高考物理一轮复习讲义第80课时　固体、液体、气体的性质（教师版）

第80课时固体、液体、气体的性质【复习定位】1.了解固体的微观结构，知道晶体和非晶体的特点，了解液晶的主要性质。2.了解表面张力现象和毛细现象，知道它们的产生原因。3.掌握气体压强的计算方法及气体压强的微观解释。必备知识自主学习对应学生用书P273一、固体1．分类：固体分为eq\o(□,\s\up5(1))晶体和eq\o(□,\s\up5(2))非晶体两类。晶体又分为eq\o(□,\s\up5(3))单晶体和eq\o(□,\s\up5(4))多晶体。2．晶体与非晶体的比较比较晶体非晶体单晶体多晶体外形有确定的几何外形无确定的几何外形无确定的几何外形熔点确定eq\o(□,\s\up5(5))确定不确定物理性质各向异性eq\o(□,\s\up5(6))各向同性各向同性典型物质石英、云母、明矾、食盐玻璃、橡胶转化晶体和非晶体在一定条件下可以eq\o(□,\s\up5(7))转化注意单晶体物理性质具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。二、液体、液晶1．液体的表面张力(1)作用：液体的表面张力使液面具有eq\o(□,\s\up5(8))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eq\o(□,\s\up5(9))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。注意表面张力使液体的表面积趋于最小，体积相同的情况下，球形的表面积最小。2．浸润和不浸润毛细现象(1)浸润和不浸润①一种液体会eq\o(□,\s\up5(10))润湿某种固体并eq\o(□,\s\up5(11))附着在固体的表面上，这种现象叫作eq\o(□,\s\up5(12))浸润；一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面，这种现象叫作eq\o(□,\s\up5(13))不浸润。②附着层：当液体与eq\o(□,\s\up5(14))固体接触时，接触的位置形成一个液体薄层，叫作附着层。③浸润和不浸润是eq\o(□,\s\up5(15))分子力作用的表现。(2)毛细现象①毛细现象：浸润液体在细管中eq\o(□,\s\up5(16))上升的现象，以及不浸润液体在细管中eq\o(□,\s\up5(17))下降的现象，称为毛细现象。②毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管的内径越小，高度差eq\o(□,\s\up5(18))越大。3．液晶的物理性质(1)具有eq\o(□,\s\up5(19))液体的流动性。(2)具有晶体的光学各向eq\o(□,\s\up5(20))异性。(3)在某个方向上看，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。三、气体的性质及气体压强的计算1．气体分子运动的特点(1)气体分子间距较大，分子力可以忽略，因此分子间除碰撞外不受其他力的作用，故气体能充满eq\o(□,\s\up5(21))整个空间。(2)分子做无规则的运动，速率有大有小，且时时变化，大量分子的速率按“eq\o(□,\s\up5(22))中间多、eq\o(□,\s\up5(23))两头少”的规律分布。(3)温度升高时，速率小的分子数eq\o(□,\s\up5(24))减少，速率大的分子数eq\o(□,\s\up5(25))增多，分子的平均速率将eq\o(□,\s\up5(26))增大，但速率分布规律不变。(4)气体分子运动的速率分布图像2．气体的压强(1)产生原因：由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁eq\o(□,\s\up5(27))单位面积上的压力叫作气体的压强。(2)大小：气体的压强在数值上等于气体作用在eq\o(□,\s\up5(28))单位面积上的压力。公式：p＝eq\f(F,S)。(3)决定因素①宏观上：决定于气体的eq\o(□,\s\up5(29))温度和eq\o(□,\s\up5(30))体积。②微观上：决定于分子的eq\o(□,\s\up5(31))平均动能和eq\o(□,\s\up5(32))分子数密度。(4)常用单位及换算关系①国际单位制单位：eq\o(□,\s\up5(33))帕斯卡，符号为Pa，1Pa＝1N/m2。②常用单位：eq\o(□,\s\up5(34))标准大气压(atm)；厘米汞柱(cmHg)。③换算关系：1atm＝eq\o(□,\s\up5(35))76cmHg＝1.013×105Pa≈1.0×105Pa。1．判断正误。(1)大块晶体粉碎成形状相同的颗粒，每个颗粒即一个单晶体。(×)(2)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。(×)(3)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。(√)(4)液晶是液体和晶体的混合物。(×)(5)船浮于水面上是液体的表面张力作用的结果。(×)2．(2023·北京卷)夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比，夜间轮胎内的气体(A)A．分子的平均动能更小B．单位体积内分子的个数更少C．所有分子的运动速率都更小D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大解析夜间气温低，分子的平均动能更小，气体分子平均速率减小，但不是所有分子的运动速率都更小，故A正确，C错误；由于汽车轮胎内的气体压强变低，轮胎会略微被压瘪，则单位体积内分子的个数更多，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更小，B、D错误。关键能力阶梯突破对应学生用书P274考点一固体的性质1．晶体的微观结构(1)晶体的微观结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列。(2)用晶体的微观结构特点解释晶体的特点现象原因晶体有确定的几何外形内部微粒有规则地排列晶体物理性质各向异性内部从任一结点出发在不同方向的微粒的分布情况不同晶体的多形性组成晶体的微粒可以形成不同的空间点阵2.晶体与非晶体熔化过程的区别晶体熔化过程，当温度达到熔点时，吸收的热量全部用来破坏空间点阵，增加分子势能，而分子平均动能却保持不变，所以晶体有固定的熔点。非晶体没有空间点阵，熔化时不需要去破坏空间点阵，吸收的热量主要转化为分子的平均动能，不断吸热，温度就不断上升。【例1】(多选)下列说法正确的是(BCD)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晶体有确定的熔点，并不会因为颗粒的大小而改变，即使敲碎为小颗粒，仍旧是晶体，选项A错误；固体分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上光学性质不同，表现出各向异性，选项B正确；同种元素构成的固体可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶体，如金刚石和石墨，选项C正确；晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体，某些非晶体在合适的条件下也可以转化为晶体，选项D正确。【例2】对下列几种固体物质的认识正确的有(A)A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体B．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C．天然石英表现为各向异性，是由于组成该物质的微粒在空间的排列不规则D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于石墨是非晶体，金刚石是晶体解析食盐熔化过程中，温度保持不变，即熔点一定，说明食盐是晶体，故A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，只能说明云母片是晶体，故B错误；天然石英表现为各向异性，是由于组成该物质的微粒在空间的排列规则，故C错误；组成石墨和金刚石的化学元素是相同的，都是碳原子，它们的物理性质不同，是碳原子排列结构不同造成的，故D错误。【例3】(多选)固体甲和固体乙在一定压强下的熔化曲线如图所示，横轴表示时间t，纵轴表示温度T。下列判断正确的有(ABD)A．固体甲一定是晶体，固体乙一定是非晶体B．固体甲不一定有确定的几何外形，固体乙一定没有确定的几何外形C．在热传导方面固体甲一定表现出各向异性，固体乙一定表现出各向同性D．固体甲和固体乙的化学成分有可能相同解析晶体具有固定的熔点，非晶体则没有固定的熔化温度，所以固体甲一定是晶体，固体乙一定是非晶体，故A项正确；固体甲可能是多晶体，也可能是单晶体，则不一定有确定的几何外形，固体乙是非晶体，一定没有确定的几何外形，故B项正确；在热传导方面，固体甲若是多晶体，则表现出各向同性，固体乙一定表现出各向同性，故C项错误；固体甲一定是晶体，固体乙一定是非晶体，但是固体甲和固体乙的化学成分有可能相同，故D项正确。考点二液体的性质、液晶1．液体的微观结构特点(1)分子间的距离很小，在液体内部分子间的距离在10-10m左右。(2)液体分子间的相互作用力很大，但比固体分子间的作用力要小。(3)分子的热运动特点表现为振动与移动相结合。2．液体表面张力形成原因表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力表面特性表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜，分子势能大于液体内部的分子势能方向和液面相切，垂直于液面上的分界线效果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，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小3.液晶的主要性质液晶具有晶体的各向异性的特点。原因是在微观结构上，从某个方向看，液晶的分子排列比较整齐，有特殊的取向。从其他方向上看，液晶分子排列是杂乱的，因而液晶又具有液体的性质，具有一定的流动性。【例4】(多选)下列说法正确的是(AC)A．把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面上，这是由于水表面存在表面张力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，它的尖端会变圆，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把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面上，这是由于水表面存在表面张力，A正确；在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会成球状，是因为液体表面存在张力，B错误；将玻璃管道裂口放在火上烧，它的尖端会变圆，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，C正确；漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是油滴液体的表面张力导致的，D错误。【例5】(多选)关于液晶，下列说法正确的是(AB)A．液晶不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、B两项正确；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项错误；不是所有的物质都有液晶态，故D项错误。【例6】关于以下几幅图中现象的分析，下列说法正确的是(B)A．甲图中水黾停在水面而不沉，是浮力作用的结果B．乙图中将棉线圈中肥皂膜刺破后，棉线圈扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果C．丙图中液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的D．丁图中的酱油与左边材料不浸润，与右边材料浸润解析因为液体表面张力的存在，水黾才能在水面上行走自如，故A错误；将棉线圈中肥皂膜刺破后，棉线圈扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果，故B正确；液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的，故C错误；从题图丁中可以看出酱油与左边材料浸润，与右边材料不浸润(不浸润液滴会因为表面张力呈球形)，故D错误。考点三气体的性质及气体压强的计算1．气体的分子动理论(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)气体分子的速率呈现“中间多、两头少”的分布规律。(3)气体分子的运动是杂乱无章的，但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。2．气体压强的计算(1)平衡状态下气体压强的求法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，求得气体的压强等压面法在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。液体内深h处总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强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，求得气体的压强(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。【例7】(多选)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(AD)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状态的温度低解析由题图可知，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，C错误；由题图可知，①中速率大的分子占据的比例较小，则说明①对应的平均动能较小，故①状态的温度比②状态的温度低，D正确。【例8】若已知大气压强为p0，图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，则(D)A．图甲中被封闭气体的压强为p0＋ρghB．图乙中被封闭气体的压强为p0＋ρghC．图丙中被封闭气体的压强为p0＋eq\f(\r(3),2)ρghD．图丁中被封闭气体的压强为p0＋ρgh1解析在题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知p气甲S＋ρghS＝p0S，所以p气甲＝p0－ρgh，故A错误；在题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件得F上＝F下，即p气乙S＋ρghS＝p0S，所以p气乙＝p0－ρgh，故B错误；在题图丙中，以B液面为研究对象，有p气丙S＋ρghSsin60°＝p0S，所以p气丙＝p0－eq\f(\r(3),2)ρgh，故C错误；在题图丁中，以液面A为研究对象，由二力平衡得p气丁S＝p0S＋ρgh1S，所以p气丁＝p0＋ρgh1，故D正确。反思提升►求液柱封闭的气体压强时，一般以液片或液柱为研究对象分析受力、列平衡方程，要注意：(1)液体因重力产生的压强大小为p＝ρgh(其中h为液柱的竖直高度)。(2)不要漏掉大气压强，同时又要注意大气压强产生的压力是否要平衡掉。(3)有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体，同种液体(中间连通)在同一水平面上各处压强相等。(4)当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”等，使计算过程简捷。【例9】如图所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸，汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S。已知外界大气压强为p0。现用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，则此时缸内封闭气体的压强为(D)A．p0＋eq\f((m＋M)F,Sm) B．p0＋eq\f(mF,SM)C．p0＋eq\f(MF,S(m＋M)) D．p0＋eq\f(mF,S(m＋M))解析以汽缸和活塞整体为研究对象，根据牛顿第二定律得F＝(M＋m)a；以活塞为研究对象，根据牛顿第二定律得pS－p0S＝ma，联立解得p＝p0＋eq\f(mF,S(M＋m))，选项D正确。课时作业对应学生用书P471[基础过关]1．(2024·河北秦皇岛期末)下列说法正确的是(D)A．晶体一定具有各向异性，非晶体一定具有各向同性B．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔化温度C．晶体熔化时吸收热量，分子平均动能一定增大D．天然存在的液晶并不多，多数液晶是人工合成的解析多晶体和非晶体具有各向同性，单晶体具有各向异性，A项错误；单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔化温度，B项错误；晶体熔化时吸收热量，吸收的热量转化为分子势能，温度不变，则分子平均动能不变，C项错误；天然存在的液晶并不多，多数液晶是人工合成的，D项正确。2．关于下列实验及现象的说法正确的是(D)A．液晶光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性B．气体失去容器的约束就会散开，是因为分子间存在斥力C．同一种液体的沸点与压强有关，压强越小，沸点越高D．由于液体表面层内的分子间距大于r0，从而形成表面张力解析液晶光学性质与某些单晶体相似，具有各向异性，故A项错误；气体失去容器的约束就会散开，是因为气体分子间距离远大于r0，气体分子之间除了碰撞之外，没有作用力，不能使分子束缚在一起，并不是斥力的原因，故B项错误；同种液体的沸点与压强有关，压强越大，沸点越高，故C项错误；由于液体表面层内的分子间距大于r0，分子之间作用力表现为引力，从而形成表面张力，故D项正确。3．中国最早的农学论文《吕氏春秋·任地》论述到：“人耨必以旱，使地肥而土缓”。农谚“锄板底下有水”“锄头自有三寸泽”，这都是对松土保墒功能的生动总结。关于农业生产中的松土保墒环节蕴含的科学原理，下列说法正确的是(A)A．松土是把地面的土壤锄松，目的是破坏这些土壤里的毛细管，保存水分B．松土是为了让土壤里的毛细管变得更细，保护土壤里的水分C．松土保墒利用了浸润液体在细管中下降，不浸润液体在细管中上升的科学原理D．松土除了保墒、刈草外，还可促进蒸发、降低地温，“多锄地发暖”这句农谚没有科学道理解析松土是把地面的土壤锄松，目的是破坏这些土壤里的毛细管，防止发生浸润现象，可有效减少水分蒸发，保存水分，A正确，B错误；水对土壤来说是浸润液体，松土保墒是利用了浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降的原理，C错误；松土除了保墒、刈草外，还能减少土壤下水分蒸发，提高地温，D错误。4．(多选)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体，下列关于玻璃的说法正确的是(AC)A．没有固定的熔化温度B．具有天然的规则的几何形状C．沿不同方向的导热性能相同D．分子在空间上周期性排列解析玻璃是非晶体，根据非晶体的特点可知，非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)在空间上不呈周期性排列的固体，它没有一定规则的外形，它的物理性质在各个方向上都是相同的，叫各向同性，它没有固定的熔化温度，故A、C正确，B、D错误。5．(多选)对于一定质量的理想气体，下列论述正确的是(AC)A．气体的压强由温度和单位体积内的分子个数共同决定B．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变C．若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数一定增加D．若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数可能不变解析对于一定质量的理想气体，气体的压强由气体的温度和单位体积内的分子个数共同决定，故A正确；单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，单位面积上的碰撞次数和碰撞的平均作用力都增大，因此这时气体压强一定增大，故B错误；若气体的压强不变而温度降低，则气体的体积减小，单位体积内分子个数一定增加，故C正确，D错误。6．(2022·江苏卷)自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是(D)A．体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变B．压强增大是因为氢气分子之间斥力增大C．因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体D．温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化解析密闭容器中的氢气质量不变，分子个数N0不变，根据n＝eq\f(N0,V)可知，当体积增大时，单位体积的分子个数n变少，氢气分子的密集程度变小，故A错误；气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁进行持续的、无规则的撞击，压强增大并不是因为分子间斥力增大，故B错误；实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下才能看作理想气体，故C错误；温度是气体分子平均动能的标志，大量气体分子的速率呈现“中间多，两头少”的分布规律，温度变化时，大量分子的平均速率会变化，即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化，故D正确。7．航天员刘伯明曾在太空中用毛笔写下“理想”二字。在太空舱内使用的毛笔、墨汁和纸张都是特制的，毛笔笔尖内部存在毛细管能够吸墨，笔尖与纸张接触时，墨汁就从笔尖转移到纸上。在太空舱内(D)A．使用普通中性笔也能流畅书写B．墨汁分子间不存在作用力C．墨汁不浸润毛笔笔尖D．墨汁浸润纸张解析由于太空中处于完全失重状态，使用普通中性笔不能流畅书写，故A错误；由于分子间相互作用不受重力影响，则墨汁分子间存在相互作用力，故B错误；空间站仍能用毛笔的原理就是毛细现象，则墨汁浸润毛笔笔尖、浸润纸张，故C错误，D正确。8．如图甲、乙所示两个汽缸的质量均为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气体A、B，大气压强为p0，重力加速度为g，则封闭气体A、B的压强各多大？答案p0＋eq\f(mg,S)p0－eq\f(Mg,S)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解得pA＝p0＋eq\f(mg,S)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解得pB＝p0－eq\f(Mg,S)。[能力提升]9．(多选)如图所示，内径均匀、两端开口的V形管，B支管竖直插入水银槽中，A支管与B支管之间的夹角为θ，A支管中有一段长为h的水银柱保持静止，下列说法正确的是(BD)A．B管内水银面比槽内水银面高hB．B管内水银面比槽内水银面高hcosθC．B管内水银面比槽内水银面低hcosθD．管内封闭气体的压强比大气压强小hcosθ高水银柱产生的压强解析以A管中的水银柱为研究对象，有pS＋ρghScosθ＝p0S，则管内封闭气体的压强p＝p0－ρghcosθ，显然p<p0，且B管内水银面要比槽内水银面高出hcosθ。故选BD。10．正确佩戴口罩是日常预防飞沫传播和呼吸道感染的有效途径之一。取一个新的医用防护口罩，贴近皮肤的一面朝上平铺在桌面上，往口罩上滴几滴水，水滴没有浸湿口罩