专题15-2 固体液体气体（精讲深剖）-2018领军高考物理真题透析（选修3-3）

专题15-2 固体液体气体（精讲深剖）-2018领军高考物理真题透析（选修3-3）

‎1.（2017全国Ⅰ，33（1））氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）‎ A．图中两条曲线下面积相等 B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形 C．图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形 D．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目 E．与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0~400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大 ‎【答案】ABC ‎【考点定位】单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化曲线 ‎【名师点睛】本题主要抓住温度是分子平均动能的标志，温度升高分子的平均动能增加，不同温度下相同速率的分子所占比例不同的特点。‎ ‎2.（2017新课标Ⅲ 33（1））（1）（5分）如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a。下列说法正确的是_______（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分 为0分）。‎ A．在过程ab中气体的内能增加 B．在过程ca中外界对气体做功 C．在过程ab中气体对外界做功 D．在过程bc中气体从外界吸收热量 E．在过程ca中气体从外界吸收热量 ‎【答案】ABD ‎【名师点睛】本题考查了判断气体吸热与放热情况、气体内能如何变化，分析清楚图示图象、由理想气体状态方程与热力学第一定律即可正确解题。解题关键是弄清图线的物理意义，并能从图象中获取信息；热力学第一定律也是常考的知识点，要掌握表达式ΔU=Q+W，并能理解公式中各个物理量的含义及符号法则。‎ ‎3.（2017全国Ⅰ，33（2））如图，容积均为V的汽缸A、B下端有细管（容积可忽略）连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3，B中有一可自由滑动的活塞（质量、体积均可忽略）。初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；关闭K2、K3，通过K1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27 ℃，汽缸导热。‎ ‎（i）打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；‎ ‎（ii）接着打开K3，求稳定时活塞的位置；‎ ‎（iii）再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20 ℃，求此时活塞下方气体的压强。‎ ‎【答案】（i） v/2 2p0 （i i ） 顶部 （i i i） 1.6 p0‎ ‎【解析】（i）设打开K2后，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1。依题意，被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律得 ‎①‎ ‎②‎ 律得 ‎⑦‎ 将有关数据代入⑦式得 p3=1.6p0⑧‎ ‎【名师点睛】本题重点考查理想气体的状态方程，在分析的时候注意，气缸导热，即第一个过程为等温变化，看题的时候注意关键字眼。‎ ‎4.（2017新课标Ⅱ 33（2））（2）（10分）一热气球体积为V，内部充有温度为Ta的热空气，气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在1个大气压、温度为T0时的密度为ρ0，该气球内、外的气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为g。‎ ‎（i）求该热气球所受浮力的大小；‎ ‎（ii）求该热气球内空气所受的重力；‎ ‎（iii）设充气前热气球的质量为m0，求充气后它还能托起的最大质量。‎ ‎【答案】（i） （ii） （iii）Vρ0T0－m0‎ ‎【名师点睛】此题是热学问题和力学问题的结合题；关键是知道阿基米德定律，知道温度不同时气体密度不同；能分析气球的受力情况列出平衡方程.‎ ‎5.（2017新课标Ⅲ 33（2））（2）（10分）一种测量稀薄气体压强的仪器如图（a）所示，玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K1和K2。K1长为l，顶端封闭，K2上端与待测气体连通；M下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通。开始测量时，M与K2相通；逐渐提升R，直到K2中水银面与K1顶端等高，此时水银已进入K1，且K1中水银面比顶端低h，如图（b）所示。设测量过程中温度、与K2相通的待测气体的压强均保持不变。已知K1和K2的内径均为d，M的容积为V0，水银的密度为ρ，重力加速度大小为g。求：‎ ‎（i）待测气体的压强；‎ ‎（ii）该仪器能够测量的最大压强。‎ ‎【答案】（i）；（ii）‎ ‎【解析】‎ ‎ ④‎ 联立①②③④式得 ‎ ⑤‎ ‎（ii）由题意知 ‎ ⑥‎ 联立⑤⑥式有 ‎ ⑦‎ 该仪器能够测量的最大压强 ‎ ⑧‎ ‎【名师点睛】此题主要考查玻意耳定律的应用；解题关键是确定以哪一部分气体为研究对象，并能找到气体在不同状态下的状态参量，然后列方程求解。准确判断不同状态下气体的压强是解决理想气体方程的关键 ‎（二）考纲解读 主题 ‎ 内 容 ‎ 要求 ‎ 说 明 ‎ 固体、液体与气体 ‎ 固体的微观结构、晶体和非晶体 ‎ I ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 液晶的微观结构 ‎ I ‎ 液体的表面张力现象 ‎ I ‎ 气体实验定律 ‎ Ⅱ ‎ 理想气体 ‎ I ‎ 饱和蒸气、未饱和蒸气、饱和蒸气压 ‎ I ‎ 相对湿度 ‎ I ‎ 本讲共6个一级考点，1个二级考点，高考中都是以计算题的形式出二级考点，一级考点一般选择会有所涉及。‎ ‎（三）考点精讲 考向一　固体与液体的性质 ‎【例1】　(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．悬浮在液体中的微粒越小，在液体分子的撞击下越容易保持平衡 B．荷叶上的小水珠呈球形是由于液体表面张力的作用 C．物体内所有分子的热运动动能之和叫做物体的内能 D．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度不一定较大 ‎【答案】BD 内能，故C错误；潮湿与空气的相对湿度有关，与绝对湿度无关，当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度不一定较大，故D正确．‎ 阶梯练习 ‎1．(多选)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 ‎【答案】BCD ‎2．(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点 B．单晶体中原子(或分子、离子)的排列具有空间周期性 C．通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体 D．液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征 ‎【答案】BD ‎【解析】单晶体和多晶体都有固定的熔点，非晶体熔点不固定，A错误．单晶体中原子(或分子、离子)的排列是规则的，具有空间周期性，表现为各向异性，B正确．金属材料虽然显示各向同性，但并不意味着就是非晶体，可能是多晶体，C错误．液晶的名称由来就是由于它具有液体的流动性和晶体的各向异性，D正确．‎ ‎3．下列说法正确的是(　　)‎ A．一切晶体的光学和力学性质都是各向异性的 B．在完全失重的宇宙飞船中，水的表面存在表面张力 C．脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液 D．土壤里有很多毛细管，如果要把地下的水分沿着它们引到地表，可以将地面的土壤锄松 ‎【答案】BC 考向二　气体压强的产生与计算 平衡状态下气体压强的求法 ‎1．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．‎ ‎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．液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强．‎ 例2　若已知大气压强为p0，在图2中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．‎ 图2‎ ‎【答案】甲：p0－ρgh　乙：p0－ρgh　丙：p0－ρgh ‎ 丁：p0＋ρgh1‎ 阶梯练习 ‎4．竖直平面内有如图3所示的均匀玻璃管，内用两段水银柱封闭两段空气柱a、b ‎，各段水银柱高度如图所示，大气压为p0，求空气柱a、b的压强各多大．‎ 图3‎ ‎【答案】pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3)　pb＝p0＋ρg(h2－h1)‎ ‎5．汽缸截面积为S，质量为m的梯形活塞上面是水平的，下面与右侧竖直方向的夹角为α，如图4所示，当活塞上放质量为M的重物时处于静止．设外部大气压为p0，若活塞与缸壁之间无摩擦．求汽缸中气体的压强．‎ 图4‎ ‎【答案】p0＋ ‎【解析】p气S′＝ 又因为S′＝ 所以p气＝＝p0＋.‎ 考向三　气体状态变化的图象问题 ‎1．气体实验定律图象对比(质量一定)‎ 定律 变化 过程 一定质量气体的两条图线 图线特点 玻意耳 定律 等温 变化 等温变化在p－V图象中是双曲线，由＝常数知，T越大，pV值就越大，故远离原点的等温线对应的温度高，即T1＜T2，等温变化的p－图象是通过原点的直线，斜率越大则温度越高，所以T2＞T1‎ 查理 定律 等容 变化 等容变化的p－T图象是通过原点的直线，由＝常数可知，体积大时图线斜率小，所以V1＜V2‎ 盖—吕萨 克定律 等压 变化 等压变化的V－T图象是通过原点的直线，由＝常数可知，压强大时斜率小，所以p1＜p2‎ ‎2.利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量、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．例如图5中A、B是辅助线与两条等容线的交点，可以认为从B状态通过等温升压到A状态，体积必然减小，所以V2＜V1.‎ 图5‎ ‎【例3】　(多选)(2016·江苏单科·12A)(1)在高原地区烧水需要使用高压锅，水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽，停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却，在冷却过程中，锅内水蒸气的变化情况为________．‎ A．压强变小 B．压强不变 C．一直是饱和汽 D．变为未饱和汽 ‎(2)如图6甲所示，在斯特林循环的p－V图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成．B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目________(选填“增大”“减小”或“不变”)，状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图乙所示，则状态A对应的是________(选填“①”或“②”)．‎ 图6‎ ‎(3)如图甲所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J，在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J．求气体完成一次循环对外界所做的功．‎ ‎【答案】(1)AC　(2)不变　①　(3)8 J 方法总结 气体状态变化图象的应用技巧 ‎1．明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图象问题，应当明确图象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；图象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图象(或p－T图象)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较这 两个状态到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．‎ 阶梯练习 ‎7．如图8所示，汽缸开口向右、固定在水平桌面上，汽缸内用活塞(横截面积为S)封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁之间的摩擦忽略不计．轻绳跨过光滑定滑轮将活塞和地面上的重物(质量为m)连接．开始时汽缸内外压强相同，均为大气压p0(mg＜p0S)，轻绳处在伸直状态，汽缸内气体的温度为T0，体积为V.现使汽缸内气体的温度缓慢降低，最终使得气体体积减半，求：‎ 图8‎ ‎(1)重物刚离开地面时汽缸内气体的温度T1；‎ ‎(2)气体体积减半时的温度T2；‎ ‎(3)在如图乙所示的坐标系中画出气体状态变化的整个过程并标注相关点的坐标值．‎ ‎【答案】(1)T0　(2)T0(3)见解析图 考向四　气体实验定律的微观解释 ‎【例4】 (多选)对于一定质量的气体，当压强和体积发生变化时，以下说法正确的是(　　)‎ A．压强和体积都增大时，其分子平均动能不可能不变 B．压强和体积都增大时，其分子平均动能有可能减小 C．压强增大，体积减小时，其分子平均动能一定不变 D．压强减小，体积增大时，其分子平均动能可能增大 ‎【答案】AD ‎【解析】一定质量的理想气体，状态变化遵守气态方程，知AD正确 ‎8．(多选)一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为(　　)‎ A．气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大 B．单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多 C．气体分子的总数增加 D．单位体积内的分子数目增加 ‎【答案】BD ‎9．(多选)封闭在汽缸内一定质量的气体，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．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多 ‎【答案】BD ‎【解析】等容变化温度升高时，压强一定增大，分子密度不变，分子平均动能增大，单位时间撞击单位面积器壁的气体分子数增多，B、D正确．‎ ‎（四）知识还原 第2节　固体、液体和气体 基础知识 一、固体 ‎1．分类：固体分为晶体和非晶体两类．晶体又分为单晶体和多晶体．‎ ‎2．晶体与非晶体的比较 单晶体 多晶体 非晶体 外形 规则 不规则 不规则 熔点 确定 确定 不确定 物理性质 各向异性 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 二、液体 ‎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．‎ ‎2．液晶的物理性质 ‎(1)具有液体的流动性 ‎(2)具有晶体的光学各向异性 ‎(3)在某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的 三、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)绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强．‎ ‎(2)相对湿度：空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压之比．‎ ‎(3)相对湿度公式 相对湿度＝.‎ 四、气体分子运动速率的统计分布　气体实验定律　理想气体 ‎1．气体分子运动的特点 ‎(1)分子很小，间距很大，除碰撞外不受力．‎ ‎(2)气体分子向各个方向运动的气体分子数目都相等．‎ ‎(3)分子做无规则运动，大量分子的速率按“中间多，两头少”的规律分布．‎ ‎(4)温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的，温度升高时，速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大．‎ ‎2．气体的三个状态参量 ‎(1)体积；(2)压强；(3)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)常用单位及换算关系：‎ ‎①国际单位：帕斯卡，符号：Pa,1 Pa＝1 N/m2.‎ ‎②常用单位：标准大气压(atm)；厘米汞柱(cmHg)．‎ ‎③换算关系：1 atm＝76 cmHg＝1.013×105 Pa≈1.0×105 Pa.‎ ‎4．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p与体积V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p与热力学温度T成正比．‎ ‎②公式：＝或＝C(常量)．‎ ‎③推论式：Δp＝·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V与热力学温度T成正比．‎ ‎②公式：＝或＝C(常量)．‎ ‎③推论式：ΔV＝·ΔT.‎ ‎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．‎ ‎①理想气体是一种经科学的抽象而建立的理想化模型，实际上不存在．‎ ‎②理想气体不考虑分子间相互作用的分子力，不存在分子势能，内能取决于温度，与体积无关．‎ ‎③实际气体特别是那些不易液化的气体在压强不太大，温度不太低时都可看作理想气体．‎ ‎(2)一定质量的理想气体状态方程：‎ ＝或＝C(常量)．‎ ‎[自我诊断]‎ ‎1．判断正误 ‎(1)晶体一定有规则的外形．(×)‎ ‎(2)晶体不一定各向异性，单晶体一定各向异性．(√)‎ ‎(3)液体的表面张力其实质是液体表面分子间的引力．(√)‎ ‎(4)温度升高，物体内每一个分子运动的速率都增大．(×)‎ ‎(5)理想气体的内能是所有气体分子的动能．(√)‎ ‎(6)蒸汽处于饱和状态时没有了液体分子与蒸汽分子间的交换．(×)‎ ‎(7)饱和汽压是指饱和汽的压强．(√)‎ ‎2．(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部 B．单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点 C．单晶体中原子(或分子、离子)的排列具有空间周期性 D．通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体 E．液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征 ‎【答案】CE. ‎ ‎3．如右图所示，只有一端开口的U形玻璃管，竖直放置，用水银封住两段空气柱Ⅰ和Ⅱ，大气压为p0，水银柱高为压强单位，那么空气柱Ⅰ的压强p1为(　　) ‎ A．p1＝p0＋h B．p1＝p0－h C．p1＝p0＋2h D．p1＝p0‎ ‎【答案】D. ‎ ‎【解析】由图可知，p1＋h＝p2＝p0＋h，故p1＝p0，选项D正确． ‎ ‎4．如图所示，一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置，金属圆块A的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆块的质量为M，不计圆块与容器内壁之间的摩擦，若大气压强为p0，则被圆块封闭在容器中的气体的压强p为________．‎ ‎【答案】p0＋ ‎5．一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内．汽缸壁导热良好，活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动．开始时气体压强为p，活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h，外界的温度为T0.现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面，沙子倒完时，活塞下降了.若此后外界的温度变为T，求重新达到平衡后气体的体积．已知外界大气的压强始终保持不变，重力加速度大小为g.‎ ‎【答案】 ‎ ‎