2024年高考物理第一轮复习课件：第十四章 第2讲　固体、 液体和气体

这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：第十四章 第2讲　固体、 液体和气体，共60页。PPT课件主要包含了流动性，杂乱无章，单位面积上，密集程度，气体实验定律，分子势能，答案A，封闭气体压强的计算等内容，欢迎下载使用。

[自主落实]一、固体和液体1．固体固体通常可分为晶体和非晶体，其结构和性质见下表：
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____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____。③大小：液体的温度越高，表面张力____；液体中溶有杂质时，表面张力____；液体的密度越大，表面张力____。(2)液晶①液晶分子既保持排列有序而显示各向____，又可以自由移动，保持了液体的______。
②液晶分子的位置无序使它像_____，排列有序使它像_____。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_________的。二、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___________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____。②微观上：决定于分子的平均动能和分子的________。2．理想气体(1)宏观模型：在任何条件下始终遵守_____________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________。
[自我诊断]一、判断题(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。( )(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。( )
二、选择题2．关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是(　　)A．各向同性的物质一定没有确定的熔点B．晶体熔化时温度和内能都不变C．通常的金属材料是各向同性的，所以这些金属都是非晶体D．晶体和非晶体在一定的条件下可以相互转化
3．关于草、树叶上的露珠呈球形的原因，下列说法中正确的是 (　　)A．露珠呈球形只是因为重力的作用B．露珠受到重力的影响比表面张力小得多，露珠呈球形只能是因为表面张力的作用C．重力和表面张力互相平衡，露珠呈球形是因为水的黏合力D．露珠呈球形是因为重力和表面张力的同时作用
4．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
对固体、液体、气体性质的理解
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)只要是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。
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。
【例1】　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，这是因为它所受的重力与浮力相等B．在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会呈球状，是因为液体内分子间有相互吸引力C．将玻璃管裂口放在火上烧，它的尖端会变圆，是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D．漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是油滴液体呈各向同性的缘故
[解析]　针浮在水面上是水的表面存在表面张力的缘故，故选项A错误；宇宙飞船处于完全失重状态，一大滴水银会呈球状，是因为水银液滴表面仅在表面张力的作用下有收缩为球形的趋势，而不是因为液体内分子间有相互吸引力，故选项B错误；熔化的玻璃尖端变圆是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，C正确；漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴在表面张力的作用下，表面要收缩到最小的缘故，而不是油滴液体呈各向同性，D错误。
【例2】　(2022·福建福州模拟)如图所示，ACBD是一厚度均匀的由同一种微粒构成的圆板，AB和CD是互相垂直的两条直径。在圆板所处平面内把圆板从图示位置转90°后电流表示数发生了变化(两种情况下都接触良好)。关于圆板，下列说法正确的是(　　)A．圆板是非晶体B．圆板是多晶体C．圆板是单晶体D．不知道有无固定熔点，无法判断圆板是晶体还是非晶体
[解析]　转过90°后电流表示数发生变化，说明圆板电阻的阻值发生变化，即显示各向异性。多晶体和非晶体都显示各向同性。故C正确。
【例3】　(2022·湖北武汉模拟)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．液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性C．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，能够发光D．所有物质都具有液晶态
[解析]　液晶并不是指液体和晶体的混合物，而是一种特殊的物质，液晶像液体一样具有流动性，液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，故A错误，B正确；当液晶通电时导通，排列变得有秩序，使光线容易通过，不通电时排列混乱，阻止光线通过，所以液晶的光学性质随外加电压的变化而变化，液晶并不发光，故C错误；不是所有的物质都有液晶态，故D错误。
【例4】　氧气分子在不同温度下的速率分布规律如图所示，横坐标表示速率，纵坐标表示某一速率内的分子数占总分子数的百分比。由图可知(　　)
A．同一温度下，氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律B．随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大C．随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例增大D．①状态的温度比②状态的温度高
[解析]　由题图可知，同一温度下，氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律，A正确；随着温度的升高，绝大部分氧气分子的速率都增大，但有少量分子的速率可能减小，B错误；随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例减小，故①状态的温度比②状态的温度低，C、D错误。
1．平衡状态下气体压强的求法(1)力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强。(2)液片法：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。
(3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间连通)同一深度处压强相等，液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强。2．连通器模型用液柱封闭一定质量的气体，如图所示。平衡时对气体A有pA＝p0＋ρgh1；对气体B有pB＋ρgh2＝pA＝p0＋ρgh1，所以pB＝p0＋ρg(h1－h2)。
【例5】　若已知大气压强为p0，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。
【例6】　图甲、乙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，图甲中的汽缸静止在水平面上，图乙中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，不计活塞与汽缸壁之间的摩擦。求封闭气体A、B的压强各多大？
1．(汽缸处于静止状态)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。
2．(汽缸处于加速状态)如图所示，一汽缸水平固定在静止的小车上，一质量为m、横截面积为S的活塞将一定量的气体封闭在汽缸内，平衡时活塞与汽缸底相距为L。现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动，稳定时发现活塞相对于汽缸移动的距离为d。已知大气压强为p0，不计汽缸和活塞间的摩擦，且小车运动时，大气对活塞的压强仍可视为p0，整个过程温度保持不变。求小车加速度的大小。
解析：设小车加速度大小为a，稳定时汽缸内气体的压强为p1，则活塞受到汽缸内、外气体的压力分别为F1＝p1S，F0＝p0S由牛顿第二定律得F1－F0＝ma小车静止时，在平衡状态下，汽缸内气体的压强应为p0，由玻意耳定律得p1V1＝p0V0式中V0＝SL，V1＝S(L－d)
气体状态变化的图像问题
[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。
2．气体状态变化图像的分析方法(1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像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；图像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)明确图像斜率的物理意义：在V-T图像(p-T图像)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。
【例7】　如图所示，一定质量的理想气体，沿状态A、B、C变化，下列说法错误的是(　　)A．沿A→B→C变化，气体温度不变B．A、B、C三状态中，B状态气体温度最高C．从A→B，气体压强减小，温度升高D．从B→C，气体密度减小，温度降低
【例8】　如图所示，一定质量的理想气体，从图示A状态开始，经历了B、C状态，最后到D状态。下列判断中正确的是(　　)A．A→B温度升高，压强变大B．B→C体积不变，压强变大C．B→C体积不变，压强不变D．C→D体积变小，压强变大
【例9】　如图所示，一汽缸固定在水平地面上，用重力不计的活塞封闭着一定质量的气体。已知汽缸不漏气，活塞移动过程中与汽缸内壁无摩擦。初始时，外界大气压强为p0，活塞紧压小挡板。现缓慢升高汽缸内气体的温度，则下列图中能反映汽缸内气体的压强p随热力学温度T变化的图像是(　　)
[解析]　当缓慢升高汽缸内气体温度时，开始一段时间气体发生等容变化，根据查理定律可知，缸内气体的压强p与汽缸内气体的热力学温度T成正比，在p-T图像中，图线是过原点的倾斜直线；当活塞开始离开小挡板时，缸内气体的压强等于外界的大气压，气体发生等压膨胀，在p-T图像中，图线是平行于T轴的直线，B正确。
3．(气体图像的转换问题)(2022·山东济南质检)一定质量的理想气体由状态A变为状态D，其变化路径如图甲所示。已知状态D的压强是2×104 Pa。
(1)求状态A的压强；(2)请在图乙中画出该状态变化过程的p-T图像，并分别标出A、B、C、D各个状态，不要求写出计算过程。
答案：(1)4×104 Pa　(2)图见解析
实验：探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
2．实验器材带铁夹的铁架台、注射器、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、橡胶套、刻度尺。3．实验步骤(1)如图所示组装实验器材。
(2)利用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭。(3)把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据。空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V。空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取。
【例13】　(2022·北京海淀区模拟)如图所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下：
①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来；②移动活塞至某一位置，记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1；③重复上述步骤②，多次测量并记录；④根据记录的数据，作出相应图像，分析得出结论。
(1)关于本实验的基本要求，下列说法中正确的是______(选填选项前的字母)。A．移动活塞时应缓慢一些B．封闭气体的注射器应密封良好C．必须测出注射器内封闭气体的质量D．气体的压强和体积必须用国际单位
过原点的倾斜直线(或正比例函数直线)
(3)在不同温度环境下，另一位同学重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确。环境温度分别为T1、T2，且T1＞T2。在如图所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之间关系的是_______(选填选项的字母)。
[解析]　(1)移动活塞时应缓慢一些，以保证气体的温度不变，选项A正确；封闭气体的注射器应密封良好，要保证气体的质量不变，选项B正确；等温变化的规律为p1V1＝p2V2，实验中不必测出气体的质量，但必须测出注射器内封闭气体的体积，选项C错误；气体的压强和体积使用同一单位制的单位即可，不是必须用国际单位，选项D错误。
1．玻意耳定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小。
气体实验定律的微观解释
(2)微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积越小，分子的数密度越大，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大，如图所示。
2．查理定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小。(2)微观解释：体积不变，则分子数密度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示。
3．盖-吕萨克定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大；温度降低，体积减小。(2)微观解释：温度升高，分子平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需影响压强的另一个因素，即分子的数密度减小，所以气体的体积增大，如图所示。
【例14】　如图所示，一绝热汽缸由导热隔板分为左右两部分，隔板可沿汽缸内壁无摩擦滑动，汽缸两侧充有同种气体(可视为理想气体)。缓慢推动绝热活塞压缩右侧气体，当左右两侧气体达到新的热平衡时，以下说法正确的是(　　)A．两侧气体的温度相等B．左侧气体分子的平均速率大于右侧气体分子的平均速率C．右侧气体压强大于左侧气体压强D．汽缸内每个气体分子的动能均相等
[解析]　由热平衡定律可知，当左右两侧气体达到新的热平衡时，两侧气体温度相等，故A正确；温度是分子平均动能的标志，所以两侧气体分子的平均动能相等，由于汽缸两侧充有同种气体，则两侧气体分子的平均速率相等，故B错误；当左右两侧气体达到新的热平衡时，右侧气体压强等于左侧气体压强，故C错误；两侧气体分子的平均动能相等，但不能说明汽缸内每个气体分子的动能均相等，故D错误。
【例15】　某学生在水瓶中装入半瓶热水盖紧瓶盖，一段时间后，该同学发现瓶盖变紧。其本质原因是单位时间内瓶盖受到瓶内气体分子的撞击次数________(选填“增加”“减少”或“不变”)，瓶内气体分子平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)。[解析]　随着温度降低，内部气体的压强变小，瓶盖变紧。由于温度降低，则分子平均动能减小；由于平均动能减小，分子平均速率减小，则在其他条件不变的情况下，单位时间内瓶盖受到瓶内气体分子的撞击次数减少。