(共4张PPT)
章末知识体系构建
温度
T=t+273.15 K
反比
pV=C
正比
正比
规则
固定
各向异性
无规则
固定
各向同性
无规则
无固定
各向同性
垂直
上升
下降
流动性
规则排列
温度:把表征热力学系统“共同的热学性质”的物理量叫
作温度;达到热平衡的系统具有相同的①
温度与温标
热力学温度
温标
摄氏温度
二
者关系:②
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③
玻意耳定律
表达式:④
内容:一定质量的某种气体,在压强不变的情
气体
气体
况下,其体积V与热力学温度T成⑤
实验
盖-吕萨克定律
定律
表达式:⑥
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⑦
查理定律
表达式:⑧
理想
理想化模型:在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体
气体
状态方程:⑨
有0
几何形状
单晶体
有①
熔点
物理性质表现为②
晶体
3
几何形状
多晶体
有①
熔点
固体
物理性质表现为⑤
16
几何形状
非晶体
熔点
物理性质表现为⑧
表面张力:在液体表面层内的各个方向上都存在,力的方向总是跟液面相切,
且与分界面⑨
,
使液体表面绷紧的力
浸润、不浸润:一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上的现象叫作浸
润;不会润湿某种固体,也就不会附着在这种固体的表面的现象叫作不浸润
体
毛细现象:浸润液体在细管中②⑩
的现象,以及不浸润液体在细管中②①
的现象,称为毛细现象
液晶:液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态。液晶态既具有液体的②②
,又在一定程度上具有晶体分子的③
的性质(共44张PPT)
1 温度和温标
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
素养 目标定位
目 标 素 养
1.知道状态参量以及热平衡的概念。
2.理解热平衡定律及温度的意义,体会生活中的热平衡现象。
3.知道温度计的构造,会使用常见的温度计。
4.理解温标、热力学温度的意义,掌握摄氏温度与热力学温度的区别与联系。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、状态参量与平衡态
1.热力学系统。
研究某一容器中气体的热学性质,其研究对象是容器中的 大量分子 组成的系统。这在热学中叫作一个热力学系统。
2.外界。
系统之外与系统发生相互作用的 其他物体 的统称。
3.状态参量。
描述系统性质的物理量,常用的物理量有几何参量 体积V 、力学参量 压强p 、热学参量 温度T 。
4.平衡态。
系统在没有外界影响的情况下,经过足够长的时间,系统内各部分的 状态参量 达到稳定的状态。
二、 热平衡与温度
1.热平衡:两个相互接触的热力学系统的 状态参量 不再变化。
2.热平衡定律:如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定处于 热平衡 。
3.温度:两个达到热平衡的系统所具有的共同的 热学性质 。温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量,它的特征是“一切达到热平衡的系统都具有 相同 的温度”。
微判断 (1)当系统处于平衡态时,系统的温度、压强、体积等都不随时间变化。( )
(2)平衡态是一种理想情况。( )
(3)温度是决定两个系统是否达到热平衡的唯一物理量。
( )
(4)处于平衡态的系统内的分子仍在不停地做无规则运动,平衡态是一种动态平衡。( )
√
√
√
√
三、温度计与温标
1.温标:定量描述温度的方法。
(1)摄氏温标:一种常用的表示温度的方法,规定标准大气压下冰的熔点为 0 ℃ ,水的沸点为 100 ℃ ;并据此把温度计的玻璃管上0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份,每份算作1 ℃。
(2)热力学温标:现代科学中常用的表示温度的方法。
(3)摄氏温度与热力学温度。
2.温度计。
微思考 物体温度升高了1 ℃就是升高了273.15 K吗
提示:不是。温度升高了1 ℃,也就是升高了1 K,即在表示温差时,ΔT=Δt。
课堂·重难突破
重难归纳
1.平衡态的理解。
(1)平衡态的特点:系统温度、压强、体积不发生变化。
(2)热力学的平衡态是一种动态平衡。在平衡态下,组成系统的分子仍在不停地做无规则运动,只是分子运动的平均效果不随时间变化,表现为系统的状态参量不随时间变化。
(3)平衡态是一种理想情况。任何系统完全不受外界影响是不可能的,系统处于平衡态时,仍可能发生偏离平衡状态的微小变化。
一 对平衡态与热平衡的理解
2.判断热力学系统是否处于平衡态的方法。
(1)先判断热力学系统是否受到外界的影响,再判断系统的状态参量(压强、体积和温度)是否发生变化。
(2)如果系统不受外界的影响,且状态参量不发生变化,系统就处于平衡态,否则就是非平衡态。
3.热平衡的理解。
(1)只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化,我们就说这两个系统达到了热平衡。
(2)决定两个系统是否达到了热平衡的参量是温度。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度,或者说,具有相同温度的系统达到了热平衡。
(3)热平衡定律的意义。
热平衡定律又叫热力学第零定律,为温度的测量提供了理论依据。因为处于热平衡的物体具有相同的温度,所以比较各物体温度时,不需要将各个物体直接接触,只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触,即可比较温度的高低。
4.平衡态与热平衡概念的区别。
研究对象 (1)平衡态是对某一系统而言的。
(2)热平衡是对两个接触的系统而言的
状态性质 (1)达到热平衡的两个系统都处于平衡态,两个都处于平衡态的系统之间不一定已经达到热平衡。
(2)分别处于平衡态的两个系统在相互接触时,它们的状态可能会发生变化,直到温度相同时,两系统便达到了热平衡
判断依据 (1)系统不受外界影响,状态参量不变,则该系统处于平衡态。
(2)两个系统的温度相同,则这两个系统处于热平衡
一金属棒的一端与0 ℃的冰接触,另一端与100 ℃的水接触,并且保持两端冰、水的温度不变。当经过充分长时间后,金属棒所处的状态是否为平衡态 为什么
提示:因金属棒一端与0 ℃的冰接触,另一端与100 ℃的水接触,并且保持两端冰、水的温度不变,金属棒两端温度始终不相同,虽然金属棒内部温度分布处于一种稳定状态,但其内部总存在着沿一定方向的能量交换,金属棒不是一个封闭的系统,所以金属棒所处的状态不是平衡态。
典例剖析
(多选)下列物体处于平衡态的是( )
A.冰水混合物处在1 ℃的环境中
B.将一铝块放入沸水中加热较长的时间
C.冬天刚打开空调的教室内的气体
D.用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间
答案:BD
解析:冰水混合物在1 ℃的环境中要吸收热量,温度升高,不是平衡态,选项A错误;当铝块放在沸水中足够长的时间,铝块各部分的温度与沸水的温度相同,达到平衡态,选项B正确;同理可知选项D正确;冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不同,不是平衡态,选项C错误。
规律总结 1.平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡,表现为宏观状态参量的不变化。 2.系统要处于平衡态,必须要经过较长一段时间,直到系统内所有性质都不随时间变化为止。 3.处于平衡态的系统与外界没有能量的交换。
学以致用
下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是( )
A.开空调2 min内教室内的气体处于平衡态
B.两个温度不同的物体相互接触,这两个物体组成的系统处于非平衡态
C.两个物体发生热传递时,能量在它们组成的系统中传递,对整个系统而言处于平衡态
D.压缩密闭容器中的空气,空气处于平衡态
答案:B
解析:开空调2 min内教室内的气体温度要变化,故不是平衡态,选项A错误;两物体温度不同,接触后高温物体会向低温物体传热,是非平衡态,选项B正确;两个物体发生热传递时,两个物体组成的系统内部仍存在温差,故系统处于非平衡态,选项C错误;压缩密闭容器中的空气,要对空气做功,机械能转化为内能,不是平衡态,选项D错误。
重难归纳
1.“温度”含义的两种说法。
宏观
角度 温度表示物体的冷热程度,这样的定义带有主观性,因为冷热是s由人体的感觉器官比较得到的,往往是不准确的
热平衡
角度 温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的。热平衡定律指出,两个系统处于热平衡时,存在一个数值相等的物理量,这个物理量就是温度,这样的定义更具有科学性
二 温度与温标
2.温度计的原理。
温度计的测温原理是热平衡定律,若物体与A处于热平衡,它同时也与B处于热平衡,则A的温度等于B的温度,这就是温度计用来测量温度的基本原理。
3.温标。
(1)建立一种温标的三要素。
①选择测温物质(水银/铂/气体/热电偶)。
②确定测温属性(体积/电阻/压强/电动势)。
③选定温度零点和分度方法。
(2)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标。
(3)比较摄氏温标和热力学温标。
比较项 摄氏温标 热力学温标
零度的规定 标准大气压下冰水混合物的温度 -273.15 ℃
温度名称 摄氏温度 热力学温度
温度符号 t T
单位名称 摄氏度 开尔文
单位符号 ℃ K
关系 T=t+273.15 K,
粗略表示:T=t+273 K
四季变换,阴晴冷暖,我们每天都会关注天气预报,适当增减衣物。某天的天气预报概要如下:今日天气多云,温度14~26 ℃。在24小时的时间内,随着气温的变化,测量气温的温度计示数也会变化,那么,在较短的一段时间里,温度计与大气达到热平衡了吗
提示:达到热平衡了。因为在较短的一段时间里两个系统的状态参量不发生变化。
典例剖析
(多选)关于热力学温度,下列说法正确的是( )
A.-33 ℃=240 K
B.温度变化1 ℃,也就是温度变化1 K
C.-136 ℃比136 K温度高
D.温度由t(t的单位为摄氏度)升至2t,对应的热力学温度升高了273 K+t
答案:ABC
解析:由T=273 K+t可知-33 ℃=240 K,选项A正确;-136 ℃=137 K,比136 K温度高,选项C正确;选项D中初态热力学温度为273 K+t,末态为273 K+2t,温度变化t,故选项B正确,D错误。
规律总结 1.热力学温度与摄氏温度的关系是T=t+273.15 K,因此对于同一温度来说,用不同的温标表示,数值不同,这是因为零值选取不同。 2.在热力学温标与摄氏温标中,热力学温度升高(或降低)1 K,则摄氏温度也升高(或降低)1 ℃。
学以致用
(多选)如果物体的温度从27 ℃升高到127 ℃,用热力学温度表示,以下说法正确的是( )
A.物体的温度升高了400 K B.物体的温度升高了100 K
C.物体的温度升高到400 K D.物体的温度升高到373 K
答案:BC
解析:由T=t+273 K知27 ℃时对应的热力学温度为300 K,127 ℃时对应的热力学温度为400 K,所以升高了100 K,选项B、C正确,A、D错误。
随堂训练
1.气体分子热运动的平均动能取决于气体的( )
A.体积 B.温度
C.压强 D.密度
答案:B
解析:由于温度是分子平均动能的标志,所以气体分子的平均动能宏观上取决于温度,故选项B正确,A、C、D错误。
2.关于平衡态和热平衡,下列说法正确的是( )
A.热平衡就是平衡态
B.只要系统的温度不变化,系统就处于平衡态
C.处于热平衡的两个系统内能一定相同
D.处于热平衡的两个系统温度一定相同
答案:D
解析:平衡态是针对某一系统而言的,热平衡是两个系统相互影响的最终结果,故选项A错误;一个系统的各状态参量都不变化,系统才处于平衡态,仅仅根据温度不变且处处相等不能得出系统一定处于平衡态的结论,故选项B错误;如果两个系统处于热平衡状态,则它们的温度一定相同,但是内能不一定相同,故选项C错误,D正确。
3.关于温度的概念,下列说法正确的是( )
A.某物体的温度为0 ℃,则其中每个分子的温度都为0 ℃
B.温度是物体分子热运动的平均速率的标志
C.温度是物体分子热运动的平均动能的标志
D.温度可从高温物体传递到低温物体,达到热平衡时,两物体温度相等
答案:C
解析:温度是物体的宏观特征,是大量分子热运动的宏观表现,对一个分子不能谈温度,选项A错误;温度是物体分子平均动能的标志,而不是分子平均速率的标志,选项B错误,C正确;热量才可从高温物体传递到低温物体,达到热平衡时,两物体温度相等,选项D错误。
4.在国际单位制中,温度的量度使用热力学温标,它是以-273 ℃为零点的温标,那么用热力学温标表示标准大气压下冰水混合物的温度应该是( )
A.0 ℃ B.0 K
C.273 ℃ D.273 K
答案:D
解析:摄氏温度t与热力学温度T的换算关系是T=t+273 K,当t=0 ℃时,T=273 K,故选项D正确。
5.关于热力学温标和摄氏温标( )
A.某物体摄氏温度10 ℃,即热力学温度10 K
B.热力学温度升高1 K大于摄氏温度升高1 ℃
C.热力学温度升高1 K小于摄氏温度升高1 ℃
D.热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃
答案:D
解析:某物体摄氏温度10 ℃,即热力学温度(273+10) K=283 K,选项A错误;热力学温标中的每1 K与摄氏温标中每1 ℃大小相等,则热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃,选项B、C错误,D正确。
6.1千克0 ℃的水变成0 ℃的冰的过程中,下列说法正确的是
( )
A.分子平均动能变小 B.分子势能变小
C.内能变大 D.内能不变
答案:B
解析:1千克0 ℃的水变成0 ℃的冰的过程中,温度不变,则分子平均动能不变;因该过程放出热量,可知内能减小,分子势能减小。故选项B正确,A、C、D错误。(共70张PPT)
2 气体的等温变化
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
素养 目标定位
目 标 素 养
1.理解一定质量的气体,在温度不变的情况下压强与体积的关系。
2.学会通过实验的方法研究问题,探究物理规律,学习用电子表格与图像对实验数据进行处理与分析,体验科学探究过程。
3.理解气体等温变化的p -V图像的物理意义。
4.学会用玻意耳定律计算有关的问题。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、等温变化
1.等温变化:一定质量的气体,在温度不变的条件下,其 压强 与 体积 变化时的关系,我们把这种变化叫作气体的等温变化。
2.探究气体等温变化的规律。
(1)实验器材:铁架台、注射器、橡胶塞、压力表等。注射器下端用橡胶塞密封,上端用活塞封闭一段空气柱,这段空气柱是我们的研究对象。
(2)数据收集:空气柱的压强p由上方的 压力表 读出,体积V用刻度尺读出的空气柱的 长度l 乘气柱的横截面积S。用手把活塞向下压或向上拉,读出体积与压强的几组值。
(3)数据处理。
以压强p为纵坐标,以气体体积的倒数 为横坐标建立直角坐标系,将收集的各组数据描点作图,若图像是过原点的直线,说明压强跟体积的倒数成 正比 ,也就说明压强跟体积成反比。
3.玻意耳定律。
(1)内容:一定质量的某种气体,在温度保持不变的情况下,压强p和体积V成 反比 。
(2)公式: pV=C(常量) 或 p1V1=p2V2 。
(3)适用条件。
①气体质量不变、温度不变。
②气体温度不太低、压强不太大。
微探究 在一个恒温池中,一串串气泡由池底慢慢升到水面,有趣的是气泡在上升过程中,体积逐渐变大,到水面时就会破裂。
(1)上升过程中,气泡内气体的温度发生改变吗
(2)上升过程中,气泡内气体的压强怎么改变
(3)气泡在上升过程中体积为何会变大
提示:(1)因为在恒温池中,
所以气泡内气体的温度保持不变。
(2)变小。
(3)由玻意耳定律pV=C可知,压强变小,气体的体积增大。
二、 气体等温变化的p-V图像
1.p-V图像:一定质量的气体的p-V图像为一条 双曲线 ,如图所示。
如图所示。
微思考 若实验数据呈现气体体积减小,压强增大的特点,能否断定压强与体积成反比
课堂·重难突破
重难归纳
【实验目的】
探究一定质量的气体,在温度不变的条件下,其压强与体积的关系。
【实验原理】
在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下,改变密闭注射器中气体的体积,由压力表读出对应气体的压强,进而研究在恒温条件下气体的压强与体积的关系。
一 实验:探究气体等温变化的规律
【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。
【实验步骤】
(1)按下图组装实验器材。
(2)利用注射器抽取一段空气柱为研究对象,注射器下端的开口有橡胶套,它和柱塞一起把这一段空气柱封闭。
(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可以通过刻度尺测量,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可以从压力表读取。
(4)将得到的数据填在下表中。
项目 1 2 3 4 5
压强p/Pa
体积V/cm3
体积倒数 /cm-3
【数据处理】
(1)作p-V图像。
以压强p为纵坐标,以体积V为横坐标,用采集的各组数据在坐标纸上描点,绘出等温曲线,如图所示。观察p-V图像看能否得出p、V的定量关系。
(3)实验结论:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,其压强与体积的倒数成正比。
【误差分析】
(1)注射器有漏气现象。
(2)实验过程中的温度不能保证完全一致。
【注意事项】
(1)改变气体体积时,要缓慢进行。
(2)实验过程中,不要用手接触注射器的外壁。
(3)实验前要在柱塞上涂抹润滑油。
(4)读数时视线要与柱塞底面平行。
(5)作p- 图像时,应使尽可能多的点落在直线上,不在直线上的点应均匀分布于直线两侧,偏离太大的点应舍弃掉。
典例剖析
某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律。
(1)在实验中,下列操作不必需的是 。
A.用橡胶套密封注射器的下端
B.用游标卡尺测量柱塞的直径
C.读取压力表上显示的压强
D.读取刻度尺上显示的空气柱长度
(2)实验装置用铁架台固定,而不是用手握住
玻璃管(或注射器),并且在实验中要缓慢推动
活塞,这些要求的目的是 。
(3)下列图像中,最能直观反映气体等温变化的规律的是
。
答案:(1)B
(2)保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变
(3)C
解析:(1)为了保证气密性,应用橡胶套密封注射器的下端,选项A必需;由于注射器的直径均匀恒定,根据V=lS可知体积和空气柱长度成正比,所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度,无须测量直径,选项B不必需,D必需;为了得知气压的变化情况,需要读取压力表上显示的压强,选项C必需。
(2)手温会影响气体的温度,且实验过程中若气体压缩太快,温度升高后热量不能快速释放,气体温度会升高,所以这样做的目的是保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变。
规律方法 1.保证气体质量不变的方法:针筒要密封,为此可于实验前在柱塞上涂好润滑油,以免漏气。 2.保证气体温度不变的方法。 (1)改变气体体积时,要缓慢进行。 (2)实验操作时不要触摸注射器的空气柱部分。 (3)改变气体体积后不要立即读数,待稳定后再读数。 3.实验数据处理:用p-V图像处理数据时,得到的图线是双曲线;用p- 图像处理数据时,得到的图线是过原点的直线,图线的斜率等于pV,且保持不变。
学以致用
用如图甲所示的实验装置探究
等温情况下一定质量气体压强
与体积的关系。在注射器活塞
上涂润滑油并插入注射器针筒,
用细软管将针筒小孔与压强传
感器连接,密封一定质量气体,移动活塞改变气体的体积和压强,气体体积由注射器刻度读取,气体压强由压强传感器读取。
(1)下列说法正确的是 。
A.气体的压强和体积必须用国际单位
B.在活塞上涂润滑油只是为了减小摩擦力
C.移动活塞应缓慢且不能用手握住注射器
D.若实验中连接传感器和注射器的软管脱落,可以立即接上继续实验
(2)交流实验成果时某同学发现各小组所测的压强与体积的乘积并不相同,最主要的原因是 。
(3)某小组实验操作无误,但根据测得的数据作出的V- 图线不过坐标原点,如图乙所示,图中V0代表 的体积。
答案:(1)C
(2)密封的气体质量不同
(3)压强传感器与注射器之间气体
解析:(1)本体积的比例关系,单位无须统一为国际单位,故选项A实验研究气体的压强和错误;为了防止漏气,应当在注射器活塞上涂润滑油,来增加连接处密封性,故选项B错误;移动活塞要缓慢,实验时不要用手握住注射器,都是为了保证实验的恒温条件,故选项C正确;压强传感器与注射器之间的软管脱落后,气体质量变化了,应该重新做实验,故选项D错误。
重难归纳
1.取等压面法。
同种液体在同一深度向各个方向的压强相等,灵活选取等压面,求解气体压强。如图甲所示,C、D两处压强相等,故pA=p0+ph;如图乙所示,M、N两处压强相等,从左侧管看有pB=pA+ph2,从右侧管看,有pB=p0+ph1。
二 封闭气体压强的计算
2.力平衡法。
选与封闭气体接触的活塞、汽缸或液体为研究对象进行受力分析,由平衡条件列式求气体压强。
3.牛顿运动定律法。
容器匀变速运动时,选与封闭气体接触的活塞、汽缸或液体为研究对象,由牛顿第二定律列方程求解。
如图所示,在温度不变的情况下,把一根上端封闭的玻璃管竖直插入水银槽中,插入后管口到槽内水银面的距离是l,若大气压为p0,两液面的高度差为h。玻璃管内液面处的压强和玻璃管口处的压强分别是多少
提示:玻璃管内液面处的压强p1=p0+ρgh。
玻璃管口处的压强p2=p0+ρgl。
典例剖析
如图所示,竖直静止放置的U形管,左端开口,右端封闭,管内有a、b两段水银柱,将A、B两段空气柱封闭在管内。已知水银柱a长h1,水银柱b两个液面间的高度差为h2,大气压强为p0,则空气柱A、B的压强分别是多少 (已知水银的密度为ρ)
答案:p0-ρgh1 p0-ρg(h1+h2)
解析:设管的横截面积为S,选a的下端面为参考液面,它受的向下的压力为(pA+ph1)S,受向上的大气压力为p0S,由于系统处于静止状态,则(pA+ph1)S=p0S,所以pA=p0-ph1=p0-ρgh1;再选b的左下端面为参考液面,则(pB+ph2)S=pAS,所以pB=pA-ph2=p0-ρgh1-ρgh2=p0-ρg(h1+h2)。
规律总结 封闭气体压强计算的常见类型和方法步骤
学以致用
如图所示,活塞的质量为m,缸套的质量为m',通过弹簧静止吊在天花板上,汽缸内封住一定质量的气体,缸套和活塞间无摩擦,活塞横截面积为S,大气压强为p0,重力加速度为g,则封闭气体的压强p为( )
答案:C
解析:以缸套为研究对象,有pS+m'g=p0S,
所以封闭气体的压强p=p0- ,故选项C正确。
重难归纳
1.对玻意耳定律的理解。
(1)成立条件:玻意耳定律p1V1=p2V2是实验定律,只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立。
(2)玻意耳定律的数学表达式pV=C中的常量C不是一个普适恒量,它与气体的种类、质量、温度有关。对一定质量的气体,温度越高,该恒量C越大。
三 玻意耳定律的理解与应用
2.应用玻意耳定律的思路和方法。
(1)确定研究对象,并判断是否满足玻意耳定律成立的条件。
(2)确定始末状态及状态参量(p1、V1、p2、V2)。
(3)根据玻意耳定律列方程p1V1=p2V2,代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)。
(4)注意分析题目中的隐含条件,必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程。
(5)有时要检验结果是否符合实际,对不符合实际的结果要删去。
使用气压式保温瓶时不用倾倒,只需用手压瓶盖便能使水流出。你知道其中的道理吗 观察气压式保温瓶的结构,讨论它出水的原理。
提示:由于热水瓶内是密封的,气体质量不变,瓶内气体可以看成做等温变化,当按下顶部活塞时,瓶内气体体积减小,根据玻意耳定律可知,瓶内气体压强增大,当瓶内压强增大到一定程度时,水就从出水口流出。
典例剖析
如图所示,一个上下都与大气相通的直圆筒,
内部横截面积为S=0.01 m2,中间用两个活塞
A和B封住一定质量的气体。A、B都可沿圆
筒无摩擦地上下滑动,且不漏气。A的质量不
计,B的质量为m0,并与一劲度系数为k=5×103 N/m的较长的弹簧相连。已知大气压p0=1×105 Pa,平衡时两活塞之间的距离l0=0.6 m,现用力压A,使之缓慢向下移动一段距离后,保持静止。此时用于压A的力F=500 N,求活塞A下移的距离。
答案:0.3 m
解析:设活塞A下移的距离为l,活塞B下移的距离为x,
对圆筒中的气体有
初状态:p1=p0,V1=l0S
误区警示 应用玻意耳定律解题时的两个误区 误区1:误认为在任何情况下玻意耳定律都成立。只有一定质量的气体在温度不变时,定律成立。 误区2:误认为气体的质量变化时,一定不能用玻意耳定律进行分析。 当气体经历多个质量发生变化的过程时,可以分段应用玻意耳定律列方程,也可以把发生变化的所有气体作为研究对象,保证初、末态的气体的质量、温度不变,应用玻意耳定律列方程。
学以致用
1.呼吸机在抗击新冠肺炎的疫情中发挥了重要的作用。呼吸机的工作原理可以简述为吸气时会将气体压入患者的肺内,当压力上升到一定值时,呼吸机会停止供气,呼气阀也会相继打开,患者的胸廓和肺就会产生被动性的收缩,进行呼气。若吸气前肺内气体的体积为V0,肺内气体压强为p0(大气压强)。吸入一些压强为p0的气体后肺内气体的体积变为V,压强为p,若空气视为理想气体,整个过程温度保持不变,则吸入气体的体积为( )
D
解析:设压入的气体体积为V1,气体做等温变化,
则pV=p0V0+p0V1,
2.使用胶头滴管时,插入水中,捏尾部的橡胶头,使其体积减小,排出一定空气后稳定状态如图所示。然后松手,橡胶头体积增大V1,有体积V2的水进入了滴管。忽略温度的变化,根据图中h1和h2的高度关系,有( )
A.V1>V2
B.V1
C.V1=V2
D.缺少数值无法判断
答案:A
解析:设大气压强为p0,水的密度为ρ,
则开始时气体的压强p1=p0+ρgh1
吸入水后气体的压强p2=p0+ρgh2
由于h1>h2,则p1>p2
设气体开始时的体积为V10,吸入水后的体积为V20,
气体的温度不变,根据玻意耳定律p1V10=p2V20
由于p1>p2,则V10对胶头滴管V10+V1=V20+V2
所以V1>V2故A正确,B、C、D错误。
重难归纳
四 两种等温变化图像
下图是一定质量的某种气体状态变化的p-V图像,气体沿直线由状态A变化到状态B的过程中温度变化吗
提示:由题图可知,pAVA=pBVB,所以A、B两状态的温度相等,在同一等温线上。过A和B画一条等温线如图所示,直线AB上的其他点并不在等温线上,所以气体沿直线由状态A变化到状态B的过程中温度变化。
典例剖析
(多选)右图为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线,则下列说法正确的是( )
A.从等温线可以看出,一定质量的气体在
发生等温变化时,其压强与体积成反比
B.一定质量的气体,在不同温度下的等
温线是不同的
C.一定质量的气体,温度越高,气体压强与体积的乘积越小
D.由图可知T1>T2
AB
解析:由等温线的物理意义可知,选项A、B正确;对于一定质量的气体,温度越高,气体压强与体积乘积越大,等温线的位置越高,选项C、D错误。
规律总结 1.不同的等温线温度不同,越靠近原点的等温线温度越低,越远离原点的等温线温度越高。 2.由不同等温线的分布情况可以判断温度的高低。
学以致用
如图所示,由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的气体封闭在汽缸内,活塞与汽缸壁之间无摩擦,活塞上方存有少量液体。将一细管插入液体,由于虹吸现象,活塞上方液体缓慢流出,在此过程中,大气压强与外界的温度保持不变 。
下列各个描述气体状态变化的图像中与上述过程相符合的是( )
答案:D
解析:封闭气体做的是等温变化,选项D正确。
随堂训练
1.(多选)探究气体等温变化规律的实验装置如图所示,下列说法正确的是( )
A.实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化
B.实验中为找到体积与压强的关系,一定要测量空气柱的横截面积
C.为了减小实验误差,可以在柱塞上涂润滑油,以减小摩擦
AD
解析:本实验采用的方法是控制变量法,所以要保持被封闭气体的质量和温度不变,选项A正确;由于注射器的横截面积不变,所以只需测出空气柱的长度即可,选项B错误;涂润滑油的主要目的是防止漏气,使被封闭气体的质量不发生变化,选项
2.如图所示,某种自动洗衣机进水时,与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气,通过压力传感器感知管中的空气压力,从而控制进水量。设温度不变,洗衣缸内水位升高,则细管中被封闭的空气( )
A.体积不变,压强变小
B.体积变小,压强变大
C.体积不变,压强变大
D.体积变小,压强变小
答案:B
解析:由于气体温度不变,属于等温变化,水位升高,封闭气体的体积减小,根据玻意耳定律pV=C(C为定值)知,压强增大,故选项B正确。
3.一个篮球的容积是3 L,用打气筒给这个篮球打气,每打一次都把体积为300 mL、压强与大气压相同的气体打进球内。如果打气前篮球已经是球形,并且里面的压强与大气压相等,则打了10次后,篮球内部空气的压强与大气压的比值是(整个打气过程篮球内温度不变)( )
A.1 B.1.5 C.2 D.2.5
答案:C
解析:打气过程视为等温变化,研究全部气体,设大气压强为p0,根据玻意耳定律有p0V0=p1V1,代入数据得p0×(3 L+10×0.3 L)
=3 L·p1,解得p1=2p0,故选C。
4.如图所示,一定质量的理想气体,从状态1变化到状态2,其
p- 图像为倾斜直线,下述正确的是( )
A.气体的密度不变 B.气体的压强不变
C.气体的体积不变 D.气体的温度不变
答案:D
5.若已知大气压强为p0,下图中各装置均处于静止状态,液体密度均为ρ,求被封闭气体的压强。
6.现有一质量为m0的汽缸,用质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体,当汽缸竖直放置时,空气柱长为l0(如图甲所示)。已知大气压强为p0,活塞的横截面积为S,它与汽缸之间无摩擦且不漏气,气体温度保持不变。
(1)求图甲中封闭气体的压强。
(2)汽缸如图乙所示悬挂并保持静止
时,求封闭气体的压强及气柱长度。
解析:(1)在题图甲中,对活塞受力分析,
(2)在题图乙中,对汽缸受力分析,根据平衡条件得
p2S+m0g=p0S
以汽缸中的气体为研究对象,根据玻意耳定律有
p1l0S=p2lS(共70张PPT)
3 气体的等压变化和等容变化
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
模型方法·素养提升
素养 目标定位
目 标 素 养
1.知道什么是等压变化,理解盖-吕萨克定律的内容和公式。
2.掌握等压变化的V-T图线、物理意义。
3.知道什么是等容变化,理解查理定律的内容和公式。
4.掌握等容变化的p-T图线、物理意义。
5.知道什么是理想气体并知道理想气体的特点。
6.知道用分子动理论对气体实验定律的微观解释。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、气体的等压变化
1.等压变化:一定质量的某种气体,在压强不变时,体积随温度变化的过程叫作气体的等压变化。
2.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 。
(3)图像表示。
(4)适用条件。
①气体质量不变、压强不变。
②气体温度不太低、压强不太大。
微思考 V-T图像的斜率能否反映气体压强的大小
提示:能。斜率越大,表示压强越小。
二、 气体的等容变化
1.气体的等容变化:一定质量的某种气体,在体积不变时,压强随温度变化的过程叫作气体的等容变化。
2.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 。
(3)图像表示。
微探究1 在炎热的夏天,打足气的自行车轮胎在日光的暴晒下有时会胀破。忽略轮胎体积变化,试探究轮胎胀破的原因。
提示:自行车轮胎体积一定,日光暴晒时,轮胎里的空气温度升高明显,气体压强增大,当气体压强增大到超过轮胎承受的限度时,轮胎就会被胀破。
三、理想气体
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,我们把它叫作理想气体。
2.条件:气体 分子大小 和 相互作用力 可以忽略不计,气体分子与器壁碰撞的动能损失不计。
3.理想气体是一种 理想化 的模型。在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时,可把实际气体当成理想气体来处理。
4.理想气体的状态方程。
(1)内容:一定质量的某种理想气体,在从某一状态变化到另一状态时,尽管其压强p、体积V和温度T 都可能改变,但是压强p跟体积V的乘积与热力学温度T的比值却保持 不变 。
式中C 是与压强p、体积V、温度T无关的常量,它与气体的质量、种类有关。上式叫作理想气体的状态方程。
微探究2 液态的氮气是惰性的,无色,无臭,无腐蚀性,不可燃,温度极低。氮气构成了大气的大部分(体积比78.03%,重力比75.5%)。氮气不活泼,不支持燃烧,汽化时大量吸热。在常压下,液氮温度为-196 ℃。
(1)常温常压下氮气能不能看作理想气体
(2)能不能根据理想气体状态方程推导出查理定律
提示:(1)常温常压下氮气可以认为是理想气体。
(2)查理定律是一定质量的气体在体积不变的情况下,压强和温度的关系,根据理想气体状态方程,体积不变,压强和热力学温度成正比。
四、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。
微探究3 自行车的轮胎没气后会变瘪,用
打气筒向里打气,打进去的气越多,轮胎
会越“硬”。你怎样用分子动理论的观点
来解释这种现象 (假设轮胎的容积和气
体的温度不发生变化)
提示:轮胎的容积不发生变化,随着气体不断地打入,轮胎内气体分子的密集程度不断增大,温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化,故气体压强不断增大,轮胎会越来越“硬”。
课堂·重难突破
重难归纳
1.盖-吕萨克定律的理解。
一 盖-吕萨克定律的理解与应用
2.应用盖-吕萨克定律解题的一般步骤。
(1)确定研究对象,即被封闭的一定质量的气体。
(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件:质量一定,压强不变。
(3)确定初、末两个状态的温度、体积。
(4)根据盖-吕萨克定律列式。
(5)求解结果并分析、检验。
相传三国时期著名的军事家、政治家诸葛亮被司马懿困于平阳,无法派兵出城求救,就在此关键时刻,诸葛亮发明了一种可以升空的信号灯——孔明灯,并成功进行了信号联络,其后终于顺利脱险,你知道孔明灯为什么能够升空吗
提示:孔明灯是利用火焰的热量使容器内的气体等
压膨胀,使部分气体从孔明灯内逸出,进而使孔明灯
内气体的质量减小,当大气对孔明灯的浮力恰好等
于孔明灯的重力时,即达到孔明灯升空的临界条件,
若继续升温,孔明灯就能升空了。
典例剖析
用绳子系住汽缸缸底,将汽缸倒过来悬挂,汽缸内用
活塞封闭了一定质量的理想气体,达到平衡时如图
所示,活塞到缸底的距离l1=36 cm,已知活塞质量
m=10 kg、面积S=100 cm2,不计活塞厚度及其与汽
缸之间的摩擦,重力加速度g取10 m/s2,大气压强为p0=1×105 Pa,缸内气体初始温度为27 ℃。
(1)求汽缸内气体的压强p1。
(2)现缓慢升高汽缸内气体的温度,使活塞恰好到达缸口,此时活塞与缸底的距离为l=42 cm,求此时缸内气体的温度。
答案:(1)9×104 Pa (2)350 K(或77 ℃)
解析:(1)对活塞受力分析可知p1S+mg=p0S
解得p1=9×104 Pa。
学以致用
如图所示,汽缸长l0=1.0 m,固定在水平地面上,汽缸中有横截面积S=100 cm2的光滑活塞,活塞封闭了一定质量的理想气体,大气压强p0=1.0×105 Pa,当温度t=27 ℃时,气柱长度l=0.8 m,汽缸和活塞的厚度均可忽略不计。
(1)如果温度保持不变,将活塞缓慢拉至汽
缸右端口,此时水平拉力F的大小是多少
(2)如果汽缸内气体温度缓慢升高,使活
塞移至汽缸右端口时的气体温度是多少
答案:(1)200 N (2)375 K
解析:(1)设活塞缓慢到达汽缸端口时,被封气体压强为p1,
则由玻意耳定律
p0lS=p1l0S
解得p1=0.8×105 Pa
把活塞缓慢拉至汽缸右端口处有
p1S=p0S-F
解得F=200 N。
(2)设汽缸内气体温度缓慢升高,使活塞移至汽缸右端口时的气体温度为T2,T1=(27+273) K=300 K
解得T2=375 K。
重难归纳
1.对查理定律的理解。
研究对象 一定质量的某种气体,而且体积保持不变
适用条件 压强不太大、温度不太低的情况
恒量C 在 =C中,C与气体的种类、质量、体积有关
比例关系 一定质量的某种气体在等容变化过程中,压强p跟热力学温度T成正比例关系,但是p不与摄氏温度t成正比,压强的变化Δp与摄氏温度的变化Δt成正比
二 对查理定律的理解与应用
2.应用查理定律解题的一般步骤。
(1)确定研究对象,即被封闭的一定质量的气体。
(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件:质量一定,体积不变。
(3)确定初、末两个状态的温度、压强。
(4)根据查理定律列式。
(5)求解结果并分析、检验。
我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,
即先加热罐中气体,然后迅速将火罐开口
端紧压在人体的皮肤上,待火罐冷却后,
火罐就被紧紧地“吸”在皮肤上。你知道
其中的道理吗
提示:火罐内的气体体积一定,冷却后气体的温度降低,压强减小,故在大气压力的作用下被“吸”在皮肤上。
典例剖析
1.一定质量的气体在等容变化过程中,温度每升高1 ℃,压强的增加等于它在300 K时压强的( )
答案:C
2.有人设计了一种测温装置,其结构如图所示,
玻璃泡A内封有一定量气体,与A相连的B管插
在水槽中,管内水银面的高度x即可反映泡内气
体的温度,即环境温度,并可由B管上的刻度直接
读出。设B管的体积与A玻璃泡的体积相比可
忽略不计。在标准大气压下对B管进行温度刻
度标记(标准大气压相当于76 cm高的水银柱产生的压强,等于101 kPa)。已知当温度t1=27 ℃时,管内水银面高度x=16 cm,此高度即为27 ℃的刻度线,问t=0 ℃的刻度线在何处
答案:21.4 cm
解析:选玻璃泡A内的气体为研究对象,由于B管的体积可忽略不计,温度变化时,A内气体经历的是一个等容过程。
玻璃泡A内气体的初始状态:
T1=300 K,p1=(76-16) cm·ρ水银g=60 cm·ρ水银g
末态,即t=0 ℃的状态:T0=273 K
所以t=0 ℃时水银面的高度,
即刻度线的位置是
x0=(76-54.6) cm=21.4 cm。
学以致用
用易拉罐盛装饮料非常卫生和方便,但如果剧烈碰撞或严重受热会导致爆炸。我们通常用的易拉罐容积V=355 mL。假设在室温(17 ℃)下罐内装有0.9V的饮料,剩余空间充满CO2气体且气体的质量不发生变化,气体压强为1.0×105 Pa。若易拉罐能承受的最大压强为1.2×105 Pa,则保存温度不能超过多少
答案:75 ℃
解析:取CO2气体为研究对象,则
初态:p1=1.0×105 Pa,T1=(273+17) K=290 K
末态:p2=1.2×105 Pa,T2未知
t=(348-273)℃=75 ℃ 。
重难归纳
1.p-T图像与V-T图像的比较。
三 p-T图像与V-T图像
不同点 图像
纵坐标 压强p 体积V
斜率
意义 斜率越大,体积越小,
V4p4相同点 ①都是一条通过原点的倾斜直线
②横坐标都是热力学温度T
③都是斜率越大,气体的另外一个状态参量越小
2.图像的物理意义:在气体状态变化图像中,图像上的一个点表示一定质量的气体的一个状态,一条线段表示气体状态变化的一个过程。
右图是一定质量的气体经历的两个状态
变化的p-T图像,请你作出对应的p-V图像。
提示:在p-T图像中AB直线过原点,所以A→B
为等容过程,体积不变,压强增大,温度升高,
B→C为等温过程,故p-V图像如下图所示。
典例剖析
如图所示,一定质量的理想气体从状态a经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到状态a。下列说法正确的是( )
A.在过程ca中外界对气体做功
B.在过程ab中气体的内能减少
C.在过程ab中气体对外界做功
D.在过程bc中与气体沿直线从状态b到达
状态c相比气体吸收热量更多
A
解析:在过程ca中气体体积减小,则外界对气体做功,故选项A正确;在过程ab中气体的体积不变,压强变大,由 =C可知气体温度升高,则内能增加,故选项B错误;在过程ab中气体的体积不变,则气体不对外界做功,外界也不对气体做功,故选项C错误;在过程bc中,气体温度不变,则内能不变,体积变大,气体对外做功,根据热力学第一定律有ΔU=Q+W=0,气体从外界吸收的热量等于气体对外做的功;若气体沿直线从状态b到达状态c,由p-V图像围成的面积表示气体对外做的功可知,该情形下做的功较多,由于气体内能不变,所以从外界吸收的热量更多,故选项D错误。
规律总结 分析气体图像问题的技巧 1.在根据图像判断气体的状态变化时,首先要确定横、纵坐标表示的物理量,其次根据图像的形状判断各物理量的变化规律。 2.不是热力学温度的先转换为热力学温度。 3.要将图像与实际情况相结合。
学以致用
(多选)某同学利用DIS(数字信息系统)研究一定质量气体的状态变化,实验后计算机屏幕显示的p-t图像如图所示。已知在状态B时气体的体积为VB=3 L,则下列说法正确的是( )
A.从状态A到状态B,气体的体积不变
B.从状态A到状态B,气体的体积增大
C.从状态B到状态C,气体体积增大
D.状态C气体的体积是2 L
答案:AD
解析:气体状态A到状态B是等容变化,故气体的体积不变,选项A正确,B错误;状态B到状态C的过程中,气体温度不变,压强增大,体积减小,选项C错误;从题图中可知,pB=1.0×105 Pa,
VB=3 L,pC=1.5×105 Pa,根据玻意耳定律,有pBVB=pCVC,解得VC=2 L,选项D正确。
模型方法 素养提升
理想气体模型——科学思维培养
方法归纳
1.对“理想气体”的理解。
(1)宏观特点。
①理想气体是为了方便研究问题而提出的一种理想模型,是实际气体的一种科学抽象,就像力学中的质点、电学中的点电荷模型一样。
②宏观上,理想气体严格遵从气体实验定律及理想气体状态方程。
(2)微观特点。
①理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计。
②理想气体分子之间的相互作用力可以忽略不计,故无分子势能,理想气体的内能等于所有分子热运动的动能之和,理想气体的内能仅由温度和分子总数决定,与气体的体积无关。
③分子之间和分子与器壁之间的碰撞,都是完全弹性碰撞。分子向各个方向运动的机会相同。
(3)实际处理。
在温度不低于零下几十摄氏度,压强不超过大气压的几倍时,很多气体都可当成理想气体来处理。
2.对理想气体状态方程的理解。
(1)成立条件:一定质量的理想气体。
(2)该方程表示的是气体三个状态参量的关系,与中间的变化过程无关。
(3)在 =C(恒量)中,恒量C与气体的种类、质量有关,与状态参量(p、V、T)无关。
(4)方程应用时单位方面应注意:温度T必须是热力学温度,公式两边中压强p和体积V单位必须统一,但不一定是国际单位制中的单位。
(5)理想气体状态方程与气体实验定律。
一定质量的理想气体由状态A沿平行于T轴
的直线变化到状态B,然后沿过原点的直线
由状态B变化到状态C,p-T图像如图所示。
该理想气体在状态A、状态B和状态C时的
体积VA、VB、VC的大小关系是怎样的
提示:从A到B为等压变化,根据盖-吕萨克定律可知,随着温度的升高,体积增大,故VA典例剖析
如图所示,一定质量的理想气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B,则它的状态变化过程是( )
A.气体的温度不变
B.气体的内能增加
C.气体分子的平均速率减小
D.气体分子在单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数不变
答案:B
解析:由p-V图像可知,气体状态由A变到B为等容升压过程,根据查理定律,一定质量的气体,当体积不变时,压强跟热力学温度成正比,所以压强增大温度升高,故选项A错误;一定质量的理想气体的内能仅由温度决定,所以气体的温度升高,内能增加,分子的平均速率增大,故选项B正确,C错误;气体温度升高,则气体分子在单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加,故选项D错误。
学以致用
(多选)对一定质量的理想气体,下列说法正确的是( )
A.体积不变,压强增大时,气体分子的平均动能一定增大
B.温度不变,压强减小时,气体分子的数密度一定减小
C.压强不变,体积增大时,气体的内能可能不变
D.温度升高,压强和体积可能都不变
答案:AB
解析:根据气体压强、体积、温度的关系可知,体积不变,压强增大时,气体的温度升高,气体分子的平均动能增大,选项A正确;温度不变,压强减小时,气体体积增大,气体分子的数密度减小,选项B正确;压强不变,体积增大时,气体温度升高,气体内能一定增大,选项C错误;温度升高,压强、体积中至少有一个发生改变,选项D错误。
随堂训练
1.将一定质量的空气封闭在气瓶内,并进行等压变化。把这些空气看成理想气体,则下列四幅图中能正确表示变化过程中空气的体积V和温度T的关系的是( )
答案:B
解析:等压变化中有 =C,则 V=CT,即V-T图像为过原点的直线,故选项B正确,A、C、D错误。
2.一定质量的理想气体在体积保持不变的情况下,下列说法正确的是( )
C.气体压强的增加量与热力学温度的增加量成正比
D.p-T图像中等容线在p轴上的截距一定是它在0 ℃时的压强
答案:C
3.下图表示一定质量的理想气体,由状态A变化到状态B,再变化到状态C的p-t图像,下列叙述正确的是( )
A.A→B是等容升温过程
B.A→B是等压升温过程
C.B→C是等温压缩过程
D.C→A是等压膨胀过程
答案:A
解析:因为BA的反向延长线与t轴的交点为-273 ℃,可知A→B是等容变化,温度升高,压强变大,故A→B是等容升温过程,选项A正确,B错误;B→C是等温变化过程,根据玻意耳定律,压强与体积成反比,压强减小,体积增大,所以B→C是等温膨胀过程,选项C错误;C→A是等压变化过程,根据盖-吕萨克定律,温度降低,体积与热力学温度成正比,体积减小,所以C→A是等压压缩过程,选项D错误。
4.如图所示,竖直放置的两端封闭的U形管内有一段水银柱将空气隔成两部分,初始温度相同的情况下,对两端气体同时降低相同的温度,则( )
A.两管内水银面高度差增大
B.两管内水银面高度差减小
C.两管内水银面高度差不变
D.无法判断
答案:B
解析:由题图可知
p右=p左+ρ水银gh
假设气体体积不变,由查理定律得压强变化量
初状态时p右>p左,T相等,如果同时使两边空气柱降低相同的温度,则左边减小的压强小于右边减小的压强,水银柱向右流动,两水银面高度差减小,故选项B正确,A、C、D错误。
5.(多选)一定质量的理想气体的状态发生变化,经历了图示A→B→C→A的循环过程,则( )
A.气体在状态A时的温度等于气体在
状态B时的温度
B.从状态B变化到状态C的过程中,
气体经历的是等压变化
C.从状态B变化到状态C的过程中,
气体分子平均动能增大
D.从状态C变化到状态A的过程中,气体的温度逐渐降低
AB
解析:气体在状态A和状态B满足玻意耳定律pV=C,所以A、B两状态温度相等,选项A正确;根据图像可知,从状态B变化到状态C的过程中,压强恒定,所以气体经历的是等压变化,选项B正确;根据图像可知VC6.如图所示,截面积分别为SA=1 cm2、
SB=0.5 cm2的两个上部开口的柱形
容器A、B,底部通过体积可以忽略
不计的细管连通,A、B两个汽缸内
分别有两个不计厚度的活塞,质量分别为mA=1.4 kg、mB=0.7 kg。A汽缸内壁粗糙,活塞与汽缸间的最大静摩擦力为Ff=3 N;B汽缸内壁光滑,且离底部2h高处有一活塞销。当汽缸内充有某种理想气体时,A、B中的活塞距底部均为h,此时气体温度为T0=300 K,外界大气压为p0=1.0×105 Pa。现缓慢升高气体温度,g取10 m/s2,求:
(1)当汽缸B中的活塞刚好被活塞销卡住时,气体的温度T1;
(2)当汽缸A中的活塞刚要滑动时,气体的温度T2。
答案:(1)400 K
(2)450 K
其中V0=SAh+SBh
V1=SAh+2SBh
解得T1=400 K。
最初,对活塞B有p1SB=p0SB+mBg,p1=2.4×105 Pa
活塞要动时,对活塞A有p2SA=p0SA+mAg+Ff,p2=2.7×105 Pa
解得T2=450 K。(共48张PPT)
4 固体
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
素养 目标定位
目 标 素 养
1.知道什么是晶体和非晶体、单晶体和多晶体。
2.知道各向异性现象和各向同性现象。
3.掌握晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别。
4.学会用晶体的微观结构特点来解释晶体外形的规则性和物理性质的各向异性。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、晶体和非晶体
1.固体的分类。
(1)固体可以分为 晶体 和 非晶体 两类。石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等是 晶体 。玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是 非晶体 。
(2)晶体又可以分为 单 晶体和 多 晶体。
2.物理性质。
(1)各向异性:有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同,有些晶体沿不同方向的 光学性质 不同,这类现象称为各向异性。
(2)各向同性:非晶体沿 各个方向 的物理性质都是一样的,这叫作各向同性。
(3)多晶体各向同性的解释:组成多晶体的 单晶体 的取向杂乱无章,所以多晶体是各向同性的。
3.单晶体、多晶体和非晶体的物理性质。
(1)单晶体:① 有 规则的几何形状。② 有 确定的熔点。③具有各向 异性 。
(2)多晶体:① 没有 确定的几何形状。② 有 确定的熔点。③具有各向 同性 。
(3)非晶体:① 没有 确定的几何形状。② 没有 确定的熔点。③具有各向 同性 。
4.观察玻璃和云母沿不同方向的导热性能。
(1)实验结果:玻璃片上石蜡熔化区域的形状近似 圆形 ;云母片上石蜡熔化区域的形状呈 椭圆形 。
(2)实验结论:实验表明玻璃沿各个方向的导热性能 相同 ;云母沿不同方向的导热性能 不同 。
微探究 一块厚度和密度都均匀分布
的长方体被测样品, lAB=2lAD,如图所
示。如果用多用电表的欧姆挡分别
沿两个对称轴O1O1'和O2O2'方向测
量,结果阻值均为R,则这块样品是单晶体还是多晶体
提示:用多用电表的欧姆挡分别沿两个对称轴O1O1'、O2O2'方向测量结果均相同,说明该样品沿O1O1'和O2O2'方向电阻率(即导电性能)不同,即物理性质表现为各向异性,所以该样品是单晶体。
二、 晶体的微观结构
1.规则性。
在各种晶体中,原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的,具有空间上的 周期性 。
2.多样性。
(1)有的物质在不同条件下能够生成 不同 的晶体。那是因为组成它们的微粒能够按照 不同规则 在空间分布。例如,碳原子按不同结构排列可成为石墨或金刚石。
(2)同种物质也可能以 晶体 和 非晶体 两种不同的形态出现,也就是说,物质是晶体还是非晶体,并不是绝对的。
3.转化性。
(1)有些非晶体在一定条件下也可以转化为 晶体 。
(2)有些晶体在一定条件下也可以转化为 非晶体 。例如,天然石英是晶体,而熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)就是非晶体。
4.运动性。
原子(或者分子、离子)并不是像结构图上画的那些点一样静止不动,它们时刻都在不停地振动,结构图中所画的那些点,是它们振动的 平衡位置 。
微判断 (1)所有晶体都具有天然、规则的几何外形。( )
(2)没有确定的熔化温度的固体一定是非晶体。( )
(3)物理性质表现为各向同性的固体一定是非晶体。( )
(4)同一种物质只能形成一种晶体。( )
(5)有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体。( )
×
√
×
×
√
课堂·重难突破
重难归纳
1.单晶体、多晶体及非晶体的异同比较。
一 对晶体和非晶体的深化理解
分类 微观结构 宏观表现
外形 物理性质
晶体 单
晶
体 组成晶体的物质微粒(原子、分子、离子)在空间按一定规则排列——空间点阵 有天然、规则的几何形状 各向
异性 有确定的
熔点
多
晶
体 由无数的晶体微粒(小晶
粒)无规则排列组成 没有天然、规则的几何形状 各向
同性
非晶体 内部物质微粒是无规则排列的 没有确定的熔化温度
2.对单晶体的各向异性的理解。
(1)单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上的物理性质不同,也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性能时,测试结果不同。通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、磁性等。
(2)单晶体具有各向异性,并不是说每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性,举例如下:
①云母晶体在导热性能上表现出显著的各向异性——沿不同方向传热的快慢不同。
②方铅矿石晶体在导电性能上表现出显著的各向异性——沿不同方向电阻率不同。
③立方体形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿不同方向的弹性不同。
④方解石晶体在光的折射上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同。
方解石晶体能把光分解为两束光而沿不同的方向折射,形成双折射现象,而玻璃在不同方向上对光的折射作用相同。这说明了在光学性质上方解石与玻璃有什么不同
提示:方解石是晶体,在不同方向上光学性质不同;玻璃是非晶体,在不同方向上光学性质相同。
典例剖析
右图为一透明的正方体物块,下列说法正确的是( )
A.由于该物块有规则形状,所以它一定为晶体
B.由于该物块透明,所以它一定为晶体
C.若该物块为绝缘体,则它一定为非晶体
D.若将该物块加热到某一温度才开始熔化,
且熔化的过程中温度保持不变,则它一定为晶体
答案:D
解析:固体可以分为晶体和非晶体两类,而晶体又可以分为单晶体和多晶体两类。晶体和非晶体的区别在于有没有确定的熔点,其中晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点;单晶体具有规则的几何外形,多晶体与非晶体没有规则的几何外形,晶体和非晶体在一定的条件下可以相互转化,故选项A、B、C错误,D正确。
规律总结 判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法 1.区分晶体与非晶体的方法:看其有无确定的熔点,晶体具有确定的熔点,而非晶体没有确定的熔点,仅从各向同性或者几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体。 2.区分单晶体和多晶体的方法:看其是否具有各向异性,单晶体表现出各向异性,而多晶体表现出各向同性。
学以致用
辨别物质是晶体还是非晶体,比较可靠的方法是( )
A.从外形来判断
B.从各向异性或各向同性来判断
C.从导电性能来判断
D.从是否具有确定的熔点来判断
答案:D
解析:单晶体有整齐规则的几何外形,多晶体和非晶体没有规则的外形,所以不能区分,故选项A错误。单晶体具有各向异性,多晶体和非晶体具有各向同性,所以不能区分,故选项B错误。单晶体中载流子遭受散射的概率小,导电性好,多晶体、非晶体导电性都较差,所以不能区分,故选项C错误。晶体不管是单晶体还是多晶体都有固定的熔点,而非晶体没有固定的熔点,所以能区分,故选项D正确。
重难归纳
1.对同种元素的微粒形成不同物质的解释。
物质的微观结构决定其宏观物理性质,改变物质的微观结构可以改变物质的属性,同种元素的微粒能够按照不同规则在空间分布形成不同的物质。如碳原子可以组成性质差别很大的石墨和金刚石,有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。
二 用晶体的微观结构理论解释晶体的特性
2.对单晶体有天然的、规则的几何形状的解释。
晶体外形的规则性可以用微粒的规则排列来解释。如食盐晶体是由钠离子Na+和氯离子Cl-组成的,它们等距离、交错地排列在三组相互垂直的平行线上,因而食盐晶体具有正方体的外形。
3.对单晶体各向异性的解释。
下图为在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况。在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上物质微粒的数目不同。线段AB上物质微粒较多,线段AD上较少,线段AC上更少。因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同,所以单晶体在不同方向上的物理性质不同。
4.对晶体具有确定熔点的解释。
晶体加热到一定温度时,一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力,离开平衡位置,使规则的排列被破坏,晶体开始熔化,熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列,温度不发生变化。
家庭、学校或机关门锁常用“碰锁”,然而,这种锁使用一段时间后,锁舌就会变涩而不易被碰入,造成关门困难。这时,你可以用铅笔在锁舌上摩擦几下,碰锁便开关自如了,并且可以持续几个月之久。请你动手试一试,并解释其中的道理。
提示:石墨是金刚石的同素异形体,两者的不同结构,造成了两者在物理性质上有很大差异,金刚石质地坚硬,而石墨由于具有层状结构,且层与层之间结合不很紧密,故层与层之间易脱落,能起到润滑作用。用铅笔在纸上写字也是根据这个道理。
典例剖析
(多选)晶体不同于非晶体,它具有规则的几何外形,在不同方向上物理性质不同,而且具有一定的熔点,下列哪些说法可以用来解释晶体的上述特性( )
A.组成晶体的物质微粒,在空间按一定的规律排成整齐的行列,构成特定的空间点阵
B.晶体在不同方向上物理性质不同,是因为不同方向上微粒数目不同,微粒间距不同
C.晶体在不同方向上物理性质不同,是由于不同方向上的物质微粒的性质不同
D.晶体在熔化时吸收热量,全部用来瓦解晶体的空间点阵,转化为分子间势能,因此,晶体在熔化过程中保持一定的温度不变,只有空间点阵完全被瓦解,晶体完全变为液体后,继续加热,温度才会升高
答案:ABD
解析:很多晶体都是由相同的物质微粒组成的,例如,金刚石和石墨都是由碳原子组成的,不同方向上物质微粒完全一样,可见其各向异性不是因为不同方向上的粒子性质不同引起的,而是粒子的数目和粒子间距不相同造成的,故选项A、B正确,C错误。晶体在熔化时吸收热量,全部用来瓦解晶体的空间点阵,转化为分子间势能,因此,晶体在熔化过程中保持一定的温度不变,故选项D正确。
规律总结 晶体各向异性的原因 1.单晶体物理性质的不同取决于其微观结构,单晶体的物质微粒按照一定的规则在空间中整齐地排列着,所以单晶体有规则的几何外形,在物理性质上表现为各向异性。 2.多晶体是由许许多多晶粒组成的,晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着,所以多晶体无规则的几何外形,在物理性质上表现为各向同性。
学以致用
某物体表现出各向异性是由于组成物体的物质微粒( )
A.在空间的排列不规则
B.在空间按一定的规则排列
C.数目较多的缘故
D.数目较少的缘故
答案:B
解析:某物体表现出各向异性是由于组成物体的物质微粒在空间排列的规则性,与分子数目无关,故选项B正确。
随堂训练
1.下列固体中全是由晶体组成的是( )
A.石英、云母、明矾、食盐、雪花、铜
B.石英、玻璃、云母、铜
C.食盐、雪花、云母、硫酸铜、松香
D.云母、铜、橡胶、沥青
答案:A
解析:石英、云母、明矾、食盐、雪花、铜都是晶体,玻璃、松香、沥青和橡胶都是非晶体,故选项A正确。
2.下列关于固体的说法正确的是( )
A.晶体熔化时,温度不变,但内能变化
B.单晶体一定是单质,有确定的几何形状,有确定的熔点
C.多晶体没有确定的几何形状,也没有确定的熔点
D.晶体都是各向异性的,而非晶体都是各向同性的
答案:A
解析:晶体熔化时,其温度虽然不变,但其内部结构发生变化,其吸收的热量转化为分子的势能,内能增大,故选项A正确;单晶体不一定是单质,例如离子晶体是阴、阳离子以离子键结合形成的晶体,离子晶体属于离子化合物,不是单质,故选项B错误;多晶体没有确定的几何形状,但有确定的熔点,故选项C错误;单晶体表现为各向异性,但多晶体表现为各向同性,故选项D错误。
3.关于石墨与金刚石的区别,下列说法正确的是( )
A.它们是由不同物质微粒组成的两种晶体
B.它们是由同种物质微粒组成但微观结构不同的两种晶体
C.金刚石是晶体,石墨是非晶体
D.金刚石和石墨中碳原子间的作用力强弱相近
答案:B
解析:金刚石、石墨都是由碳原子组成的,只是排列方式不同,导致两种物质物理性质差异很大,但它们都是晶体,故选项A、C错误,B正确;金刚石结构比较紧密,原子间作用力比石墨原子间作用力大,故选项D错误。
4.(多选)大自然之中存在许多绚丽夺目的晶体,由于化学成分和结构各不相同,这些晶体呈现出千姿百态。高贵如钻石,平凡如雪花,都是由无数原子严谨而有序地组成的。关于晶体与非晶体说法正确的是( )
A.单晶体沿不同方向的导热或导电性能不同,但沿不同方向的光学性质一定相同
B.有些非晶体也有确定的熔点
C.有的物质在不同条件下能够生成不同晶体,是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布
D.多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的,所以多晶体没有确定的几何形状
答案:CD
解析:单晶体在物理性质上表现为各向异性,多晶体在物理性质上表现为各向同性,其中的物理性质包括导热性、导电性、光学性能、机械强度等,故选项A错误。非晶体没有确定的熔点,选项B错误。有的物质在不同条件下能够生成不同晶体,是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布,例如石墨和金刚石,由于空间结构不同,形成不同的晶体,故选项C正确。而多晶体是由许许多多的细小的晶体(单晶体)集合而成,没有天然的规则的几何形状,故选项D正确。
5.甲、乙两种薄片的表面分别涂有薄薄的一层石蜡,然后用烧热钢针的针尖分别接触这两种薄片未涂层的一面,接触点周围熔化了的石蜡分别形成如图所示的形状。对这两种薄片,下列说法正确的是( )
A.甲的熔点一定高于乙的熔点
B.甲一定是晶体
C.乙一定是晶体
D.乙一定是非晶体
答案:B
解析:单晶体是各向异性的,熔化了的石蜡形成椭圆形,非晶体和多晶体是各向同性的,则熔化了的石蜡形成圆形,故选项B正确。
6.(多选)2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。他们通过透明胶带对石墨进行反复地粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小,最终寻找到了厚度只有0.34 nm的石墨烯,是碳的二维结构。根据以上信息和已学知识判断,下列说法正确的是( )
A.石墨是晶体,石墨烯是非晶体
B.石墨是单质,石墨烯是化合物
C.石墨、石墨烯与金刚石都是晶体
D.他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的
CD
解析:石墨、石墨烯、金刚石都为晶体且都为单质,选项A、B错误,C正确;两位科学家是通过物理变化的方法获得石墨烯的,选项D正确。(共51张PPT)
5 液体
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
素养 目标定位
目 标 素 养
1.知道液体的微观结构。
2.具备通过实验观察液体的表面张力现象的能力。
3.理解浸润和不浸润的概念,会分析其产生的原因。
4.学会用分子动理论解释毛细现象,理解液晶的微观结构。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、液体的表面张力
1.表面层:液体表面有一层跟气体接触的 薄层 ,叫作表面层。
2.分子力的特点。
在液体内部,分子间的平均距离略小于 r0 ,分子间的作用力表现为 斥力 ;在表面层,分子比较 稀疏 ,分子间距离略大于 r0 ,分子间的作用力表现为 引力 。
3.表面张力。
(1)定义:液体表面的这种力使液体表面 绷紧 ,叫作液体的表面张力。
(2)作用效果:使液体表面具有 收缩趋势 。表面张力使液体表面收缩到最小。
微探究 在玻璃杯内注入肥皂水,再用铁丝做成的圆环放进玻璃杯中,沾满肥皂水后取出,可以吹出大小不一、在空中做无规则运动的肥皂泡,肥皂泡为什么是球形的呢
提示:由于液体表面张力作用,肥皂泡的表面有收缩的趋势,使液体表面积最小,而在体积不变的情况下球形的表面积最小。
二、浸润和不浸润
1.浸润和不浸润。
(1)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 。
(2)不浸润: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 。
(3)浸润和不浸润的原因:当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 时,液体能够浸润固体。反之,液体则不浸润固体。
2.毛细现象。
(1)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。
(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 越大 。
微判断 (1)表面张力的作用是使液面具有收缩的趋势,是分子间作用力的宏观表现。( )
(2)昆虫可以在水面上自由走动是表面张力在起作用。( )
(3)水对所有固体都浸润。( )
(4)毛细管插入水中,管的内径越大,管内水面升高得越高。
( )
√
√
×
×
三、液晶
1.液晶:像液体一样具有流动性,而其光学性质与某些晶体相似,具有 各向异性 的物质叫液晶。这是介于液态和固态间的一种中间态。
2.特点。
(1)液晶态既具有液体的 流动 性,又在一定程度上具有晶体分子的 规则 排列的性质。
(2)具有光学各向 异 性。
3.出现液晶态的条件:液晶是一种特殊物质,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 浓度 范围内具有液晶态。
4.液晶的微观结构:通常 棒状 分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态。
微思考 液晶显示器是靠什么性质显示各种颜色的呢
提示:各向异性。
课堂·重难突破
重难归纳
1.液体分子分布特点:由于蒸发现象,表面层分子的分布比液体内部稀疏,即表面层分子间的距离比液体内部分子间的距离大。
2.分子力特点:液体内部分子间引力、斥力基本上相等,而液体表面层分子之间距离较大,分子力表现为引力。
3.表面特性:表面层分子之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膜,所以说表面张力是表面层内分子力作用的结果。
一 对液体表面张力的理解
4.表面张力的方向:表面张力的方向和
液面相切,垂直于液面上的各条分界线,
如图所示。
5.表面张力的作用: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。
6.表面张力的大小:由分界线的长度、液体的种类、纯净度和温度等因素决定。
把一枚缝衣针在手上蹭一蹭,然后放到一张棉纸上。用手托着,放入水中。棉纸浸湿下沉,而缝衣针会停在水面。把针按下水面,针就不再浮起。动手试一试,并解释看到的现象。
提示:由于针的表面有油脂,不能被水浸润,当针放在水面上,并把水压弯时,针仍处在水的表面层上。而水面的表面张力使被压弯的水面收缩,形成一层弹性膜,弹性薄膜水面要恢复原状,对针产生一个向上的弹力,这个弹力与针所受的重力平衡,使针不致下沉。
典例剖析
(多选)下列现象中,关于液体的表面张力说法正确的是( )
A.小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体的表面张力作用
B.悬浮在水中的花粉做无规则运动是受水的表面张力作用的结果
C.缝衣针浮在水面上不下沉是水的表面张力作用的结果
D.喷泉喷射到空中形成一个个球形的小水珠是表面张力作用的结果
ACD
解析:仔细观察可以发现,小昆虫在水面上站定或行进过程中,其脚部位置比周围水面稍下陷,但仍在水面上而未陷入水中,就像踩在柔韧性非常好的膜上一样,因此,这是液体的表面张力在起作用。浮在水面上的缝衣针与小昆虫情况一样,故选项A、C正确。悬浮在水中的花粉做无规则运动是水分子的无规则运动的结果,故选项B错误。喷泉喷到空中的水分散时,每一小部分的表面都有表面张力在起作用且水处于完全失重状态,因而形成球状水珠(体积一定情况下以球形表面积为最小,表面张力的作用使液体表面有收缩到最小面积的趋势),故选项D正确。
特别提醒 区别两种现象 1.小昆虫与缝衣针不陷于水中,是在表面张力作用下形成的表面膜对昆虫、缝衣针产生了弹力,弹力与重力平衡的结果。 2.木块浮于水面上,是木块的一部分陷于水中,受到水的浮力,是浮力与重力平衡的结果。
学以致用
下列关于液体表面具有收缩趋势原因的说法正确的是( )
A.液体可以流动
B.液体表面层分子间的距离小于液体内部分子间的距离
C.与液面接触的容器壁的分子,对液体表面分子有吸引力
D.液体表面层分子间的距离大于r0
答案:D
解析:由于液体表面层分子间的距离大于r0,所以表面层分子间的相互作用表现为引力,这种引力使液体表面层的相邻部分之间有相互吸引的力(即表面张力),表面张力使液体表面具有收缩的趋势,故选项D正确。
重难归纳
1.浸润和不浸润现象成因分析。
(1)附着层内分子受力情况:液体和固体接触时,附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外,还受到固体分子的吸引。
(2)浸润的成因:当固体分子吸引力大于液体内部分子力时,附着层内液体分子比液体内部分子稠密,附着层中分子之间表现为斥力,具有扩张的趋势,这时表现为液体浸润固体。
二 对浸润和不浸润的深入分析
(3)不浸润的成因:当固体分子吸引力小于液体内部分子力时,附着层内液体分子比液体内部分子稀疏,附着层中分子之间表现为引力,具有收缩的趋势,这时表现为液体不浸润固体。
2.对毛细现象的理解。
(1)两种表现:浸润液体在细管中上升,不浸润液体在细管中下降。
(2)产生原因:毛细现象的产生与表面
张力及浸润现象都有关系。图甲是
浸润情况,此时管内液面呈凹形,因为
水的表面张力作用,液体会受到一向
上的作用力,因而管内液面要比管外
高;图乙是不浸润情况,管内液面呈凸形,表面张力的作用使液体受到一向下的力,因而管内液面比管外低。
在水中浸入两个同样的毛细管,一个是直的,另一个是弯的,如图所示,观察水在直管中上升的高度和在弯管中上升的高度有何不同 弯管中的水能否流出
提示:直管中的水的高度要高些;弯管中的水不会流出。水滴在弯管口处受重力的作用而向下凸出,这时表面张力的合力竖直向上,使水不能流出。
典例剖析
(多选)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中时,则( )
A.附着层分子密度大于液体内分子的密度
B.附着层分子的作用力表现为引力
C.管中的液体表面一定是下凹
D.液体跟固体接触的面积有扩大的趋势
答案:ACD
解析:这是浸润现象,这时固体分子与液体分子间的引力相当强,造成附着层内分子的分布比液体内部密,这样就会使液体间出现相互排斥力,使液体跟固体接触的面积有扩大的趋势,故选项A、C、D正确,B错误。
规律总结 分析浸润现象的注意事项 1.一种液体是否浸润某种固体,与这两种物质的性质都有关系,例如:水银不浸润玻璃,但浸润铅;水浸润玻璃,但不浸润石蜡。 2.浸润和不浸润可以用附着层的液体分子的分布来解释,浸润的本质是扩展,不浸润的本质是收缩。
学以致用
(多选)关于浸润与不浸润现象,下面的几种说法正确的是
( )
A.水是浸润液体
B.水银是不浸润液体
C.同一种液体对不同的固体,可能是浸润的,也可能是不浸润的
D.浸润液体和不浸润液体在细管中都会产生毛细现象
答案:CD
解析:浸润和不浸润,是指一种液体对某一种固体来说的,孤立地说某种液体浸润或不浸润都没有意义。同一种液体对不同的固体,可能浸润,也可能不浸润,例如水对玻璃浸润,而对荷叶就不浸润;浸润液体在细管中上升,不浸润液体在细管中下降,都属于毛细现象,选项C、D正确,A、B错误。
重难归纳
【实验目的】
通过观察肥皂液膜和棉线的变化,分析液体表面的收缩方向。
【实验原理】
由于液体表面张力作用,液体的表面有收缩趋势。
【实验器材】
制备好的肥皂液、铁丝环、酒精灯、缝衣针、棉线、棉线圈。
三 实验:观察肥皂液膜和棉线的变化
【实验步骤】
(1)观察棉线两侧肥皂液膜的变化。
过程 ①把一条细棉线的两端分别系在铁丝环的两侧,并使棉线处于略为松弛的状态;
②然后将铁丝环浸入肥皂液里,再拿出来时环上就留下了一层肥皂液的薄膜,这时薄膜上的棉线仍是松弛的;
③用烧热的针刺破棉线一侧的薄膜,观察薄膜和棉线发生的变化
现象 ①刺破棉线左侧的薄膜,右侧的薄膜就会收缩,使棉线向右弯成弧形;
②刺破棉线右侧的薄膜,左侧的薄膜就会收缩,使棉线向左弯成弧形
(2)观察棉线圈的变化情况。
过程 ①把一个棉线圈系在铁丝环上,使环上布满肥皂液的薄膜,这时膜上的棉线圈仍是松弛的;
②用烧热的针刺破棉线圈里的薄膜,观察棉线圈外的薄膜和棉线圈发生的变化
现象 刺破棉线圈里的薄膜后,棉线圈外的薄膜就会收缩,使棉线圈绷紧成圆形
【实验结论】
观察结果表明,用烧热的针刺破棉线某一侧的薄膜后,另一侧的肥皂膜就会立即收缩使松弛的棉线绷紧,并且始终向着肥皂膜一侧收缩,液体的表面具有收缩趋势。
典例剖析
如图所示,金属框上阴影部分表示肥皂膜,它被棉线分割成a、b两部分。若将肥皂膜的a部分用热针刺破,棉线的形状是下列选项图中的( )
答案:D
解析:肥皂膜未被刺破时,作用在棉线两侧的表面张力互相平衡,棉线可以有任意形状。当把a部分肥皂膜刺破后,在b部分肥皂膜表面张力的作用下,棉线将被绷紧,选项D正确。
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如图所示,金属框架的A、B两点间系一个棉线圈,先使框架布满肥皂膜,然后将P和Q两部分的肥皂膜刺破,线的形状将变成下列选项图中的( )
答案:C
解析:由于液体表面张力的作用,液体表面有收缩到最小的趋势,故C正确。
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1.关于液体,下列说法正确的是( )
A.硬币能浮在水面上并非因为所受浮力等于重力
B.水黾能静止在水面上,是因为表面张力与重力平衡
C.液面为凸形时表面张力使表面收缩,液面为凹形时表面张力使表面伸张
D.毛细现象只能发生在浸润的固体和液体之间
答案:A
解析:硬币能浮在水面上是因为受到表面张力的作用,而不是浮力作用的结果,选项A正确;水黾能静止在水面上,是因为液体对其的弹力与重力平衡的结果,选项B错误;液面为凸形时表面张力使表面收缩,液面为凹形时表面张力也使表面收缩,选项C错误;毛细现象可以发生在浸润的固体和液体之间,也可以发生在不浸润的固体和液体之间,选项D错误。
2.浸润现象和不浸润现象在日常生活中是常见的,下列几种现象的说法,正确的是( )
A.水银不能浸润玻璃,说明水银是不浸润液体
B.水可以浸润玻璃,说明附着层内分子间的作用表现为引力
C.脱脂棉球脱脂的目的,是使它从不能被水浸润变为可以被水浸润
D.建筑房屋时在地基上铺一层涂着沥青的纸,是利用了毛细现象
答案:C
解析:水银不能浸润玻璃,说明水银和玻璃的附着层里分子间吸引力较大,形成不浸润,但是不能说明水银是不浸润液体,故选项A错误;水可以浸润玻璃,说明附着层内分子间的作用表现为斥力,故选项B错误;脱脂棉能够吸取药液,在于脱脂后把它从不能被水浸润变成了可以被水浸润,以便吸取药液,故选项C正确;砖的内部也有许多细小的孔道,会起到毛细管的作用,在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸,可以防止地下水分沿着夯实的地基以及砖墙的毛细管上升,以保持房屋干燥,不是浸润现象,故选项D错误。
3.在装满水的玻璃杯内,可以不断地轻轻投放一定数量的大头针,水也不会流出,这是由于( )
A.大头针填充了水内分子间的空隙
B.水分子进入了大头针内的空隙
C.水面凸起,说明了玻璃这时不能被水浸润
D.水的表面张力在起作用
答案:D
解析:在装满水的玻璃杯内,可以不断地轻轻投放一定数量的大头针,水也不会流出,只是由于水的表面张力在起作用,故选项D正确。
4.(多选)关于液体,下列叙述正确的是( )
A.露珠呈球形是液体的表面张力的缘故
B.加上不同的电压可以改变液晶的光学性质
C.液体与固体接触的附着层分子如果比液体内部更稀疏,则液体与固体表现为浸润
D.对特定的液体和特定材质的毛细管,管的内径越小,毛细现象越明显
答案:ABD
解析:露珠呈球形是液体的表面张力的缘故,故选项A正确;液晶的光学性质表现为各向异性,加上不同的电压可以改变液晶的光学性质,故选项B正确;液体对某种固体是浸润的,这时固体分子与液体分子间的引力相当强,造成附着层内分子的分布就比液体内部更密,故选项C错误;对特定的液体和特定材质的毛细管,管的内径越小毛细现象越明显,故选项D正确。
5.关于下列现象的分析,下列说法正确的是( )
A.水黾停在水面而不沉,是浮力作用的结果
B.图甲中将棉线圈中肥皂膜Q刺破后,扩成一个圆孔,是表面张力作用的结果
C.图乙中毛细管中液面高于管外液面的是毛细现象,低于管外液面的不是毛细现象
D.玻璃管的裂口在火焰上烧熔后,它的尖端会变钝,是一种浸润现象
答案:B
解析:因为液体表面张力的存在,有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如,故选项A错误;将棉线圈中肥皂膜Q刺破后,扩成一个圆孔,是表面张力作用的结果,故选项B正确;毛细管中,浸润液体呈凹液面且高于管外液面,不浸润液体呈凸液面且低于管外液面,都属于毛细现象,故选项C错误;玻璃管的裂口在火焰上烧熔后,它的尖端会变钝,是表面张力的原因,不是浸润现象,故选项D错误。