2020版物理新增分大一轮人教通用版讲义：第十三章热学第2讲

第2讲　固体、液体和气体

一、固体和液体
1.固体
(1)固体分为晶体和非晶体两类.石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是晶体.玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体.
(2)单晶体具有规则的几何形状，多晶体和非晶体没有规则的几何形状；晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点.
(3)有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象称为各向异性.非晶体和多晶体在各个方向的物理性质都是一样的，这叫做各向同性.
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)毛细现象：指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，毛细管越细，毛细现象越明显.
3.液晶
(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.
自测1　(多选)下列现象中，主要是液体表面张力作用的是(　　)
A.水黾可以停在水面上
B.小木船漂浮在水面上
C.荷叶上的小水珠呈球形
D.慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不会流下来
答案　ACD
二、饱和汽、饱和汽压和相对湿度
1.饱和汽与未饱和汽
(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.
2.饱和汽压
(1)定义：饱和汽所具有的压强.
(2)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.
3.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＝.
自测2　(多选)干湿泡温度计的湿泡温度计与干泡温度计的示数差距越大，表示(　　)
A.空气的绝对湿度越大
B.空气的相对湿度越小
C.空气中的水蒸气的实际压强离饱和程度越近
D.空气中的水蒸气的绝对湿度离饱和程度越远
答案　BD
解析　示数差距越大，说明湿泡的蒸发非常快，空气的相对湿度越小，即水蒸气的实际压强、绝对湿度离饱和程度越远，故B、D正确，A、C错误.
三、气体
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做气体的压强.
(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)宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，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)微观上讲，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.
3.气体实验定律

玻意耳定律
查理定律
盖—吕萨克定律
内容
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比
一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比
一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比
表
达
式
p1V1＝p2V2
＝或
＝
＝或
＝
图象




4.理想气体的状态方程
一定质量的理想气体的状态方程：＝或＝C.
自测3　对一定质量的气体来说，下列几点能做到的是(　　)
A.保持压强和体积不变而改变它的温度
B.保持压强不变，同时升高温度并减小体积
C.保持温度不变，同时增加体积并减小压强
D.保持体积不变，同时增加压强并降低温度
答案　C

命题点一　固体和液体性质的理解
1.晶体和非晶体
(1)单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性；
(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体；
(3)只要具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体；
(4)单晶体具有天然规则的几何外形，而多晶体和非晶体没有天然规则的几何外形，所以不能从形状上区分晶体与非晶体；
(5)晶体和非晶体不是绝对的，在某些条件下可以相互转化；
(6)液晶既不是晶体也不是液体.
2.液体表面张力
(1)形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间作用力表现为引力；
(2)表面特征：表面层中分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层张紧的弹性薄膜；
(3)表面张力的方向：和液面相切，垂直于液面上的各条分界线；
(4)表面张力的效果：使液体表面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形表面积最小.
例1　(多选)(2018·河北省衡水金卷模拟一)下列说法正确的是(　　)
A.在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关
B.脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液
C.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体
D.在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力的作用
E.在一定温度下，当人们感到潮湿时，水蒸发慢，空气的绝对湿度一定较大
答案　ABD
解析　在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关，选项A正确；脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液，选项B正确；烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明云母片的物理性质具有各向异性，云母片是单晶体，选项C错误；在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力的作用，选项D正确；在一定温度下，空气的相对湿度越大，水蒸发越慢，人就感到越潮湿，故当人们感到潮湿时，空气的相对湿度一定较大，但绝对湿度不一定大，故E错误.
变式1　(多选)(2018·河北省承德市联校期末)下列说法正确的是(　　)
A.晶体有固定的熔点
B.液晶既有液体的流动性，又有晶体的各向异性
C.物体吸收热量后，其温度一定升高
D.给自行车打气时气筒压下后反弹，是分子斥力造成的
E.雨水没有透过布质雨伞是因为液体表面张力的存在
答案　ABE
解析　晶体区别于非晶体的是晶体有固定的熔点，故A正确；液晶既有液体的流动性，又有晶体的各向异性，故B正确；物体吸收热量的同时，可能还对外做功，其温度不一定升高，故C错误；给自行车打气时气筒压下后反弹，是由于气体压强的原因，不是分子作用力的作用，故D错误；雨水没有透过布质雨伞是因为液体表面存在张力，从而不会透过雨伞，故E正确.
变式2　(多选)(2018·山东省青岛二中第二学段模考)下列说法正确的是(　　)
A.水的饱和汽压随温度的升高而增大
B.浸润和不浸润现象是液体分子间相互作用的表现
C.一定质量的0 ℃的水的内能大于等质量的0 ℃的冰的内能
D.气体的压强是由于气体分子间的相互排斥而产生的
E.一些昆虫可以停在水面上，是由于水表面存在表面张力的缘故
答案　ACE
解析　饱和汽压与液体种类和温度有关，温度越高，饱和汽压越大，故A正确；浸润与不浸润均是分子作用的表现，是由于液体的表面层与固体表面的分子之间相互作用的结果，故B错误；由于水结冰要放热，故一定质量的0 ℃的水的内能大于等质量的0 ℃的冰的内能，故C正确；气体的压强是由气体分子对容器壁的频繁碰撞引起，与分子数密度和分子平均动能有关，故D错误；小昆虫可以停在水面上，是由于水表面存在表面张力的缘故，故E正确.
变式3　(多选)(2018·河南省濮阳市第三次模拟)关于固体、液体和物态变化，下列说法正确的是(　　)
A.当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大
B.当分子间距离增大时，分子间的引力减小、斥力增大
C.一定质量的理想气体，在压强不变时，气体分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度升高而减少
D.水的饱和汽压随温度的升高而增大
E.叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用
答案　CDE
解析　在一定气温条件下，大气中相对湿度越大，水蒸发越慢，人就感受到越潮湿，故当人们感到潮湿时，空气的相对湿度一定较大，但绝对湿度不一定大，故A错误；分子间距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，故B错误；温度升高，分子对器壁的平均撞击力增大，要保证压强不变，分子单位时间对器壁单位面积的平均碰撞次数必减少，故C正确；饱和汽压与液体种类和温度有关，水的饱和汽压随温度的升高而增大，故D正确；叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用，故E正确.
命题点二　气体压强求解的“两类模型”
1.活塞模型
如图1所示是最常见的封闭气体的两种方式.

图1
对“活塞模型”类求压强的问题，其基本的方法就是先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程.图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0.由于活塞处于平衡状态，所以p0S＋mg＝pS.
则气体的压强为p＝p0＋.
图乙中的液柱也可以看成一“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以pS＋mg＝p0S.
则气体压强为p＝p0－＝p0－ρ液gh.
2.连通器模型
如图2所示，U形管竖直放置.根据帕斯卡定律可知，同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来.则有pB＋ρgh2＝pA.

图2
而pA＝p0＋ρgh1，
所以气体B的压强为
pB＝p0＋ρg(h1－h2).
例2　汽缸的横截面积为S，质量为m的梯形活塞上面是水平的，下面与右侧竖直方向的夹角为α，如图3所示，当活塞上放质量为M的重物时处于静止状态.设外部大气压强为p0，若活塞与缸壁之间无摩擦.重力加速度为g，求汽缸中气体的压强.

图3
答案　p0＋
解析　对活塞进行受力分析，如图所示

由平衡条件得p气S′＝
又因为S′＝
所以p气＝＝p0＋.
变式4　如图4中两个汽缸质量均为M，内部横截面积均为S，两个活塞的质量均为m，左边的汽缸静止在水平面上，右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下.两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A、B，大气压强为p0，重力加速度为g，求封闭气体A、B的压强各多大？

图4
答案　p0＋　p0－
解析　题图甲中选活塞为研究对象，受力分析如图(a)所示，由平衡条件知pAS＝p0S＋mg，
得pA＝p0＋
题图乙中选汽缸为研究对象，受力分析如图(b)所示，由平衡条件知p0S＝pBS＋Mg，
得pB＝p0－.

例3　若已知大气压强为p0，图5中各装置均处于静止状态，液体密度均为ρ，重力加速度为g，求各被封闭气体的压强.

图5
答案　甲：p0－ρgh　乙：p0－ρgh　丙：p0－ρgh
丁：p0＋ρgh1
解析　题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由平衡条件知p甲S＋ρghS＝p0S
所以p甲＝p0－ρgh
题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件知
pAS＋ρghS＝p0S
p乙＝pA＝p0－ρgh
题图丙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有
pA′S＋ρghsin 60°·S＝p0S
所以p丙＝pA′＝p0－ρgh
题图丁中，以A液面为研究对象，由平衡条件得
p丁S＝(p0＋ρgh1)S
所以p丁＝p0＋ρgh1.
变式5　竖直平面内有如图6所示的均匀玻璃管，内用两段水银柱封闭两段空气柱a、b，各段水银柱高度如图所示，大气压强为p0，重力加速度为g，求空气柱a、b的压强各多大.

图6
答案　pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3)　pb＝p0＋ρg(h2－h1)
解析　从开口端开始计算，右端大气压强为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).
命题点三　气体状态变化的图象问题
1.四种图象的比较
类别
特点(其中C为常量)
举例
p－V
pV＝CT，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－T
p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小

V－T
V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小


2.分析技巧
利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析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：(1)在图7甲中，V1对应虚线为等容线，A、B分别是虚线与T2、T1两线的交点，可以认为从B状态通过等容升压到A状态，温度必然升高，所以T2>T1.
(2)如图乙所示，A、B两点的温度相等，从B状态到A状态压强增大，体积一定减小，所以V2