2019版高考物理一轮复习 专题十三 热学 第2讲 气体、液体和固体课件.ppt

第2讲 气体 液体和固体 考点1 气体的性质 1 气体的状态参量 冷热 平均动能 1 温度 在宏观上表示物体的 程度 在微观上是分子 的标志 2 体积 气体总是充满它所在的容器 所以气体的体积总 是等于盛装气体的容器的 容积 3 压强 气体的压强是由于气体分子 器壁而 产生的 频繁碰撞 大 2 气体分子动理论 1 气体分子运动的特点 它能达到的整个空间 气体分子间距较 分子力可以 因此分子间除碰撞外不受其他力的作用 故气体能充满 分子做无规则的运动 速率有大有小 且时而变化 大量分子的速率按 的规律分布 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 2 气体压强的微观意义气体的压强是大量分子频繁碰撞器壁产生的 压强的大小跟两个因素有关 气体分子的 气体分子的 忽略 中间多 两头少 减少 增多 增大 不变 平均动能 密集程度 3 气体实验定律 反比 正比 正比 p1V1 p2V2 4 理想气体的状态方程 pVT 一定质量的理想气体的状态方程 C 恒量 考点2 固体和液体 饱和蒸汽 1 晶体和非晶体 不规则 异 同 续表 的 晶体 晶体 非晶体 晶体 非晶体 注意 多晶体没有确定的几何形状 且多晶体是各向同性 2 液体 液晶 1 液体的表面张力 吸引 自动收缩 液体表面各部分间相互 的力叫表面张力 表面张力使液体 液体表面有收缩到 的趋势 表面张力的方向和液面 其大小除了跟边界线的长度有关外 还跟液体的种类 温度有关 2 液晶的特性 异 流动性 液体 液晶分子既保持排列有序而显示各向 性 又可以自由移动位置 保持了液体的 液晶分子的位置无序使它像 排列有序使它像晶体 液晶分子的排列从某个方向看比较整齐 从另一个方向看则是杂乱无章的 液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变 最小 相切 3 饱和蒸汽与饱和汽压 相对湿度 1 饱和蒸汽与未饱和蒸汽 饱和蒸汽 在密闭容器中的液体 不断地蒸发 液面上的蒸汽也不断地凝结 当两个同时存在的过程达到动态平衡时 宏观的蒸发停止 这种与液体处于 的蒸汽称为饱 和蒸汽 动态平衡 未饱和蒸汽 没有达到饱和状态的蒸汽称为未饱和蒸汽 2 饱和汽压 在一定温度下饱和蒸汽的分子密度是一定的 因而饱和蒸汽的压强也是一定的 这个压强称为这种液体 的饱和汽压 饱和汽压随温度的升高而 增大 同温度下水的饱和汽压 ps 3 相对湿度 在某一温度下 水蒸气的 与同温度 压强 下饱和水汽压的比 称为空气的相对湿度 水蒸气的实际压强 p 相对湿度 B 基础自测 1 多选 下列说法正确的是 A 蔗糖受潮后会粘在一起 没有确定的几何形状 它是非晶体B 单晶体的某些性质具有各向异性的特点C 液晶对不同颜色的光的吸收强度随电场强度的变化而变化D 液体的表面层就像张紧的橡皮膜而表现出表面张力 是因为表面层的分子分布比液体内部稀疏E 液晶是液体和晶体的混合物答案 BCD 2 如图13 2 1所示 一定质量的理想气体 处在状态A时 其温度TA 300K 让该气体沿图中线段AB所示缓慢地从状态A变化到状态B 求 1 气体处于状态B时的温度 2 从A到B的过程中气体的最高温度 图13 2 1 3 2016年新课标 卷 一氧气瓶的容积为0 08m3 开始时瓶中氧气的压强为20个大气压 某实验室每天消耗1个大气压的氧气0 36m3 当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时 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 设氧气开始时的压强为p1 体积为V1 压强变为p2 2个大气压 时 体积为V2 根据玻意耳定律得 p1V1 p2V2 重新充气前 用去的氧气在p2压强下的体积为 V3 V2 V1 设用去的氧气在p0 1个大气压 压强下的体积为V0 则有 p2V3 p0V0 设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为 V 则氧气可用的天数为 N V0 V 联立 式 并代入数据解得N 4 天 热点1考向1 固体与液体的性质固体的性质 热点归纳 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 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化 典题1 多选 2015年新课标 卷 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 晶体被敲碎后 构成晶体的分子或原子的空间点阵结构没有发生变化 仍然是晶体 选项A错误 有些晶体在光学性质方面是各向异性的 选项B正确 同种元素构成的不同晶体互为该元素的同素异形体 选项C正确 如果外界条件改变了物质分子或原子的排布情况 晶体和非晶体之间可以相互转化 选项D正确 晶体熔化过程中 分子势能发生变化 内能发生了变化 选项E错误 答案 BCD 考向2 液体的性质 热点归纳 液体表面张力 典题2 多选 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的缘故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的缘故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的缘故 解析 水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠 这是不浸润的结果 而干净的玻璃板上不能形成水珠 这是浸润的结果 选项B错误 玻璃板很难被拉开是由于分子引力的作用 选项E错误 答案 ACD 考向3 饱和汽压和相对湿度的理解 1 饱和汽压跟液体的种类有关 在相同的温度下 不同液体的饱和汽压一般是不同的 2 饱和汽压跟温度有关 饱和汽压随温度的升高而增大 3 饱和汽压跟体积无关 在温度不变的情况下 饱和汽压不随体积而变化 典题3 多选 关于饱和汽压和相对湿度 下列说法正确 的是 A 温度相同的不同饱和蒸汽的饱和汽压都相同B 温度升高时 饱和汽压增大C 在相对湿度相同的情况下 夏天比冬天的绝对湿度大D 饱和汽压和相对湿度都与体积无关E 水蒸气的实际压强越大 人感觉越潮湿 解析 在一定温度下 饱和汽压是一定的 饱和汽压随温度的升高而增大 饱和汽压与液体的种类有关 与体积无关 选项A错误 B正确 空气中所含水蒸气的压强 称为空气的 绝对湿度 相对湿度 水蒸气的实际压强同温度下水的饱和汽压 夏天的饱和汽 压大 在相对湿度相同时 夏天的绝对湿度大 C D正确 空气潮湿程度是相对湿度 选项E错误 答案 BCD 热点2考向1 气体压强的产生与计算压强的产生 热点归纳 1 产生的原因 气体的压强是大量分子频繁地碰撞器壁而产生的 单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的 但大量分子频繁地碰撞器壁 对于器壁就产生了持续 平均的作用力 数值上气体压强等于大量分子作用在器壁单位面积的平均作用力 2 决定因素 1 从宏观上看 气体压强由体积和温度决定 2 从微观上看 气体压强由气体分子的密集程度和平均动能决定 典题4 多选 下列关于密闭容器中气体的压强的说法错 误的是 A 是由气体分子间的相互作用力 吸引和排斥 产生的B 是由大量气体分子频繁地碰撞器壁所产生的C 是由气体受到的重力所产生的D 当容器自由下落时将减小为零E 气体压强与分子运动的剧烈程度有关 解析 气体压强产生的原因 大量做无规则热运动的分子对器壁频繁 持续地碰撞产生了气体的压强 单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的 但是大量分子频繁地碰撞器壁 就对器壁产生持续 均匀的压力 所以从分子动理论的观点来看 气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力 故A C错误 B E正确 当容器自由下落时 虽然处于失重状态 但分子热运动不会停止 故压强不会减小为零 故D错误 答案 ACD 方法技巧 1 气体压强与大气压强不同 大气压强由重力而产生 随高度增大而减小 气体压强由大量气体分子频繁碰撞器壁而产生 大小不随高度而变化 2 容器内气体的压强是大量分子频繁碰撞器壁而产生的 并非因其重力而产生 考向2 压强的计算 热点归纳 1 平衡状态下气体压强的求法 1 液片法 选取假想的液体薄片 自身重力不计 为研究对象 分析液片两侧受力情况 建立平衡方程 消去面积 得到液片两侧压强相等方程 求得气体的压强 2 力平衡法 选取与气体接触的液柱 或活塞 为研究对象进行受力分析 得到液柱 或活塞 的受力平衡方程 求得气体的压强 3 等压面法 在连通器中 同一种液体 中间不间断 同一深度处压强相等 液体内深h处的总压强p p0 gh p0为液面上方的压强 2 加速运动系统中封闭气体压强的求法 选取与气体接触的液柱 或活塞 为研究对象 进行受力分 析 利用牛顿第二定律列方程求解 典题5 若已知大气压强为p0 图13 2 2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 甲 乙 丙 丁 图13 2 2 解 1 在图甲中 以高为h的液柱为研究对象 由二力平 衡知 p气S ghS p0S所以p气 p0 gh 2 在图乙中 以B液面为研究对象 由平衡方程F上 F下 有 pAS phS p0S所以p气 pA p0 gh 3 在图丙中 仍以B液面为研究对象 有pA ghsin60 pB p0 4 在图丁中 以液面A为研究对象 由二力平衡得 p气S p0 gh1 S所以p气 p0 gh1 迁移拓展 如图13 2 3所示 光滑水平面上放有一质量为M的气缸 气缸内放有一质量为m的可在气缸内无摩擦滑动的活塞 活塞面积为S 现用水平恒力F向右推气缸 最后气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 图13 2 3 解 选取气缸和活塞整体为研究对象 相对静止时有 F M m a再选活塞为研究对象 根据牛顿第二定律有pS p0S ma 解得 p p0 mFS M m 热点3 气体实验定律的应用 热点归纳 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 查理定律 等容变化 2 利用气体实验定律解决问题的基本思路 考向1 玻意耳定律 典题6 2017年新课标 卷 一种测量稀薄气体压强的仪器如图13 2 4甲所示 玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K1和K2 K1长为l 顶端封闭 K2上端与待测气体连通 M下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通 开始测量时 M与K2相通 逐渐提升R 直到K2中水银面与K1顶端等高 此时水银已进入K1 且K1中水银面比顶端低h 如图乙所示 设测量过程中温度 与K2相通的待测气体的压强均保持不变 已知K1和K2的内径均为d M的容积为V0 水银的密度为 重力加速度大小为g 求 1 待测气体的压强 2 该仪器能够测量的最大压强 甲 乙 图13 2 4 4V0 d2 l h 解 1 水银面上升至M的下端使玻璃泡中的气体恰好被封住 设此时被封闭的气体的体积为V 压强等于待测气体的压强p 提升R 直到K2中水银面与K1顶端等高时 K1中的水银面比顶端低h 设此时封闭气体的压强为p1 体积为V1 则 V V0 d2l4 V1 d2h4 由力学平衡条件得p1 p gh 整个过程为等温过程 由玻意耳定律得pV p1V1 联立 式解得p gd2h2 考向2 查理定律 典题7 2017年山西三模 如图13 2 5所示 横截面积为S的热水杯盖扣在水平桌上 开始时内部封闭气体的温度为27 压强为大气压强p0 当封闭气体温度上升至30 时 水杯盖恰好被整体顶起 放出少许气体后又落回桌面 其内部压强立即减为p0 温度仍为30 再经过一段时间 由于室温的降低内部气体温度降至21 整个过程中封闭气体均可视为理想气体 求 1 当封闭气体温度上升至30 且水杯盖未被顶起时的压强p1 2 当封闭气体温度下降至21 时 竖直向上提起杯盖所 需的最小力Fmin 图13 2 5 解 1 气体进行等容变化 开始时 压强为p0 温度T0 27 273 K 300K 当温度上升到30 且尚未放气时 压强为p1 温度T1 30 273 K 303K 考向3 盖 吕萨克定律 典题8 2017年新课标 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 1 设1个大气压下质量为m的空气在温度T0时的体积为V0 则密度为 0 mV0 温度为T时的体积为VT 则密度为 T mVT 热点4 理想气体状态方程的应用 热点归纳 1 理想气体 1 宏观上讲 理想气体是指在任何条件下始终遵守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 3 应用状态方程解题的一般步骤 1 明确研究对象 即某一定质量的理想气体 2 确定气体在始末状态的参量p1 V1 T1及p2 V2 T2 3 由状态方程列式求解 4 讨论结果的合理性 典题9 2017年江西南昌十所省重点中学二模 如图13 2 6所示 两端开口 粗细均匀的足够长玻璃管插在大水银槽中 管的上部有一定长度的水银柱 两段空气柱被封闭在左右两侧的竖直管中 开启上部连通左右水银的阀门A 当温度为300K 平衡时水银柱的位置如图13 2 6所示 h1 h2 5cm l1 50cm 大气压强为75cmHg 求 1 右管内气柱的长度l2 图13 2 6 2 关闭阀门A 当温度升至405K时 左侧竖直管内气柱的长度l3 大气压强保持不变 解 1 左管内气体压强p1 p0 h2 80cmHg 右管内气体压强p2 p1 h1 85cmHg 由p2 p0 h3 解得右管内外液面高度差h3 10cm 则右管内气柱长度l2 l1 h1 h2 h3 50cm 2 设玻璃管的横截面积为S 由理想气体状态方程 有 代入数据解得l3 60cm 方法技巧 对于两部分气体的问题 一定要找好两部分气体之间的关系 比如压强关系 体积关系等 分别找出两部分气体的初 末状态的压强 体积和温度 根据理想气体状态方程列式求解 热点5 用图象法分析气体的状态变化 热点归纳 1 利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量 不同温度的两条等温线 不同体积的两条等容线 不同压强的两条等压线的关系 例如 在图13 2 7甲中 V1对应虚线为等容线 A B分别是虚线与T2 T1两线的交点 可以认为从B状态通过等容升压到A状态 温度必然升高 所以T2 T1 又如图乙所示 A B两点的温度相等 从B状态到A状态压强增大 体积一定减小 所以V2 V1 甲 乙 图13 2 7 2 关于一定质量的气体的不同图象的比较 典题10 2016年甘肃兰州一模 一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图象如图13 2 8所示 气体在状态A时的压强pA p0 温度TA T0 线段AB与V轴平行 BC的延长线过原点 求 1 气体在状态B时的压强pB 2 气体在状态C时的压强pC和温度TC 图13 2 8 方法总结 气体状态变化的图象的应用技巧 1 明确点 线的物理意义 求解气体状态变化的图象问题 应当明确图象上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态 它对应着三个状态参量 图象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图象 或p T图象 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