知識清單：第二章 氣體固體和液體（解析版）

學(xué)而優(yōu)教有方第二章氣體固體和液體1溫度和溫標(biāo)一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1．熱力學(xué)系統(tǒng)和外界(1)熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量分子組成的研究對象叫作熱力學(xué)系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)．(2)外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱外界．2．狀態(tài)參量：用來描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量．常用的狀態(tài)參量有體積V、壓強p、溫度T等．3．平衡態(tài)：在沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量達到的穩(wěn)定狀態(tài)．4．熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量(1)體積V：系統(tǒng)的幾何參量，它可以確定系統(tǒng)的空間范圍．(2)壓強p：系統(tǒng)的力學(xué)參量，它可以描述系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì)．(3)溫度T：系統(tǒng)的熱學(xué)參量，它可以確定系統(tǒng)的冷熱程度．5．平衡態(tài)的理解(1)熱力學(xué)的平衡態(tài)與力學(xué)的平衡態(tài)的意義不同，熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動態(tài)平衡，組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無規(guī)則運動，只是分子運動的平均效果不隨時間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)不受外界的影響，狀態(tài)參量(壓強、體積和溫度)不隨時間變化．(2)平衡態(tài)是一種理想情況，因為任何系統(tǒng)完全不受外界影響是不可能的．二、熱平衡與溫度1．熱平衡：兩個相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)過一段時間，各自的狀態(tài)參量不再變化，說明兩個系統(tǒng)達到了平衡，這種平衡叫作熱平衡．2．熱平衡定律：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡．3．溫度：熱平衡中，表征“共同的熱學(xué)性質(zhì)”的物理量．4．熱平衡的性質(zhì)：達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．5．平衡態(tài)與熱平衡的區(qū)別和聯(lián)系平衡態(tài)熱平衡區(qū)別研究對象一個系統(tǒng)兩個接觸的系統(tǒng)判斷依據(jù)系統(tǒng)不受外界影響，狀態(tài)參量不變兩個系統(tǒng)的溫度相同聯(lián)系處于熱平衡的兩個系統(tǒng)都處于平衡態(tài)6.熱平衡定律的意義決定兩個系統(tǒng)是否達到了熱平衡的最主要參量是溫度，因為互為熱平衡的物體具有相同的溫度，所以在比較各物體的溫度時，不需要將各物體直接接觸，只需將溫度計分別與各物體接觸，即可比較溫度的高低．7．熱平衡與溫度(1)對溫度的理解①宏觀上，表示物體的冷熱程度．②微觀上，反映分子熱運動的劇烈程度．③一切達到熱平衡的物體都具有相同的溫度．(2)溫度計的測溫原理若物體與A處于熱平衡，它同時也與B處于熱平衡，則A的溫度等于B的溫度，這就是溫度計用來測量溫度的基本原理．三、溫度計與溫標(biāo)1．確定一個溫標(biāo)的方法(1)選擇一種測溫物質(zhì)．(2)了解測溫物質(zhì)用以測溫的某種性質(zhì)．(3)確定溫度的零點和分度的方法．2．熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t(1)攝氏溫標(biāo)：一種常用的表示溫度的方法．規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點為0℃，水的沸點為100℃，在0℃和100℃之間均勻分成100等份，每份算做1℃.(2)熱力學(xué)溫標(biāo)：現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法．熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫熱力學(xué)溫度．用符號T表示，單位是開爾文，符號為K.(3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為T＝t＋273.15K.3．“溫度”含義的兩種說法(1)宏觀角度：表示物體的冷熱程度．(2)熱平衡角度：兩個處于熱平衡的系統(tǒng)存在一個數(shù)值相等的物理量，這個物理量就是溫度．4．常見溫度計及其原理名稱原理水銀溫度計根據(jù)水銀熱脹冷縮的性質(zhì)來測量溫度金屬電阻溫度計根據(jù)金屬的電阻隨溫度的變化來測量溫度氣體溫度計根據(jù)氣體壓強隨溫度的變化來測量溫度熱電偶溫度計根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生電動勢的大小來測量溫度5.溫度計測溫原理一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度，溫度計與待測物體接觸，達到熱平衡，其溫度與待測物體相同．2氣體的等溫變化實驗：探究氣體等溫變化的規(guī)律一、等溫變化一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，其壓強與體積變化時的關(guān)系．二、實驗思路在保證密閉注射器中氣體的質(zhì)量和溫度不變的條件下，通過改變密閉注射器中氣體的體積，由壓力表讀出對應(yīng)氣體的壓強值，進而研究在恒溫條件下氣體的壓強與體積的關(guān)系．三、實驗器材帶鐵夾的鐵架臺、注射器、柱塞(與壓力表密封連接)、壓力表、橡膠套、刻度尺．四、物理量的測量1．如圖1所示組裝實驗器材．圖12．利用注射器選取一段空氣柱為研究對象，注射器下端的開口有橡膠套，它和柱塞一起把一段空氣柱封閉．3．把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長度與壓強的幾組數(shù)據(jù)，空氣柱的長度l可以通過刻度尺讀取，空氣柱的長度l與橫截面積S的乘積就是它的體積V，空氣柱的壓強p可以從與注射器內(nèi)空氣柱相連的壓力表讀?。?、數(shù)據(jù)分析1．作p－V圖像以壓強p為縱坐標(biāo)，以體積V為橫坐標(biāo)，用采集的各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點，繪出等溫曲線，如圖2所示．觀察p－V圖像的特點看能否得出p、V的定量關(guān)系．圖22．作p－eq\f(1,V)圖像以壓強p為縱坐標(biāo)，以eq\f(1,V)為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點．如果p－eq\f(1,V)圖像中的各點位于過原點的同一條直線上(圖3)，就說明壓強p跟eq\f(1,V)成正比，即壓強與體積成反比．如果不在同一條直線上，我們再嘗試其他關(guān)系．圖33．實驗結(jié)論：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，其壓強與體積的倒數(shù)成正比．六、注意事項1．改變氣體體積時，要緩慢進行．2．實驗過程中，不要用手接觸注射器的外壁．3．實驗前要在柱塞上涂抹潤滑油．4．讀數(shù)時視線要與柱塞底面平行．5．作p－eq\f(1,V)圖像時，應(yīng)使盡可能多的點落在直線上，不在直線上的點應(yīng)均勻分布于直線兩側(cè)，偏離太大的點應(yīng)舍棄掉．氣體的等溫變化一、玻意耳定律1．內(nèi)容一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強p與體積V成反比．2．公式pV＝C或p1V1＝p2V2.3．條件氣體的質(zhì)量一定，溫度不變．4．常量的意義p1V1＝p2V2＝C，該常量C與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)，對一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，則常量C越大．5．應(yīng)用玻意耳定律解題的一般步驟(1)確定研究對象，并判斷是否滿足玻意耳定律的條件．(2)確定初、末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1；p2、V2)．(3)根據(jù)玻意耳定律列方程求解．(注意統(tǒng)一單位)(4)注意分析隱含條件，作出必要的判斷和說明．特別提醒確定氣體壓強或體積時，只要初、末狀態(tài)的單位統(tǒng)一即可，沒有必要都轉(zhuǎn)換成國際單位制．二、封閉氣體壓強的計算1．取等壓面法同種液體在同一深度向各個方向的壓強相等，在連通器中，靈活選取等壓面，利用同一液面壓強相等求解氣體壓強．如圖甲所示，同一液面C、D兩處壓強相等，故pA＝p0＋ph；如圖乙所示，M、N兩處壓強相等，從左側(cè)管看有pB＝pA＋ph2，從右側(cè)管看，有pB＝p0＋ph1.2．力平衡法選與求氣體壓強．說明：容器加速運動時，可由牛頓第二定律列方程求解．三、氣體等溫變化的p－V圖像或p－eq\f(1,V)圖像兩種等溫變化圖像內(nèi)容p－eq\f(1,V)圖像p－V圖像圖像特點物理意義一定質(zhì)量的某種氣體，溫度不變時，pV＝恒量，p與V成反比，p與eq\f(1,V)就成正比，在p－eq\f(1,V)圖上的等溫線應(yīng)是過原點的傾斜直線一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，p與V成反比，因此等溫過程的p－V圖像是雙曲線的一支溫度高低直線的斜率為p與V的乘積，斜率越大，pV乘積越大，溫度就越高，圖中T2>T1一定質(zhì)量的某種氣體，溫度越高，氣體壓強與體積的乘積必然越大，在p－V圖上的等溫線就越高，圖中T2>T13氣體的等壓變化和等容變化一、氣體的等壓變化1．等壓變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強不變時，體積隨溫度變化的過程．2．蓋－呂薩克定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強不變的情況下，其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比．(2)表達式：V＝CT或eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2).(3)適用條件：氣體的質(zhì)量和壓強不變．(4)圖像：如圖1所示．圖1V－T圖像中的等壓線是一條過原點的直線．3．蓋－呂薩克定律及推論表示一定質(zhì)量的某種氣體從初狀態(tài)(V、T)開始發(fā)生等壓變化，其體積的變化量ΔV與熱力學(xué)溫度的變化量ΔT成正比．4．V－T圖像和V－t圖像一定質(zhì)量的某種氣體，在等壓變化過程中(1)V－T圖像：氣體的體積V隨熱力學(xué)溫度T變化的圖線是過原點的傾斜直線，如圖2甲所示，且p1<p2，即斜率越小，壓強越大．圖2(2)V－t圖像：體積V與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系，不是簡單的正比例關(guān)系，如圖乙所示，等壓線是一條延長線通過橫軸上－273.15℃的傾斜直線，且斜率越大，壓強越小，圖像縱軸的截距V0是氣體在0℃時的體積．特別提醒一定質(zhì)量的氣體，在壓強不變時，其體積與熱力學(xué)溫度成正比，而不是與攝氏溫度成正比．5．應(yīng)用蓋－呂薩克定律解題的一般步驟(1)確定研究對象，即被封閉的一定質(zhì)量的氣體．(2)分析被研究氣體在狀態(tài)變化時是否符合定律的適用條件：質(zhì)量一定，壓強不變．(3)確定初、末兩個狀態(tài)的溫度、體積．(4)根據(jù)蓋－呂薩克定律列式求解．(5)求解結(jié)果并分析、檢驗．二、氣體的等容變化1．等容變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變時，壓強隨溫度變化的過程．2．查理定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強p與熱力學(xué)溫度T成正比．(2)表達式：p＝CT或eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2).(3)適用條件：氣體的質(zhì)量和體積不變．(4)圖像：如圖3所示．圖3①p－T圖像中的等容線是一條過原點的直線．②p－t圖像中的等容線不過原點，但反向延長線交t軸于－273.15℃.3．查理定律及推論表示一定質(zhì)量的某種氣體從初狀態(tài)(p、T)開始發(fā)生等容變化，其壓強的變化量Δp與熱力學(xué)溫度的變化量ΔT成正比．4．p－T圖像和p－t圖像一定質(zhì)量的某種氣體，在等容變化過程中(1)p－T圖像：氣體的壓強p和熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖線是過原點的傾斜直線，如圖4甲所示，且V1<V2，即體積越大，斜率越?。畧D4(2)p－t圖像：壓強p與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系，不是簡單的正比例關(guān)系，如圖乙所示，等容線是一條延長線通過橫軸上－273.15℃的傾斜直線，且斜率越大，體積越小．圖像縱軸的截距p0是氣體在0℃時的壓強．特別提醒一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強p跟熱力學(xué)溫度T成正比，而不是與攝氏溫度t成正比．5．應(yīng)用查理定律解題的一般步驟(1)確定研究對象，即被封閉的一定質(zhì)量的氣體．(2)分析被研究氣體在狀態(tài)變化時是否符合定律的適用條件：質(zhì)量一定，體積不變．(3)確定初、末兩個狀態(tài)的溫度、壓強．(4)根據(jù)查理定律列式求解．(5)求解結(jié)果并分析、檢驗．三、p－T圖像與V－T圖像1．p－T圖像與V－T圖像的比較不同點圖像縱坐標(biāo)壓強p體積V斜率意義斜率越大，體積越小，V4<V3<V2<V1斜率越大，壓強越小，p4<p3<p2<p1相同點①都是一條通過原點的傾斜直線②橫坐標(biāo)都是熱力學(xué)溫度T③都是斜率越大，氣體的另外一個狀態(tài)參量越小2.分析氣體圖像問題的注意事項(1)在根據(jù)圖像判斷氣體的狀態(tài)變化時，首先要確定橫、縱坐標(biāo)表示的物理量，其次根據(jù)圖像的形狀判斷各物理量的變化規(guī)律．(2)不是熱力學(xué)溫度的先轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)溫度．(3)要將圖像與實際情況相結(jié)合．四、理想氣體1．理想氣體：在任何溫度、任何壓強下都遵從氣體實驗定律的氣體．2．理想氣體與實際氣體實際氣體在溫度不低于零下幾十?dāng)z氏度、壓強不超過大氣壓的幾倍時，可以當(dāng)成理想氣體來處理．3．理想氣體嚴(yán)格遵守氣體實驗定律及理想氣體狀態(tài)方程．4．理想氣體分子本身的大小與分子間的距離相比可忽略不計，分子不占空間，可視為質(zhì)點，它是對實際氣體的一種科學(xué)抽象，是一種理想模型，實際并不存在．5．理想氣體分子除碰撞外，無相互作用的引力和斥力．6．理想氣體分子無分子勢能的變化，內(nèi)能等于所有分子熱運動的動能之和，只和溫度有關(guān)．五、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，在從一個狀態(tài)(p1、V1、T1)變化到另一個狀態(tài)(p2、V2、T2)時，壓強p跟體積V的乘積與熱力學(xué)溫度T的比值保持不變．2．表達式：eq\f(pV,T)＝C.3．成立條件：一定質(zhì)量的理想氣體．4．對理想氣體狀態(tài)方程的理解(1)成立條件：一定質(zhì)量的理想氣體．(2)該方程表示的是氣體三個狀態(tài)參量的關(guān)系，與中間的變化過程無關(guān)．(3)公式中常量C僅由氣體的種類和質(zhì)量決定，與狀態(tài)參量(p、V、T)無關(guān)．(4)方程中各量的單位：溫度T必須是熱力學(xué)溫度，公式兩邊中壓強p和體積V單位必須統(tǒng)一，但不一定是國際單位制中的單位．5．理想氣體狀態(tài)方程與氣體實驗定律eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)?eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(T1＝T2時，p1V1＝p2V2玻意耳定律,V1＝V2時，\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)查理定律,p1＝p2時，\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)蓋－呂薩克定律))六、氣體實驗定律的微觀解釋1．玻意耳定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能是一定的．體積減小時，分子的數(shù)密度增大(填“增大”或“減小”)，單位時間內(nèi)、單位面積上碰撞器壁的分子數(shù)就多，氣體的壓強就增大(填“增大”或“減小”)．(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在溫度保持不變時，體積減小，壓強增大；體積增大，壓強減小．(2)微觀解釋：溫度不變，分子的平均動能不變，體積越小，分子的數(shù)密度增大，單位時間內(nèi)撞到單位面積器壁上的分子數(shù)就越多，氣體的壓強就越大，如圖5.圖52．蓋－呂薩克定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度升高時，分子的平均動能增大(填“增大”或“減小”)，只有氣體的體積同時增大，使分子的數(shù)密度減小，才能保持壓強不變(填“增大”“減小”或“不變”)．(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在體積保持不變時，溫度升高，壓強增大；溫度降低，壓強減小．(2)微觀解釋：體積不變，則分子數(shù)密度不變，溫度升高，分子平均動能增大，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強增大，如圖6.圖63．查理定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，體積保持不變時，分子的數(shù)密度保持不變，溫度升高時，分子的平均動能增大(填“增大”或“減小”)，氣體的壓強增大(填“增大”或“減小”)．(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在壓強不變時，溫度升高，體積增大，溫度降低，體積減?。?2)微觀解釋：溫度升高，分子平均動能增大，撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強不變，則需影響壓強的另一個因素，即分子的數(shù)密度減小，所以氣體的體積增大，如圖7.圖74固體一、晶體和非晶體1．固體可以分為晶體和非晶體兩類．晶體又可以分為單晶體與多晶體．2．石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、味精等是晶體，玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等是非晶體．3．非晶體(1)沒有(填“有”或“沒有”)規(guī)則的外形．(2)物理性質(zhì)：a.沒有(填“有”或“沒有”)確定的熔化溫度；b．導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)等物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性(填“異性”或“同性”)．4．晶體(1)單晶體：①有(填“有”或“沒有”)天然的規(guī)則的幾何形狀②a.有(填“有”或“沒有”)確定的熔點；b．導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)等某些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性(填“異性”或“同性”)．(2)多晶體：①沒有(填“有”或“沒有”)規(guī)則的幾何形狀②a.有(填“有”或“沒有”)確定的熔點；b．導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)等物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性(填“異性”或“同性”)5．單晶體、多晶體及非晶體的異同比較分類微觀結(jié)構(gòu)宏觀表現(xiàn)外形物理性質(zhì)晶體單晶體組成晶體的物質(zhì)微粒(原子、分子、離子)在空間按一定規(guī)則排列——空間點陣有天然、規(guī)則的幾何形狀各向異性有確定的熔點多晶體由無數(shù)的晶體微粒(小晶粒)無規(guī)則排列組成沒有天然、規(guī)則的幾何形狀各向同性非晶體內(nèi)部物質(zhì)微粒是無規(guī)則排列的沒有確定的熔化溫度6.對單晶體的各向異性的理解(1)單晶體的各向異性是指單晶體在不同方向上的物理性質(zhì)不同，也就是沿不同方向去測試單晶體的物理性能時，測試結(jié)果不同．通常所說的物理性質(zhì)包括彈性、硬度、導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、磁性等．(2)單晶體具有各向異性，并不是說每一種單晶體都能在各種物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性，舉例如下：①云母晶體在導(dǎo)熱性能上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向傳熱的快慢不同．②方鉛礦石晶體在導(dǎo)電性能上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向電阻率不同．③立方體形的銅晶體在彈性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向的彈性不同．④方解石晶體在光的折射上表現(xiàn)出各向異性——沿不同方向的折射率不同．二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)1．在各種晶體中，原子(或分子、離子)都是按照一定的規(guī)則排列的，具有空間上的周期性．2．有的物質(zhì)在不同條件下能夠生成不同的晶體．那是因為組成它們的微粒能夠按照不同規(guī)則在空間分布，例如碳原子按不同的空間分布排列可形成石墨和金剛石．3．同一種物質(zhì)也可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)．有些非晶體在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為晶體．4．對晶體的微觀解釋(1)對單晶體各向異性的解釋圖4為在一個平面上單晶體物質(zhì)微粒的排列情況．在沿不同方向所畫的等長線段AB、AC、AD上物質(zhì)微粒的數(shù)目不同．線段AB上物質(zhì)微粒較多，線段AD上較少，線段AC上更少．因為在不同方向上物質(zhì)微粒的排列情況不同，才引起單晶體在不同方向上物理性質(zhì)的不同．(2)對晶體具有確定熔點的解釋晶體加熱到一定溫度時，一部分微粒有足夠的動能克服微粒間的作用力，離開平衡位置，使規(guī)則的排列被破壞，晶體開始熔化，熔化時晶體吸收的熱量全部用來破壞規(guī)則的排列，溫度不發(fā)生變化．5液體一、液體的表面張力1．表面層：液體表面跟氣體接觸的薄層．2．表面張力：(1)定義：在表面層，分子比較稀疏，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，這種力使液體表面繃緊，叫作液體的表面張力．(2)方向：總是跟液體相切，且與分界面垂直．3．液體表面張力的成因分析液體表面層分子比較稀疏，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，該引力使液面產(chǎn)生了表面張力，使液體表面形成一層繃緊的膜．4．表面張力及其作用(1)表面張力使液體表面具有收縮趨勢，使液體表面積趨于最?。隗w積