全国通用版版高考物理大一轮复习第十三章热学第35讲固体液体和气体学案.docx
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全国通用版版高考物理大一轮复习第十三章热学第35讲固体液体和气体学案
第35讲 固体、液体和气体
考纲要求
考情分析
命题趋势
1.固体的微观结构、晶体和非晶体Ⅰ
2.液晶的微观结构、液体的表面张力现象Ⅰ
3.气体实验定律、理想气体Ⅱ
4.饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压、相对湿度Ⅰ
2017·全国卷Ⅰ,33
(1)
(2)
2017·全国卷Ⅱ,33
(2)
2017·全国卷Ⅲ,33
(2)
2016·全国卷Ⅰ,33
(2)
高考对本部分知识的考查主要以选择题、计算题的形式出现.试题一般综合考查固体液体的性质、气体压强的微观解释等,以计算题的形式考查气体实验定律、理想气体状态方程
1.晶体和非晶体
分类
比较
晶体
非晶体
单晶体
多晶体
外形
规则
__不规则__
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__,但多晶体每个单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__晶体__.同一物质可能以__晶体__和非晶体两种不同的形态出现,有些晶体在一定条件下也可以转化为__非晶体__.
典型物质
石英、云母、食盐,硫酸铜
玻璃、蜂蜡、松香
2.液体的表面张力液晶的微观结构
(1)液体的表面张力
①作用:
液体的__表面张力__使液面具有收缩到表面积最小的趋势;
②方向:
表面张力跟液面__相切__,且跟这部分液面的分界线__垂直__.
(2)液晶
①液晶分子既保持排列有序而显示各向__异性__,又可以自由移动位置,保持了液体的__流动性__;
②液晶分子的位置无序使它像__液体__,排列有序使它像__晶体__;
③液晶分子的排列从某个方向看比较整齐,而从另外一个方向看则是__杂乱无章__的.
3.气体、气体实验定律和理想气体
(1)气体分子运动的特点
①气体分子间距较__大__,分子力可以__忽略__,因此分子间除碰撞外不受其他力的作用,故气体能充满整个空间;
②分子做无规则的运动,速率有大有小,且时时变化,大量分子的速率按__“中间多,两头少”__的规律分布;
③温度升高时,速率小的分子数__减少__,速率大的分子数__增多__,分子的平均速率将__增大__,但速率分布规律__不变__.
(2)气体的状态参量
__压强__、__体积__、__温度__.
(3)气体的压强
①产生原因:
由于气体分子无规则的热运动,大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的__压力__;
②大小:
气体的压强在数值上等于气体作用在__单位面积__上的压力.公式p=
;
③决定因素
a.宏观上:
决定于气体的温度和体积;
b.微观上:
决定于分子的平均动能和分子数密度.
(4)气体实验定律
玻意耳定律
查理定律
盖—吕萨克定律
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
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
一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,体积与热力学温度成正比
表
达
式
__p1V1=p2V2__
!
!
!
=
###或
!
!
!
=
###
!
!
!
=
###或
!
!
!
=
###
(5)理想气体状态方程
①理想气体:
在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体;
②一定质量的理想气体状态方程:
!
!
!
=
###或!
!
!
=C ###(C为常量).
4.饱和汽未饱和汽和饱和汽压相对湿度
(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:
饱和汽压随温度而变.温度越高,饱和汽压__越大__,且饱和汽压与饱和汽的体积__无关__.
(3)湿度
①定义:
空气的潮湿程度;
②绝对湿度:
空气中所含__水蒸气__的压强:
③相对湿度:
在某一温度下,空气中水蒸气的__压强__与同一温度下水的饱和汽压之比,称为空气的相对湿度,即相对湿度(B)=
×100%
1.判断正误
(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的.( × )
(2)单晶体具有固定的熔点,而多晶体和非晶体没有固定的熔点.( × )
(3)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化.( √ )
(4)液晶是液体和晶体的混合物.( × )
(5)船浮于水面上不是由于液体的表面张力.( √ )
(6)水蒸气达到饱和时,水蒸气的压强不再变化,这时蒸发和凝结仍在进行.( √ )
(7)一定质量的理想气体在等压变化时,其体积与摄氏温度成正比.( × )
2.(多选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡,用烧热的针接触石蜡层背面上一点,石蜡熔化的范围分别如图
(1)
(2)(3)所示,而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(4)所示.下列判断正确的是( BD )
A.甲、乙为非晶体,丙是晶体
B.甲、丙为晶体,乙是非晶体
C.甲、丙为非晶体,乙是晶体
D.甲为多晶体,乙为非晶体,丙为单晶体
E.甲、乙、丙都是非晶体
3.(多选)对于一定质量的理想气体,下列论述中正确的是( ACE )
A.若单位体积内分子个数不变,当分子热运动加剧时,压强一定变大
B.若单位体积内分子个数不变,当分子热运动加剧时,压强可能不变
C.若气体的压强不变而温度降低时,则单位体积内分子个数一定增加
D.若气体的压强不变而温度降低时,则单位体积内分子个数可能不变
E.气体的压强由温度和单位体积内的分子个数共同决定
解析 单位体积内分子个数不变时,分子热运动加剧,单位面积上的碰撞次数和碰撞的平均力都变大,因此这时气体压强一定变大.故选项A正确,B错误;气体的压强不变而温度降低时,根据理想气体的状态方程可判定气体的体积一定减小,气体的密度增加,则单位体积内分子个数一定增加,气体的压强跟温度和气体单位体积内的分子个数有关,故选项C、E正确,D错误.
4.(多选)对于一定质量的理想气体,下列四种状态变化中,可能实现的是( BD )
A.增大压强时,温度降低,体积增大
B.升高温度时,压强增大,体积减小
C.降低温度时,压强增大,体积不变
D.降低温度时,压强减小,体积增大
5.(多选)关于饱和汽压和相对湿度,下列说法中正确的是( BCD )
A.温度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
一 固体和液体的性质
对液体性质的三点说明
(1)液体表面层、附着层的分子结构特点是导致表面张力、浸润和不浸润现象、毛细现象等现象的根本原因.
(2)同一种液体,对一些固体是浸润的,对另一些固体可能不浸润.
(3)液体沸腾的条件是饱和汽压和外部压强相等.
[例1](多选)下列说法正确的是( BCD )
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,无论体积大小,都是晶体.将一块晶体敲碎后,得到的颗粒仍然是晶体,选项A错误;晶体由于空间点阵结构的不同,在不同的方向上有不同的光学性质,选项B正确;由同种元素构成的固体,例如碳元素,由于原子排列方式不同,可能构成石墨,也可能构成金刚石,选项C正确;在合适的条件下,某些晶体可以转变成非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体.例如天然水晶是晶体,熔化后再凝固成石英玻璃就是非晶体,选项D正确;在熔化过程中,晶体吸收热量,但是温度保持不变,只是分子平均动能保持不变,而分子势能要增加,内能要增加,选项E错误.
二 气体压强的计算
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.
[例2]如图所示,竖直放置的U形管,左端开口,右端封闭,管内有a、b两段水银柱,将A、B两段空气柱封闭在管内.已知水银柱a长10cm,水银柱b两个液面间的高度差为5cm,大气压强为75cmHg,求空气柱A、B的压强.
解析 设空气柱A、B产生的压强分别为pA、pB,管的横截面积为S,取a水银柱为研究对象并进行受力分析如图甲所示,得pAS+mag=p0S,而paS=ρgh1S=mag,
故pAS+paS=p0S,所以pA=p0-pa=
75cmHg-10cmHg=65cmHg.
取水银柱b为研究对象并进行受力分析如图乙所示,同理可得pBS+pbS=pAS,所以pB=pA-pb=65cmHg-5cmHg=60cmHg.
答案 65cmHg 60cmHg
三 气体实验定律及状态方程的应用
气体实验定律的比较
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(常数)
=
或
=C(常数)
=
或
=C(常数)
同一气体
的两条
图线
[例3]如图,一固定的竖直气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,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.
[思维导引] ①两气缸活塞面积不等,如何选择受力分析的研究对象?
气缸平衡时受到哪几个力作用?
②第一次下降过程中气体温度下降,气体进行了哪种状态变化?
③内外气温达到相等过程中气体进行了哪种状态变化?
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=S2
+S1
,①
V2=S2l.②
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=330K.⑤
(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′=1.01×105Pa.
答案
(1)330K
(2)1.01×105
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- 全国 通用版 高考 物理 一轮 复习 第十三 热学 35 固体 液体 气体