第十一章 学案52 固体 液体 气体.docx
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第十一章学案52固体液体气体
学案52固体 液体 气体
一、概念规律题组
1.下列关于晶体和非晶体的说法中正确的是( )
A.所有的晶体都表现为各向异性
B.晶体一定有规则的几何形状,形状不规则的金属一定是非晶体
C.大粒盐磨成细盐,就变成了非晶体
D.所有的晶体都有确定的熔点,而非晶体没有确定的熔点
2.关于液体的表面张力,下列说法中正确的是( )
A.液体表面张力是液体各部分之间的相互吸引力
B.液体表面层分子的分布比内部稀疏,分子力表现为零
C.不论是水还是水银,表面张力都会使表面收缩
D.表面张力的方向与液面垂直
3.一定质量的理想气体,在某一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1,在另一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p2、V2、T2,下列关系中正确的是( )
A.p1=p2,V1=2V2,T1=
T2
B.p1=p2,V1=
V2,T1=2T2
C.p1=2p2,V1=2V2,T1=2T2
D.p1=2p2,V1=V2,T1=2T2
二、思想方法题组
4.在一定温度下,当一定量气体的体积增大时,气体的压强减小,这是由于( )
A.单位体积内的分子数变少,单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数减少
B.气体分子的密集程度变小,分子对器壁的吸引力变小
C.每个分子对器壁的平均撞击力变小
D.气体分子的密集程度变小,单位体积内分子的重量变小
5.下列图中,p表示压强,V表示体积,T表示热力学温度.其中能正确描述一定质量的气体发生等温变化的是( )
一、气体压强的几种求法
1.平衡状态下气体压强的求法
(1)参考液片法:
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.
2.加速运动系统中封闭气体压强的求法
选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.
【例1】若已知大气压强为p0,图1中各装置均处于静止状态,求被封闭气体的压强.[重力加速度为g,图
(1)、
(2)中液体的密度为ρ,图(3)中活塞的质量为m,活塞的横截面积为S]
图1
二、气体实验定律、状态方程的应用
应用气体实验定律或状态方程解题的一般步骤:
(1)明确研究对象(即选取一定质量的气体);
(2)确定气体在初、末状态的参量;
(3)结合气体实验定律或状态方程列式求解;
(4)讨论结果的合理性.
图2
【例2】(2010·课标全国理综·39
(2))如图2所示,一开口汽缸内盛有密度为ρ的某种液体;一长为l的粗细均匀的小瓶底朝上漂浮在液体中,平衡时小瓶露出液面的部分和进入小瓶中液柱的长度均为l/4.现用活塞将汽缸封闭(图中未画出),使活塞缓慢向下运动,各部分气体的温度均保持不变.当小瓶的底部恰好与液面相平时,进入小瓶中的液柱长度为l/2,求此时汽缸内气体的压强.大气压强为p0,重力加速度为g.
[规范思维]
三、气体实验定律的图象
定律
变化
过程
一定质量气体
的两条图线
图线特点
玻意耳
定律
等温
变化
等温变化在p-V图象中是双曲线,由
=常数,知T越大,pV值就越大,远离原点的等温线对应的温度就越高,即T1 等温变化在p- 图象中是通过原点的直线,由p= ,即图线的斜率与温度成正比,斜率越大则温度越高,所以T1 查理 定律 等容 变化 等容变化在p-t图象中是通过t轴上-273.15℃的直线,在同一温度下,同一气体压强越大,气体的体积就越小,所以V1>V2. 等容变化在p-T图象中是通过原点的直线,由p= 可知,体积大时图线斜率小,所以V1>V2. 盖- 吕萨克 定律 等压 变化 等压变化在V-t图象中是通过t轴上-273.15℃的直线,温度不变时,同一气体体积越大,气体的压强就越小,所以p1>p2.等压变化在V-T图象中是通过原点的直线,由V= 可知,压强大时斜率小,所以p1>p2. 【例3】(2010·上海物理·17) 图3 一定质量理想气体的状态经历了如图3所示的ab、bc、cd、da四个过程,其中bc的延长线通过原点,cd垂直于ab且与水平轴平行,da与bc平行,则气体体积在( ) A.ab过程中不断增加B.bc过程中保持不变 C.cd过程中不断增加D.da过程中保持不变 四、晶体与非晶体 【例4】(2010·课标全国理综·33 (1))关于晶体和非晶体,下列说法正确的是________(填入正确选项前的字母). A.金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体 B.晶体的分子(或原子、离子)排列是有规则的 C.单晶体和多晶体有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点 D.单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的,非晶体是各向同性的 [规范思维] [针对训练1] 图4 (2011·福建·28 (1))如图4所示,曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程,图中横轴表示时间t,纵轴表示温度T.从图中可以确定的是________.(填选项前的字母) A.晶体和非晶体均存在固定的熔点T0 B.曲线M的bc段表示固液共存状态 C.曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态 D.曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态 五、液体的表面张力及浸润问题 (1)液体与气体、固体分别构成的两个不同液体薄层,浸润时液面是凹面,不浸润时,液面是凸面. (2)表面层内液体分子间距比液体内部大,不浸润的附着层内液体分子间距比液体内部大,表现引力,浸润的附着层内液体分子间距比液体内部小,表现斥力. (3)液体的表面张力使液体表面具有收缩的趋势. 图5 【例5】对于液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象,如图5所示.对此有下列几种解释,正确的是( ) A.表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏 B.表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部密 C.附着层Ⅰ内分子的分布比液体内部密 D.附着层Ⅱ内分子的分布比液体内部疏 [针对训练2] 把极细的玻璃管插入水中与水银中,如下图所示,正确表示毛细现象的是( ) 【基础演练】 1.(2011·山东·36 (1))人类对自然的认识是从宏观到微观不断深入的过程.以下说法正确的是________. A.液体的分子势能与体积有关 B.晶体的物理性质都是各向异性的 C.温度升高,每个分子的动能都增大 D.露球呈球状是由于液体表面张力的作用 2.关于液晶,下列说法中正确的有( ) A.液晶是一种晶体 B.液晶分子的空间排列是稳定的,具有各向异性 C.液晶的光学性质随温度的变化而变化 D.液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 3.下列关于液体表面现象的说法中正确的是( ) A.把缝衣针小心地放在水面上,针可以把水面压弯而不沉没,是因为针的重力小,又受到液体的浮力的缘故 B.处于失重状态的宇宙飞船中,一大滴水银会成球状,是因为液体内分子间有相互吸引力 C.玻璃管道裂口放在火上烧熔,它的尖端就变圆,是因为熔化的玻璃在表面张力的作用下,表面要收缩到最小的缘故 D.飘浮在热菜汤表面上的油滴,从上面观察是圆形的,是因为油滴液体呈各向同性的缘故 4.(2010·上海理综·6)民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,方法是将点燃的纸片放入一个小罐内,当纸片燃烧完时,迅速将火罐开口端紧压在皮肤上,火罐就会紧紧地被“吸”在皮肤上.其原因是,当火罐内的气体( ) A.温度不变时,体积减小,压强增大 B.体积不变时,温度降低,压强减小 C.压强不变时,温度降低,体积减小 D.质量不变时,压强增大,体积减小 5.一定质量的理想气体,由状态a经b变化到c,如图6所示,则下列四图中能正确反映出这一变化过程的是( ) 图6 图7 6.(2010·上海物理·10)如图7所示,玻璃管内封闭了一段气体,气柱长度为l,管内外水银面高度差为h,若温度保持不变,把玻璃管稍向上提起一段距离,则( ) A.h,l均变大 B.h,l均变小 C.h变大,l变小 D.h变小,l变大 题号 1 2 3 4 5 6 答案 【能力提升】 7.(2010·开封模拟) (1)干湿泡温度计通常由干泡温度计和湿泡温度计组成,由于蒸发________,湿泡所示的温度________(选填“大于”或“小于”)干泡所示的温度.干湿泡温度计温差的大小与空气湿度有关,温度相差越大,说明空气越________(选填“干燥”或“潮湿”). (2)一活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内,初始时气体体积为3.0×10-3m3.用DIS实验系统测得此时气体的温度和压强分别为300K和1.0×105Pa.推动活塞压缩气体,稳定后测得气体的温度和压强分别为320K和1.6×105Pa. ①求此时气体的体积; ②保持温度不变,缓慢改变作用在活塞上的力,使气体压强变为8.0×104Pa,求此时气体的体积. 8.有一排气口直径为2.0mm的压力锅,如图8甲所示,排气口上用的限压阀A的质量为34.5g,根据图乙所示的水的饱和汽压跟温度关系的曲线,求: 当压力锅煮食物限压阀放气时(即限压阀被向上顶起时)锅内能达到的最高温度.(g取10m/s2,1标准大气压即1atm=1.0×105Pa) 图8 9.(2009·海南高考)一气象探测气球,在充有压强为1.00atm(即76.0cmHg)、温度为27.0℃的氦气时,体积为3.50m3.在上升至海拔6.50km高空的过程中,气球内氦气逐渐减小到此高度上的大气压36.0cmHg,气球内部因启动一持续加热过程而维持其温度不变.此后停止加热,保持高度不变.已知在这一海拔高度气温为-48.0℃.求: (1)氦气在停止加热前的体积; (2)氦气在停止加热较长一段时间后的体积. 图9 10.(2009·宁夏高考)图9中系统是由左右两个侧壁绝热、底部导热、截面积均为S的容器组成.左容器足够高,上端敞开,右容器上端由导热材料封闭.两个容器的下端由可忽略容积的细管连通.容器内两个绝热的活塞A、B下方封有氮气,B上方封有氢气.大气的压强为p0,温度为T0=273K,两活塞因自身重量对下方气体产生的附加压强均为0.1p0.系统平衡时,各气体柱的高度如图所示.现将系统的底部浸入恒温热水槽中,再次平衡时A上升了一定的高度.用外力将A缓慢推回第一次平衡时的位置并固定,第三次达到平衡后,氢气柱高度为0.8h.氮气和氢气均可视为理想气体.求: (1)第二次平衡时氮气的体积; (2)水的温度. 学案52 固体 液体 气体 【课前双基回扣】 1.D [只有单晶体才表现为各向异性,故A错;单晶体有规则的几何形状,而多晶体无规则的几何形状,金属属于多晶体,故B错;大粒盐磨成细盐,而细盐仍是形状规则的晶体,在放大镜下能清楚地观察到,故C错;晶体和非晶体的一个重要区别就是晶体有确定的熔点,而非晶体没有确定的熔点,故D对.] 2.C [液体表面张力就是液体表面各部分之间相互吸引的力,A错.液体的表面层分子要比内部稀疏些,分子间的距离较内部分子间的距离大,表面层分子间表现为引力,B错.液体的表面张力总使液面具有收缩的趋势,C正确.液体表面张力的方向总是与液面相切,总是跟液面分界线相垂直,D错.] 3.D [由理想气体状态方程 = 可判断,只有D项正确.] 4.A [温度不变,一定量气体分子的平均动能、平均速率不变,每次碰撞分子对器壁的平均作用力不变,但体积增大后,单位体积内的分子数减少,因此单位时间内碰撞次数减少,气体压强减小,A正确,B、C、D错误.] 5.AB [A图象横坐标T不变,是等温变化,A正确;而pV=C,因此 =C,在p- 图上等温线是过原点的倾斜直线,B正确;C图象中等温线应是双曲线,C错误;D图线的温度发生变化,不表示等温变化,D错误.] 思维提升 1.晶体有确定的熔点,而非晶体没有确定的熔点. 单晶体表现为各向异性,而多晶体及非晶体则表现为各向同性. 2.液体表面层内的分子比液体内部的稀疏,分子间表现为引力,形成表面张力,它使液面具有收缩的趋势.方向沿液面的切线,与分界线垂直. 3.理想气体状态方程 一定质量的理想气体状态方程: = 或 =恒量.气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例. 4.可用p-V、p-T、V-T图象表示等温、等容、等压变化. 【核心考点突破】 例1 (1)p0-ρgh (2)p0-ρgh (3)p0+ 解析 在图 (1)中,选B液面为研究对象,由二力平衡得F下=F上,即p下S′=p上S′(S′为小试管的横截面积),所求气体压强就是A液面所受压强pA.B液面所受向下的压强p下是pA加上液柱h所产生的液体压强,由连通器原理可知B液面所受向上的压强为大气压强p0,故有pA+ρgh=p0,所以pA=p0-ρgh. 在图 (2)中,以B液面为研究对象,由平衡方程F上=F下有pAS″+phS″=p0S″(S″为U型管的横截面积),所以pA=p0-ρgh. 在图(3)中,以活塞为研究对象,由平衡条件得 pS=mg+p0S,所以p=p0+ . 例2 p0+ 解析 设当小瓶内气体的长度为 l时,压强为p1;当小瓶的底部恰好与液面相平时,瓶内气体的压强为p2,汽缸内气体的压强为p3.依题意知p1=p0+ ρgl① 由玻意耳定律得 p1 S=p2(l- l)S② 式中S为小瓶的横截面积.联立①②两式,得 p2= (p0+ ρgl)③ 又有p2=p3+ ρgl④ 联立③④式,得p3= p0+ [规范思维] 解此类题,先要分析气体初、末状态参量;然后明确气体经历的过程特点,再选择合适的方程进行求解. 例3AB [ 首先,因为bc的延长线通过原点,所以bc是等容线,即气体体积在bc过程中保持不变,B正确;ab是等温线,压强减小则体积增大,A正确;cd是等压线,温度降低则体积减小,C错误;连接aO交cd于e,则ae是等容线,即Va=Ve,因为Vd 例4BC [玻璃是非晶体,选项A错误;多晶体和非晶体是各项同性的,选项D错误.] [规范思维] 晶体和非晶体的根本区别在于有没有确定的熔点;单晶体和多晶体的区别在于各向同性还是各向异性. 例5ACD [表面层内的分子比液体内部稀疏,分子间表现为引力,这就是表面张力,A正确,B错误;浸润液体的附着层内的液体分子比液体内部的分子密集,不浸润液体的附着层内的液体分子比液体内部的分子稀疏,而附着层Ⅰ为浸润液体,附着层Ⅱ为不浸润液体,故C、D均正确.] [针对训练] 1.B [晶体有固定的熔点,非晶体无固定的熔点,在熔化过程中,是固液共存的,故B正确.] 2.AC 思想方法总结 1.液体的有关性质: (1)液体与气体、固体分别构成的两个不同液体薄层,浸润时液面是凹面,不浸润时,液面是凸面. (2)表面层内液体分子间距比液体内部大,不浸润的附着层内液体分子间距比液体内部大,表现为引力,浸润的附着层内液体分子间距比液体内部小,表现为斥力. (3)液体的表面张力使液体表面具有收缩的趋势. 2.封闭气体压强的计算方法: 选与气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象,进行受力分析;再根据运动状态列出相应的平衡方程或牛顿第二定律方程,从而求出压强. 3.对气体状态变化图象的理解 (1)图象上的一个点表示一定质量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或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程. (2)在V-T或p-T图象中,比较两个状态的压强或体积大小,可以用这两个状态到原点连线的斜率大小来判断.斜率越大,压强或体积越小;斜率越小,压强或体积越大. 4.应用实验定律及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)由实验定律或状态方程列式求解 (4)讨论结果的合理性. 【课时效果检测】 1.AD 2.CD 3.C 4.B 5.C [由题图知: a→b过程为气体等容升温,压强增大;b→c过程为气体等温降压,根据玻意耳定律,体积增大,由此可知选项C正确.] 6.A [根据pV=plS=C,l变大,S不变,故p变小,根据p=p0-ρgh知,h变大,选A.] 7. (1)吸热 小于 干燥 (2)①由状态方程可知: = 代入数据可得: V2=2.0×10-3m3 ②在温度不变的情况下,有p2V2=p3V3 所以V3= =4.0×10-3m3 8.122℃ 解析 限压阀被顶起时,压力锅内最大压强应为: p=p0+ =1atm+ Pa ≈1atm+1.1atm=2.1atm. 由图乙查得锅内温度为122℃左右. 9. (1)7.39m3 (2)5.54m3 解析 (1)在气球上升至海拔6.50km高空的过程中,气球内氦气经历一等温过程. 根据玻意耳定律有 p1V1=p2V2① 式中,p1=76.0cmHg,V1=3.50m3,p2=36.0cmHg,V2是在此等温过程末氦气的体积. 由①式得V2≈7.39m3② (2)在停止加热较长一段时间后,氦气的温度逐渐从T1=300K下降到与外界气体温度相同,即T2=225K,这是一等压过程,根据盖—吕萨克定律有 = ③ 式中,V3是在此等压过程末氦气的体积.由③式得V3≈5.54m3. 10. (1)2.7hS (2)368.55K 解析 (1)考虑氢气的等温过程.该过程的初态压强为p0,体积为hS,末态体积为0.8hS.设末态的压强为p,由玻意耳定律得 p= =1.25p0 活塞A从最高点被推回到第一次平衡时位置的过程是等温过程,该过程的初态压强为1.1p0,体积为V;末态压强为p′,体积为V′,则 p′=p+0.1p0=1.35p0 V′=2.2hS 由玻意耳定律得 V= ×2.2hS=2.7hS (2)活塞A从最初位置升到最高点的过程为等压过程.该过程的初态体积和温度分别为2hS和T0=273K,末态体积为2.7hS.设末态温度为T,由盖—吕萨克定律得 T= T0=368.55K 易错点评 1.对液体、气体产生的压强的原因不清.误认为在完全失重的情况下,气体的压强也变为零. 气体压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁的结果,而液体压强的产生原因是由于液体受重力的作用. 2.只能根据物体是否有固定的熔点判断是晶体还是非晶体;只有单晶体才有各向异性. 3.对于气体图象问题,看不清纵横坐标轴的意义,不清楚图象中图线的意义是出错的原因. 4.分析气体实验定律的相关问题时,气体状态方程一定是对一定质量的理想气体.如气体的质量发生变化,则需要转化为定质量问题求解. 5.在解题时,若解题过程不规范、分析不清气体所经历的过程,不能确定各过程的初、末状态参量,也会出现错误.
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