物理选修33固体液体和气体.docx
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物理选修33固体液体和气体
物理选修3-3固体-液体和气体
第2讲 固体 液体和气体
知识一 固体和液体
1.晶体和非晶体的比较
分类
比较
晶体
非晶体
单晶体
多晶体
外形
规则
不规则
熔点
确定
不确定
物理性质
各向异性
各向同性
原子排列
有规则,但多晶体每个晶体间的排列无规则
无规则
形成与转化
有的物质在不同条件下能够形成不同的形态.同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现,有些非晶体在一定条件下也可转化为晶体
典型物质
石英、云母、食盐、硫酸铜
玻璃、蜂蜡、松香
2.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.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)从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.
(1)只有单晶体和液晶具有各向异性的特性,多晶体和非晶体都是各向同性.
(2)液体表面张力是液体表面分子作用力的表现.液体表面分子间的作用力表现为引力.
(3)浸润与不浸润也是表面张力的表现.
知识二 饱和汽、饱和汽压和湿度
1.饱和汽与饱和汽压
(1)饱和汽与未饱和汽
①饱和汽:
与液体处于动态平衡的蒸汽.
②未饱和汽:
没有达到饱和状态的蒸汽.
(2)饱和汽压
①定义:
饱和汽所具有的压强.
②特点:
液体的饱和汽压与温度有关,温度越高,饱和汽压越大,且饱和汽压与饱和汽的体积无关.
2.湿度
(1)定义:
空气的干湿程度.
(2)描述湿度的物理量
①绝对湿度:
空气中所含水蒸气的压强.
②相对湿度:
某温度时空气中水蒸气的压强与同一温度时饱和水汽压的百分比,即:
B=
×100%.
知识三 气体分子动理论和气体压强
1.气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍,气体分子之间的作用力十分微弱,可以忽略不计.
2.气体分子的速率分布,表现出“中间多,两头少”的统计分布规律.
3.气体分子向各个方向运动的机会均等.
4.温度一定时,某种气体分子的速率分布是确定的,速率的平均值也是确定的,温度升高,气体分子的平均速率增大.
5.气体压强
(1)产生的原因
由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁,形成对器壁各处均匀、持续的压力,作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强.
(2)决定气体压强大小的因素
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数密度.
知识四 气体实验定律和理想气体状态方程
1.气体的三个实验定律
(1)等温变化——玻意耳定律
①内容:
一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比.
②公式:
p1V1=p2V2或pV=C(常量).
(2)等容变化——查理定律
①内容:
一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强与热力学温度成正比.
②公式:
=
或
=C(常数).
(3)等压变化——盖—吕萨克定律
①内容:
一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,其体积与热力学温度成正比.
②公式:
=
或
=C(常数).
2.理想气体及其状态方程
(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.
(2)状态方程:
=
或
=C(常数).
考点一 气体实验定律及状态方程的应用
应用气体定律或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.
————————————
(2013·重庆高考)汽车未装载货物时,某个轮胎内气体的体积为V0,压强为p0;装载货物后,该轮胎内气体的压强增强了Δp.若轮胎内气体视为理想气体,其质量、温度在装载货物前后均不变,求装载货物前后此轮胎内气体体积的变化量.
【解析】 对轮胎内的气体:
初状态p1=p0,V1=V0
末状态p2=p0+Δp,V2=ΔV+V0
由玻意耳定律得p1V1=p2V2
解得:
ΔV=-
【答案】 ΔV=-
————————————
图11-2-1
(2013·新课标全国卷Ⅰ)如图11-2-1,两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置,气缸底部和顶部均有细管连通,顶部的细管带有阀门K.两气缸的容积均为V0,气缸中各有一个绝热活塞(质量不同,厚度可忽略).开始时K关闭,两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体),压强分别为p0和
;左活塞在气缸正中间,其上方为真空;右活塞上方气体体积为
.现使气缸底与一恒温热源接触,平衡后左活塞升至气缸顶部,且与顶部刚好没有接触;然后打开K,经过一段时间,重新达到平衡.已知外界温度为T0,不计活塞与气缸壁间的摩擦.求:
(1)恒温热源的温度T;
(2)重新达到平衡后左气缸中活塞上方气体的体积Vx.
【解析】
(1)与恒温热源接触后,在K未打开时,右活塞不动,两活塞下方的气体经历等压过程,由盖—吕萨克定律得
=
①
由此得
T=
T0②
(2)由初始状态的力学平衡条件可知,左活塞的质量比右活塞的大.打开K后,左活塞下降至某一位置,右活塞必须升至气缸顶,才能满足力学平衡条件.
气缸顶部与外界接触,底部与恒温热源接触,两部分气体各自经历等温过程,设左活塞上方气体压强为p,由玻意耳定律得
pVx=
·
③
(p+p0)(2V0-Vx)=p0·
V0④
联立③④式得
6V
-V0Vx-V
=0⑤
其解为
Vx=
V0⑥
另一解Vx=-
V0,不合题意,舍去.
【答案】
(1)
T0 (2
V0
考点二 用图象法分析气体的状态变化
一定质量的气体不同过程图象的比较
过程
类别
图线
特点
举例
等温
p-V
pV=CT(其中C为恒量),即pV之积越大的等温线温度越高,线离原点越远
过程
p-
p=CT
,斜率k=CT,即斜率越大,温度越高
等容过程
p-T
p=
T,斜率k=
,即斜率越大,体积越小
等压过程
V-T
V=
T,斜率k=
,即斜率越大,压强越小
————————————
(2011·上海高考)如图11-2-2,一定质量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b,在此过程中,其压强( )
图11-2-2
A.逐渐增大 B.逐渐减小
C.始终不变D.先增大后减小
【解析】 由理想气体状态方程
=C可得,气体的压强p=C
,由图象可知,气体的温度升高,体积减小,所以气体的压强逐渐增大,故A正确,B、C、D错误.
【答案】 A
————————————
一定质量的理想气体经历了温度缓慢升高的变化,如图11-2-3所示,p-T和V-T图各记录了其部分变化过程,试求:
图11-2-3
(1)温度600K时气体的压强;
(2)在p-T图象上将温度从400K升高到600K的变化过程补充完整.
【解析】
(1)由题图知,
p1=1.0×105Pa,V1=2.5m3,T1=400K
p2=?
,V2=3m3,T2=600K
由理想气体状态方程得
=
p2=
=1.25×105Pa
(2)在原p-T图象上补充两段直线
【答案】
(1)1.25×105Pa
(2)如图所示
1.(2012·重庆高考)图11-2-4为伽利略设计的一种测温装置示意图,玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通,下端插入水中,玻璃泡中封闭有一定量的空气.若玻璃管内水柱上升,则外界大气的变化可能是( )
图11-2-4
A.温度降低,压强增大 B.温度升高,压强不变
C.温度升高,压强减小D.温度不变,压强减小
【答案】 A
2.
图11-2-5
一定质量理想气体的状态经历了如图11-2-5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过程中不断减小
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
【解析】 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错误;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 【答案】 B 3.下列说法正确的是( ) A.空中下落的雨滴呈球形是因为液体有表面张力 B.布朗运动表明了分子越小,分子运动越剧烈 C.由能的转化和守恒定律知道,能源是不会减少的 D.液晶既有液体的流动性,又有光学性质的各向同性 【解析】 液体温度越高,液体分子运动越剧烈,B错误;由能的转化和守恒定律知道,能量是守恒的,但能源是会不断减少的,能量与能源的意义不同,C错误.液晶具有光学性质的各向异性,故D错误. 【答案】 A 4.液体的饱和汽压随温度的升高而增大( ) A.其规律遵循查理定律 B.是因为饱和汽的质量随温度的升高而增大 C.是因为饱和汽的体积随温度的升高而增大 D.是因为饱和汽的密度和蒸汽分子的平均速率都随温度的升高而增大 【解析】 当温度升高时,蒸汽分子的平均动能增大,导致饱和汽压增大;同时,液体中平均动能大的分子数增多,从液面飞出的分子数将增多,在体积不变时,将使饱和汽的密度增大,也会导致饱和汽压增大,故选D. 【答案】 D 5.如图11-2-6所示,某种自动洗衣机进水时,与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气,通过压力传感器感知管中的空气压力,从而控制进水量.设温度不变,洗衣缸内水位升高,则细管中被封闭的空气( ) 图11-2-6 A.体积不变,压强变小 B.体积变小,压强变大 C.体积不变,压强变大 D.体积变小,压强变小 【解析】 细管中封闭的气体,可以看成是一定质量的理想气体,洗衣缸内水位升高,气体压强增大,因温度不变,故做等温变化,由玻意耳定律pV=C得,气体体积减小,B选项正确. 【答案】 B 6.为了将空气装入气瓶内,现将一定质量的空气等温压缩,空气可视为理想气体.下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是( ) 【解析】 由玻意耳定律可知,在等温变化过程中,压强p与 成正比,故选B项. 【答案】 B 7.(2012·福建高考)空气压缩机的储气罐中储有1.0atm的空气6.0L,现再充入1.0atm的空气9.0L.设充气过程为等温过程,空气可看做理想气体,则充气后储气罐中气体压强为( ) A.2.5atm B.2.0atm C.1.5atmD.1.0atm 【解析】 取全部气体为研究对象,由p1V1+p2V2=pV1得p=2.5atm,故A正确. 【答案】 A 8.(多选)(2013·广东高考)图11-2-7为某同学设计的喷水装置.内部装有2L水,上部密封1atm的空气0.5L.保持阀门关闭,再充入1atm的空气0.1L.设在所有过程中空气可看作理想气体,且温度不变.下列说法正确的有( ) 图11-2-7 A.充气后,密封气体压强增加 B.充气后,密封气体的分子平均动能增加 C.打开阀门后,密封气体对外界做正功 D.打开阀门后,不再充气也能把水喷光 【解析】 对理想气体,由于充气前后发生的是等温变化,有pV=C,充气后体积变小,压强增大,A选项正确;温度不变,气体分子平均动能不变,B选项错误;充气前后由玻意耳定律p1(V1+ΔV)=p1′V1,得p1′=1.2atm,由于p1′>P0,打开阀门,水就会在气体压力作用下外流,气体膨胀对外做功,C选项正确;当封闭气体压强变小与外界大气压强相等时,上部的空气变为0.6L,喷出0.1L的水后就不再喷水了,故D选项错误. 【答案】 AC 9.(2012·江苏高考) (1)下列现象中,能说明液体存在表面张力的有( ) A.水黾可以停在水面上 B.叶面上的露珠呈球形 C.滴入水中的红墨水很快散开 D.悬浮在水中的花粉做无规则运动 (2)密闭在钢瓶中的理想气体,温度升高时压强增大.从分子动理论的角度分析,这是由于分子热运动的______增大了.该气体在温度T1、T2时的分子速率分布图象如图11-2-8所示,则T1__________T2(选填“大于”或“小于”). 图11-2-8 【解析】 (1)红墨水散开和花粉的无规则运动直接或间接说明分子的无规则运动,选项C、D错误;水黾停在水面上、露珠呈球形均是因为液体存在表面张力,选项A、B正确. (2)温度升高时,气体分子平均速率变大,平均动能增大,即分子速率较大的分子占总分子数的比例较大,所以T1<T2. 【答案】 (1)AB (2)平均动能 小于 10.(2012·新课标全国高考)如图11-2-9,由U形管和细管连接的玻璃泡A、B和C浸泡在温度均为0℃的水槽中,B的容积是A的3倍.阀门S将A和B两部分隔开.A内为真空,B和C内都充有气体.U形管内左边水银柱比右边的低60mm.打开阀门S,整个系统稳定后,U形管内左右水银柱高度相等.假设U形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积. 图11-2-9 (1)求玻璃泡C中气体的压强(以mmHg为单位); (2)将右侧水槽的水从0℃加热到一定温度时,U形管内左右水银柱高度差又为60mm,求加热后右侧水槽的水温. 【解析】 (1)在打开阀门S前,两水槽水温均为T0=273K.设玻璃泡B中气体的压强为p1,体积为VB,玻璃泡C中气体的压强为pC,依题意有 p1=pC+Δp① 式中Δp=60mmHg.打开阀门S后,两水槽水温仍为T0,设玻璃泡B中气体的压强为pB.依题意有, pB=pC② 玻璃泡A和B中气体的体积为 V2=VA+VB③ 根据玻意耳定律得 p1VB=pBV2④ 联立①②③④式,并代入题给数据得 pC= Δp=180mmHg.⑤ (2)当右侧水槽的水温加热到T′时,U形管左右水银柱高度差为Δp,玻璃泡C中气体的压强为 p′C=pB+Δp⑥ 玻璃泡C中的气体体积不变,根据查理定律得 = ⑦ 联立②⑤⑥⑦式,并代入题给数据得 T′=364K.⑧ 【答案】 (1)180mmHg (2)364K
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