人教版高考物理一轮复习听课手册 第33讲固体 液体 气体的性质热力学定律.docx
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人教版高考物理一轮复习听课手册第33讲固体液体气体的性质热力学定律
听课手册第33讲 固体液体气体的性质 热力学定律
【辨别明理】
(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的.( )
(2)液晶是液体和晶体的混合物.( )
(3)水蒸气达到饱和时,水蒸气的压强不再变化,这时水不再蒸发和凝结.( )
(4)压强极大的气体不遵从气体实验定律.( )
(5)做功和热传递的实质是相同的.( )
(6)绝热过程中,外界压缩气体做功20J,气体的内能一定减少.( )
(7)物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变.( )
(8)热机中,燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化.( )
【思维拓展】
试推导理想气体压强公式,并说明影响气体压强的因素.
假设有一个容积为V的容器,容器内所装气体分子的总数为N,容器内单位体积分子数为n,其中n=
每个气体分子质量为m,我们在这个容器的内壁附近作一个小的正立方体,小立方体与容器内壁相接触的面积为S,令小立方体的边长为l=vΔt,其中v为气体分子平均速率,Δt是我们所取的一小段考查的时间间隔.小立方体内气体分子的总数为N',N'=nSl=nSvΔt,在Δt内,这个小立方体内的气体分子有六分之一都将与接触面发生碰撞.
考点一 固体和液体的性质
考向一 固体的性质
例1(多选)[2015·全国卷Ⅰ]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
■要点总结
(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)具有各向异性的物体一定是晶体,且是单晶体.
(3)具有确定熔点的物体一定是晶体,反之,一定是非晶体.
(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化.
考向二 液体的性质
例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,这是因为水的表面存在表面张力
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
■要点总结
(1)表面张力的形成原因:
表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力.
(2)表面张力的方向:
和液面相切,垂直于这部分液面的分界线.
(3)表面张力的效果:
表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小.
考向三 饱和汽压和湿度的理解
例3(多选)关于饱和汽压和相对湿度,下列说法中正确的是( )
A.温度相同的不同饱和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
■要点总结
(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,饱和汽压不随体积的变化而变化.
考点二 气体的性质及气体压强的计算
1.平衡状态下气体压强的求法
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
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+ρgh,p0为液面上方的压强
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.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.
例4[2018·临沂质检]如图33-1所示,两个气缸质量均为M,内部横截面积均为S,两个活塞的质量均为m,左边的气缸静止在水平面上,右边的活塞和气缸竖直悬挂在天花板下.不计活塞与气缸壁间的摩擦,两个气缸内分别封闭有一定质量的气体A、B,大气压强为p0,重力加速度为g,则封闭气体A、B的压强各为多大?
图33-1
例5若已知大气压强为p0,如图33-2所示各装置均处于静止状态,图中液体密度均为ρ,求被封闭气体的压强.(重力加速度为g)
图33-2
变式题如图33-3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.(已知外界大气压强为p0)
图33-3
考点三 气体实验定律的图像问题
(1)利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量条件下,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33-4甲中,虚线为等容线,A、B分别是虚线与T2、T1两条等温线的交点,可以认为从B状态通过等容升压到A状态,温度一定升高,所以T2>T1.
图33-4
又如图乙所示,A、B两点的温度相等,从B状态通过等温增压到A状态,体积一定减小,所以V2 (2)关于一定质量的气体的不同图像的比较 过程 图线类别 特点 示例 等温 过程 p-V pV=CT(其中C为恒量),即p、V之积越大的等温线对应的温度越高,线离原点越远 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 例6(V-T图像)(多选)如图33-5所示,一定质量的理想气体从图示A状态开始,经历了B、C状态,最后到D状态.下列判断中正确的是( ) 图33-5 A.A→B过程,温度升高,压强不变 B.B→C过程,体积不变,压强变大 C.B→C过程,体积不变,压强不变 D.C→D过程,体积变小,压强变大 变式题1(p-T图像)(多选)一定质量的理想气体从状态a开始,经历ab、bc、ca三个过程后回到原状态,其p-T图像如图33-6所示,下列说法正确的是( ) 图33-6 A.过程bc中气体既不吸热也不放热 B.过程ab中气体一定吸热 C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放出的热量 D.a、b和c三个状态中,状态a分子的平均动能最小 E.b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同 变式题2(p- 图像)一定质量的气体经历一系列状态变化,其p- 图线如图33-7所示,变化顺序为a→b→c→d→a,图中ab线段延长线过坐标原点,cd线段与p轴垂直,da线段与 轴垂直.气体在此状态变化过程中( ) 图33-7 A.a→b过程,压强减小,温度不变,体积增大 B.b→c过程,压强增大,温度降低,体积减小 C.c→d过程,压强不变,温度升高,体积减小 D.d→a过程,压强减小,温度升高,体积不变 ■要点总结 气体状态变化的图像的应用技巧 (1)明确点、线的物理意义: 求解气体状态变化的图像问题,应当明确图像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;图像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图像(或p-T图像)中,比较两个状态的压强(或体积)大小,可以比较表示这两个状态的点与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. 考点四 热力学定律的理解与应用 考向一 热力学第一定律的理解和应用 1.改变内能的两种方式的比较 做功 热传递 区别 内能变化 情况 外界对物体做功,物体的内能增加;物体对外界做功,物体的内能减少 物体吸收热量,内能增加;物体放出热量,内能减少 从运动 形式上看 宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化 通过分子之间的相互作用,使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化,是内能的转移 从能量的 角度看 其他形式的能与内能相互转化的过程 不同物体之间或同一物体不同部分之间内能的转移 能的性质 变化情况 能的性质发生了变化 能的性质不变 联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 2.温度、内能、热量、功的比较 含义 特点 温度 温度表示物体的冷热程度,是物体分子平均动能大小的标志,它是大量分子热运动的集体表现,对个别分子来说,温度没有意义 状态量 内能 内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和,它是由大量分子的热运动和分子的相对位置决定的 热量 热量是热传递过程中内能的改变量,用来量度热传递过程中内能转移的多少 过程量 功 做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程 3.对公式ΔU=Q+W符号的规定 符号 W Q ΔU + 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 - 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 4.几种特殊情况 (1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加量. (2)若过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加量. (3)若过程的初、末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,外界对物体做的功等于物体放出的热量. 例7(多选)[2017·全国卷Ⅱ]如图33-8所示,用隔板将一绝热气缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空.现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个气缸.待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积.假设整个系统不漏气.下列说法正确的是( ) 图33-8 A.气体自发扩散前后内能相同 B.气体在被压缩的过程中内能增大 C.在自发扩散过程中,气体对外界做功 D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功 E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变 变式题1(多选)[2018·全国卷Ⅰ]如图33-9所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e.对此气体,下列说法正确的是( ) 图33-9 A.过程①中气体的压强逐渐减小 B.过程②中气体对外界做正功 C.过程④中气体从外界吸收了热量 D.状态c、d的内能相等 E.状态d的压强比状态b的压强小 变式题2(多选)[2018·海南卷]如图33-10所示,一定量的理想气体由状态a等压变化到状态b,再从状态b等容变化到状态c.a、c两状态温度相等.下列说法正确的是( ) 图33-10 A.从状态b到状态c的过程中气体吸热 B.气体在状态a的内能等于在状态c的内能 C.气体在状态b的温度小于在状态a的温度 D.从状态a到状态b的过程中气体对外做正功 ■要点总结 解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的基本思路 考向二 热力学第二定律的理解和应用 1.对热力学第二定律的理解 (1)“自发地”说明了热传递等热力学宏观现象的方向性,不需要借助外界提供能量的帮助. (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等. 2.热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性,进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性. 例8(多选)[2018·南昌模拟]下列叙述和热力学定律相关,其中正确的是( ) A.第一类永动机不可能制成,是因为违背了能量守恒定律 B.能量耗散过程中能量不守恒 C.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,违背了热力学第二定律 D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 E.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 ■要点总结 (1)热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,但在有外界影响的条件下,热量可以从低温物体传到高温物体,例如电冰箱;在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能,例如气体的等温膨胀过程. (2)两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器 从单一热源吸热,全部用来对外做功而不引起其他变化的机器 违背能量守恒定律,不可能实现 不违背能量守恒定律,但违背热力学第二定律,不可能实现 完成课时作业(三十三)
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