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第2讲 固体、液体与气体,【知识导图】,异性,熔点,表面积,p1V1=p2V2,【微点拨】 1.封闭气体压强的求解步骤: (1)确定研究对象。 (2)受力分析。 (3)列出力学方程。 (4)代入数据求解。,2.处理“两团气”问题的技巧: (1)分析“两团气”初、末状态的压强关系。 (2)分析“两团气”的体积及其变化关系。 (3)分析“两团气”状态参量的变化特点,选取合适的实验定律列方程。,【慧眼纠错】 (1)大块塑料粉碎成形状相同的颗粒,每个颗粒即为 一个单晶体。 纠错:_ (2)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。 纠错:_,塑料粉碎成的颗粒仍为非晶体。,单晶体的有些物理性质是各向异性的。,(3)液晶是液体和晶体的混合物。 纠错:_ _ (4)水蒸气达到饱和时,水蒸气的压强不再变化,这时 蒸发和凝结就停止了。 纠错:_ _,液晶既不是液体,也不是晶体,更不是二者的混,合物。,水蒸气达到饱和时,蒸发和凝结仍在进行,并未,停止。,(5)船浮于水面上是由于液体的表面张力。 纠错:_ _ (6)一定质量的理想气体在等压变化时,其体积与摄氏 温度成正比。 纠错:_,船浮于水面上是由于浮力作用,而不是液体的表,面张力作用。,体积与热力学温度成正比。,(7)在闷热的夏天我们感到非常的不舒服,是因为空气 的绝对湿度很大。 纠错:_,应是空气的相对湿度很大。,考点1固体和液体的性质 【典题探究】 【典例1】(多选)(2018锦州模拟)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡,用烧热的针接触其上一点,蜡熔化的范围如图所示。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所示,则() 导学号04450276,A.甲、乙为非晶体,丙是晶体 B.甲、丙为晶体,乙是非晶体 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】选B、D。由题图可知,甲、乙在导热性质上表现各向同性,丙具有各向异性,甲、丙有固定的熔点,乙无固定的熔点,所以甲为多晶体、丙为单晶体,乙是非晶体, B、D正确,A、C错误。,【通关秘籍】 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。 (4)有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。,2.液体表面张力:,【考点冲关】 1.(2018漳州模拟)下列现象中,不能说明液体存在表面张力的有() A.吹出的肥皂泡成球形 B.硬币能漂浮于水面上 C.滴入水中的红墨水很快散开 D.在完全失重的环境下,熔化的金属能收缩成标准的球形,【解析】选C。吹出的肥皂泡成球形,硬币能漂浮于水面上,在完全失重的环境下,熔化的金属能收缩成标准的球形,都是由于表面张力的作用;滴入水中的红墨水很快散开,是自由扩散的结果,与表面张力无关;故选C。,2.(多选)(2018石家庄模拟)下列说法正确的 是() A.把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面,这是由于水表面存在表面张力 B.水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠,而在干净的玻璃板上却不能,这是因为油脂使水的表面张力增大,C.在围绕地球飞行的宇宙飞船中,自由飘浮的水滴呈球形,这是表面张力作用的结果 D.在毛细现象中,毛细管中的液面有的升高,有的降低,这与液体的种类和毛细管的材质有关 E.当两薄玻璃板间夹有一层水膜时,在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开,这是由于水膜具有表面张力,【解析】选A、C、D。水的表面张力托起针,A正确;水在油脂上不浸润,在干净的玻璃上浸润,B错误;当宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动时,里面的所有物体均处于完全失重状态,此时自由飘浮的水滴在表面张力作用下呈现球形,C正确;对于浸润液体,在毛细管中上升,对于非浸润液体,在毛细管中下降,D正确;在垂直于玻璃板方向很难将夹有水膜的玻璃板拉开,是大气压的作用,E错误。,【加固训练】 (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.由同种元素构成的固体,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,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体 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,【解析】选B、C、D。将一块晶体敲碎后,得到的小颗 粒还是晶体,选项A错误;固体可以分为晶体和非晶体两 类,有些晶体在不同方向上各向异性,具有不同的光学 性质,选项B正确;由同种元素构成的固体,可能会由于 原子的排列方式不同而成为不同的晶体,例如石墨和金 刚石,选项C正确;在合适的条件下,某些晶体可以转变 为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体,例如天然,石英是晶体,熔融过的石英却是非晶体。把晶体硫加热熔化(温度超过300 )再倒进冷水中,会变成柔软的非晶硫,再过一段时间又会转化为晶体硫,所以选项D正确;在熔化过程中,晶体要吸收热量,虽然温度保持不变,但是内能要增加,选项E错误。,考点2气体压强的产生和计算 【典题探究】 【典例2】若已知大气压强为p0,在图中各装置均处于静止状态,图中液体密度均为,求被封闭气体的压强。 导学号04450277,【解题探究】压强乘以横截面积等于压力,关于力的问题,可以应用什么规律解决上述问题? 提示:甲图AB液柱处于平衡状态,可以应用力的平衡规律处理,乙图、丙图问题也可以类似处理,若物体处于加速状态可以应用牛顿第二定律处理。,【解析】在甲图中,以高为h的液柱为研究对象,由二力平衡知 p甲S=-ghS+p0S 所以p甲=p0-gh 在图乙中,以B液面为研究对象,由平衡方程F上=F下有: pAS+ghS=p0S p乙=pA=p0-gh,在图丙中,仍以B液面为研究对象,有 pA+ghsin 60=pB=p0 所以p丙=pA=p0- gh 答案:甲:p0-gh乙:p0-gh丙:p0- gh,【通关秘籍】 理解气体压强的三个角度,【考点冲关】 如图所示,光滑水平地面上放有一质量为m的导热汽缸, 用活塞封闭了一部分气体。活塞质量为 ,截面积为S, 可无摩擦滑动,汽缸静止时与缸底距离为L0。现用水平 恒力F向右推汽缸,最后汽缸与活塞达到相对静止状 态。已知大气压强为p0。求:导学号 04450278,(1)稳定时封闭气体的压强。 (2)稳定时活塞与汽缸底部的距离。,【解析】(1)选择汽缸、活塞和密闭气体整体作为研究对象,受力分析可知,水平恒力F即为整体受到的合外力, 由牛顿第二定律得 F=(m+ )a 隔离活塞对其受力分析,设封闭气体压强为p, 则由牛顿第二定律得,(p-p0)S= a 汽缸和活塞相对静止具有相同的加速度,联立以上两式, 可得p=p0+,(2)由汽缸为导热汽缸可知,汽缸内气体温度不变,气 体为等温变化,设稳定时活塞与缸底部的距离为L 由理想气体状态方程 =C得 p0L0S=pLS 可得L= 答案:(1)p0+ (2),【加固训练】 如图所示,一水平放置的汽缸,由横截面积不同的两圆 筒连接而成。活塞A、B用一长为3L的刚性细杆连接。 它们可以在筒内无摩擦地沿水平方向滑动。活塞A、B 的横截面积分别为SA=40 cm2、SB=20 cm2。A、B之间封 闭着一定质量的理想气体。汽缸外大气的压强为,p0=1105 Pa,温度T0=294 K。初始时活塞A与大圆筒底部(大小圆筒连接处)相距2L,汽缸内气体温度为T1= 500 K时,(1)汽缸内气体的温度缓慢降至400 K时,活塞移动的位移。 (2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强。,【解析】(1)汽缸内气体的温度降低时,其压强不变,活 塞A、B一起向右移动,气体状态参量: V1=SA2L+SBL,V2=SA(2L-x)+SB(L+x), 已知:T1=500 K, 气体发生等压变化,由盖吕萨克定律得: 解得:x=L,由于x=L2L,表明活塞A未碰到大圆筒底部, 故活塞A、B向右移动的位移为L。,(2)大活塞刚碰到大圆筒底部时:V3=3SBL, 已知:T1=500 K, 由盖-吕萨克定律得: 解得:T3=300 K,当汽缸内 封闭的气体与缸外大气达到热平衡时:T=T0=294 K,气 体发生等容变化,由查理定律得: 解得:p=9.8 104 Pa。 答案:(1)L(2)9.8104 Pa,考点3理想气体状态方程与气体实验定律的应用 【典题探究】 【典例3】(2017全国卷)如图,容积均为V的汽缸 A、B下端有细管(容积可忽略)连通,阀门K2位于细管的 中部,A、B的顶部各有一阀门K1、K3,B中有一可自由滑 动的活塞(质量、体积均可忽略)。初始时,三个阀门均 打开,活塞在B的底部;关闭K2、K3,通过K1给汽缸充气,使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27 ,汽缸导热。导学号04450279,(1)打开K2,求稳定时活塞上方气体的体积和压强。 (2)接着打开K3,求稳定时活塞的位置。 (3)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20 ,求此时活塞下方气体的压强。,【题眼直击】 (1)三个阀门均打开。 (2)活塞(质量、体积均可忽略)。 (3)活塞稳定时。,【解析】(1)设打开K2后,稳定时活塞上方气体的压强 为p1,体积为V1。依题意,被活塞分开的两部分气体都 经历等温过程。由玻意耳定律得: p1V1 = p0V ;(3p0 )V = p1(2V-V1); 联立解得: V1 = ,p1 = 2p0,(2)打开K3后,由上式知活塞必上升。设在活塞下方气 体与A中气体的体积之和为V2(V22V) ,活塞下方气体 压强为p2。由玻意耳定律得: (3p0 )V = p2 V2 ,可得:p2= 由上式可知,打开K3后活塞上升到B的顶部为止,此时 p2= p0。,(3)设加热后活塞下方气体压强为p3,气体温度从T1 =300 K上升到T2 = 320 K的等容过程中,由查理定律 得: 将有关数据代入解得:p3=1.6p0。 答案:(1) 2p0(2)顶部 (3)1.6p0,【通关秘籍】 应用理想气体状态方程解题的一般步骤:,【考点冲关】 (2017全国卷)一热气球体积为V,内部充有温度为Ta的热空气,气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在1个大气压、温度为T0时的密度为0,该气球内、外的气压始终都为1个大气压,重力加速度大小为g。,(1)求该热气球所受浮力的大小。 (2)求该热气球内空气所受的重力。 (3)设充气前热气球的质量为m0,求充气后它还能托起的最大质量。,【解析】(1)取1个大气压下质量为m的空气为研究对象,设它在温度为T0时的体积为V0,则其密度 0= 设它在温度为Tb时的体积为Vb,密度 b= 由于气体压强始终不变,由盖吕萨克定律得 ,由得b= 热气球所受浮力的大小F浮=bgV 联立得F浮= gV,(2)由式可知气球内温度为Ta的热空气的密度为 a= 热气球内空气所受的重力 G=aVg= gV,(3)设充气后它还能托起的最大质量为m,由力的平衡条件可得F浮=G+m0g+mg 由得m=T00V -m0 答案:(1) gV(2) gV (3)T00V -m0,【加固训练】 (2018青岛模拟)某压缩式喷雾器储液桶的容量是5.710-3 m3。往桶内倒入4.210-3 m3的药液后开始打气,打气过程中药液不会向外喷出。如果每次能打进2.510-4m3的空气,要使喷雾器内药液能全部喷完,且整个过程中温度不变,则需要打气的次数是(),A.16次 B.17次 C.20次 D.21次,【解析】选B。设大气压强为p,由玻意耳定律,npV0+ pV=pV,V0=2.510-4m3,V=5.710-3 m3-4.2 10-3 m3=1.510-3 m3,V=5.710-3 m3,解得n=16.8 17次,选项B正确。,考点4气体状态变化中的图象问题 【典题探究】 【典例4】(2018唐山模拟)如图甲所示,上端开口的 光滑圆柱形汽缸竖直放置,横截面积S=20 cm2的活塞将 一定质量的气体和一形状不规则的固体M封闭在汽缸 内。在汽缸内距底部H=30 cm处有a、b两限制装置(a、 b的体积可忽略),使活塞只能向上滑动。开始时活塞搁,在a、b上,缸内气体的压强为p0(p0=1.0105 Pa,为大气压强),温度为27 。现缓慢加热汽缸内气体,其状态变化如图乙中的A、B、C所示,从状态B到状态C的过程中活塞上升了4 cm。活塞不漏气,缸内气体可视为理想气体,g取10 m/s2。求活塞的质量和固体M的体积。导学号04450280,【解析】由题图乙可判断缸内气体从状态A到状态B经历等容变化,设缸内气体在状态A时温度为TA=(27+273)K,在状态B时,气体压强为pB,温度为TB=(57+273)K, 则由查理定律得 到状态B时活塞离开a、b,设活塞的质量为m,则,pB=p0+ 联立解得m=2 kg。 从状态B到状态C缸内气体经历等压变化,设缸内气体初状态的体积为V0,在状态C时温度为TC=(117+273)K,由盖-吕萨克定律可得,解得V0=440 cm3, 则固体M的体积VM=SH-V0=160 cm3。 答案:2 kg160 cm3,【通关秘籍】 一定质量的气体不同图象的比较:,【考点冲关】 1.某一定质量理想气体发生等压膨胀、等温压缩、等 容降温三个状态变化后回到初始状态,整个过程的p-V 图象如图所示,则下列也能反映该过程的图象是(),【解析】选B。根据理想气体状态方程 =C,等压膨胀 过程,温度增加,p-T图象与T轴平行,等温压缩过程,压 强增加,p-T图象与p轴平行,等容降温过程,压强减 小,p-T图象经过坐标原点,故A错误,B正确;根据理想气 体状态方程 =C,等压膨胀过程,温度增加,V-T图象,经过坐标原点,等温压缩过程,压强增加,V-T图象与V轴平行,等容降温过程,压强减小,V-T图象与T轴平行,故C、D错误。,2.(2018唐山模拟)回热式制冷机是一种深低温设备,制冷极限约50 K。某台设备工作时,一定量的氦气(可视为理想气体)缓慢经历如图所示的四个过程:从状态A到B和C到D是等温过程,温度分别为t1=27 和t2= -133 ;从状态B到C和D到A是等容过程,体积分别为V0和5V0。求状态B与D的压强之比。,【解析】A到B、C到D均为等温过程,则TB=(27+273)K =300 K,TD=(-133+273)K=140 K,由理想气体状态方程 可知: 得: 答案:10.7,【加固训练】 如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图象。已知气体在状态A时的压强是1.5 105 Pa。 (1)说出AB过程中压强变化的情形,并根据图象提供的信息,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图象,并在图线相应位置上标出字母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。,【解析】(1)由图甲所示图象可知,A与B的连线的延长线过原点O, 所以AB是一个等压变化, 即pA=pB=1.5105 Pa, 由图示图象可知:VA=0.4 m3,VB=VC=0.6 m3, TB=300 K,TC=400 K,从A到B过程,由盖-吕萨克定律得: 得TA=200 K。 (2)由图甲所示图象可知,从B到C为等容过程, 由(1)知: pB=1.5105 Pa,TB=300 K,TC=400 K, 由查理定律得:,解得:pC=2105 Pa,气体状态变化图象如图所示: 答案:(1)压强不变200 K(2)见解析,
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