高考物理总复习气体固体和液体.docx

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高考物理总复习气体固体和液体

第3节　气体、固体和液体

►　　【p224】

夯实基础　

描述气体状态的物理量

1．体积V：

气体分子所能达到的空间的体积，密闭容器中气体的体积__等于__容器的容积．

单位：

m3，1m3＝103dm3（L）＝106cm3（mL）．

2．温度（T或t）：

摄氏温标与热力学温标关系：

T＝（t＋273）K，ΔT＝Δt.

3．压强p：

（1）气体的压强：

气体作用在器壁__单位面积__上的压力．

（2）产生原因及决定因素

宏观：

气体作用在器壁单位面积上的压力，大小取决于分子数密度和温度T.

微观：

大量气体分子无规则热运动对器壁碰撞产生的，大小取决于单位体积内的分子数（分子数密度）和分子平均速率．

（3）气体压强的特点：

封闭气体压强处处__相等__．

（4）单位：

国际单位是帕（Pa），常用单位有：

标准大气压（atm）、厘米汞柱（cmHg）和毫米汞柱（mmHg）．换算关系是：

1atm＝76cmHg＝1.013×105Pa，1mmHg＝133Pa.

考点突破　　

例1关于对气体压强的理解，下列说法正确的是（　　）

A．气体的压强是由于地球对气体分子的吸引而产生的

B．气体的压强是由于气体分子频繁撞击器壁而产生的

C．气体压强大小取决于单位体积内的分子数和分子的平均动能

D．某一密闭容器中各器壁受到的气体压强是相同的

【解析】气体的压强产生的机理是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的，而不是由地球引力产生的，故A错误、B正确．从微观看，气体压强大小取决于单位体积内的分子数和分子的平均动能，故C正确．某一密闭容器中各器壁受到的气体压强是相同的，故D正确．

【答案】BCD

【小结】1.气体压强的微观解释

气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的．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．气体分子的平均动能越大，分子越密，对单位面积器壁产生的压力就越大，气体的压强就越大．

2．气体实验定律的微观解释

（1）一定质量的气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体积减小到原来的几分之一，气体的密度就增大到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍．密度减小，情况相反，所以气体压强与体积成反比，这就是玻意耳定律．

（2）一定质量的气体，体积保持不变而温度升高时，分子的平均动能增大，因而气体压强增大；温度降低，情况相反，这就是查理定律所表达的内容．

（3）一定质量的气体，温度升高时要保持压强不变，只有增大气体体积，减小分子的分布密度才行，这就是盖—吕萨克定律所表达的内容．

针对训练　

1．一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度升高，压强增大，则有关原因错误的是（D）

A．温度升高后，气体分子的平均速率变大

B．温度升高后，气体分子的平均动能变大

C．温度升高后，分子撞击器壁的平均作用力增大

D．温度升高后，单位体积内的分子数增多，撞击到单位面积器壁上的分子数增多了

【解析】温度升高后，分子的平均动能增加，根据Ek＝mv2知气体分子的平均速率变大，故A、B正确；温度升高后，分子的平均动能增加，分子撞击器壁的平均作用力增大，故C正确；体积不变，分子的密集程度不变，单位体积内的分子数不变，撞到器壁单位面积上的分子数增多，故D错误．

►　　【p224】

夯实基础　

气体分子速率分布规律

在一定状态下，气体的大多数分子速率都在某个数值附近，速率离这个数值越远，具有这种速率的分子就越少，即气体分子速率总体上呈现出“中间多，两头少”的分布特征．

考点突破　　

例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所示，则T1__________（填“大于”或“小于”）T2.

【解析】温度升高时，平均动能增大，气体分子平均速率变大，图象的峰值向速率增大的方向移动，所以T1

【答案】平均动能　小于

【小结】决定分子速率分布的两个因素

1．温度　当温度升高时，分子速率增大的概率增大，分子的平均速率增大；当温度降低时，分子平均速率减小．

2．分子质量　温度相同时，分子质量较大，则分子平均速率较小，分子质量较小，则分子平均速率较大．

针对训练　

2．氧气分子在不同温度下的速率分布规律如图所示，横坐标表示速率，纵坐标表示某一速率内的分子数占总分子数的百分比，由图可知（D）

A．随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例增大

B．随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大

C．①状态的温度比②状态的温度高

D．同一温度下，氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律

【解析】随着温度的升高，氧气分子中速率大的分子所占的比例增大，从而使分子平均动能增大；故A错误．温度升高使得氧气分子的平均速率增大，不一定每一个氧气分子的速率都增大；故B错误．由图可知，②中速率大的分子占据的比例较大，则说明②对应的平均动能较大，故②对应的温度较高；故C错误．同一温度下，中等速率大的氧气分子数所占的比例大，即氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律；故D正确．故选D.

►　　【p225】

夯实基础　

1．气体实验定律

（1）玻意耳定律（等温变化）：

①内容：

一定质量的气体，在温度保持不变时，它的压强和体积成反比；或者说，压强和体积的__乘积__保持不变．

②数学表达式：

__pV＝C（常量）或p1V1＝p2V2__．

③适用条件：

a.气体质量不变、__温度保持不变__；b.气体温度不太低（与室温相比）、压强不太大（与大气压相比）．

（2）查理定律（等容变化）：

①内容：

一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强跟热力学温度成__正比__，这个规律叫做查理定律．

②数学表达式：

__＝C（常量）或＝或＝__．

③适用条件：

a.气体的质量、__体积保持不变__；b.气体压强不太大，温度不太低．

（3）盖—吕萨克定律（等压变化）：

①内容：

一定质量的气体在压强不变的情况下，它的体积跟热力学温度成__正比__．

②数学表达式：

__＝C（常量）或＝或＝__．

③适用条件：

a.气体质量不变、__压强保持不变__；b.气体温度不太低、压强不太大．

2．气体实验三定律的比较　气体状态变化图象

定律名称比较项目

玻意耳定律

（等温变化）

查理定律

（等容变化）

盖—吕萨克定

律（等压变化）

数学

表达式

p1V1＝p2V2

或pV＝C（常量）

＝或

＝C（常量）

＝

或＝C（常量）

同一气体

的两条图线

　　3.理想气体状态方程

（1）理想气体的分子模型：

理想气体是一种理想化模型，其微观模型是：

①分子本身大小可忽略；②分子间除碰撞外不计分子之间的相互作用力，无分子势能，内能只与__温度__有关；③分子间的碰撞看成__弹性碰撞__．

实际气体在温度不太低、压强不太大时，可近似看做理想气体．

（2）理想气体状态方程：

①内容：

一定质量的理想气体发生状态变化时，它的压强与体积的乘积跟热力学温度的比值保持不变，这种关系称为理想气体的状态方程．

②数学表达式：

＝常量或＝.

考点突破　　

例3如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再从状态B变化到状态C.已知状态A的温度为480K．求：

（1）气体在状态C时的温度；

（2）气体从状态A变化到状态B的过程中，在状态B时的温度．

【解析】

（1）A、C两状态体积相等，则有＝得

TC＝·TA＝K＝160K.

（2）由理想气体状态方程得＝

TB＝TA＝K＝480K.

【小结】运用气体实验定律和理想气体状态方程解题的一般步骤：

（1）明确所研究的气体状态变化过程；

（2）确定初、末状态压强p、体积V、温度T；

（3）根据题设条件选择规律（实验定律或状态方程）列方程；

（4）根据题意列辅助方程（如压强大小的计算方程等）

（5）联立方程求解．

例4

如图所示，均匀薄壁U形管，左管上端封闭，右管开口且足够长．管的横截面积为S，内装密度为ρ的液体．右管内有一质量为m的活塞搁在固定卡口上，卡口与左管上端等高，活塞与管壁间无摩擦且不漏气．温度为T0时，左、右管内液面高度相等，两管内空气柱长度均为L，压强均为大气压强p0.现使两管温度同时缓慢升高，求：

（1）温度升高到多少时，右管活塞开始离开卡口上升？

（2）温度升高到多少时，左管内液面下降h?

【解析】

（1）活塞未离开卡口前，右管内气体发生等容变化，由查理定律有

＝

刚离开时，由活塞平衡可知p1＝p0＋

解得T1＝T0

（2）随着活塞上升，右管内气体的压强不变；当左管液面下降h时，左管气体的压强为

p2＝p1＋2ρgh＝p0＋＋2ρgh

对左管气体，由理想气体状态方程有＝

解得：

T2＝（p0＋＋2ρgh）（L＋h）

针对训练　

3．（多选）一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，ab、bc、cd和da这四个过程中在p－T图上都是直线段，其中ab的延长线通过坐标原点O，bc垂直于ab而cd平行于ab，由图可以判断（BCD）

A．ab过程中气体体积不断减小

B．bc过程中气体体积不断减小

C．cd过程中气体体积不断增大

D．da过程中气体体积不断增大

【解析】由理想气体状态方程＝C（常量），整理得：

p＝T，在p－T图象中a到b过程斜率不变，不变，则得气体的体积不变，故A错误；由理想气体状态方程整理得：

p＝T，可以判断图象上的各点与坐标原点连线的斜率即为，所以bc过程中气体体积不断减小，cd过程中气体体积不断增大，故B、C正确；da过程中，Od线的斜率大于Oa线的斜率，减小，则气体的体积变大，故D正确．

4．如图，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞．已知大活塞的质量为m1＝2.50kg，横截面积为S1＝80.0cm2；小活塞的质量为m2＝1.50kg，横截面积为S2＝40.0cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l＝40.0cm；汽缸外大气的压强为p＝1.00×105Pa，温度为T＝303K．初始时大活塞与大圆筒底部相距，两活塞间封闭气体的温度为T1＝495K．现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移．忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10m/s2.求：

（1）在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，汽缸内封闭气体的温度；

（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）设初始时气体体积为V1，在大活塞与大圆筒底部刚接触时，缸内封闭气体的体积为V2，温度为T2.由题给条件得V1＝S1＋S2①

V2＝S2l②

在活塞缓慢下移的过程中，用p1表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得

S1（p1－p）＝m1g＋m2g＋S2（p1－p）③

故缸内气体的压强不变．由盖－吕萨克定律有

＝④

联立①②④式并代入题给数据得T2＝330K⑤

（2）在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为p1.在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中，被封闭气体的体积不变．设达到热平衡时被封闭气体的压强为p′，由查理定律，有＝⑥

联立③⑤⑥式并代入题给数据得

p′＝1.01×105Pa⑦

►　　【p227】

夯实基础　

理想气体在状态变化中体积V的变化，决定了功W的正负；温度T的变化，决定了内能变化量ΔU的正、负．因此，综合运用理气体状态方程和热力学第一定律，可解决一些问题．

考点突破　　

例5封闭汽缸内一定质量的理想气体由状态A经状态B再变化到状态C，其体积V随热力学温度