(tài)參量p、V、T轉(zhuǎn)化．(2)選取一定質(zhì)量的封閉氣體為研究對象，寫出研究過程(氣體狀態(tài)發(fā)生變化的過程)初、末狀態(tài)的三個狀態(tài)參量，在此期間尋找解題的難點和突破口．(3)根據(jù)氣體狀態(tài)變化的特點，選取合適的氣體實驗定律或狀態(tài)方程解題．(4)對所求結(jié)果進行討論，看是否與實際情況相符．【知識點四】氣體狀態(tài)變化的圖像問題1.四種圖像的比較類別特點(其中C為常量)舉例p－VpV＝CT，即pV之積越大的等溫線溫度越高，線離原點越遠p－eq\f(1,V)p＝CTeq\f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，溫度越高p－Tp＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，體積越小V－TV＝eq\f(C,p)T，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，壓強越小2.分析技巧利用垂直于坐標軸的線作輔助線去分析不同溫度的兩條等溫線、不同體積的兩條等容線、不同壓強的兩條等壓線的關(guān)系。例如：(1)在圖甲中，V1對應虛線為等容線，A、B分別是虛線與T2、T1兩線的交點，可以認為從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。(2)如圖乙所示，A、B兩點的溫度相等，從B狀態(tài)到A狀態(tài)壓強增大，體積一定減小，所以V2＜V1?！纠?】（多選）（2022·云南省玉溪第三中學高三開學考試）如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)SKIPIF1<0經(jīng)熱力學過程SKIPIF1<0后又回到狀態(tài)a，且外界環(huán)境為非真空狀態(tài)。則下列說法正確的是（）A．b、c兩個狀態(tài)，氣體的溫度相同B．SKIPIF1<0過程中，每個氣體分子熱運動的速率都增大了一倍C．SKIPIF1<0過程中，氣體的溫度先降低再升高D．SKIPIF1<0過程中，外界對氣體做功SKIPIF1<0E．SKIPIF1<0循環(huán)過程中，氣體吸收的熱量比放出的熱量多SKIPIF1<0【素養(yǎng)升華】本題考察的學科素養(yǎng)主要是科學思維與物理觀念?！咀兪接柧?】（2022·黑龍江·大慶實驗中學高三期中）一定質(zhì)量的理想氣體，從初狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B、C、D再回到狀態(tài)A，其體積V與溫度T的關(guān)系如圖所示。圖中TA、VA和TD為已知量，則下列說法正確的是（）A．從A到B的過程中，氣體向外放熱B．從B到C的過程中，氣體吸熱C．從D到A的過程中，單位時間撞擊到單位面積器壁上的分子數(shù)增多D．氣體在狀態(tài)D時的體積