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第2讲固体、液体和气体1固体(1)晶体和非晶体的区别晶体:有固定的熔点,晶体内部物质微粒的排列有一定的规律。非晶体:没有固定的熔点,内部物质微粒的排列没有一定的规律。(2)单晶体和多晶体的区别单晶体,具有规则的几何外形,物理特性表现为各向异性。多晶体,整体没有规则的几何外形,物理特性表现为各向同性。(3)晶体的微观结构特点:组成晶体的物质微粒有规则的、周期性的空间排列。(4)用晶体的微观结构解释晶体的特点①因为内部微粒有规则的排列,所以晶体有规则的外形。②因为内部从任一结点出发在不同方向的相同距离上的微粒数不同,所以晶体具有各向异性。③因为组成晶体的微粒可以形成不同的空间点阵,所以晶体具有多形性。【温馨提示】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也可转化为晶体。1.1(2018沈阳第二中学月考)(多选)关于晶体、非晶体、液晶,下列说法正确的是()。A.只有单晶体才表现为各向异性B.所有的晶体都表现为各向异性C.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D.所有的晶体都有确定的熔点,而非晶体没有确定的熔点E.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】ADE1.2(2018湖南桃源一中一模)(多选)下列说法正确的是()。A.大粒盐磨成细盐,就变成了非晶体B.同种物质在不同条件下可表现为晶体和非晶体C.单晶体的各向异性主要体现在力学、热学、电学、光学等物理性质方面D.晶体和非晶体并不是绝对的,一定条件下可相互转化E.单晶体有固定的熔点,多晶体没有固定的熔点【答案】BCD2液体(1)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。(2)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。(3)饱和汽、未饱和汽、饱和汽压和相对湿度①饱和汽:与液体处于动态平衡的蒸汽。②未饱和汽:没有达到饱和状态的蒸汽。③饱和汽压:饱和汽所具有的压强。特点:液体的饱和汽压与温度有关,温度越高,饱和汽压越大,且饱和汽压与饱和汽的体积无关。④相对湿度:空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比,即相对湿度=水蒸气的实际压强同温度水的饱和汽压。【温馨提示】一种液体会湿润某种固体并附着在固体表面上,这种现象叫作浸润。浸润液体在细管中上升的现象以及不浸润液体在细管中下降的现象,称为毛细现象。2.1(2018四川德阳12月月考)(多选)下列说法中正确的是()。A.粉笔把纸上的墨水吸干,是毛细现象B.雨水没有透过布雨伞是因为伞布不被水浸润C.液体表面层分子间表现为斥力D.鸭的羽毛上有一层很薄的脂肪,使羽毛不被水浸润E.玻璃细杆顶端被烧熔后变钝,是由表面张力引起的【答案】ADE2.2(2018甘肃天水四校联考)(多选)关于饱和汽,下列说法正确的是()。A.达到饱和汽时液面上的气体分子的密度不断增大B.达到饱和汽时液面上的气体分子的密度不变C.达到饱和汽时液面上的气体分子的密度减小D.将未饱和汽转化成饱和汽可以保持温度不变,减小体积E.将未饱和汽转化成饱和汽可以保持体积不变,降低温度【答案】BDE3气体(1)气体的状态参量:温度、体积和压强。(2)状态方程:①玻意耳定律:温度不变,pV=C或p1V1=p2V2。②查理定律:体积不变,=C或=。③盖—吕萨克定律:压强不变,=C或=。④理想气体状态方程:=C或=。(3)气体实验定律的微观解释:气体压强是由大量分子的碰撞引起的。①玻意耳定律的解释:一定质量的理想气体,分子总数一定,当温度不变时,分子的平均速率也保持不变,体积增大,则单位体积内的分子数减少,气体的压强也减少。②查理定律的解释:一定质量的理想气体分子总数一定,体积不变时,其单位体积内的分子数也不变,当温度升高时,分子的平均速率增大,则气体压强增大。③盖—吕萨克定律的解释:一定质量的理想气体分子总数一定,当温度升高时,分子的平均速率增加,要保持压强不变,则单位体积内的分子数一定要减小,故需增大体积。【温馨提示】气体实验定律解题的方法①解题的基本思路:选对象→找参量→认过程→列方程。②在应用理想气体状态方程或气体实验定律解题时,一定要选取一定质量的理想气体。③在利用三个实验定律时,一定要弄清哪一个参量不变,从而应用对应的实验定律。3.1(2019宁夏银川1月模拟)一定质量的理想气体经历一系列变化过程,如图所示,下列说法正确的是()。A.b→c过程中,气体压强不变,体积增大B.a→b过程中,气体体积减小,压强减小C.c→a过程中,气体压强增大,体积不变D.c→a过程中,气体内能增大,体积变小【答案】C3.2(2018沈阳第二中学自测)(多选)如图所示,一定质量的理想气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B,则它的状态变化过程是()。A.气体的温度不变B.气体的内能增加C.气体分子的平均速率增加D.气体分子在单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数不变E.气体内分子势能不变【答案】BCE题型一气体状态变化的图象问题1.气体状态变化的图象问题类别图线特点举例p-VpV=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-Tp=T,斜率k=,即斜率越大,体积越小V-TV=T,斜率k=,即斜率越大,压强越小2.气体状态变化图象的应用技巧(1)明确点、线的物理意义:求解气体状态变化的图象问题,应当明确图象上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图象上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。(2)明确斜率的物理意义:在V-T图象(或p-T图象)中,比较两个状态的压强(或体积)大小,可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小,其规律是斜率越大,压强(或体积)越小;斜率越小,压强(或体积)越大。【温馨提示】利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量、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。例如上表中的举例。【例1】如图甲所示,在一个密闭的汽缸内有一定质量的理想气体,如图乙所示是它从状态A变化到状态B的V-T图象,已知AB的反向延长线通过坐标原点O,气体在A状态的压强p=1.0×105Pa,在从状态A变化到状态B的过程中,气体吸收的热量Q=7.0×102J,求此过程中气体内能的增量ΔU。【解析】由V-T图象的图线经过坐标原点可以判断,理想气体经历的是等压变化由盖—吕萨克定律得=气体对外做的功W=-p(VB-VA)解得W=-200J根据热力学第一定律ΔU=W+Q解得ΔU=5.0×102J。【答案】5.0×102J由图象可知气体发生的是等压变化,由盖—吕萨克定律求出气体体积的变化,然后求出气体所做的功,最后由热力学第一定律求出气体内能的增量。本题主要考查了玻意耳定律、热力学第一定律,根据相应条件列式求解,注意理想气体的内能与热力学温度成正比。【变式训练1】(2019山东济宁一中一模)(多选)如V-T图象如图所示,一定质量的理想气体经历了三个过程的状态变化,从状态1开始,经状态2和状态3,最后回到原状态。下列判断正确的是()。A.三个状态中,状态3气体的压强最小B.1和2两个状态中,单位时间内单位面积上容器壁受到的气体分子撞击的次数相同C.从状态1到状态2的过程中,气体吸收的热量大于气体对外做功D.三个状态中,2状态的分子平均动能最大E.从状态3到状态1的过程中气体温度不变,所以气体既不吸热也不放热【解析】由V-T图象知,状态1到状态2气体发生等压变化,所以p1=p2,状态2到状态3气体发生等容变化,由=C,知p3p2,所以状态3气体的压强最小,A项正确;由图象可知,状态1到状态2压强相同,根据动量定理知单位时间动量的改变量就是作用力,压强p==ΔΔ(Δp为动量的改变量),状态1和状态2的压强相等,单位时间内总动量的改变量相等,而每个粒子动量的改变量与温度有关,状态1和状态2温度不同,每个气体分子动量的变化量不同,而要单位时间内总动量的改变量不变,气体分子撞击次数一定不同,B项错误;从状态1到状态2,理想气体的温度升高,内能增加,ΔU0,气体体积增加,气体对外做功,W0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q知,Q0,且气体吸收的热量大于气体对外做的功,C项正确;由图象可知T1=T3T2,所以状态2气体分子的平均动能最大,D项正确;从状态3到状态1,体积变小,外界对气体做功,W0,温度不变,内能不变,ΔU=0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q知Q0,即气体放热,E项错误。【答案】ACD题型二气体实验定律的应用气体实验定律的应用技巧(1)用气体实验定律解题的关键是恰当地选取研究对象(必须是一定质量的气体),搞清气体初、末状态的状态参量,正确判断出气体状态变化的过程是属于等温、等压还是等容过程,然后列方程求解。(2)分析气体状态变化过程的特征要注意以下两个方面:①根据题目的条件进行论证(比如从力学的角度分析压强的情况,判断是否属于等压过程);②注意挖掘题目的隐含条件(比如缓慢压缩导热良好的汽缸中的气体,意味着气体温度与环境温度保持相等)。【温馨提示】描述一定质量气体的状态参量有:温度,气体分子平均动能的标志;体积,气体分子所占据的空间,许多情况下等于容器的容积;压强,大量气体分子无规则运动碰撞器壁所产生的,其大小等于单位时间内、器壁单位面积上所受气体分子碰撞的总冲量;内能,气体分子无规则运动的动能和分子势能的总和,理想气体的内能仅与温度有关。【例2】如图所示,一带有活塞的汽缸通过底部的水平细管与一个上端开口的竖直管相连,汽缸与竖直管的横截面积之比为3∶1,初始时,该装置的底部盛有水银;活塞与水银面之间有一定量的气体,气柱长度为l(以cm为单位);竖直管内的水银面比汽缸内的水银面高出l。现使活塞缓慢向上移动l,这时汽缸和竖直管内的水银面位于同一水平面上,求初始时汽缸内气体的压强(以cmHg为单位)。【解析】设汽缸的横截面积为S,活塞处于初始位置时汽缸内气体的压强为p,大气压强为p0,有p=p0+l在活塞上移l后,汽缸内气体的压强变为p0,设气柱长度为l',由玻意耳定律,有p0l'S=pSl设汽缸内水银面上升Δx,有Δx=l-Δxl'=l+l-Δx联立解得p=l(cmHg)。【答案】l(cmHg)本题考查了应用玻意耳定律解决实际问题的能力,其关键是要能准确分析清楚活塞移动前后气体的各个状态参量,才能带入方程进行计算,同时,也要注意利用cmHg作气压单位来简化问题。【变式训练2】(2018山西太原11月月考)如图所示,上、下都与大气相通的直立圆筒竖直放置,中间用横截面积S=0.01m2、质量不计的两个活塞A、B封闭着一定质量的理想气体,活塞B与一劲度系数k=1000N/m的弹簧相连,平衡时两活塞相距l0=0.6m。现用力F向下压活塞A,使其缓慢下移一段距离后再次平衡,此时力F=500N。已知外界大气压强p0=1.0×105Pa,假定气体温度始终保持不变,不计一切摩擦,求:(1)活塞A向下移动的距离h。(2)大气压强对活塞A和活塞B做的总功W。【解析】(1)设活塞B向下移动的距离为x,由平衡条件得F=kx对由A、B活塞封闭的理想气体,由玻意耳定律得p0l0S=()(l0-h+x)S解得h=0.7m。(2)大气压强对活塞A和活塞B做的总功W=p0(h-x)S解得W=200J。【答案】(1)0.7m(2)200J【变式训练3】(2018湖北武汉期末质检)一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内。汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动。开始时气体压强为p,活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h,外界的温度为T0。现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完时,活塞下降了。若此后外界的温度变为T,求重新达到平衡后气体的体积。已知外界大气的压强始终保持不变,重力加速度大小为g。【解析