届高中物理第专题复习选修33第11章 第2课时.docx

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届高中物理第专题复习选修33第11章第2课时

第2课时　气体　液体与固体

导学目标

1.掌握气体三定律的内容、表达式及图象.2.掌握理想气体的概念，理解气体热现象的微观意义.3.掌握晶体与非晶体以及液晶的微观结构，理解液体的表面张力现象．

一、气体

[基础导引]

1.一定质量理想气体的状态经历了如图1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（　　）

图1

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

2．电灯泡内充有氦氩混合气体，如果要使电灯泡内的混合气体在500°C时的压强不超过一个大气压，则在20°C的室温下充气，电灯泡内气体压强至多能充到多少？

[知识梳理]

1．气体分子运动的特点

（1）气体分子间距较______，分子力可以________，因此分子间除碰撞外不受其他力的作用，故气体能充满________________________．

（2）分子做无规则的运动，速率有大有小，且时而变化，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________，速率大的分子数________，分子的平均速率将________，但速率分布规律________．

2.三个实验定律

玻意耳定律

查理定律

盖—吕萨克定律

内容

一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比

一定质量的气体，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，其体积与热力学温度成正比

表

达

式

________

________或

________

________或

________

图象

3.理想气体的状态方程

（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）理想气体的状态方程

一定质量的理想气体状态方程：

________________或________．

气体实验定律可看作一定质量理想气体状态方程的特例．

二、液体和固体

[基础导引]

关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　）

A．有规则几何外形的固体一定是晶体

B．晶体的各向同性是由于组成它的微粒是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性

C．晶体一定具有各向异性的特点

D．某些物质微粒能够形成几种不同的空间分布

[知识梳理]

1．晶体与非晶体

单晶体

多晶体

非晶体

外形

______

不规则

不规则

熔点

确定

______

不确定

物理性质

________

各向同性

各向同性

典型物质

石英、云母、食盐、硫酸铜

玻璃、蜂蜡、松香

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可以转化为晶体

2．液体的表面张力

（1）作用：

液体的表面张力使液面具有________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________．

3．液晶的物理性质

（1）具有液体的________性．

（2）具有晶体的光学各向______性．

（3）在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____________的．

4．饱和汽　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：

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．

（3）湿度

①定义：

空气的干湿程度．

②描述湿度的物理量

绝对湿度：

空气中所含水蒸气的压强．

相对湿度：

空气的绝对湿度与同一温度时水的饱和汽压的百分比．

即：

相对湿度＝

×100%

考点一　气体压强的产生与计算

考点解读

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的密集程度．

3．常用单位：

帕斯卡（Pa）：

1Pa＝1N/m2

1atm＝760mmHg＝1.013×105Pa

4．计算方法

（1）系统处于平衡状态下的气体压强计算方法

①液体封闭的气体压强的确定

平衡法：

选与气体接触的液柱为研究对象进行受力分析，利用它的受力平衡，求出气体的压强．

取等压面法：

根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在连通器内灵活选取等压面，由两侧压强相等建立方程求出压强．

液体内部深度为h处的总压强p＝p0＋ρgh.

②固体（活塞或汽缸）封闭的气体压强的确定

由于该固体必定受到被封闭气体的压力，所以可通过对该固体进行受力分析，由平衡条件建立方程来求出气体压强．

（2）加速运动系统中封闭气体压强的计算方法：

一般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．

特别提醒　1.气体压强与大气压强不同，大气压强由重力而产生，随高度增大而减小，气体压强由大量气体分子频繁碰撞器壁而产生，大小不随高度而变化．

2．容器内气体的压强是大量分子频繁碰撞器壁而产生的，并非因其重力而产生的．

3．求解液体内部深度为h处的总压强时，不要忘记液面上方气体的压强．

典例剖析

例1　（2010·上海单科·22改编）如图2所示，上端开口的圆柱形汽缸竖直放

置，截面积为5×10－3m2，一定质量的气体被质量为2.0kg的光滑活塞

封闭在汽缸内，其压强为________Pa（大气压强取1.01×105Pa，g取10

m/s2）．

图3

跟踪训练1　如图3所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立汽缸的活塞，

使汽缸悬空而静止．设活塞和缸壁间无摩擦且可以在缸内自由移动，

缸壁导热性能良好，使缸内气体温度总能与外界大气的温度相同，则

下列结论中正确的是（　　）

A．若外界大气压强增大，则弹簧将压缩一些

B．若外界大气压强增大，则汽缸的上底面距地面的高度将增大

C．若气温升高，则活塞距地面的高度将减小

D．若气温升高，则汽缸的上底面距地面的高度将增大

考点二　理想气体实验定律的微观解释及应用

考点解读

实验定律的微观解释

等温变化

等容变化

等压变化

微观

解释

一定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能一定．在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强就增大

一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变．在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大

一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增大．只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变

典例剖析

例2　如图4所示，带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，其下部

放入盛水的烧杯中，注射器活塞的横截面积S＝5×10－5m2，活塞

及框架的总质量m0＝5×10－2kg，大气压强p0＝1.0×105Pa.当水

温为t0＝13°C时，注射器内气体的体积为5.5mL.（g＝10m/s2）

（1）向烧杯中加入热水，稳定后测得t1＝65°C时，气体的体积为多

大？

图4

（2）保持水温t1＝65°C不变，为使气体的体积恢复到5.5mL，则要

在框架上挂质量多大的钩码？

方法突破　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，即一定质量的某理想气体；

（2）确定气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2；

（3）由气体实验定律或状态方程列式求解．

（4）讨论结果的合理性．

跟踪训练2　一气象探测气球，在充有压强为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，气球内氦气压强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．

考点三　气体实验定律图象的应用

考点解读

一定质量的气体不同图象的比较

类别图线

特点

举例

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

p—

p＝CT

，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高

p—T

p＝

T，斜率k＝

，即斜率越大，体积越小

V—T

V＝

T，斜率k＝

，即斜率越大，压强越小

典例剖析

例3　一足够高的内壁光滑的导热汽缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭了一定质量的理想气体，如图5所示．开始时气体的体积为2.0×10－3m3，现缓慢地在活塞上倒上一定量的细砂，最后活塞静止时气体的体积恰好变为原来的一半，然后将汽缸移出水槽，缓慢加热，使气体温度变为136.5°C.（大气压强为1.0×105Pa）

图5

（1）求汽缸内气体最终的体积；

（2）在p－V图上画出整个过程中汽缸内气体的状态变化（请用箭头在图线上标出状态变化的方向）．

跟踪训练3　一定质量的理想气体经过一系列过程，如图6所

示．下列说法中正确的是（　　）

A．a→b过程中，气体体积增大，压强减小

图6

B．b→c过程中，气体压强不变，体积增大

C．c→a过程中，气体压强增大，体积变小

D．c→a过程中，气体内能增大，体积变小

考点四　固体、液体的性质

考点解读

1．液体的微观结构特点：

（1）分子间的距离很小；

（2）液体分子间的相互作用力很大；（3）分子的热运动特点表现为振动与移动相结合．

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）大小：

液体的温度越高，表面张力越小；液体中溶有杂质时，表面张力变小；液体的密度越大，表面张力越大．

3．液晶

物理,性质

典例剖析

例4　

（1）下列说法中正确的是（　　）

A．黄金可以切割加工成任意形状，所以是非晶体

B．同一种物质只能形成一种晶体

C．单晶体的所有物理性质都是各向异性的

D．玻璃没有确定的熔点，也没有规则的几何形状

图7

（2）经实验证明，表面张力的大小与液体的种类、温度和边界长度

有关，我们把某种液体在一定温度下单位边界长度的表面张力大

小定义为这种液体的表面张力系数，它的大小反映了液体表面张

力作用的强弱．图7所示是测量表面张力系数的一种方法．若已知

金属环质量为m＝0.10kg，半径为r＝0.20m，当用FT＝1.15N的力

向上提金属环时，恰好可以将金属环提离液面，求该种液体的表

面张力系数α.（g＝9.80m/s2）

方法归纳　本题第

（2）问属于信息给予题，根据所学物理知识，结合题目描述的内容，理解所给信息的含义是解决这类问题的关键．本题首先需理解表面张力系数的含义，其次是分析环所受的力．注意表面张力在环内外均有作用，所以作用边界长度为4πr.

跟踪训练4　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，是因为针受到重力小，又受液体的浮力的缘故

B．在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

A组　气体实验定律

1．

（1）下列有关热现象的说法中，正确的是________．

A．布朗运动是液体或气体分子的运动，它说明分子永不停息做无规则运动

B．两分子间距离增大，分子间的势能一定增加

C．在热传导过程中，热量可以自发地由低温物体传递到高温物体

D．液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性制成的

（2）如图8所示，一个内壁光滑的圆柱形汽缸，高度为L、底面积为

S，缸内有一个质量

图8

为m的活塞，封闭了一定质量的理想气体．温

度为热力学温标T0时，用绳子系住汽缸底，将汽缸倒过来悬挂起

来，汽缸处于竖直状态，缸内气体高为L0.已知重力加速度为g，大

气压强为p0，不计活塞厚度及活塞与缸体的摩擦，求：

①采用缓慢升温的方法使活塞与汽缸脱离，缸内气体的温度至少要升高到多少？

②当活塞刚要脱离汽缸时，缸内气体的内能增加量为ΔU，则气体在活塞下移的过程中吸收的热量为多少？

图9

2.标准状况下的压强为p0＝1.013×105Pa，在标准状况下用充气

筒给一个体积为V0＝2.5L的足球充气，如图9所示．充气前足

球呈球形、内部空气的压强为1.013×105Pa，设充气过程中球

内、外的温度始终保持20°C不变．在充气的最后时刻，对打气

活塞施加的压力为F＝200N．设打气筒为圆柱形，其活塞的截

面积为S＝10cm2，打气筒每次打气压下的高度为20cm.不计各种摩擦，打气筒的活塞与

连杆、把手的重力均不计．求：

充气过程中，打气筒的活塞下压了多少次？

B组　固体与液体

3．在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，由烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图10甲、乙、丙所示，而甲、乙、丙三种固体在熔解过程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示，则（　　）

图10

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，丙是晶体

D．甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体

4．下列现象，哪些是因液体的表面张力所造成的（　　）

A．使用洗洁精易清除餐具上的油渍

B．融化的蜡烛从燃烧的蜡烛上流下来，冷却后呈球形

C．早上看到叶面上的露珠呈球形

D．小昆虫能漂浮在水面上

课时规范训练

（限时：

45分钟）

一、选择题

1．（2010·课标全国理综·33）关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　）

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

2．关于液体的表面张力，下列说法中正确的是（　　）

A．表面张力是液体各部分间的相互作用

B．液体表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间相互作用表现为引力

C．表面张力的方向总是垂直于液面，指向液体内部的

D．表面张力的方向总是与液面相切的

3．封闭在汽缸内的一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是（　　）

A．气体的密度增大

B．气体的压强增大

C．气体分子的平均动能减小

D．气体分子的平均动能增大

4．用如图1所示的实验装置来研究气体等体积变化的规律．A、B管下端由软管相连，注入一定量的水银，烧瓶中封有一定量的理想气体，开始时A、B两管中水银面一样高，那么为了保持瓶中气体体积不变（　　）

图1

A．将烧瓶浸入热水中时，应将A管向上移动

B．将烧瓶浸入热水中时，应将A管向下移动

C．将烧瓶浸入冰水中时，应将A管向上移动

D．将烧瓶浸入冰水中时，应将A管向下移动

5．分子动能随分子速率的增大而增大，早在1859年麦克斯韦就从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来有许多实验验证了这一规律．下列描述分子动能与温度关系正确的是（　　）

A．气体内部所有分子的动能都随温度的升高而增大

B．气体温度升高，其内部少数分子的动能可能减少

C．不同气体相同温度下，分子的平均动能相同，平均速率也相同

D．当气体温度一定时，其内部绝大多数分子动能相近，动能很小或很大的很少

6.某同学用导热性能良好的汽缸和活塞将一定质量的空气（视为理想气体）

封闭在汽缸内（活塞与缸壁间的摩擦不计），待活塞静止后，将小石子缓

慢的加在活塞上，如图2所示．在此过程中，若大气压强与室内的温度

均保持不变，下列说法正确的是（　　）

图2

A．由于汽缸导热，故缸内气体的压强保持不变

B．缸内气体温度不变，缸内气体对活塞的压力保持不变

C．外界对缸内气体做的功大小等于缸内气体向外界释放的热量

D．外界对缸内气体做功，缸内气体内能增加

7．一定质量的理想气体，在某一状态下的压强、体积和温度分别为p0、V0、T0，在另一状态下的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1，则下列关系错误的是（　　）

A．若p0＝p1，V0＝2V1，则T0＝

T1

B．若p0＝p1，V0＝

V1，则T0＝2T1

C．若p0＝2p1，V0＝2V1，则T0＝2T1

D．若p0＝2p1，V0＝V1，则T0＝2T1

二、非选择题

图3

8．

（1）小强新买了一台照相机，拍到如图3所示照片，他看到

的小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中，他认为是靠

水的浮力作用，同班的小明则认为小强的说法不对．事实

上小昆虫受到的支持力是由________________提供

的．小强将照相机带入房间时，发现镜头上蒙上了一层

雾，说明室内水蒸气的温度相对室外温度，超过了其对

应的________________．

（2）若把体积为V的油滴滴在平静的水面上，扩展成面积为S的单分子油膜，则该油滴的分子直径约为________．已知阿伏加德罗常数为NA，油的摩尔质量为M，则一个油分子的质量为________．

9．（2010·上海单科·28）用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图4所示，实验步骤如下：

图4

①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；

②移动活塞，记录注射器的刻度值V，同时记录对应的由计算机

显示的气体压强值p；

③用V－

图象处理实验数据，得出如图5所示的图线．

图5

（1）为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是________________________________________________________________________；

（2）为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是_____________________

和______________________________________________________________________；

（3）如果实验操作规范正确，但图中的V－

图线不过原点，则V0代表______________．

10．

（1）关于分子运动和热现象的说法，正确的是________（填入正确选项前的字母）

A．布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的运动

B．气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增加

C．一定量100°C的水变成100°C的水蒸汽，其分子之间的势能增加

D．气体压强的大小只与气体分子的平均动能有关

（2）如图6所示，竖直放置的圆筒形注射器，活塞上端接有气压表，

能够方便测出所封闭理想气体的压强．开始时，活塞处于静止状

态，此时气体体积为30cm3，气压表读数为1.1×105Pa.若用力向

下推动活塞，使活塞缓慢向下移动一段距离，稳定后气压表读数为

2.2×105Pa.不计活塞与汽缸内壁间的摩擦，环境温度保持不变．

图6

①求活塞稳定后气体的体积；

②对该过程中压强变化做出微观解释．

图7

11.吸盘是由橡胶制成的一种生活用品，其上固定有挂钩用于悬挂物

体．如图7所示，现有一吸盘，其圆形盘面的半径为2.0×10－2m，

当其与天花板轻轻接触时，吸盘与天花板所围容积为1.0×10－5

m3；按下吸盘时，吸盘与天花板所围容积为2.0×10－6m3，盘内气体可看作与大

气相通，大气压强为p0＝1.0×105Pa.设在吸盘恢复原状过程中，盘面与天花板之间紧密接触，吸盘内气体初态温度与末态温度相同．不计吸盘的厚度及吸盘与挂钩的重量．

（1）吸盘恢复原状时，盘内气体压强为________；

（2）在挂钩上最多能悬挂重为________的物体．

12．

（1）下列说法正确的是________．

A．区分晶体与非晶体最有效的方法是看其有没有规则的几何外形

B．已知某种液体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则该液体分子间的平均距离可以表示为

或

C．分子间距离减小时，分子力一定增大

D．空气的相对湿度等于水蒸气的实际压强与同温下水的饱和汽压的比值

（2）用活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内，当汽缸开口竖直向上时封闭气体的长度为h，如图8甲．将汽缸慢慢转至开口竖直向下时，如图乙所示，封闭气柱的长度为4h/3.已知汽缸的导热性能良好，活塞与缸壁间的摩擦不计，外界温度不变，大气压强为p0.汽缸开口向上时，缸内气体的压强为多少？

图8

复习讲义

基础再现

一、

基础导引　1.B　

2．0.38个大气压

知识梳理　1.

（1）大　忽略　它能达到的整个空间　（3）减少　增加　增大　不变　2.p1V1＝p2V2　

＝

＝

＝

＝

　3.

（2）

＝

＝C

二、

基础导引　D

知识梳理　1.规则　确定　各向异性

2．

（1）收缩　

（2）垂直　3.

（1）流动　

（2）异

（3）杂乱无章

课堂探究

例1　1.05×105

跟踪训练1　D　

例2　

（1）6.5mL　

（2）0.1kg

跟踪训练2　

（1）7.39m3　

（2）5.54m3

例3　

（1）1.5×10－3m3　

（2）见解析图

跟踪训练3　A

例4　

（1）D　

（2）6.77×10－2N/m

跟踪训练4　C

分组训练

1．

（1）D　

（2）①

②ΔU＋（p0－

）（L－L0）S

2．25次

3．BD　

4．BCD

课时规范训练

1．BC　2.BD

3．BD　

4．AD　

5．BD　

6．C　

7．ABC　[根据

＝

可以判断出选项A、B、C错误，D正确．]

8．

（1）水的表面张力　饱和汽压

（2）

9．

（1）在注射器活塞上涂润滑油

（2）移动活塞要缓慢　不能用手握住注射器封闭气体部分

（3）注射器与压强传感器连接部位的气体体积

10．

（1）AC　

（2）①15cm3　②体积减小，气体分子的密集程度增大，温度不变，分子的平均动能不变，故该过程中压强增大

11．

（1）2.0×104Pa　

（2）100N

12．

（1）BD　

（2）

p0