高二物理第二三四章固体液体气体鲁教版知识精讲

1、用心 爱心 专心高二物理高二物理第二、三、四章第二、三、四章 固体、液体、气体固体、液体、气体鲁教版鲁教版【本讲教育信息本讲教育信息】一. 教学内容：33 第二、三、四章 固体、液体、气体二. 知识重点：1. 固体的微观结构，晶体和非晶体2. 液晶的微观结构3. 液体的表面张力现象4. 气体实验定律（气体三定律和气体状态方程）5. 理想气体三. 知识难点：1. 熟练掌握气体三定律和状态方程，能够应用公式计算。2. 掌握 pv；p1/v；pt；vt 图像的性质，明确气体状态变化过程。3. 对液体表面张力的理解，对晶体微观结构的理解。（一）固体的微观结构，晶体和非晶体固体分为晶体和非晶体，晶体又可

2、分为单晶体和多晶体. 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，物理特性各向异性。多晶体：整体没有规则的几何外形，物理特性各向同性。3. 晶体的结合类型：离子晶体离子键nacl 6na6cl原子晶体共价键sio2 正四面体，si4o金属晶体金属键cu 正方体各个顶角和对角线交点，1cu12cu4. 同一种物质微粒在不同条件下可能生成不同的晶体：例如：金刚石，石墨，c60例 1. 在两片质料不同的均匀的薄片上涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针分别接

3、触两薄片的中心，结果薄片 a 上熔化的石蜡呈圆形，薄片 b 上熔化的石蜡呈椭圆形，由此可以断定（ ）a. a 一定是晶体b. b 一定是晶体c. a 一定不是晶体d. a 一定不是单晶体答案：答案：bd（二）液晶的微观结构1. 液晶：物理学中把这种既具有像液体那样的流动性和连续性，又具有晶体那样的各向物理异性特点的流体，叫做液晶。用心 爱心 专心2. 液晶的分类和特点：向列型分子呈长棒型长度相同但无规律排放液晶显示器胆甾型分层排布呈螺旋型结构测温（温度升高，由红变紫）近晶型分层排布每层有序排列例 2. 关于液晶的结构和性质下列说法正确的是（ ）a. 液晶分子空间排列是稳定的b. 向列型液晶是分

4、层呈旋转结构排列的，胆甾型液晶是无规律排列的c. 向列型液晶多用于液晶显示器，胆甾型液晶可以用来测量温度d. 液晶的化学性质可以随温度，所加的电压变化而变化答案：答案：cd（三）液体的表面张力现象1. 表面张力：液体表面各部分相互吸引的力叫做表面张力。2. 表面张力的微观解释：3. 表面张力的作用使液体表面具有收缩的趋势，液体就像被绷紧的弹性膜覆盖着。4. 液滴在表面张力的作用下呈球形这是因为在体积相同的各种形状中，球形的表面积最小。若液滴过大，在重力的作用下往往呈椭球形。例 3. 下列现象中，表面张力起作用的是（ ）a. 小缝衣针漂浮在水面上b. 池塘里的小昆虫在水面上自由的行走c. 树叶晶

5、莹的露珠d. 吹出来的肥皂泡答案：答案：abcd（四）气体的实验定律，理想气体1. 理想气体的状态参量：理想气体：始终遵循三个实验定律（玻意耳定律、查理定律、盖吕萨克定律）的气体。描述一定质量理想气体在平衡态的状态参量为：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. 理想气体的内能仅与温度有关。求解下面各种状态下的压强大小（1）pa=p0，（2）pb=p0+ph，用心 爱心 专心（3）pc=p0ph。 强调处理上述问题

6、的思路方法：（1）等压面法（取小“液片”平衡） ，（2）液柱（活塞）平衡法：pxs=p0sghs（mg） 。例 4. 在一端封闭粗细均匀的竖直放置的 u 形管内，有密度为 的液体封闭着两段气柱a、b，大气压强为 p0，各部分尺寸如所示，求 a、b 气体的压强？解法解法 1：取液柱 h1为研究对象. 设管的横截面积为 s，h1受到向下的重力 gsh1，a气体向下的压力 pas，大气向上的压力 p0s，因为 h1静止，所以10a01aghppspgshsp再取液柱 h2为研究对象，由帕斯卡定律，h2上端受到 a 气体通过液体传递过来的向下的压力 pas，b 气体向上的压力 pbs，液柱自身重力 g

7、sh2，由于液柱静止，则210bb2aghghppspgshsp解法解法 2：求 pb时，由连通器的知识可知，同种液体在同一水平面上的压强处处相等，取同一水平面 cd，则210b2baghghppghspp2. 玻马定律及其相关计算：（1）玻马定律的内容是：一定质量的某种气体，在温度不变时，压强和体积的乘积是恒量。（2）表达式： p1v1=p2v2=k（3）图像：用心 爱心 专心讨论：上面的 pv 图中，a、b 表示一定质量的某种气体的两条等温线，则 tatb（填、=、，一定质量的某种气体的 pv 图像上的等温线越向右上方，温度越高，即 pv 的乘积越大。气体性质计算题基本解题思路可概括为四句

8、话：1. 选取研究对象. 它可以是由两个或几个物体组成的系统或全部气体和某一部分气体。（状态变化时质量必须一定。）2. 确定状态参量. 对功热转换问题，即找出相互作用前后的状态量，对气体即找出状态变化前后的 p、v、t 数值或表达式。3. 认识变化过程. 除题设条件已指明外，常需通过研究对象跟周围环境的相互关系确定。4. 列出相关方程.例 5. 一根长度为 1m，一端封闭的内径均匀的细直玻璃管，管内用 20cm 长的水银柱封住一部分空气. 当管口向上竖直放置时，被封住的空气柱长 49cm. 问缓慢将玻璃旋转，当管口向下倒置时，被封住的空气柱长度是多少？假设 p0=76cmhg，气体温度不变.

9、错解：错解：对例题 5 大多数学生做出如下解答：p1=p0+h=76+20=96（cmhg）v1=49sp2=p0h=7620=56（cmhg）v2=hsp1v1=p2v2所以 h=84（cm）正确解析：正确解析：解答到此，有部分同学意识到此时空气柱加水银柱的长度h+h=84+20=104（cm）已大于玻璃管的长度 1m 了，说明水银早已经溢出！所以，管倒置后，p2=p0hv2=hs，h+h=l所以 h=18.5（cm），h=81.5（cm）3. 等容过程查理定律（1）内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度每升高（或降低） 1，增加（或减少）的压强等于它 0时压强的 1/273. 一定

10、质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强和热力学温标成正比。（2）表达式：数学表达式是：221100ttptp273ptpp4. 等压变化盖吕萨克定律（1）内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积和热力学温标成正比. 用心 爱心 专心（2）5. 气体状态方程：pv/t=恒量111tvp=222tvp说明说明（1）一定质量理想气体的某个状态，对应于 pv（或 pt、vt）图上的一个点，从一个状态变化到另一个状态，相当于从图上一个点过渡到另一个点，可以有许多种不同的方法。如从状态 a 变化到 b，可以经过许多不同的过程。为推导状态方程，可结合图象选用任意两个等值过程较为方便。（2）当气体

11、质量发生变化或互有迁移（混合）时，可采用把变质量问题转化为定质量问题，利用密度公式、气态方程分态式等方法求解。例 6. 一根内径均匀，一端封闭，另一端开口的直玻璃管，长 l=100cm，用一段长h=25cm 的水银柱将一部分空气封在管内，将其开口朝上竖直放置，被封住的气柱长l0=62.5cm。这时外部的大气压 p0=75cmhg,环境温度 t0=23，见下图，现在使气柱温度缓慢地逐渐升高，外界大气压保持不变，试分析为保持管内被封气体具有稳定的气柱长，温度能升高的最大值，并求出这个温度下气柱的长。解析：解析：这是一个关于气体在状态变化过程中，状态参量存在极值的问题，首先，对过程进行分析，当管内气

12、体温度逐渐升高时，管内气体体积要逐渐增大，气体压强不变，pv值在增大。当上水银面升到管口时，水银开始从管内排出，因为tpv=c，当管内水银开始排出后，空气柱体积增大，而压强减小，若 pv 值增大，则温度 t 继续升高，当 pv 值最大时温度最高。如果温度再升高不再满足tpv=c，管内气体将不能保持稳定长度。选取封闭气体为研究对象，在温度升高过程中，可分成两个过程研究。第一过程：从气体开始升温到水银升到管口，此时气体温度为 t，管的横截面积为s，此过程为等压过程，根据盖吕萨克定律有：00tsl=tsl所以 t=0llt0其中：t0=t0+273=250k l=75cm l0=62.5cm。代入数

13、据解得 t=300（k）第二过程，温度达到 300k 时，若继续升温，水银开始溢出，设当温度升高到 t时，因水银溢出使水银减短了 x，此过程气体的三个状态参量 p、v、t 均发生了变化。p1=p0+h=75+25=100（cmhg） v1=ls=7.5st1=300k用心 爱心 专心p2=（p0+hx）=（100 x）cmhg v2=（75+x）st2=?根据状态方程111tvp=222tvp则有30075100s=2)75()100(tsxx所以 t2=251（100 x） （75+x）=251 x2+x+300根据数学知识得 当 x=12.5m 时 t2取得最大值，且最大值 t2max=3

14、06.25k 即当管内气体温度升高到 t2max=33.25时，管内气柱长为 87.5cm。例 7. 如图所示，两端封闭、粗细均匀的细玻璃管，中间用长为 h 的水银柱将其分为两部分，分别充有空气，现将玻璃管竖直放置，两段空气柱长度分别为 l1，l2，已知 l1l2，如同时对它们均匀加热，使之升高相同的温度，这时出现的情况是：（ ）a. 水银柱上升b. 水银柱下降c. 水银柱不动d. 无法确定错解分析：错解：错解分析：错解：假设两段空气柱的压强 p1，p2保持不变，它们的初温为 t 当温度升高t 时，空气柱 1 的体积由 v1增至 v1；，增加的体积v1=v1v1，考虑到空气柱的总长度不变，空气

15、柱 2 的体积从 v2增至 v2，且v2=vv2，由盖吕萨克定律得：在 t，t 都同的情况下，因为 v1v2，所以v1v2，所以，水银柱应向下移动。选 b。这道题因为初温一样，又升高相同的温度，所以比较液柱移动，可能有两种假设，一种为设压强不变，另一种是设体积不变。而上述解法中假定压强不变而导出水银柱下降这本身就是自相矛盾的。水银柱的移动情况是由水银柱的受力情况决定的，而受力情况是由两边压强的大小决定的，因此不能假设压强不变。正确解析：正确解析：假定两段空气柱的体积不变，即 v1，v2不变，初始温度为 t，当温度升高t 时，空气柱 1 的压强由 p1增至 p1，p1=p1p1，空气柱 2 的压

16、强由 p2增至 p2，p2= p2p2。由查理定律得：因为 p2=p1+hp1，所以p1p2，即水银柱应向上移动。所以正确答案应选 a。用心 爱心 专心小结：（1）这类题目只能按等容过程求解。因为水银柱的移动是由于受力不平衡而引起的，而它的受力改变又是两段空气柱压强增量的不同造成的，所以必须从压强变化入手。压强的变化由压强基数（即原来气体的压强）决定，压强基数大，升高相同的温度，压强增量就大。同理，若两段空气柱同时降低相同的温度，则压强基数大的，压强减少量大。就本题而言，水银柱将向下移动。（五）图像问题： 利用图象研究气体性质是一个重要的方法。利用图象常可使物理过程得到直观、形象的反映，往往使

17、对问题的求解更为简便。对物理图象的要求，不仅是识图、用图，而且还应变图即作图象变换。如图 pv 图变换成 pt 图或 vt 图等例 8. 一定质量的理想气体的三个状态在 vt 图上用 a，b，c 三个点表示，如图所示。试比较气体在这三个状态时的压强 pa，pb，pc的大小关系有： a. pcpbpab. papcpbc. pcpapbd. 无法判断。错解分析：错解一：错解分析：错解一：因为一定质量的理想气体压强与温度成正比，哪个状态对应的温度高，在那个状态时，气体的压强就大，即 tctatb，所以有 pcpapb，应选 c。错解二：因为一定质量的理想气体的压强与体积成反比，体积越大，压强越小，

18、从图上可以看出：vavcvb，所以 papcpb，应选 b。以上两种错解，从分析思路上讲都错了，都没有了解到气体状态的三个参量（p，v，t）之间两两定量关系是有条件的。如压强与温度（当然应为热力学温度 t）成正比的条件是体积不变，而压强与体积成反比的条件应是温度不变。如果不考虑第三个参量，而单纯只讲两个参量之间的关系，显然只能导致错误的结果，同时也培养了错误的思考问题方式，是不可取的。当第三个参量不是定量时，三者之间的关系只能是：ctpv，要综合分析考虑。正确解答：正确解答：因为所给的是 vt 图，a，b，c 三点的温度体积都不一样，要想比较三个状态的压强，可以利用 vt 图上的等压线辅助分析

19、。在 vt 图上，等压线是一条延长线过原点的直线，可以通过 a，b，c 三点做三条等压线分别表示三个等压过程，如下图所示。一定质量的理想气体在等压过程中压强保持不变，体积与温度成正比，为了比较三个等压线所代表的压强的大小，可以做一条等温线（亦可作一条等容线，方法大同小异，以下略） ，使一个等温过程与三个等压过程联系起来，等温线（温度为 t）与等压线分别交于 a，b，c，在等温过程中，压强与体积成反比（玻意耳定律） ，从图上可以看出：vavbvc，所以可以得出结论：papbpc，而 a与 a，b 与 b，c 与 c 分别在各自的等压线上，即 pa=pa，pb=pb，pc=pc，所以可以得出结论，

20、即 papbpc，所以正确答案为 a。用心 爱心 专心例 9. 如图甲所示，已知一定质量的理想气体，从状态 1 变化到状态 2。问：气体对外是否做功？甲错解分析：错解一：错解分析：错解一：因为判断不了气体体积情况，所以无法确定。错解二：错解二：因为 1 状态与 2 状态在一条直线上. 而 pt 坐标上的等容线是直线. 所以状态 1 与状态 2 的体积相等，气体对外不做功。错解一是不会应用等容线，不知道如何利用 pv 图比较两个状态的体积，因而感到无从下手。错解二是把等容线的概念弄错了，虽然状态 1 和状态 2 在一条直线上，但并不是说pt 图上的所有直线都是等容线。只有延长线过原点的直线才表示

21、一个等容过程。而此题的状态 1 与状态 2 所在的直线就不是一条等容线。正确解答：正确解答：如图乙所示，分别做出过 1 和 2 的等容线和，由图可知，直线的斜率大于直线的斜率，则 vv，即 v2v1，所以，从状态 1 变化到状态 2，气体膨胀对外做功了。乙小结：从此题的解答可以看到，利用图象帮助解决问题，有时是很方便的，但这种方法首先必须按图象有一个清楚的了解，只有在“识别”图象的基础上，才能准确地“运用”图像。（六）气缸类问题：例 10. 如图所示，有一圆筒形气缸静置在地上，气缸圆筒的质量为 m，活塞及手柄的质量为 m，活塞截面积为 s。现用手握住活塞手柄缓慢地竖直向上提，求气缸刚离地时缸内

22、封闭气体的压强。 （当时的大气压强为 p0，当地的重力加速度为 g，活塞缸壁的摩擦不计，活塞未脱离气缸） 。用心 爱心 专心解析：解析：此题是一道力热综合问题，对气体是等温变化过程，对活塞、气缸是力学平衡问题，并且气缸在提离地面时，地面对其支持力为零。欲求气缸刚离地时缸内封闭气体的压强 p封气，把气缸隔离出来研究最方便。气缸受竖直向下的重力 g缸（大小等于 mg） ，封闭气体竖直向下的压力 f封气（大小等于 p封气s） ，大气竖直向上的压力 f大气（大小等于 p0s） 。由平衡条件，有f大气g缸f封气=0即 p0smgp封气s=0p封气=p0smg例 11. 如图所示，一端开口的圆筒中插入光滑

23、活塞，密闭住一段理想气体，其状态参量为 p0，v0，t0，在与外界无热交换的情况下，先压缩气体到 p1，v1，t1状态，再让气体膨胀到 p2，v2，t2状态，若 v1v0v2，则 a. t1t0t2 b. t1=t0=t2 c. t1t0t2 d. 无法判断解析：解析：从题目给出的条件，v1v0v2和“与外界无热交换”，根据热力学第一定律，我们可以知道，从 v0v1的过程，气体体积减小，外界对气体做功，而系统吸放热为零，则内能一定增加，理想气体内能增加意味着温度增加，所以 t1t0。从状态 1 经过状态 0到状态 2，气体体积膨胀，气体对外做功，内能减少，温度降低，所以 t0t2，结果为t1t

24、0t2。本题的正确答案为 a。例 12. 容积 v=20l 的钢瓶充满氧气后，压强为 p=30atm，打开钢瓶阀门，让氧气分装到容积为 v=5l 的小瓶子中去。若小瓶子已抽成真空，分装到小瓶中的氧气压强均为p=2atm 压。在分装过程中无漏气现象，且温度保持不变，那么最多可能装的瓶数是： a. 4 瓶 b. 50 瓶 c. 56 瓶 d. 60 瓶错解分析：错解：错解分析：错解：设可充气的瓶子数最多为 n，利用玻意耳定律得：pv=npv用心 爱心 专心所以答案应为 d。上述解答中，认为钢瓶中的气体全部充入到小瓶中去了，事实上当钢瓶中气体的压强随着充气过程的进展而下降，当钢瓶中的气体压强降至 2

25、atm 时，已无法使小瓶继续充气，达到 2atm，即充最后一瓶后，钢瓶中还剩下一满瓶压强为 2atm 的气体。正确解答：正确解答：设最多可装的瓶子数为 n，由玻意耳定律得：pv=pv+npv解得：n=56（瓶）所以本题的正确答案为 c。【模拟试题模拟试题】1. 一定质量的理想气体其状态变化过程的 p 与 v 的关系如图所示，该过程 pt 图应是（ ）2. 如右图所示，已知大气压强为 p0=750mmhg,粗细均匀玻璃管中有 a、b 两段气体，被4cm 长水银柱隔开，下面水银柱高为 66cm,a、b 两段空气柱长度各为 4cm 和 8cm，现欲使a 段气柱长度增加 1cm 并保持稳定，应将管慢慢

26、竖直提高（ ）a.9cm b.3cm c.2cm d.1cm3. 分子间的势能与体积的关系，正确的是（ ）a. 物体的体积增大，分子间的势能增加b. 气体分子的距离增大，分子间的势能减小c. 物体的体积增大，分子间的势能有可能增加d. 物体的体积减小，分子间的势能增加4. 如图所示是一定质量的理想气体的两条等容线 a 和 b，如果气体由状态 a 等压变化到状态 b，则在此变化过程中是（ ）用心 爱心 专心a.气体不对外做功，外界也不对气体做功，吸热，内能增加b.外界对气体做功，放热，内能增加c.外界对气体做功，吸热，内能增加d.气体对外做功，吸热，内能增加5. 如图所示，甲、乙两玻管两端封闭，

27、竖直放置，室温时空气柱长度l甲上=2l甲下， 1乙上=21l乙下，现将两玻管全都浸没在 0的冰水中，则甲、乙两管中水银柱移动方向是（ ） a. 甲向上，乙向下 b. 甲向下，乙向上c. 甲、乙均向上 d. 甲、乙均向下6. 如图所示，一个开口向上的绝热容器中，有一个活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞的质量以及活塞和容器壁之间的摩擦忽略不计，活塞原来静止在 a 处，质量为 m 的小球从活塞上方 h 处自由下落，随同活塞一起下降到最低位置 b 处，接着又从 b 处往上反弹，则下列说法中正确的（ ）a. 活塞从 a 到 b 的过程中，速度先增大后减小b. 活塞在 b 处所受合力为零c. 活塞在 b

28、处，气体压强最大，温度最高d. 活塞最终将静止在 b 处7. 一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，当气体温度从 100升高到 200时，则 （ ）a. 其体积增大到原来的 2 倍b. 体积的增量v 是原体积的273100c. 体积的增量v 是原体积的373100d. 体积的增量v 是 0时体积的2731008. 如图所示，一只贮有空气的密闭烧瓶，用玻璃管与水银气压计连接，气压计两管内的水银面在同一水平面上。现降低烧瓶内空气的温度，同时移动气压计右管，使水银气压计左管的水银面保持在原来的水平面上，则表示气压计两管内水银面高度差h 与烧瓶内所降低的温度t 之间的关系图线是图中的（ ）用心 爱心 专心a. a 图 b. b 图 c. c 图 d. d 图9. 一定质量的理想气体沿 pv 坐标图中曲线所示的方向发生变化，其中曲线 dba 是以 p 轴、v 轴为渐近线的双曲线的一部分，则 （ ）a. 气体由 a 变到 b，一定是吸热的b. 气体由 b 变为 a，一定是吸热的c. 气体由 a 变到 b 再变到 a，吸热多于放热d. 气体由 a 变到 b 再变到