2023届新高考物理一轮复习·选择性必修三第十四章 热学14-2 固体、液体和气体的性质

(1)将汽缸如图(b)竖直悬挂，缸内气体温度仍为T1，求此时缸内气体体积V2； (2)如图(c)所示，将汽缸水平放置，稳定后对汽缸缓慢加热，当缸内气体体积为 V3时，求此时缸内气体的温度。 解析：(1)图(a)状态下，对汽缸受力分析，如图 1 所示，则封 闭气体的压强为 p1＝p0＋mSg 当汽缸按图(b)方式悬挂时，对汽缸受力分析，如图 2 所示， 则封闭气体的压强为 p2＝p0－mSg 对封闭气体由玻意耳定律得 p1V1＝p2V2 解得 V2＝pp00SS＋ －mmggV1。
第2讲 固体、液体和气体的性质
一、固体和液体
1．固体
固体通常可分为晶体和非晶体，具体见下表：
比较
外形 熔点
晶体 单晶体 _规__则__
确定
物理性质
各向_异__性__
组成晶体的物质微粒有__规__则__地、周期性地
微观结构 在空间排列
注意：多晶体中每个小晶体间的排列无规则
非晶体 多晶体
不规则 不确定
各向_同__性___
()
A．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体
B．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质
C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体
解析：将一晶体敲碎后，得到的小颗粒仍是晶体，A错误。单晶体具有各向异性， 有些单晶体沿不同方向上的光学性质不同，B正确。金刚石和石墨由同种元素构 成，但由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，C正确。晶体与非晶体在一 定条件下可以相互转化，如天然水晶是晶体，熔融过的水晶(即石英玻璃)是非晶 体，也有些非晶体在一定条件下可转化为晶体，D正确。 答案：A
答案：D
3．[液体性质的理解]
下列说法正确的是
()
A．把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面上。这是由于针与水分子间存在斥 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．将玻璃管道裂口放在火上烧，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
3.气体分子的运动特点 (1)气体分子之间的距离远大于分子直径，气体分子之间的作用力十分微弱，可以
忽略不计。 (2)气体分子的速率分布，表现出“中间多，两头少”的统计分布规律。 (3)气体分子向各个方向运动的机会均等。 (4)温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的，速率的平均值也是确定的，
温度升高，气体分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大。
解析：在题图甲中，以高为 h 的液柱为研究对象，由平衡条件知 pAS＝－ρghS＋p0S， 所以 p 甲＝pA＝p0－ρgh；在题图乙中，以 B 液面为研究对象，由平衡条件有 pAS＋ρghS ＝p0S，得 p 乙＝pA＝p0－ρgh；在题图丙中，仍以 B 液面为研究对象，有 pAS＋ρghsin
2．[液晶的特性]
(2022·江西吉安联考)关于液晶，下列说法中正确的是
()
A．液晶是液体和晶体的混合物
B．所有物质都具有液晶态
C．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，本身能够发光
D．液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性
解析：液晶并不是液体和晶体的混合物，而是一种特殊的物质，A错误；液晶具
有液体的流动性，但不是所有物质都具有液晶态，B错误；液晶本身不能发光， C错误；液晶既像液体一样可以流动，又具有晶体各向异性的特性，所以液晶的 光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，D正确。
答ห้องสมุดไป่ตู้：甲：p0－ρgh
乙：p0－ρgh
丙：p0－
3 2 ρgh
丁：p0＋ρgh1 戊：pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3) pb＝p0＋ρg(h2－h1)
3．[加速状态下封闭的气体]
如图所示，汽缸质量是M，活塞质量是m，不计缸内气体的质
量，汽缸置于光滑水平面上，当用一水平外力F拉动活塞时，
活塞和汽缸能保持相对静止向右加速，求此时缸内气体的压
(2)液晶 ①液晶分子既保持排列有序而显示各向__异__性__，又可以自由移动位置，保持了液体 的__流__动__性__。 ②液晶分子的位置无序使它像__液__体___，排列有序使它像_晶__体___。
③液晶分子的排列从某个方向看比较整齐，而从另外一个方向看则是杂__乱__无__章____的。
二、气体
强有多大？(活塞横截面积为S，大气压强为p0，不计一切摩擦) 解析：以活塞和汽缸为研究对象，根据牛顿第二定律
加速度为：a＝M＋F m
①
以汽缸为研究对象，再根据牛顿第二定律得
p0S－pS＝Ma
缸内气体的压强 p＝p0－MS a
②
由①、②式联立可得：p＝p0－MF＋MmS。
答案：p0－MF＋MmS
(三) 气体状态变化的图像问题 气体的四类“等值变化”图像的比较
D．漂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：题述现象都是表面张力的原因，C正确。 答案：C
4．[气体分子运动的特点] 氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比 随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法错误的是 ( )
能是多晶体，也可能是非晶体。
2.液体表面张力的理解
表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的 形成原因
相互作用力表现为引力 表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像 表面特性 一层绷紧的弹性薄膜 表面张力 和液面相切，垂直于液面上的各条分界线 的方向 表面张力 表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小， 的效果 而在体积相同的条件下，球形的表面积最小
2．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。
[多维训练] 1．[“活塞＋汽缸”封闭的气体]
(2021·湖北高考)质量为m的薄壁导热柱形汽缸，内壁光滑，用横截面积为S的 活塞封闭一定量的理想气体。在下述所有过程中，汽缸不漏气且与活塞不脱 离。当汽缸如图(a)竖直倒立静置时。缸内气体体积为V1，温度为T1。已知重 力加速度大小为g，大气压强为p0。
(√ )
(8)石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同。( √)
(9)金刚石具有确定的熔点，石墨没有确定的熔点。
(×)
(10)晶体在熔化过程中吸收热量破坏空间点阵结构，增加分子势能。
(√ )
(一) 固体、液体、气体性质的理解
[题点全练通]
1．[晶体与非晶体的比较]
下列说法错误的是
3．气体实验定律
类别
玻意耳定律
表达式
p1V1＝p2V2
查理定律 Tp11＝Tp22或pp12＝TT12
盖-吕萨克定律 VT11＝VT22或VV12＝TT12
图像
4．理想气体的状态方程 (1)表达式：pT1V1 1＝pT2V2 2或pTV＝C。 (2)适用条件：一定质量的理想气体。
微点判断
(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。
A．图中两条曲线下面积相等 B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形 C．图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形 D．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
解析：根据气体分子单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率 的变化曲线的意义可知，题图中两条曲线下面积相等，A正确；题图中虚线占百 分比较大的分子速率较小，所以对应于氧气分子平均动能较小的情形，B正确； 题图中实线占百分比较大的分子速率较大，分子平均动能较大，根据温度是分子 平均动能的标志，可知实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形，C正确；根据分 子速率分布图可知，题图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目占总分子数 的百分比，不能得出任意速率区间的氧气分子数目，D错误。 答案：D
[注意] 上表中各个常量“C”意义有所不同。可以根据pV＝nRT确定各 个常量“C”的意义。
[多维训练] 1 ．[气体的p-V图像问题]
(2021·福建高考)如图，一定质量的理想气体由状态A变化到状 态B，该过程气体对外________(填“做正功”“做负功”或 “不做功”)，气体的温度________(填“升高”“降低” “先升高后降低”“先降低后升高”或“始终不变”)。 解析：该过程气体体积增大，对外做正功。由题图可知，从状态 A 到状态 B， p 与 V 的乘积先增大后减小，根据理想气体状态方程pTV＝C，可知气体的温度 先升高后降低。
( ×)
(2)单晶体有天然规则的几何形状，是因为单晶体的物质微粒是规则排列的。( √ )
(3)液晶是液体和晶体的混合物。
( ×)
(4)草叶上的小露珠呈球形是表面张力作用的结果。
(√ )
(5)缝衣针浮于水面上是由于液体的表面张力作用。
(√ )
(6)任何气体都遵从气体实验定律。
(× )
(7)理想气体是理想化的物理模型，其内能只与气体温度有关，与气体体积无关。
(2)当汽缸按图(c)的方式水平放置时，封闭气体的压强为 p3＝p0 由理想气体状态方程得pT1V1 1＝pT3V3 3 解得 T3＝p0pS0＋SVm3Tg1V1。
答案：(1)pp00SS＋ －mmggV1 (2)p0pS0＋SVm3Tg1V1
2．[“液柱＋管”封闭的气体] 若已知大气压强为 p0，在下图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为 ρ，求被封 闭气体的压强。
1．气体压强 (1)产生的原因
由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作 用在器壁_单__位__面__积__上____的压力叫作气体的压强。 (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__。 2．理想气体 (1)宏观模型：在任何条件下始终遵守__气__体__实__验__定__律__的气体。 [注意] 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)微观模型：理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，即分子间无__分__子__势__能__。
无规则
2．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到表面积_最__小___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大小：液体的温度越高，表面张力_越__小__；液体中溶有杂质时，表面张力__变__小__； 液体的密度越大，表面张力_越__大___。
类别
特点(其中 C 为常量)
举例
pV＝CT，即 pV 之积越大的等温线温
等
p-V 图像 度越高，线离原点越远
温
变 化
p-V1图像 p＝CTV1，斜率 k＝CT，即斜率越大，
温度越高
等容变化： p＝CVT，斜率 k＝CV，即斜率越大，体 p-T 图像 积越小
等压变化： V＝CpT，斜率 k＝Cp，即斜率越大，压 V-T 图像 强越小
(二) 封闭气体压强的计算
1．平衡状态下封闭气体压强的求法 力平 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 衡法 液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强 等压 在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。液 面法 体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强 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 液片法 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
[要点自悟明] 1．区别晶体和非晶体的方法 (1)要判断一种物质是晶体还是非晶体，关键是看有无确定的熔点，有确定熔点的
是晶体，无确定熔点的是非晶体。 (2)几何外形是指自然生成的形状，若形状规则，是单晶体；若形状不规则，有两
种可能，即为多晶体或非晶体，凭此一项不能最终确定物质是否为晶体。 (3)从导电、导热等物理性质来看，物理性质各向异性的是单晶体，各向同性的可
60°S＝p0S，所以 p 丙＝pA＝p0－ 23ρgh；在题图丁中，以液面 A 为研究对象，由平衡 条件得 pAS＝(p0＋ρgh1)S，所以 p 丁＝pA＝p0＋ρgh1；在题图戊中，从开口端开始计 算：右端为大气压 p0，同种液体同一水平面上的压强相同，所以 b 气柱的压强为 pb ＝p0＋ρg(h2－h1)，而 a 气柱的压强为 pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)。