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2025屆高中物理(人教版)一輪復習第十四章第2講 固體、液體和氣體(課件 講義)

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2025屆高中物理(人教版)一輪復習第十四章第2講 固體、液體和氣體(課件 講義)

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第2講 固體、液體和氣體
素養目標 1.能從真實的物理情境中認識固體與液體的結構,認識氣體分子運動特點.(物理觀念) 2.從分子動理論角度理解理想氣體.(科學思維) 3.會應用氣體實驗定律與理想氣體狀態方程分析解決實際問題.(科學思維) 4.能理解氣體各種圖像和物理意義,會分析氣體圖像問題.(科學思維)
一、晶體和非晶體 液晶
1.晶體與非晶體
比較 晶體 非晶體
單晶體 多晶體
外形 規則 不規則
熔點 確定 不確定
物理性質 各向異性 各向同性
原子排列 有規則,但多晶體每個晶粒間的排列無規則 無規則
2.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.
(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.
二、液體的表面張力
1.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.
2.方向:表面張力跟液面相切,且跟這部分液面的分界線垂直.
3.大小:液體的溫度越高,表面張力越小;液體中溶有雜質時,表面張力變小;液體的密度越大,表面張力越大.
三、飽和汽、未飽和汽與飽和汽壓 相對濕度
1.飽和汽與未飽和汽
(1)飽和汽:與液體處于動態平衡的蒸汽.
(2)未飽和汽:沒有達到飽和狀態的蒸汽.
2.飽和汽壓
(1)定義:飽和汽所具有的壓強.
(2)特點:液體的飽和汽壓與溫度有關,溫度越高,飽和汽壓越大,且飽和汽壓與飽和汽的體積無關.
3.相對濕度
空氣中水蒸氣的壓強與同一溫度時水的飽和汽壓之比.即:
相對濕度=.
四、氣體分子運動速率的統計分布
1.氣體分子運動的特點
2.氣體的壓強
(1)產生原因:由于氣體分子無規則的熱運動,大量的分子頻繁地碰撞器壁產生持續而穩定的壓力.
(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.
五、氣體實驗定律 理想氣體
1.氣體實驗定律
玻意耳定律 查理定律 蓋—呂薩克定律
內容 一定質量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強與體積成反比 一定質量的某種氣體,在體積不變的情況下,壓強與熱力學溫度成正比 一定質量的某種氣體,在壓強不變的情況下,體積與熱力學溫度成正比
表達式 p1V1=p2V2 = =
拓展式 — Δp=ΔT ΔV=ΔT
2.理想氣體狀態方程
(1)理想氣體:把在任何溫度、任何壓強下都遵從氣體實驗定律的氣體稱為理想氣體.在壓強不太大、溫度不太低時,實際氣體可以當成理想氣體.
(2)理想氣體狀態方程:=.
1.思維辨析
(1)單晶體的所有物理性質都是各向異性的. ( )
(2)晶體有天然規則的幾何形狀,是因為物質微粒是規則排列的. ( )
(3)液晶是液體和晶體的混合物. ( )
(4)船浮于水面上是液體的表面張力作用的結果.( )
(5)水蒸氣達到飽和時,水蒸氣的壓強不再變化,這時蒸發和凝結仍在進行.( )
2.如圖所示,把玻璃管的裂口放在火焰上燒熔,它的尖端就變鈍了.產生這一現象的原因是 (  )
A.玻璃是非晶體,熔化再凝固后變成晶體
B.玻璃是晶體,熔化再凝固后變成非晶體
C.熔化的玻璃表面分子間表現為引力使其表面繃緊
D.熔化的玻璃表面分子間表現為斥力使其表面擴張
3.盛有氧氣的鋼瓶,在27 ℃的室內測得鋼瓶內的壓強是9.31×106 Pa.當鋼瓶搬到-23 ℃的工地上時,瓶內的壓強變為(  )
A.4.65×106 Pa B.7.76×106 Pa
C.9.31×106 Pa D.12.0×106 Pa
考點 固體和液體
1.晶體的微觀結構
(1)晶體的微觀結構特點:組成晶體的物質微粒有規則地、周期性地在空間排列.
(2)用晶體的微觀結構特點解釋晶體的特點
現象 原因
有確定的幾何外形 內部微粒有規則地排列
物理性質各向異性 內部從任一結點出發在不同方向的微粒的分布情況不同
多形性 組成晶體的微粒可以形成不同的空間點陣
2.液體的微觀結構特點
(1)分子間的距離很小:在液體內部分子間的距離在10-10 m左右.
(2)液體分子間的相互作用力很大,但比固體分子間的作用力要小.
(3)分子的熱運動特點表現為振動與移動相結合.
3.液體的表面張力
形成原因 表面層中分子間的距離比液體內部分子間的距離大,分子間的相互作用力表現為引力
表面特性 表面層分子間的引力使液面產生了表面張力,使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜,分子勢能大于液體內部的分子勢能
方向 和液面相切,垂直于液面上的分界線
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
典例1 (2024·江蘇高三期末)在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上蠟,用燒熱的針接觸其上一點,蠟熔化的范圍如圖甲、乙、丙所示.甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關系如圖丁所示,則以下說法正確的是(  )
A.甲、乙為非晶體,丙是晶體
B.甲、乙為晶體,丙是非晶體
C.甲、丙為非晶體,乙是晶體
D.甲為晶體,乙為非晶體,丙為單晶體
1.[對表面張力的理解](多選)下列說法正確的是(  )
A.把一枚針輕放在水面上,它會浮在水面上,這是由于水表面存在表面張力
B.在處于失重狀態的宇宙飛船中,一大滴水銀會成球狀,是因為液體內分子間有相互吸引力
C.將玻璃管的裂口放在火上燒,它的尖端就變圓,是因為熔化的玻璃在表面張力的作用下,表面要收縮到最小
D.漂浮在熱菜湯表面上的油滴,從上面觀察是圓形的,是因為油滴液體呈各向同性
2.[分子勢能與分子間距離的變化關系]由于水的表面張力,荷葉上的小水滴總是球形的.在小水滴表面層中,水分子之間的相互作用總體上表現為________(填“引力”或“斥力”).分子勢能Ep和分子間距離r的關系圖像如圖所示,能總體上反映小水滴表面層中水分子Ep的是圖中________(填“A”“B”或“C”)的位置.
考點 氣體的性質及氣體壓強的計算
1.氣體的分子動理論
(1)氣體分子間的作用力:氣體分子之間的距離遠大于分子直徑,氣體分子之間的作用力十分微弱,可以忽略不計,氣體分子間除碰撞外無相互作用力.
(2)氣體分子的速率分布:表現出“中間多,兩頭少”的統計分布規律.
(3)氣體分子的運動方向:氣體分子運動時是雜亂無章的,但向各個方向運動的機會均等.
(4)氣體分子的運動與溫度的關系:溫度一定時,某種氣體分子的速率分布是確定的,速率的平均值也是確定的;溫度升高,氣體分子的平均速率增大,但不是每個分子的速率都增大.
2.氣體壓強常見的兩類模型
(1)活塞模型:如圖甲、乙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,然后根據平衡條件或牛頓第二定律列方程.圖甲中活塞的質量為m,橫截面積為S,外界大氣壓強為p0.由于活塞處于平衡狀態,所以p0S+mg=pS,則氣體的壓強為p=p0+.圖乙中的液柱也可以看成“活塞”,由于液柱處于平衡狀態,所以pS+mg=p0S,則氣體壓強為p=p0-=p0-ρ液gh.
(2)連通器模型:如圖丙所示,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和氣體A的壓強關系可由圖中虛線聯系起來,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-h2).
典例2 若已知大氣壓強為p0,如圖所示各裝置均處于靜止狀態,圖中液體密度均為ρ,求下列各圖中被封閉氣體的壓強.
1.[對分子速率分布圖像的理解](多選)氧氣分子在0 ℃和100 ℃溫度下單位速率間隔的分子數占總分子數的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示,下列說法正確的是(  )
A.圖中兩條曲線下面積相等
B.圖中虛線對應于氧氣分子平均動能較小的情形
C.圖中實線對應于氧氣分子在100 ℃時的情形
D.圖中曲線給出了任意速率區間的氧氣分子數目
2.[汽缸—活塞模型中氣體壓強的計算]如圖甲、乙所示兩個汽缸的質量均為M,內部橫截面積均為S,兩個活塞的質量均為m,圖甲中的汽缸靜止在水平面上,圖乙中的活塞和汽缸豎直懸掛在天花板下.兩個汽缸內分別封閉有一定質量的氣體A、B,大氣壓強為p0,重力加速度為g,求封閉氣體A、B的壓強各多大?
考點 氣體實驗定律及理想氣體狀態方程的應用
1.氣體實驗定律的微觀解釋
項目 微觀解釋
玻意耳定律 一定質量的氣體,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,氣體的壓強就增大
查理定律 一定質量的氣體,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,氣體的壓強就增大
蓋—呂薩克定律 一定質量的氣體,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
2.理想氣體狀態方程
(1)理想氣體狀態方程:=C.
(2)理想氣體狀態方程與氣體實驗定律的關系
3.克拉珀龍方程
設氣體質量為m,摩爾質量為M,則物質的量為n=.那么有=k,式中k=nR,R為普適氣體常量,R約為8.3 J/(mol·K),即pV=nRT.此方程叫作克拉珀龍方程.
典例3 (2023·全國甲卷)一高壓艙內氣體的壓強為1.2個大氣壓,溫度為17 ℃,密度為1.46 kg/m3.
(1)升高氣體溫度并釋放出艙內部分氣體以保持壓強不變,求氣體溫度升至27 ℃時艙內氣體的密度;
(2)保持溫度27 ℃不變,再釋放出艙內部分氣體使艙內壓強降至1.0個大氣壓,求艙內氣體的密度.
1.[應用狀態方程分析氣體圖像問題]如圖所示,一定質量的理想氣體從狀態A開始,經歷兩個過程,先后達到狀態B和C,A、B和C三個狀態的溫度分別為TA、TB和TC.下列說法正確的是(  )
A.TA=TB,TBB.TAC.狀態A到狀態B的過程中氣體分子的平均動能增大
D.狀態B到狀態C的過程中氣體的內能增大
2.[氣體實驗定律的應用]工人澆筑混凝土墻壁時,內部形成了一塊氣密性良好且充滿空氣的空腔,墻壁導熱性能良好,且將空氣視為理想氣體,T=t+273 K.
(1)空腔內氣體的溫度變化范圍為-33~47 ℃,問空腔內氣體的最小壓強與最大壓強之比;
(2)填充空腔前,需要測出空腔的容積.在墻上鉆一個小孔,用細管(體積不計)將空腔和一個帶有氣壓傳感器的汽缸連通,形成密閉空間.當汽缸內氣體體積為1 L時,傳感器的示數為1.0 atm.將活塞緩慢下壓,汽缸內氣體體積為0.7 L時,傳感器的示數為1.2 atm.求該空腔的容積.
答案及解析
1.思維辨析
(1)單晶體的所有物理性質都是各向異性的. (×)
(2)晶體有天然規則的幾何形狀,是因為物質微粒是規則排列的. (√)
(3)液晶是液體和晶體的混合物. (×)
(4)船浮于水面上是液體的表面張力作用的結果.(×)
(5)水蒸氣達到飽和時,水蒸氣的壓強不再變化,這時蒸發和凝結仍在進行.(√)
2.如圖所示,把玻璃管的裂口放在火焰上燒熔,它的尖端就變鈍了.產生這一現象的原因是 (  )
A.玻璃是非晶體,熔化再凝固后變成晶體
B.玻璃是晶體,熔化再凝固后變成非晶體
C.熔化的玻璃表面分子間表現為引力使其表面繃緊
D.熔化的玻璃表面分子間表現為斥力使其表面擴張
答案:C
3.盛有氧氣的鋼瓶,在27 ℃的室內測得鋼瓶內的壓強是9.31×106 Pa.當鋼瓶搬到-23 ℃的工地上時,瓶內的壓強變為(  )
A.4.65×106 Pa B.7.76×106 Pa
C.9.31×106 Pa D.12.0×106 Pa
解析:鋼瓶內氣體發生等容變化,由=,解得p2=7.76×106 Pa,B正確.
答案:B
考點 固體和液體
典例1 (2024·江蘇高三期末)在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上蠟,用燒熱的針接觸其上一點,蠟熔化的范圍如圖甲、乙、丙所示.甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關系如圖丁所示,則以下說法正確的是(  )
A.甲、乙為非晶體,丙是晶體
B.甲、乙為晶體,丙是非晶體
C.甲、丙為非晶體,乙是晶體
D.甲為晶體,乙為非晶體,丙為單晶體
解析:晶體具有固定的熔點,非晶體沒有固定的熔點.丙固體在導熱性能方面表現為各向異性,甲、乙固體在導熱性能方面表現為各向同性,但不能確定其他性質是否也為各向同性.則甲在導熱性能方面表現為各向同性,且有一定的熔點,可能是多晶體也可能是單晶體;乙在導熱性能方面表現為各向同性,沒有一定的熔點,是非晶體;丙在導熱性能方面表現為各向異性,有一定的熔點,是單晶體.故D正確,A、B、C錯誤.故選D.
1.[對表面張力的理解](多選)下列說法正確的是(  )
A.把一枚針輕放在水面上,它會浮在水面上,這是由于水表面存在表面張力
B.在處于失重狀態的宇宙飛船中,一大滴水銀會成球狀,是因為液體內分子間有相互吸引力
C.將玻璃管的裂口放在火上燒,它的尖端就變圓,是因為熔化的玻璃在表面張力的作用下,表面要收縮到最小
D.漂浮在熱菜湯表面上的油滴,從上面觀察是圓形的,是因為油滴液體呈各向同性
解析:水的表面張力托起針,A項正確;B、D兩項也是表面張力的原因,故B、D均錯誤,C項正確.
答案:AC
2.[分子勢能與分子間距離的變化關系]由于水的表面張力,荷葉上的小水滴總是球形的.在小水滴表面層中,水分子之間的相互作用總體上表現為________(填“引力”或“斥力”).分子勢能Ep和分子間距離r的關系圖像如圖所示,能總體上反映小水滴表面層中水分子Ep的是圖中________(填“A”“B”或“C”)的位置.
解析:水滴表面層使水滴具有收縮的趨勢,因此水滴表面層中,水分子之間的作用力表現為引力;水分子之間引力和斥力相等時,分子間距r=r0,分子勢能最小;當分子間表現為引力時,分子間距離r>r0,因此,小水滴表面層中水分子Ep對應于位置C.
答案:引力 C
考點 氣體的性質及氣體壓強的計算
典例2 若已知大氣壓強為p0,如圖所示各裝置均處于靜止狀態,圖中液體密度均為ρ,求下列各圖中被封閉氣體的壓強.
解析:(1)在題圖甲中,以高為h的液柱為研究對象,由二力平衡知p氣S+ρghS=p0S
所以p氣=p0-ρgh.
(2)在題圖乙中,以B液面為研究對象,由平衡方程F上=F下,有:p氣S+ρghS=p0S
所以p氣=p0-ρgh.
(3)在題圖丙中,以B液面為研究對象.,有
(4)在題圖丁中,根據帕斯卡定律可知,同一液體中的相同高度處壓強一定相等,則有pB+ρgh2=pA
而pA=p0+ρgh1
所以氣體B的壓強為pB=p0+ρg(h1-h2).
答案:甲:p0-ρgh 乙:p0-ρgh 丙:p0-ρgh 丁:pA=p0+ρgh1,pB=p0+ρg(h1-h2)
1.[對分子速率分布圖像的理解](多選)氧氣分子在0 ℃和100 ℃溫度下單位速率間隔的分子數占總分子數的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示,下列說法正確的是(  )
A.圖中兩條曲線下面積相等
B.圖中虛線對應于氧氣分子平均動能較小的情形
C.圖中實線對應于氧氣分子在100 ℃時的情形
D.圖中曲線給出了任意速率區間的氧氣分子數目
解析:根據氣體分子單位速率間隔的分子數占總分子數的百分比隨氣體分子速率的變化曲線的意義可知,題圖中兩條曲線下面積相等,選項A正確;題圖中虛線占百分比較大的分子速率較小,所以對應于氧氣分子平均動能較小的情形,選項B正確;題圖中實線占百分比較大的分子速率較大,分子平均動能較大,根據溫度是分子平均動能的標志,可知實線對應于氧氣分子在100 ℃時的情形,選項C正確;根據分子速率分布圖可知,題圖中曲線給出了任意速率區間的氧氣分子數目占總分子數的百分比,不能得出任意速率區間的氧氣分子數目,選項D錯誤.
答案:ABC
2.[汽缸—活塞模型中氣體壓強的計算]如圖甲、乙所示兩個汽缸的質量均為M,內部橫截面積均為S,兩個活塞的質量均為m,圖甲中的汽缸靜止在水平面上,圖乙中的活塞和汽缸豎直懸掛在天花板下.兩個汽缸內分別封閉有一定質量的氣體A、B,大氣壓強為p0,重力加速度為g,求封閉氣體A、B的壓強各多大?
解析:題圖甲中選活塞為研究對象,受力分析如圖(a)所示,由平衡條件知pAS=p0S+mg,解得pA=p0+;
題圖乙中選汽缸為研究對象,受力分析如圖(b)所示,由平衡條件知p0S=pBS+Mg,
解得pB=p0-.
答案:p0+ p0-
考點 氣體實驗定律及理想氣體狀態方程的應用
典例3 (2023·全國甲卷)一高壓艙內氣體的壓強為1.2個大氣壓,溫度為17 ℃,密度為1.46 kg/m3.
(1)升高氣體溫度并釋放出艙內部分氣體以保持壓強不變,求氣體溫度升至27 ℃時艙內氣體的密度;
(2)保持溫度27 ℃不變,再釋放出艙內部分氣體使艙內壓強降至1.0個大氣壓,求艙內氣體的密度.
解析:(1)由攝氏溫標和熱力學溫標的關系可得T1=(273+17) K=290 K,T2=(273+27) K=300 K
由克拉珀龍方程pV=nRT可知nR=
其中n為封閉氣體的物質的量,即理想氣體的正比于氣體的質量,則==
其中p1=p2=1.2p0,ρ1=1.46 kg/m3,代入數據解得ρ2=1.41 kg/m3.
(2)由題意得p3=p0,T3=(273+27) K=300 K,同理可得==
代入數據解得ρ3=1.18 kg/m3.
答案:(1)1.41 kg/m3 (2)1.18 kg/m3
1.[應用狀態方程分析氣體圖像問題]如圖所示,一定質量的理想氣體從狀態A開始,經歷兩個過程,先后達到狀態B和C,A、B和C三個狀態的溫度分別為TA、TB和TC.下列說法正確的是(  )
A.TA=TB,TBB.TAC.狀態A到狀態B的過程中氣體分子的平均動能增大
D.狀態B到狀態C的過程中氣體的內能增大
解析:因A、B兩狀態壓強相同,但是VB>VA,根據=C,可知TApC,則 TB>TC,A、B錯誤.狀態A到狀態B過程中氣體溫度升高,則氣體分子的平均動能增大,C正確.狀態B到狀態C的過程中氣體的溫度降低,則內能減小,D錯誤.
答案:C
2.[氣體實驗定律的應用]工人澆筑混凝土墻壁時,內部形成了一塊氣密性良好且充滿空氣的空腔,墻壁導熱性能良好,且將空氣視為理想氣體,T=t+273 K.
(1)空腔內氣體的溫度變化范圍為-33~47 ℃,問空腔內氣體的最小壓強與最大壓強之比;
(2)填充空腔前,需要測出空腔的容積.在墻上鉆一個小孔,用細管(體積不計)將空腔和一個帶有氣壓傳感器的汽缸連通,形成密閉空間.當汽缸內氣體體積為1 L時,傳感器的示數為1.0 atm.將活塞緩慢下壓,汽缸內氣體體積為0.7 L時,傳感器的示數為1.2 atm.求該空腔的容積.
解析:(1)以空腔內的氣體為研究對象,最低溫度時,壓強為p1,T1=240 K;最高溫度時,壓強為p2,T2=320 K,根據查理定律可知=,解得==3∶4.
(2)設空腔的容積為V0,汽缸內氣體初始體積為V,以整個系統內的氣體為研究對象,則未下壓活塞時氣體的壓強p3=1.0 atm,體積V1=V0+V,V=1 L,下壓活塞后氣體的壓強p4=1.2 atm,體積V2=V0+V′,V′=0.7 L,根據玻意耳定律可知p3V1=p4V2,解得V0=0.8 L.
答案:(1)3∶4 (2)0.8 L(共42張PPT)
第2講 固體、液體和氣體
第十四章 熱 學
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