1、第 2 講,固體、液體和氣體 熱力學(xué)定律,一、固體 1固體的分類及物理特性 固體可以分為 晶體 和 非晶體 ，而晶體又可分為 單晶體 和 多晶體 .單晶體具有 規(guī)則 的幾何形狀，多晶體和非晶體沒有確定的幾何形狀晶體有 確定 的熔點(diǎn)，非晶體沒有確定的熔點(diǎn)單晶體表現(xiàn)為 各向同性 ，而多晶體和非晶體表現(xiàn)為 各向異性 .,2晶體的微觀結(jié)構(gòu) 晶體的宏觀特點(diǎn)是由晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，組成晶體的物質(zhì)微粒依照一定的規(guī)律在空間中整齊地規(guī)則排列，晶體中物質(zhì)微粒的相互作用很強(qiáng)，微粒的熱運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為在一定平衡位置附近做微小的振動(dòng)，這就是晶體的微觀結(jié)構(gòu)模型,二、液體 1液體的微觀結(jié)構(gòu)及物理特性 從微觀看有如下特點(diǎn)：(1)

2、液體分子密集在一起，體積不易壓縮；(2)分子間距接近固體分子；(3)液體分子在很小的區(qū)域內(nèi)有規(guī)則排列，此區(qū)域是暫時(shí)形成的，邊界和大小隨時(shí)改變，并且雜亂無章排列因而液體表現(xiàn)出各向同性；(4)液體分子的熱運(yùn)動(dòng)雖然與固體分子類似，但無長期固定的平衡位置，可在液體中移動(dòng)，因而顯示出流動(dòng)性，且擴(kuò)散比固體快,2液體的表面張力 液體表面層的液體分子間距要比液體內(nèi)部的大一些，因而表面層的液體分子呈現(xiàn)為引力我們把液面各部分間相互吸引的力，叫做液體的表面張力，所以液體表面具有收縮的趨勢,三、液晶 某些物體一方面像液體具有流動(dòng)性，另一方面又像晶體具有光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)各向異性，把這種介于晶體和液體之間的狀態(tài)的物質(zhì)叫做液

3、晶由于液晶分子的排列是 不穩(wěn)定 的，外界條件的微小變化(如溫度、壓力、摩擦、電磁作用等)都會(huì)引起液晶分子的排列的變化，因而改變液晶的某些性質(zhì),四、飽和汽與飽和汽壓 與液體處于動(dòng)態(tài)平衡的汽叫做飽和汽，沒有達(dá)到飽和狀態(tài)的汽叫做未飽和汽在一定的溫度下，飽和汽的分子密度是一定的，因而飽和汽的壓強(qiáng)也是一定的，這個(gè)壓強(qiáng)叫做這種液體的飽和汽壓，它隨溫度升高而 增大 . 五、空氣的濕度 用空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)p表示絕對濕度用空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)p與同一溫度時(shí)水的飽和汽壓ps之比表示該溫度下空氣的相對濕度，即B 100%.,六、氣體的狀態(tài)參量 在研究一定質(zhì)量氣體的性質(zhì)時(shí)，可以用氣體的溫度、壓強(qiáng)和體積三個(gè)狀態(tài)參量

4、來描述氣體的狀態(tài) 在國際單位中，壓強(qiáng)的單位是帕，符號Pa，常用的還有標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)和毫米汞柱(mmHg)，它們之間的關(guān)系為：1atm760mmHg1.013105Pa.,七、氣體的體積、壓強(qiáng)、溫度間的關(guān)系 1玻意耳定律 (1)一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)與體積成反比，這個(gè)規(guī)律叫做玻意耳定律，表達(dá)式pVC或p1V1p2V2.,(2)如圖1121為氣體等溫變化的pV圖象：一定質(zhì)量的某種氣體發(fā)生等溫變化的pV關(guān)系的圖線稱它為等溫線，其圖象的形狀為雙曲線一定質(zhì)量的氣體，不同溫度下的等溫線是不同的,圖1121,2查理定律 (1)一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，氣體的壓強(qiáng)與熱

5、力學(xué)溫度成正比，這個(gè)規(guī)律叫做查理定律，即 C.,(2)如圖1122所示，氣體在體積不變的情況下發(fā)生的狀態(tài)變化過程，叫做等容過程，表示一定質(zhì)量的氣體的等容線是一條過原點(diǎn)的傾斜直線一定質(zhì)量的氣體，在不同體積下的等容線是不同的,圖1122,3蓋呂薩克定律 (1) 一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，體積與熱力學(xué)溫度T成正比 ，這個(gè)規(guī)律叫做蓋呂薩克定律，即 C. (2)如圖1123所示，氣體 在壓強(qiáng)不變的情況下發(fā)生的狀 態(tài)變化過程，叫做等壓過程， 表示該變化過程的圖象稱為等壓線,圖1123,4理想氣體的狀態(tài)方程 (1)理想氣體：在任何溫度任何氣壓下都遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體叫做理想氣體 (2)一定質(zhì)

6、量的理想氣體狀態(tài)方程：pV/TC.可見，氣體實(shí)驗(yàn)定律可看做一定質(zhì)量理想氣體狀態(tài)方程的特例,八、氣體分子動(dòng)理論 氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是：氣體分子間的距離大約是分子直徑的10倍，分子間的作用力十分微弱，通常認(rèn)為，氣體分子除了相互碰撞或碰撞器壁外，不受力的作用；每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)是雜亂無章的，但對大量分子的整體來說，分子的運(yùn)動(dòng)是有規(guī)律的氣體分子的速率分布規(guī)律遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律,九、熱力學(xué)第一定律 做功 和 熱傳遞 都能改變物體的內(nèi)能也就是說， 做功 和 熱傳遞 對改變物體的內(nèi)能是等效的但從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)看又是有區(qū)別的：做功是 其他能和內(nèi)能之間 的轉(zhuǎn)化，功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度；而熱傳遞是 內(nèi)能 的轉(zhuǎn)移，熱量

7、是內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度 外界對物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于物體內(nèi)能的增加U，即UQW這在物理學(xué)中叫做熱力學(xué)第一定律,在表達(dá)式中，當(dāng)外界對物體做功時(shí)W取正，物體克服外力做功時(shí)W取負(fù)；當(dāng)物體從外界吸熱時(shí)Q取正，物體向外界放熱時(shí)Q取負(fù)；當(dāng)物體溫度升高U為正，物體溫度降低U為負(fù)；U為正表示物體內(nèi)能增加，U為負(fù)表示物體內(nèi)能減小.,1.晶體與非晶體 問題：怎樣用晶體的微觀結(jié)構(gòu)來解釋晶體的宏觀特點(diǎn)？ 解答：(1)晶體外形的規(guī)則性，正是晶體內(nèi)部物質(zhì)微粒規(guī)則排列的宏觀表現(xiàn)(2)晶體具有各向異性，是由于晶體的微觀結(jié)構(gòu)中，任一物質(zhì)微粒與周圍微粒之間并不處于球形對稱狀態(tài)，因而晶體中沿不同方向上物質(zhì)微粒的排列

8、情況有所不同，造成了不同方向上物質(zhì)性質(zhì)的不同這即是晶體在宏觀上表現(xiàn)出具有各向異性的原因,(3)晶體熔化是規(guī)則排列轉(zhuǎn)向無規(guī)則排列的過程，這些熱量就將用來反抗分子引力做功、增加分子的勢能，即物質(zhì)所吸收的熱量是破壞點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)所需的能量，使物態(tài)發(fā)生變化，所以晶體不僅有固定的熔點(diǎn)，且還需要吸收一定數(shù)量的熱量來實(shí)現(xiàn)它的熔化，即晶體也具有確定的熔化熱,例1：關(guān)于晶體和非晶體，下列說法正確的是( ) A可以根據(jù)各向異性或各向同性來鑒別晶體和非晶體 B一塊均勻物質(zhì)薄片，沿各個(gè)方向?qū)λ┘永?，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度一樣，則此薄片一定是非晶體 C一個(gè)均勻固體球，如果沿其各條直徑方向的導(dǎo)電性不同，則該球體一定是單晶體 D一塊晶體

9、，若其各個(gè)方向的導(dǎo)熱性相同，則這塊晶體一定是多晶體,解析：根據(jù)各向異性和各向同性只能確定是否為單晶體，無法用來鑒別晶體和非晶體，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；薄片在力學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性，也無法確定薄片是多晶體還是非晶體，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；固體球在導(dǎo)電性質(zhì)上表現(xiàn)為各向異性，則一定是單晶體，選項(xiàng)C正確；某一物質(zhì)的物理性質(zhì)顯示各向同性，并不意味著該物質(zhì)一定是多晶體，對于單晶體并非所有物理性質(zhì)都表現(xiàn)各向異性,答案：C,點(diǎn)評：多晶體不具有各相異性、沒有規(guī)則的形狀辨別晶體、非晶體時(shí)要注意到多晶體與非晶體之間的這種相似性 警示：判斷晶體與非晶體的依據(jù)是看它們有無確定的熔點(diǎn)，同時(shí)還要知道一些常見的晶體和非晶體同學(xué)們?nèi)菀追敢云湃?/p>

10、的錯(cuò)誤，有些同學(xué)往往簡單地認(rèn)為只要是各向同性的物體，一定是非晶體,2.理想氣體的狀態(tài)變化 問題：一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，三個(gè)狀態(tài)參量之間的關(guān)系是怎樣的？同時(shí)還伴隨著功能問題，請敘述 解答：(1)一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，體積減小時(shí)，壓強(qiáng)增大，體積增大時(shí)，壓強(qiáng)減小 (2)一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，溫度升高，體積增大 (3)一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，溫度升高，壓強(qiáng)增大,對應(yīng)的功能關(guān)系見下表,例2： (2010上海卷)一定量的理想氣體的狀態(tài)經(jīng)歷了如圖1124所示的ab、bc、cd、da四個(gè)過程其中bc的延長線通過原點(diǎn)，cd垂直于ab且與水平軸平行，da和bc平

11、行則氣體體積在( ) Aab過程中不斷增加 Bbc過程中保持不變 Ccd過程中不斷增加 Dda過程中保持不變,圖1124,解析：首先，因?yàn)閎c的延長線通過原點(diǎn)，所以bc是等容線，即氣體體積在bc過程中保持不變，B正確；ab是等溫線，壓強(qiáng)減小則體積增大，A正確；cd是等壓線，溫度降低則體積減小，C錯(cuò)誤；連接aO交cd于e，則ae是等容線，即VaVe，因?yàn)閂dVe，所以VdVa，所以da過程中體積不是保持不變，D錯(cuò)誤；正確選項(xiàng)AB. 答案： AB,影響氣體壓強(qiáng)的兩個(gè)因素：一是氣體分子的平均動(dòng)能，對應(yīng)的宏觀物理量是氣體的溫度；二是分子的密集程度即單位體積內(nèi)的分子數(shù)，對應(yīng)的宏觀物理量是氣體的體積,警示

12、：氣體的壓強(qiáng)與兩個(gè)因素有關(guān)，所以在審題時(shí)認(rèn)真地閱讀，要對“一定”、“可能”等關(guān)鍵詞格外注意 3.氣缸問題 問題：氣缸問題有一定的難度，能較好地考查學(xué)生的多種能力，是考查的熱點(diǎn)之一面對氣缸問題，我們?nèi)绾谓鉀Q呢？,解答：解題策略：一是要能夠利用物體平衡條件求氣體壓強(qiáng)，對于求用固體(如活塞等)封閉在靜止容器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)問題，應(yīng)對固體(如活塞等)進(jìn)行受力分析，然后根據(jù)平衡條件求解二是要會(huì)用理想氣體狀態(tài)參量的關(guān)系分析問題,例3：(2010全國卷)如圖1125，一絕熱容器被隔板K隔開成a、b兩部分已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體，b內(nèi)為真空抽開隔板K后，a內(nèi)氣體進(jìn)入b，最終達(dá)到平衡狀態(tài)在此過程中( ) A氣體對

13、外界做功，內(nèi)能減少 B氣體不做功，內(nèi)能不變 C氣體壓強(qiáng)變小，溫度降低 D氣體壓強(qiáng)變小，溫度不變,圖1125,解析：絕熱容器內(nèi)的稀薄氣體與外界沒有熱傳遞，Q0.稀薄氣體向真空擴(kuò)散沒有做功，W0.根據(jù)熱力學(xué)第一定律稀薄氣體的內(nèi)能不變，則溫度不變稀薄氣體擴(kuò)散體積增大，壓強(qiáng)必然減小BD正確 答案：BD,1.(單選)(2010上海理綜)民間常用“拔火罐”來治療某些疾病，方法是將點(diǎn)燃的紙片放入一個(gè)小罐內(nèi)，當(dāng)紙片燃燒完時(shí)，迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上，火罐就會(huì)緊緊地被“吸”在皮膚上其原因是，當(dāng)火罐內(nèi)的氣體( ) A溫度不變時(shí)，體積減小，壓強(qiáng)增大 B體積不變時(shí)，溫度降低，壓強(qiáng)減小 C壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度降低，體積減小 D質(zhì)量不變時(shí)，壓強(qiáng)增大，體積減小,B,2.(單選)(2010廣東卷)圖1126是密閉的氣缸，外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體，對缸內(nèi)氣體做功800J，同時(shí)氣體向外界放熱200J，缸內(nèi)氣體的( ) A溫度升高，內(nèi)能增加600J B溫度升高，內(nèi)能減少200J C溫度降低，內(nèi)能增加600J D溫度降低，內(nèi)能減少200J,圖1126,A,解析：由能量守恒，UQW200J800J600J，內(nèi)能增加600J，則溫度一定升高,3.(單選)(