2023版高考物理一轮总复习专题13热学第2讲气体液体和固体课件
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一、固体1.分类:固体分为________和________两类.晶体分为________和________.
2.晶体与非晶体的比较.
二、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.
三、气体1.气体分子运动的特点(1)气体分子间距________,分子力可以忽略,因此分子间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)分子做无规则的运动,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________,速率大的分子数________,分子的平均速率将________,但速率分布规律不变.
四、理想气体状态方程1.理想气体(1)宏观上讲,理想气体是指在任何温度、任何压强下始终遵循气体实验定律的气体.实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下,可视为理想气体.(2)微观上讲,理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力,分子本身没有体积,即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间.
(1)区分晶体和非晶体看有无固定熔点,而区分单晶体和多晶体看是否能表现出各向异性.(2)表面张力使液体的表面积趋于最小,体积相同的情况下,球形的表面积最小.(3)理想气体是理想化的物理模型,一定质量的理想气体,其内能只与气体温度有关,与气体体积无关.
1.[晶体](多选)下列说法正确的是( )A.金刚石、食盐都有确定的熔点B.岩盐是立方体结构,粉碎后的岩盐不再是晶体C.一些小昆虫可以停在水面上是由于液体表面张力的作用D.多晶体的物理性质表现为各向异性【答案】AC
2.[表面张力]下列说法正确的是( )A.液晶不具有液体的流动性B.液体的表面张力是由表面层液体分子之间的相互排斥引起的C.用打气筒向篮球充气时需用力,说明气体分子间有斥力D.雨水没有透过布雨伞是因为液体有表面张力【答案】D
【解析】液晶分子可以自由移动位置,保持了液体的流动性,A错误;液体的表面张力是由液体表面层分子之间的相互吸引而引起的,B错误;用打气筒向篮球充气时需用力是因为篮球内部气体的压强太大,故C错误;雨水没有透过布雨伞是因为液体有表面张力的作用,D正确.
3.[气体压强](多选)如图质量为M的绝热活塞把一定质量的理想气体密封在竖直放置的绝热汽缸内,活塞可在汽缸内无摩擦滑动.现通过电热丝对该理想气体十分缓慢地加热.设汽缸处在大气中,大气压强恒定.经过较长时间后,下列说法正确的是( )A.汽缸中气体的压强比加热前要大B.汽缸中气体的压强保持不变C.汽缸中气体的体积比加热前要大D.活塞在单位时间内受汽缸中分子撞击的次数比加热前要少【答案】BCD
关 键 能 力·突 破 要 点
考点1 固体和液体的性质 [基础考点]
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.液体表面张力(1)表面张力的效果:表面张力使液体表面积具有收缩趋势,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.(2)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.
1.(多选) 下列说法正确的是( )A.不论是何种液体,表面张力总是要使液体表面收缩B.表面张力的方向总是在液面的切面上,与设定的分界线垂直C.表面层内的液体分子没有斥力,只有引力D.表面层内的液体分子分布较液体内部稀疏,分子间的作用力表现为引力【答案】ABD
【解析】表面张力产生在液体表面层,它的方向跟液面平行,使液面收缩,故A正确;表面张力产生在液体表面层,它的方向平行于液体表面,与设定的分界面垂直,而非与液面垂直,故B正确;表面层里的分子比液体内部稀疏,分子间的距离比液体内部大一些,分子间同时存在引力、斥力且引力大于斥力,分子间的相互作用表现为引力,即是表面张力,故C错误,D正确.
2.(2020年江苏卷)(多选)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史,它是一种非晶体.下列关于玻璃的说法正确的有( )A.没有固定的熔点B.天然具有规则的几何形状C.沿不同方向的导热性能相同D.分子在空间上周期性排列【答案】AC
【解析】根据非晶体的特点可知非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)无规则排列的固体.它没有一定规则的外形.它的物理性质在各个方向上是相同的,叫“各向同性”.它没有固定的熔点,所以A、C正确,B、D错误.
考点2 气体压强的产生与计算 [能力考点]
1.产生的原因由于大量分子无规则运动而碰撞器壁,形成对器壁各处均匀、持续的压力,该压力与受力面积的比值,叫作气体压强,其在数值上等于作用在器壁单位面积上的压力.
2.决定因素(1)宏观上:决定于气体的温度和体积.(2)微观上:决定于分子的平均动能和分子的密集程度.3.静止或匀速运动系统中封闭气体压强的确定(1)平衡法:选与气体接触的液柱为研究对象,进行受力分析,利用它的受力平衡,列方程求出气体的压强.(2)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.
4.加速运动系统中封闭气体压强的确定常从两处入手:一是选择与气体接触的液柱或活塞等为研究对象,进行受力分析,利用牛顿第二定律解出.二是对气体,考虑用气体定律确定(后面遇到).具体问题中常把二者结合起来,建立方程组联立求解.自由落体的试管中液柱产生的压强为零.
温馨提醒:(1)在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p=ρgh时,应特别注意h是表示液面间的竖直高度,不一定是液柱长度.(2)连通器原理:在连通器中,同一种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强相等,如图中同一液面C、D处压强相等,则pA=p0+ph.
例1 (2021年临沂质检)汽缸截面积为S,质量为m的梯形活塞上面是水平的,下面与右侧竖直方向的夹角为α,如图所示,当活塞上放质量为M的重物时处于静止.设外部大气压为p0,已知活塞与缸壁之间无摩擦.求汽缸中气体的压强.
1.(2021年广东模拟)某学生在水瓶中装入半瓶热水,盖紧瓶盖,一段时间后,该同学发现瓶盖变紧.其本质原因是单位时间内瓶盖受到瓶内气体分子的撞击次数________(填“增加”“减少”或“不变”),瓶内气体分子平均动能________(填“增大”“减小”或“不变”).【答案】减少 减小
2.如图所示,光滑水平面上放有一质量为M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,求此时缸内封闭气体的压强p(已知外界大气压为p0).
考点3 气体状态变化的图像问题 [能力考点]
一定质量的气体不同图像的比较
1.(2020年北京卷)如图所示,一定量的理想气体从状态A开始,经历两个过程,先后到达状态B和C.有关A、B和C三个状态温度TA、TB和TC的关系,正确的是( )A.TA=TB,TB=TC B.TA
考点4 理想气体状态方程 [能力考点]
3.应用状态方程解题的一般步骤
(1)求A的体积和B的压强;(2)再使活塞向左缓慢回到初始位置,求此时A的体积和B的压强.
1.(2021年广东卷)为方便抽取密封药瓶里的药液,护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液,如图所示,某种药瓶的容积为0.9 mL,内装有0.5 mL的药液,瓶内气体压强为1.0×105Pa,护士把注射器内横截面积为0.3 cm2 、长度为0.4 cm、压强为1.0×105Pa 的气体注入药瓶,若瓶内外温度相同且保持不变,气体视为理想气体,求此时药瓶内气体的压强.
解:以注入后的所有气体为研究对象,由题意可知瓶内气体发生等温变化,设瓶内气体体积为V1,有V1=0.9 mL-0.5 mL=0.4 mL=0.4 cm3注射器内气体体积为V2,有V2=0.3×0.4 cm3=0.12 cm3 根据理想气体状态方程有p0(V1+V2)=p1V1代入数据解得p1=13×105 Pa.
2.(2021年全国卷Ⅱ)如图,一玻璃装置放在水平桌面上,竖直玻璃管A、B、C粗细均匀,A、B两管的上端封闭,C管上端开口,三管的下端在同一水平面内且相互连通.A、B两管的长度分别为l1=13.5 cm,l2=32 cm.将水银从C管缓慢注入,直至B、C两管内水银柱的高度差h=5 cm.已知外界大气压为p0=75 cmHg.求A、B两管内水银柱的高度差.
解:对B管中的气体,水银还未上升产生高度差时,初态为压强p1B=p0,体积为V1B=l2S,末态压强为p2,设水银柱离下端同一水平面的高度为h2,体积为V2B=(l2-h2)S,由水银柱的平衡条件有p2B=p0+ρghB管气体发生等温压缩,有p1BV1B=p2BV2B联立解得h2=2 cm
3.(2021年湖南卷)小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置,如图所示.导热汽缸开口向上并固定在桌面上,用质量m1=600 g、截面积S=20 cm2 的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦.一轻质直杆中心置于固定支点A上,左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞,右端用相同细绳竖直悬挂一个质量m2=1 200 g的铁块,并将铁块放置到电子天平上.当电子天平示数为600.0 g时,测得环境温度T1=300 K.设外界大气压强p0=1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2.
(1)当电子天平示数为400.0 g时,环境温度T2 为多少?(2)该装置可测量的最高环境温度Tmax 为多少?
解:(1)由电子天平示数为600.0 g时,则细绳对铁块拉力为Δmg=(m2-m示)g=m1g铁块和活塞对细绳的拉力相等,则汽缸内气体压强等于大气压强p1=p0①当电子天平示数为400.0 g时,设此时汽缸内气体压强为p2,对m1 受力分析有(m2-400-m1)g=(p0-p2)S②
小实验* 探究等温情况下气体压强与体积的关系
1.实验步骤(1)装置如图.(2)密封气体:用胶套在注射器中密封一定质量的气体(气体的体积大约是注射器容积的一半).(3)安装固定:如图所示,把带有压力表的注射器固定在铁架台上.
(4)实验数据的收集:空气柱的压强p可以从仪器上方的指针读出,空气柱的长度l可以在玻璃管侧的刻度尺上读出,空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.用手把活塞向下压或向上拉,读出体积与压强的几组数据.
(3)在误差允许的范围内,一定质量的气体在温度不变的条件下,压强跟体积的倒数成正比,即压强与体积成反比.
例4 如图所示为“探究气体等温变化规律”的实验装置,气体的压强可从仪表上读出,一段空气柱被橡胶套和活塞封闭在玻璃管内,从刻度尺上可读出空气柱的长度.实验过程中气体压缩太快会使气体温度________(填“升高”“不变”或“降低”).实验中气体向外漏气,测得气体的体积与压强的乘积________(填“变大”“不变”或“变小”).
【答案】升高 变小【解析】实验过程中气体压缩太快,外界对气体做功,会使气体温度升高.实验中气体向外漏气,质量减小,测得气体的体积与压强的乘积变小.
变式 用DIS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关系的实①把注射器活塞移至注射器中间位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接;②移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p;验装置如图甲所示,实验步骤如下:
(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是______________________________.(2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是____________和_________________________.
【答案】(1)在注射器活塞上涂润滑油 (2)移动活塞要缓慢;不能用手握住注射器封闭气体部分 (3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积【解析】(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂润滑油.这样可以保持气密性.(2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢;不能用手握住注射器封闭气体部分.这样能保证装置与外界温度一样.
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