(新课标版)高考物理一轮复习基础课件31固体液体与气体 (含解析)

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注意:(1)同一种物质在不同的条件下可能是晶体也可能是非晶体。(2)晶体中的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。
液体1.液体的表面张力(1)作用:液体的表面张力使液面具有　　　　　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　　　　。(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。2.液晶的物理性质(1)具有液体的流动性。(2)具有晶体的光学各向异性。(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。
饱和汽　湿度1.饱和汽与未饱和汽(1)饱和汽:与液体处于　　　　　的蒸汽。 (2)未饱和汽:没有达到　　　　　的蒸汽。 2.饱和汽压(1)定义:饱和汽所具有的　　　。 (2)特点:液体的饱和汽压与温度有关,温度越高,饱和汽压　　　,且饱和汽压与饱和汽的体积无关。 提醒:水的饱和汽压指的只是空气中水蒸气的分气压,与其他气体的压强无关。
3.湿度(1)定义:空气的　　　程度。 (2)描述湿度的物理量①绝对湿度:空气中所含水蒸气的压强。②相对湿度:空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压的百分比。注意:(1)人对空气干湿程度的感觉是由相对湿度决定的,相对湿度较大时,空气的绝对湿度不一定大。(2)相对湿度和绝对湿度与温度都有关系。在绝对湿度不变的情况下,温度越高,相对湿度越小,人感觉越干燥;温度越低,相对湿度越大,人感觉越潮湿。
气体分子运动的速率的统计分布　气体实验定律　理想气体1.气体和气体分子运动的特点
2.气体的压强(1)产生原因:由于气体分子无规则的热运动,大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的　　　　。 (2)大小:气体的压强在数值上等于气体作用在　　　　　　　的压力。公式:p=　　　　　。 (3)国际单位:　　　　　　,符号:Pa,1 Pa=1 N/m2。 
4.理想气体状态方程(1)理想气体:在任何温度、任何　　　　下都遵从气体实验定律的气体。 
固体和液体(自主悟透)1.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。2.分析液体现象注意四点(1)液体表面层分子间距较大,表现为引力,其效果使表面积尽量收缩;(2)沸腾发生在液体内部和表面,蒸发发生在液体表面;(3)未饱和汽压及饱和汽压与大气压无关,与体积无关;(4)人们感觉到的湿度是相对湿度而非绝对湿度。
思维训练1.(2018·天津静海区模拟)(多选)下列说法正确的是(　　)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.由同种元素组成的固体,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,某些晶体可以转化为非晶体,某些非晶体也可以转化为晶体E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变
2.(多选)下列说法正确的是(　　)A.悬浮在液体中的微粒越小,在液体分子的撞击下越容易保持平衡B.荷叶上的小水珠呈球形是由于液体表面张力的作用C.物体内所有分子的热运动动能之和叫物体的内能D.当人们感到潮湿时,空气的绝对湿度不一定较大E.一定质量的理想气体先经等容降温,再经等温压缩,压强可以回到初始的数值
气体压强的计算方法(师生共研)1.取等压面法根据同种液体在同一水平液面处压强相等,在连通器内灵活选取等压面,由两侧压强相等建立方程求出压强。2.平衡条件法选取与气体接触的液柱或固体(活塞或汽缸)为研究对象,对其进行受力分析,然后根据平衡条件列平衡方程进行求解。适用于系统处于平衡状态下,封闭气体压强的计算。3.应用牛顿第二定律选取封闭物(如封闭气体的液柱、活塞、汽缸等)为研究对象,对其进行受力分析,然后应用牛顿第二定律列方程求解。
例1下图中两个汽缸质量均为m0,内部横截面积均为S,两个活塞的质量均为m,左边的汽缸静止在水平面上,右边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空气A、B,大气压强为p0,重力加速度为g,封闭气体A、B的压强各多大?
思维点拨 两种情况下,是对活塞受力分析还是对汽缸受力分析?
提示 左边图对活塞受力分析,右边图对汽缸受力分析。
例2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,求各被封闭气体的压强。
解析 在图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由平衡条件知p甲S+ρghS=p0S所以p甲=p0-ρgh在图乙中,以B液面为研究对象,由平衡条件知pAS+ρghS=p0Sp乙=pA=p0-ρgh在图丙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有pA'S+ρghsin 60°·S=p0S所以p丙=pA'=p0- ρgh在图丁中,以液面A为研究对象,由平衡条件得p丁S=(p0+ρgh1)S所以p丁=p0+ρgh1。
答案 甲:p0-ρgh　乙:p0-ρgh　丙:p0- ρgh　丁:p0+ρgh1
方法归纳(1)在气体流通的区域,各处压强相等,如容器与外界相通,容器内外压强相等;用细管相连的容器,平衡时两边气体压强相等。(2)液体内深为h处的总压强p=p0+ρgh,式中的p0为液面上方的压强。(3)连通器内静止的液体,同种液体在同一水平面上各处压强相等。(4)求用固体(如活塞)或液体(如液柱)封闭在静止的容器内的气体压强,应对固体或液体进行受力分析,然后根据平衡条件求解。(5)当封闭气体所在的系统处于力学非平衡的状态时,欲求封闭气体的压强,首先选择恰当的对象(如与气体关联的液柱、活塞等),并对其进行正确的受力分析(特别注意内、外气体的压力),然后根据牛顿第二定律列方程求解。
思维训练如图所示,光滑水平面上放有一质量为m0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,活塞横截面积为S。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,此时缸内封闭气体的压强是多少?(已知外界大气压为p0)
解析 以汽缸和活塞这一整体为研究对象,受力分析如图甲所示, 根据牛顿第二定律:F=(m0+m)a以活塞为研究对象,受力分析如图乙所示 pS-p0S=ma
气体实验定律和理想气体的状态方程(师生共研)1.三大气体实验定律
2.利用气体实验定律及气态方程解决问题的基本思路
考向1　气体实验定律的基本应用例1如图所示,一粗细均匀的U形管竖直放置,A侧上端封闭,B侧上端与大气相通,下端开口处开关S关闭;A侧空气柱的长度为l=10.0 cm,B侧水银面比A侧的高h=3.0 cm。现将开关S打开,从U形管中放出部分水银,当两侧水银面的高度差为h1=10.0 cm时将开关S关闭。已知大气压强p0相当于75.0 cm高水银柱产生的压强,水银的密度用ρ水银表示。(1)求放出部分水银后A侧空气柱的长度;(2)此后再向B侧注入水银,使A、B两侧的水银面达到同一高度,求注入的水银在管内的长度。
思维点拨 如何求封闭气体的压强?
提示 对高出的水银受力分析求解。
解析 (1)设A侧空气柱长度l=10.0 cm时的压强为p;当两侧水银面的高度差为h1=10.0 cm时,空气柱的长度为l1,压强为p1。由玻意耳定律得pl=p1l1①由力学平衡条件得p=p0+ρ水银gh②打开开关S放出水银的过程中,B侧水银面处的压强始终为p0,而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小,B、A两侧水银面的高度差也随之减小,直至B侧水银面低于A侧水银面h1为止。由力学平衡条件有p1=p0-ρ水银gh1③联立①②③式,并代入题给数据得l1=12.0 cm。④
(2)当A、B两侧的水银面达到同一高度时,设A侧空气柱的长度为l2,压强为p2。由玻意耳定律得pl=p2l2⑤由力学平衡条件有p2=p0⑥联立②⑤⑥式,并代入题给数据得l2=10.4 cm⑦设注入的水银在管内的长度为Δh,依题意得Δh=2(l1-l2)+h1⑧联立④⑦⑧式,并代入题给数据得Δh=13.2 cm。答案 (1)12.0 cm　(2)13.2 cm
考向2　关联气体问题分析例2(2018·全国Ⅲ卷)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气。当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分别为l1=18.0 cm和l2=12.0 cm,左边气体的压强相当于12.0 cm高水银柱产生的压强。现将U形管缓慢平放在水平桌面上,没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。求U形管平放时两边空气柱的长度。在整个过程中,气体温度不变。
解析 设U形管两端竖直朝上时,左、右两边气体的压强分别为p1和p2。U形管水平放置时,两边气体压强相等,设为p,此时原左、右两边气柱长度分别变为l1'和l2'。由力的平衡条件有p1=p2+ρg(l1-l2)①式中ρ为水银密度,g为重力加速度大小。由玻意耳定律有p1l1=pl1'②p2l2=pl2'③两边气柱长度的变化量大小相等l1'-l1=l2-l2'④由①②③④式和题给条件得l1'=22.5 cm⑤l2'=7.5 cm⑥答案 22.5 cm　7.5 cm
方法归纳关联气体的状态变化问题多个系统相互联系的定质量气体问题,往往以压强建立起系统间的关系,各系统独立进行状态分析,要确定每个研究对象的变化性质,分别应用相应的实验定律,并充分应用各研究对象之间的压强、体积、温度等量的有效关联。若活塞可自由移动,一般要根据活塞平衡确定两部分气体的压强关系。
考向3　“变质量气体”模型分析例3一氧气瓶的容积为0.08 m3,开始时瓶中氧气的压强为标准大气压的20倍。某实验室每天消耗标准大气压下的氧气0.36 m3。当氧气瓶中的压强降低到标准大气压2倍时,需重新充气。若氧气的温度保持不变,求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。
解析 设大气压强为p0,氧气开始时的压强为p1,体积为V1,压强变为p2(2p0)时,体积为V2。根据玻意耳定律得p1V1=p2V2①重新充气前,用去的氧气在p2压强下的体积为V3=V2-V1②设用去的氧气在p0压强下的体积为V0,则有p2V3=p0V0③设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV,则氧气可用的天数为N= ④联立①②③④式,并代入数据得N=4。⑤答案 4天
思维训练(2018·山东青岛一中模拟)如图所示,在两端封闭的均匀半圆管道内封闭有理想气体,管内有不计质量可自由移动的活塞P,将管内气体分成两部分,其中OP与管道水平直径的夹角θ=45°。两部分气体的温度均为T0=300 K,压强均为p0=1.0×105 Pa。现对管道左侧气体缓慢加热,管道右侧气体温度保持不变,当可动活塞缓慢移到管道最低点时(不计摩擦)。求:(1)管道右侧气体的压强;(2)管道左侧气体的温度。
解析 (1)对于管道右侧气体,由于气体做等温变化,有p0V1=p2V2
解得p2=1.5×105 Pa。(2)对于管道左侧气体,根据理想气体状态方程,有
V2'=2V1'当活塞P移动到最低点时,对活塞P受力分析可得出两部分气体对活塞的压强相等,则有p2'=p2解得T=900 K。答案 (1)1.5×105 Pa　(2)900 K
气体状态变化中的图像问题(师生共研)四种图像的比较
例1(2018·广东汕头模拟)(多选)如图所示,一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,在这一过程中,下列表述正确的是(　　) A.气体从外界吸收热量B.气体分子的平均动能减小C.外界对气体做正功D.气体分子撞击器壁的作用力增大
解析 从a到b理想气体的温度升高,气体分子的平均动能增大,内能增大,气体从外界吸收热量,选项A正确,B错误;a→b气体体积增大,气体对外界做正功,选项C错误;a→b气体压强增大,气体分子撞击器壁的作用力增大,选项D正确。
例2带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态A,由过程AB到达状态B,后又经过过程BC到达状态C,如图所示。设气体在状态A时的压强、体积和温度分别为pA、VA和TA。在状态B时的体积为VB,在状态C时的温度为TC。(1)求气体在状态B时的温度TB;(2)求气体在状态A的压强pA与状态C的压强pC之比。思维点拨 从状态A到状态B应用盖—吕萨克定律求B状态的温度;从状态B到状态C应用查理定律列式,结合从A到B的压强相等可求出压强pA与压强pC之比。
规律总结气体状态变化图像的应用技巧1.明确点、线的物理意义:求解气体状态变化的图像问题,应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态,它对应着p、V、T三个状态参量;图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。2.明确斜率的物理意义:在V-T图像(或p-T图像)中,比较两个状态的压强(或体积)大小,可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小,其规律是:斜率越大,压强(或体积)越小;斜率越小,压强(或体积)越大。
思维训练下图甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V-T图像。已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。 (1)写出A→B过程中压强变化的情形,并根据图像提供的信息,计算图甲中TA的温度值。(2)请在图乙坐标系中,作出该气体由状态A经过状态B变为状态C的p-T图像,并在图线相应的位置上标出字母A、B、C。如果需要计算才能确定的有关坐标值,请写出计算过程。