高考物理人教版一轮复习测评-11-2固体、液体和气体

高考物理人教版一轮复习测评-11-2固体、液体和气体

第 2 单元固体、液体和气体 晶体和非晶体 [想一想] 在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用 烧热的 针接触其上一点，石蜡熔化的范围如图 11－2－1 中(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。则由 此可判断出甲、乙、丙分别为________、________、________。 图 11－2－1 [提示]多晶体、非晶体、单晶体。 [记一记] (1)固体分为晶体和非晶体两类。晶体分单晶体和多晶体。 (2)单晶体具有规则的几何形状，多晶体和非晶体无确定的几何形状；晶体有确定的熔点，非晶体无确 定的熔点。 (3)单晶体具有各向异性，多晶体和非晶体具有各向同性。 [试一试] 1．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 解析：选 BC 金刚石、水晶和食盐是晶体，玻璃是非晶体，A 错误；晶体的分子排列规则，且有固定 的熔点，非晶体的分子排列不规则，且没有固定的熔点，故 B、C 正确；单晶体的物理性质是各向异性， 多晶体和非晶体的物理性质是各向同性，故 D 错误。 液晶、液体 [想一想] 如图 11－2－2 所示为一沾有肥皂膜的闭合金属框，若将膜面上棉线圈内部的膜戳破后，棉线圈会被 拉成圆形，这是什么原因？与戳破前相比，肥皂膜的内能如何变化？ 图 11－2－2 [提示]液体表面张力，内能减少。 [记一记] 1．液体的表面张力 (1)概念：液体表面各部分间互相吸引的力。 (2)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。 (3)方向：表面张力跟液面相切，且跟这部分液面的分界线垂直。 (4)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。 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。 (4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变。 3．毛细现象 浸润液体在细管中上升的现象以及不浸润液体在细管中下降的现象。 [试一试] 2．(2012·江苏高考)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 解析：选 AB 由于液体表面层分子引力，使得液体表面具有收缩的趋势，露珠表面张力使表面面积收 缩到最小，水面的张力给水黾向上的弹力，选项 A、B 正确；红墨水散开是扩散现象，选项 C 错误；悬浮 在水中的花粉做无规则运动，是 水分子对花粉颗粒碰撞不均衡造成的，选项 D 错误。 气体实验定律 [想一想] 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℃时的压强不超过一个大气压，则 在 20℃的室温下充气，电灯泡内气体压强至多能充到多少？ [提示]由于电灯泡容积不变，故气体为等容变化，设 t1＝500℃时压强为 p1，t2＝20℃时的压强为 p2， 则由p2 p1 ＝T2 T1 得p2 p1 ＝293 773 ，p1＝1 个大气压，p2＝0.38 个大气压。 [记一记] 1．气体的状态参量 (1)压强；(2)体积；(3)温度。 2．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＝F S 。 3．气体实验定律 (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：p1 p2 ＝T1 T2 或p T ＝C(常量) ③推论式：Δp＝p1 T1 ·ΔT。 (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：V1 V2 ＝T1 T2 或V T ＝C(常量) ③推论式：ΔV＝V1 T1 ·ΔT 4．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：p1V1 T1 ＝p2V2 T2 或pV T ＝C(常量)。 [试一试] 3．(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，空气可看作理想气体，则充气后储气罐中气体压强为( ) A．2.5atmB．2.0atmC．1.5atmD．1.0atm 解析：选 A 由玻意耳定律，p1(V＋V′)＝p2V，解得充气后储气罐中气体压强为 p2＝2.5a tm，选项 A 正确。 饱和蒸汽、湿度 [记一记] 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)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：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)＝ 水蒸气的实际压强p1 同温下水的饱和汽压ps [试一试] 4．下列说法正确的是( ) A．饱和蒸汽压与温度有关，且随着温度的升高而增大 B．饱和蒸汽是指液体不再蒸发，蒸汽不再液化时的状态 C．所有晶体都有固定的形状、固有的熔点和沸点 D．所有晶体由固态变成液态后，再由液态变成固态时，固态仍为晶体 解析：选 A 饱和蒸汽压与温度有关，且随着温度的升高而增大，A 正确；饱和蒸汽是指蒸发和液化处 于动态平衡，B 错误；单晶体有固定形状，而多晶体没有固定形状，C 错误；水晶为晶体，熔化再凝固后 变为非晶体，D 错误。 气体压强的计算 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。 [例 1]如图 11－2－3 所示，光滑水平面上放有一质量为 M 的汽缸，汽缸内放有一质量为 m 的可在汽 缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为 S。现用水平恒力 F 向右推汽缸，最后汽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。(已知外界大气压为 p0) 图 11－2－3 [审题指导] 选与气体相接触的活塞为研究对象，进行受力分析，再利用牛顿第二定律列方程求解。 [尝试解题] 选取汽缸和活塞整体为研究对象。 相对静止时有：F＝(M＋m)a 再选活塞为研究对象，根据牛顿第二定律有： pS－p0S＝ma 解得：p＝p0＋ mF SM＋m 。 [答案]p0＋ mF SM＋m) 气体实验定律及状态方程的应用 1.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) p1 T1 ＝p2 T2 或p T ＝C(常数) V1 T1 ＝V2 T2 或V T ＝C(常数) 同一气体的两条图线 2．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)状态方程：p1V1 T1 ＝p2V2 T2 或pV T ＝C。 (3)应用状态方程解题的一般步骤： ①明确研究对象，即某一定质量的理想气体； ②确定气体在始末状态的参量 p1、V1、T 1 及 p2、V2、T2； ③由状态方程列式求解； ④讨论结果的合理性。 [例 2](2012·新课标高考)如图 11－2－4，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 11－2－4 (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。 [审题指导] 第一步：抓关键点 关键点 获取信息 玻璃泡 A、B、C 均浸泡在 0℃水槽内 气体发生等温变化 U 形管内左右水银柱高度差 60cm 压强关系 打开阀门左右水银柱高度相等 压强相等 U 形管和细管中气体体积远小于玻璃泡容积 管中气体体积忽略不计 第二步：找突破口 (1)要求 C 中气体压强→由于 pC＝pB 可求解 B 中气体压强； (2)要求右侧水槽水温→C 中气体作等容变化。 [尝试解题] (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＝VB VA Δp＝180mmHg⑤ (2)当右侧水槽的水温加热至 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 pC′＝pB＋Δp⑥ 玻璃泡 C 中的气体体积不变，根据查理定理得 pC T0 ＝pC′ T′ ⑦ 联立②⑤⑥⑦式，并代入题给数据得 T′＝364K [答案](1)180mmHg (2)364K 气体实验定律与热力学定律的综合应用 [例 3](2012·山东高考)如图 11－2－5 所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的 U 型管竖直放置， 右端与大气相通，左端封闭气柱长 l1＝20cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高。现将右端与一低压舱(未 画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面 h＝10cm。(环境温度不变，大气压强 p0＝75cmHg) 图 11－2－5 (1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)。 (2)此过程中左管内的气体对外界________(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体将 ________(填“吸热”或“放热”)。 [尝试解题] (1)设 U 形管横截面积为 S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为 p1，右端与一低压舱接通后左管 中封闭气体压强为 p2，气柱长度为 l2，稳定后低压舱内的压强为 p。左管中封闭气体发生等温变化，根据 玻意耳定律得 p1V1＝p2V2① p1＝p0② p2＝p＋ph③ V1＝l1S④ V2＝l2S⑤ 由几何关系得 h＝2(l2－l1)⑥ 联立①②③④⑤⑥式，代入数据得 p＝50cmHg⑦ (2)左管内气体体积增大，说明气体膨胀对外做正功；由于气体温度保持不变，根据热力学第一定律可 得 W＋Q＝0，故气体从外界吸热。 [答案](1)50cmHg (2)做正功吸热 气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法 (1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体。 (2)解决具体问题时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出与之相关的气体 状态参量，利用相关规律解决。 (3)对理想气体，只要体积变化，外界对气体(或气体对外界)要做功 W＝pΔV；只要温度发生变化，其 内能要发生变化。 (4)结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q 求解问题。