高中物理高考 第2讲　固体、液体与气体 教案

《金版教程》高考总复习·物理（新教材） 第2讲　固体、液体与气体 知识点　　固体的微观结构、晶体和非晶体、液晶的微观结构　Ⅰ1.晶体和非晶体 分类 比较项目 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 外形 规则 不规则 不规则 熔点 确定 确定 不确定 物理性质 各向异性 各向同性 各向同性 原子排列 有规则 每个晶粒的排 列无规则 无规则 转化 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。如天然水晶是晶体，熔化再凝固成的石英玻璃是非晶体 典型物质 石英、云母、明矾、食盐 玻璃、橡胶 2．晶体的微观结构 (1)如图所示，金刚石、石墨晶体的晶体微粒有规则地、周期性地在空间排列。 (2)晶体特性的解释 现象 原因 具有规则的外形 晶体微粒有规则地排列 各向异性 晶体内部从任一结点出发在不同方向的相等距离上的微粒数不同 具有异构性 有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体，是因为组成它们的微粒能够按照不同的规则在空间分布，如碳原子可以形成石墨和金刚石 3．液晶 (1)概念：有些有机化合物像液体一样具有流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质，这些化合物叫作液晶。 (2)微观结构：液晶态物质分子的取向具有一定程度的有序性，所以液晶具有晶体的各向异性，同时分子的取向不是完全有序的，且分子重心的位置是无序的，所以液晶也具有液体的流动性，如图所示。 (3)有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态；另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定的浓度范围具有液晶态。 (4)天然存在的液晶并不多，多数液晶是人工合成的。 (5)应用：显示器、人造生物膜。 知识点　　液体的表面张力现象　Ⅰ 1．液体的表面张力 (1)概念：液体表面层内存在的使液体表面绷紧的力。 (2)作用：液体的表面张力使液体的表面具有收缩的趋势。 (3)方向：表面张力的方向总是跟液面相切，且与分界面垂直。 2．浸润和不浸润： 一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作浸润。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，这种现象叫作不浸润。如图所示。 3．毛细现象：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，称为毛细现象。 知识点　　温度　Ⅰ 气体实验定律　Ⅱ 理想气体　Ⅰ1.温度和温标 (1)温度的热力学意义：一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。 (2)两种温标：摄氏温标和热力学温标的关系：T＝t＋273.15 K。 2．气体实验定律 (1)等温变化——玻意耳定律 ①内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。 ②公式：p1V1＝p2V2，或pV＝C(C是常量)。 (2)等压变化——盖—吕萨克定律 ①内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。 ②公式：＝，或＝C(C是常量)。 ③推论式：ΔV＝·ΔT。 (3)等容变化——查理定律 ①内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。 ②公式：＝，或＝C(C是常量)。 ③推论式：Δp＝·ΔT。 3．理想气体状态方程 (1)理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。 ①理想气体是一种经科学的抽象而建立的理想化模型，实际上不存在。 ②理想气体忽略分子大小和分子间相互作用力，也不计气体分子与器壁碰撞的动能损失。所以理想气体的内能取决于温度，与体积无关。 ③实际气体特别是那些不易液化的气体在压强不太大(相对大气压强)、温度不太低(相对室温)时都可当成理想气体来处理。 (2)一定质量的理想气体的状态方程：＝，或＝C(C是常量，与气体的质量、种类有关)。 4．气体实验定律的微观解释 (1)玻意耳定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大。 (2)盖—吕萨克定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。 (3)查理定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。 一 堵点疏通 1．有无确定的熔点是区分晶体和非晶体比较准确的方法。(　　) 2．液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性。(　　) 3．船浮于水面上不是由于液体的表面张力。(　　) 4．压强极大的气体不再遵从气体实验定律。(　　) 5．物理性质各向同性的一定是非晶体。(　　) 6．若液体对某种固体是浸润的，当液体装在由这种固体物质做成的细管时，液体跟固体接触的面积有扩大的趋势。(　　) 答案　1.√　2.√　3.√　4.√　5.×　6.√ 二 对点激活 1．(人教版选择性必修第三册·P32·实验改编)(多选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触石蜡层背面上一点，石蜡熔化的范围分别如图(1)、(2)、(3)所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(4)所示。下列判断正确的是(　　) A．甲、乙为非晶体，丙是晶体 B．甲、丙为晶体，乙是非晶体 C．甲、丙为非晶体，乙是晶体 D．甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体 答案　BD 解析　由图(1)、(2)、(3)可知：甲、乙具有各向同性，丙具有各向异性；由图(4)可知：甲、丙有固定的熔点，乙无固定的熔点，所以甲、丙为晶体，乙是非晶体，其中甲为多晶体，丙为单晶体，故B、D正确，A、C错误。 2．(人教版选择性必修第三册·P38·图2.5－5改编)(多选)液体表面有一层跟气体接触的薄层，叫作表面层；同样，当液体与固体接触时，接触的位置形成一个液体薄层，叫作附着层。对于液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象，如图甲、乙所示，有下列几种解释，正确的是(　　) A．表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏 B．表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部密 C．附着层Ⅰ内的液体和与之接触的玻璃的相互作用比液体分子之间的相互作用强 D．附着层Ⅱ内的液体和与之接触的玻璃的相互作用比液体分子之间的相互作用强 答案　AC 解析　液体表面层中分子间距离r略大于r0，而液体内部分子间的距离r略小于r0，故表面层Ⅰ、表面层Ⅱ内分子的分布均比液体内部稀疏，A正确，B错误。由甲图可知，水浸润玻璃，说明附着层Ⅰ中的液体和与之接触的玻璃的相互作用比液体分子之间的相互作用强，C正确；由乙图可知，附着层Ⅱ内的液体和与之接触的玻璃的相互作用比液体分子之间的相互作用弱，D错误。 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 解析　由＝C知A、B、D错误，C正确。 4. (人教版选择性必修第三册·P30·T3改编)如图，向一个空的铝制饮料罐(即易拉罐)中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱(长度可以忽略)。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。已知铝罐的容积是360 cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为0.2 cm2，吸管的有效长度为20 cm，当温度为25 ℃时，油柱离管口10 cm。取T＝t＋273 K。 (1)吸管上标刻温度值时，刻度是否应该均匀？ (2)估算这个气温计的测量范围。 答案　(1)刻度是均匀的　(2)23.4～26.6 ℃ 解析　(1)由于罐内气体压强始终不变，所以＝ 故ΔT＝·ΔV＝·SΔL 由于ΔT与ΔL成正比，所以刻度是均匀的。 (2)初始状态：V1＝360 cm3＋0.2×10 cm3＝362 cm3，T1＝25 ℃＋273 K＝298 K 当油柱在罐口处时，温度最低，设为T2，设此时罐内空气体积为V2，则V2＝360 cm3 由盖—吕萨克定律有＝ 解得T2＝V2＝×360 K≈296.4 K 当油柱在吸管口处时，温度最高，设为T3，设此时罐内空气体积为V3，则V3＝360 cm3＋0.2×20 cm3＝364 cm3 由盖—吕萨克定律有＝ 解得T3＝V3＝×364 K≈299.6 K 故温度计的测量范围为296.4～299.6 K， 即23.4～26.6 ℃。 考点 1　　固体和液体的性质 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。多晶体和非晶体具有各向同性。 (2)只要是具有各向异性的固体必定是晶体，且是单晶体。 (3)只要是具有确定熔点的固体必定是晶体，反之，必是非晶体。 (4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。 2．液体表面张力 (1)形成原因 在液体内部，分子间平均距离r略小于r0，分子间的作用力表现为斥力；在表面层，分子间的距离r略大于分子间的平衡距离r0，分子间的作用力表现为引力。 (2)液体表面特性 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。 (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 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。 (5)表面张力的大小 跟边界线的长度、液体的种类、温度都有关系。 3．浸润和不浸润 浸润和不浸润也是分子力作用的表现。当液体与固体接触时，液体和与之接触的固体的相互作用可能比液体分子之间的相互作用强，也可能比液体分子之间的相互作用弱，这取决于液体、固体两种物质的性质。如果液体和与之接触的固体的相互作用比液体分子之间的相互作用强，则液体能够浸润固体，反之，则液体不浸润固体。 4．毛细现象 由于液体浸润管壁，如细玻璃管中的水，液面呈如图形状。液面边缘部分的表面张力如图所示，这个力使管中液体向上运动。当管中液体上升到一定高度时，液体所受重力与这个使它向上的力平衡，液面稳定在一定的高度。实验和理论分析都表明，对于一定的液体和一定材质的管壁，管的内径越细，液体所能达到的高度越高。对于不浸润液体在细管中下降，也可作类似分析。 例1　(多选)下列说法正确的是(　　) A．多晶体内部沿不同方向的等长线段上微粒的个数通常是相等的 B．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点 C．当液体与大气相接触时，液体表面层内的分子所受其他分子作用力的合力总是指向液体内部 D．有些晶体在一定条件下可转化为非晶体 (1)多晶体是由什么组成的？ 提示：多晶体是由许多单晶体杂乱无章地组合而成的。 (2)多晶体有没有固定熔点？ 提示：有。 尝试解答　选ACD。 多晶体是由许多取向杂乱无章的单晶体组成的，所以多晶体内部沿不同方向的等长线段上微粒的个数通常是相等的，A正确；单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，B错误；当液体与大气相接触时，液体表面层内的分子间距较大，分子所受其他分子作用力的合力总是指向液体内部，C正确；天然水晶是晶体，而熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)是非晶体，D正确。 单晶体、多晶体、非晶体的区别 三者的区别主要在以下三个方面：有无规则的几何外形；有无固定的熔点；各向同性还是各向异性。单晶体有规则的几何外形；单晶体和多晶体有固定的熔点；多晶体和非晶体表现出各向同性。 [变式1－1]　(多选)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