2025届高三一轮复习物理课件（人教版新高考新教材）第2讲　气体、固体和液体

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第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第三环节　核心素养提升
1.状态参量:为确定系统的状态,需要用到一些物理量,这些物理量叫作系统的状态参量。2.热平衡:如果两个系统相互接触而传热,经过一段时间,各自的状态参量就不再变化了,这说明两个系统达到了平衡。这种平衡叫作热平衡。3.温度:表征共同的热学性质的物理量叫作温度。温度是决定一个系统是否达到热平衡的物理量。4.两种温标:摄氏温标和热力学温标,它们之间的关系为T=t+273.15 K。 
1.气体分子运动的特点(1)气体分子间距较大,分子间作用力可以忽略,因此气体分子均可认为除碰撞外不受其他力的作用,故气体能充满它能达到的整个空间。(2)分子做无规则运动,速率有大有小,且时刻变化,大量分子的速率按“中间多、两头少”的规律分布。(3)温度升高时,速率小的分子数减少,速率大的分子数增多,分子的平均速率增大,但速率分布规律不变。
4.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。
追本溯源教材上是如何把“气体体积一定时,各种气体的压强与摄氏温度之间的线性关系”转化为正比例关系的?提示 由于将各种气体的压强与摄氏温度的线性关系图线反向延长,均交于t=-273 ℃处,因此把压强的坐标轴移到-273 ℃处,并引入新的温标(热力学温标),-273 ℃为0 K,这样,各种气体的压强与热力学温度均成正比例关系。
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。
1.液体的表面张力(1)作用:液体的表面张力使液面具有收缩的趋势。(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。2.浸润和不浸润一种液体浸湿某种固体并附着在固体的表面上,这种现象叫作浸润;一种液体不会浸湿某种固体,不会附着在这种固体的表面上,这种现象叫作不浸润。
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。4.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。追本溯源生活中常用的塑料和橡胶是晶体吗?为什么?提示 不是。因为没有确定的熔点和规则的几何形状。
1.思考判断(1)一定质量的理想气体,在温度升高时,气体压强一定增大。(　　)(2)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。(　　)(3)晶体有天然规则的几何形状,是因为物质微粒是规则排列的。(　　)(4)船浮于水面上是液体的表面张力作用的结果。(　　)(5)液晶是液体和晶体的混合物。(　　)
2.关于固体和液体,下列说法正确的是(　　)A.晶体没有确定的熔点,非晶体有确定的熔点B.液晶既具有液体的流动性,又像某些晶体那样具有光学各向异性C.表面张力使液体表面具有扩张趋势,使液体表面积趋于最大D.发生毛细现象时,细管中的液体只能上升不会下降
解析:晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点,A错误。由液晶的性质知它既具有液体的流动性,又像某些晶体那样有光学各向异性,B正确。表面张力使液体表面具有收缩的趋势,使液体表面积趋于最小,C错误。毛细管插入浸润液体中,管内液面上升,高于管外;毛细管插入不浸润液体中,管内液体下降,低于管外,D错误。
3.(多选) 下列关于浸润(不浸润)现象与毛细现象的说法正确的是(　　)A.水可以浸润玻璃但不能浸润蜂蜡B.浸润液体和不浸润液体都有可能发生毛细现象C.浸润液体都能发生毛细现象,不浸润液体都不能发生毛细现象D.浸润液体和不浸润液体在细管中都上升
解析:水可以浸润玻璃但不能浸润蜂蜡,选项A正确。浸润液体和不浸润液体都有可能发生毛细现象,浸润液体在细管中会上升,不浸润液体在细管中会下降,浸润液体呈凹液面,不浸润液体呈凸液面,选项B正确,C、D错误。
整合构建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。
【典例1】 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:在题图甲中,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在题图乙中,以B液面为研究对象,由平衡条件知pAS+ρghS=p0S所以p乙=pA=p0-ρgh在题图丙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有pA'S+ρghsin 60°·S=p0S
在题图丁中,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。
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。
训练突破1. 如图所示,内壁光滑的汽缸竖直放置在地面上,T形活塞的质量为m,下底面积为S,上底面积为4S,若大气压强为p0,则被封闭气体的压强p等于(　)
整合构建1.三大气体实验定律(1)玻意耳定律(等温变化):p1V1=p2V2或pV=C(常数)。
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 气体实验定律和状态方程的基本应用【典例2】 潜水钟是一种水下救生设备,它是一个底部开口、上部封闭的容器,外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气,以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便,将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒;工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为h'的水下,如图所示。已知水的密度为ρ,重力加速度大小为g,大气压强为p0,h'≫h,忽略温度的变化和水密度随深度的变化。(1)求进入圆筒内水的高度l。(2)保持h'不变,压入空气使筒内的水全部排出,求压入的空气在其压强为p0时的体积。
思维点拨(1)确定气体在水面上方和下方时的各状态参量,应用玻意耳定律求圆筒内水的高度。(2)应用玻意耳定律求筒内水全部排出时在压强为p0时的空气体积,进而确定压入筒内的空气体积。
(2)设水全部排出后筒内气体的压强为p2,此时筒内气体的体积为V0,这些气体在其压强为p0时的体积为V3,由玻意耳定律有p2V0=p0V3 ⑥其中p2=p0+ρgh' ⑦设压入筒内的气体在压强为p0时体积为V,依题意V=V3-V0 ⑧联立②⑥⑦⑧式得
考向2 关联气体问题分析【典例3】 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 cm。 ⑥
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 液柱或活塞移动问题【典例4】 如图所示,玻璃管两端封闭,静止时与水平方向的夹角为α。水银柱将管内空气分成质量相等的两部分,当玻璃管温度上升时,水银柱向哪个方向移动?思维点拨(1)假设水银柱不动,对两部分气体分别应用查理定律求出它们的压强变化量。(2)比较两部分气体压强变化量,确定水银柱移动方向。
训练突破2.(2022·全国甲卷)如图所示,容积均为V0、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中。两汽缸的底部通过细管连通。A汽缸的顶部通过开口C与外界相通。汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分,其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为 。环境压强保持不变, 不计活塞的质量和体积,忽略摩擦。
(1)将环境温度缓慢升高,求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度。(2)将环境温度缓慢改变至2T0,然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体,求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后,B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。
整合构建四种图像的比较
【典例5】 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-吕萨克定律求状态B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。
训练突破3.(2023·辽宁卷)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置,可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中,一定质量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是(　　)
解析:从a到b气体发生等压变化,温度升高,气体体积增大,选项C、D错误;从b到c气体压强减小,p-T图线的斜率减小,故气体体积增大,选项A错误,选项B正确。
整合构建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。(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体,且是单晶体。(3)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体,反之,必是非晶体。
2.对液体表面张力的理解
训练突破4.在甲、乙、丙三种固体薄片上涂蜡,由烧热的针接触其上一点,蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示,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丁所示,以下说法正确的是(　　)
A.甲、乙为非晶体,丙是晶体B.甲、乙为晶体,丙是非晶体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
解析:由题图甲、乙、丙可知,甲、乙具有各向同性,丙具有各向异性;由题图丁可知,甲、丙有固定熔点,乙无固定熔点,所以甲、丙为晶体,乙为非晶体,其中甲为多晶体,丙为单晶体,D正确。
5.下列物理现象及其原理的叙述正确的是(　　)A.纤细小虫能停在平静的液面上,是由于受到浮力的作用B.墨水滴入水中出现扩散现象,这是分子无规则运动的结果 C. “破镜不能重圆”,是因为在接触部位的分子间斥力大于引力D.用热针尖接触金属表面的石蜡,熔解区域呈圆形,这是晶体各向异性的表现
解析:纤细小虫能停在平静的液面上,是由于液体表面张力的作用,选项A错误。“破镜不能重圆”,是因为在接触部位的分子间距离太大,分子间作用力不起作用,选项C错误。用热针尖接触金属表面的石蜡,熔解区域呈圆形,这是非晶体各向同性的表现,选项D错误。
变质量气体模型模型构建1.充气、放气类问题充气、放气都是变质量问题,都要转化为质量不变的问题来处理。对充气问题,要设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来,那么,当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时,这些气体的状态不管怎样变化,其总质量是不变的;而用抽气筒对容器抽气的过程中,对每一次抽气而言,气体质量发生变化,也是假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中,即用等效法把变质量问题转化为恒质量问题。
典例示范下图为消毒用的喷雾器结构示意图,喷雾器的容积为10 L,打气筒的容积为250 cm3。某次使用时,装入了8 L药液,然后关闭所有阀门及加水口,并通过打气筒打气使筒内上方气体压强达到3×105 Pa,停止打气并打开喷雾阀门开始喷雾,当气体压强降为1.2×105 Pa时,喷雾器不能正常喷雾。要使喷雾器能再次喷雾,需要用打气筒向里打气,提高桶内的压强。外界大气压为1×105 Pa,不考虑桶内药液产生的压强,整个过程可视为等温变化。
(1)喷雾器从开始喷雾,到不能正常喷雾,桶内剩余药液的体积为多少?(2)要把桶内剩余药液全部喷完,需用打气筒至少再打多少次气?
解析:(1)喷雾器内的气体初态p1=3×105 Pa,V1=2 L,不能正常喷雾时p2=1.2×105 Pa根据玻意耳定律p1V1=p2V2喷雾器内剩余药液的体积V3=V-V2=5 L。(2)对喷雾器内的气体和待打入的气体有p2V2+p0V4=p2VV4=nV0其中V0=250 cm3,解得n=24需用打气筒至少再打24次气。答案:(1)5 L　(2)24
变式训练用容积为ΔV的活塞式抽气机对容积为V0的容器中的气体抽气,如图所示。设容器中原来的气体压强为p0,抽气过程中气体温度不变。求抽气机的活塞抽气n次后,容器中剩余气体的压强pn。