【物理】2020届一轮复习人教版第十三章第3节气体、固体和液体学案

【物理】2020届一轮复习人教版第十三章第3节气体、固体和液体学案

第 3 节　气体、固体和液体 考点1►　气体压强的理解　【p224】 夯实基础　 描述气体状态的物理量 1．体积 V：气体分子所能达到的空间的体积，密闭容器中气体的体积__等于__容器的容积． 单位：m3，1 m3＝103 dm3(L)＝106 cm3(mL)． 2．温度(T 或 t)： 摄氏温标与热力学温标关系：T＝(t＋273)K，ΔT＝Δt. 3．压强 p： (1)气体的压强：气体作用在器壁__单位面积__上的压力． (2)产生原因及决定因素 宏观：气体作用在器壁单位面积上的压力，大小取决于分子数密度和温度 T. 微观：大量气体分子无规则热运动对器壁碰撞产生的，大小取决于单位体积内的分子数(分子数密度) 和分子平均速率． (3)气体压强的特点：封闭气体压强处处__相等__． (4)单位：国际单位是帕(Pa)，常用单位有：标准大气压(atm)、厘米汞柱(cmHg)和毫米汞柱(mmHg)． 换算关系是：1 atm＝76 cmHg＝1.013×105 Pa，1 mmHg＝133 Pa. 考点突破　　 例 1 关于对气体压强的理解，下列说法正确的是(　　) A．气体的压强是由于地球对气体分子的吸引而产生的 B．气体的压强是由于气体分子频繁撞击器壁而产生的 C．气体压强大小取决于单位体积内的分子数和分子的平均动能 D．某一密闭容器中各器壁受到的气体压强是相同的 【解析】气体的压强产生的机理是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的，而不是由地球引力产生 的，故 A 错误、B 正确．从微观看，气体压强大小取决于单位体积内的分子数和分子的平均动能，故 C 正 确．某一密闭容器中各器壁受到的气体压强是相同的，故 D 正确． 【答案】BCD 【小结】1.气体压强的微观解释 气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的．气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位 面积上的平均作用力．气体分子的平均动能越大，分子越密，对单位面积器壁产生的压力就越大，气体的 压强就越大． 2．气体实验定律的微观解释 (1)一定质量的气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的 体积减小到原来的几分之一，气体的密度就增大到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍．密度减小 ，情况相反，所以气体压强与体积成反比，这就是玻意耳定律． (2)一定质量的气体，体积保持不变而温度升高时，分子的平均动能增大，因而气体压强增大；温度 降低，情况相反，这就是查理定律所表达的内容． (3)一定质量的气体，温度升高时要保持压强不变，只有增大气体体积，减小分子的分布密度才行， 这就是盖—吕萨克定律所表达的内容． 针对训练　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度升高，压强增大，则有关原因错误的是(D) A．温度升高后，气体分子的平均速率变大 B．温度升高后，气体分子的平均动能变大 C．温度升高后，分子撞击器壁的平均作用力增大 D．温度升高后，单位体积内的分子数增多，撞击到单位面积器壁上的分子数增多了 【解析】温度升高后，分子的平均动能增加，根据 Ek＝ 1 2mv2 知气体分子的平均速率变大，故 A、B 正 确；温度升高后，分子的平均动能增加，分子撞击器壁的平均作用力增大，故 C 正确；体积不变，分子的 密集程度不变，单位体积内的分子数不变，撞到器壁单位面积上的分子数增多，故 D 错误． 考点2►　气体分子运动速率的统计 分布 　【p224】 夯实基础　 气体分子速率分布规律 在一定状态下，气体的大多数分子速率都在某个数值附近，速率离这个数值越远，具有这种速率的分 子就越少，即气体分子速率总体上呈现出“中间多，两头少”的分布特征． 考点突破　　 例 2 密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大．从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运 动的____________增大了．该气体在温度 T1、T2 时的分子速率分布图象如图所示，则 T1__________(填“ 大于”或“小于”)T2. 【解析】温度升高时，平均动能增大，气体分子平均速率变大，图象的峰值向速率增大的方向移动， 所以 T10. (2)理想气体不计分子间作用力，即不计分子势能，故内能只与温度有关：温度升高，内能增大，即Δ U>0；温度降低，内能减小，即ΔU<0；温度不变，内能不变． 针对训练　 5．一定质量的理想气体由状态 A 经 B 到 C 的压强 p 和体积 V 变化关系如图所示，气体在状态 A 的温 度为 27 ℃，当气体从状态 B 至状态 C 的过程中，从外界吸收热量 200 J，求： (1)气体在状态 B 时的温度； (2)气体从状态 B 到状态 C 内能的变化量． 【解析】(1)由图象可得 状态 A 时，pA＝3×105 Pa，VA＝0.1×10－3 m3，TA＝300 K 状态 B 时，pB＝1×105 Pa，VB＝0.4×10－3 m3 由理想气体状态方程 pAVA TA ＝ pBVB TB ，解得 TB＝400 K (2) 从 状 态 B 到 状 态 C 气 体 对 外 做 的 功 为 图 象 与 V 坐 标 轴 围 成 的 面 积 W ＝ （1＋2） × 105 × 0.2 × 10－3 2 J＝30 J 由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝170 J，即内能增大，变化量为 170 J；所以气体内能增加了 170 J. 6．如图所示，有一光滑的导热性能良好的活塞 C 将容器分成 A、B 两室，A 室体积为 V0，B 室的体积 是 A 室的两倍，A、B 两室分别充有一定质量的理想气体．A 室上连有一 U 形管(U 形管内气体的体积忽略不 计)，当两边水银柱高度差为 19 cm 时，两室气体的温度均为 T1＝300 K．若气体的温度缓慢变化，当 U 形 管两边水银柱等高时，(外界大气压等于 76 cm 汞柱)求： (1)此时气体的温度为多少？ (2)在这个过程中 B 气体的内能如何变化？从外界吸热还是放热？(不需说明理由) 【解析】(1)由题意知，气体的状态参量为： 初状态，对 A 气体：VA＝V0，TA＝T1＝300 K， pA＝p0＋h＝95 cmHg， 对 B 气体：VB＝2V0，TB＝T1＝300 K，pB＝p0＋h＝95 cmHg， 末状态，对 A 气体：VA′＝V，pA′＝p0＝76 cmHg， 对 B 气体：pB′＝p0＝76 cmHg，VB′＝3V0－V， 由理想气体状态方程得：对 A 气体： pAVA TA ＝ pA′VA′ T 对 B 气体： pBVB TB ＝ pB′VB′ T 代入数据解得：T＝240 K，V＝V0 (2)气体 B 末状态的体积：VB′＝3V0－V＝2V0＝VB， 由于气体体积不变，外界对气体不做功， 气体温度由 300 K 降低到 240 K，温度降低，内能减小ΔU＜0， 由热力学第一定律：ΔU＝W＋Q 可知：Q＝ΔU－W＝ΔU＜0，则气体对外放出热量． 考点5►　固体、液体的特性问题　【p228】 夯实基础　 1．晶体和非晶体的比较 (1)晶体与非晶体的比较 分类比较 晶体 单晶体 多晶体 非晶体 外形 规则 不规则 熔点 确定 没有 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 也可转化为晶体 典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜、明矾、蔗糖、 味精 玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶 (2)晶体的微观结构 ①晶体的微观结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列． ②用晶体的微观结构解释单晶体的特点． 晶体有天然的规则几何形状是由于内部微粒__有规则__地排列． 晶体表现为各向异性是由于从内部任何一点出发，在不同方向上相等距离内微粒数__不同__． 晶体的多型性是由于组成晶体的微粒不同的__空间排列__形成的． 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，跟液面上所画的分界线垂直． (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 (1)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． (2)应用 ①利用液晶上加电压时，旋光特性消失，实现显示功能，如电子手表、计算器、微电脑等． ②利用温度改变时，液晶颜色会发生改变的性质来测温度． 4．饱和蒸汽、未饱和蒸汽和蒸汽压 (1)与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和蒸汽，而没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽． (2)在一定温度下，某种液体的饱和蒸汽的压强是一个定值，这个压强叫做这种液体的饱和汽压，未 饱和汽的压强小于饱和汽压． (3)饱和汽压专指空气中这种液体的蒸汽的分气压，与其他气体的压强无关，饱和汽压随温度的升高 而增大． 5．相对湿度 空气的干湿程度用湿度来描述． (1)绝对湿度 用空气中所含水蒸汽的压强 p1 来表示空气的湿度，叫做绝对湿度． (2)相对湿度 用空气中水蒸汽的压强 p1 与同一温度时水的饱和汽压 p0 之比来描述空气的潮湿程度，这个比值叫做 空气的相对湿度． 相对湿度＝ 水蒸汽的实际压强 同温度水的饱和汽压×100%＝ p1 p0×100%. 相对湿度越大，人就感到越潮湿；相对湿度越小，人就感到越干燥． 考点突破　　 例 6 关于晶体和非晶体，以下说法中正确的是(　　) A．同种物质在不同的条件下可表现为晶体或非晶体 B．晶体内部物质微粒排列是有规则的，而非晶体内部物质微粒排列是不规则的 C．晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒在不停地运动着 D．在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不等的是非晶体 【解析】同种物质可能以晶体或非晶体两种不同形式出现，所以 A 正确．晶体和非晶体在微观结构上 的区别决定了它们在宏观性质上的不同，所以 B 正确．组成物体的微粒永远在做热运动，不管是晶体还是 非晶体，所以 C 是错的．在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不相等的不一定是非晶 体，多晶体也不相等，所以 D 也是错的． 【答案】AB 针对训练　 7．下列四幅图分别对应四种说法，其中不正确的是(C) A．微粒运动即布朗运动，说明液体分子的运动也是毫无规则的 B．当两个相邻的分子间距离为 r0 时，它们间相互作用的引力和斥力大小相等 C．食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的 D．小草上的露珠呈球形的主要原因是液体表面张力的作用 【解析】布朗运动是固体小颗粒的运动，它是分子热运动的间接反应，液体分子的运动也是毫无规则 的，故 A 正确；分子间相互作用的斥力和引力都随分子间距离的增大而减小，当两个相邻的分子间距离为 r0 时，它们间相互作用的引力和斥力大小相等，故 B 正确；单晶体具有规则的形状，具有各向异性，故 C 错误；小草上的露珠呈球形的主要原因是液体表面张力的作用，故 D 正确；此题选不正确的选项，故选 C. 8．(多选)关于液体表面张力的方向和大小，正确的说法是(BC) A．表面张力的方向与液面垂直 B．表面张力的方向与液面相切，并垂直于分界线 C．表面张力的大小是跟分界线的长度成正比的 D．表面张力就本质上来说也是万有引力 【解析】表面张力产生在液体表面层，它的方向跟液面相切，故 A 错误，B 正确．表面张力是液体表 面很薄的一层液体中各分子之间沿着表面方向的相互吸引力，每对相邻分子之间的吸引力是差不多一样大 小的，分界线越长，它两边的相邻的分子对就越多，表面张力就是这些分子对间的吸引力的总和，所以表 面张力基本上就正比于分界线上的分子对的数目，而此数目又正比于分界线的长度，故 C 正确．液体表面 层里的分子比液体内部稀疏，就是分子间的距离比液体内部大些，那么分子间的引力大于分子斥力，分子 间的相互作用表现为引力，即表面张力是由于液体分子间的相互作用引起的，不是万有引力，故 D 错误． 9．(多选)关于饱和汽的下列说法正确的是(ABC) A．一定温度下，给定液体饱和汽的密度是一定的 B．相同温度下，不同液体的饱和汽压一般是不同的 C．饱和汽压随温度升高而增大，与体积无关 D．理想气体定律对饱和汽也适用 【解析】饱和汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度，故一定温度下，给定 液体饱和汽的密度是一定的，相同温度下不同液体的饱和汽压一般是不同的，故 A、B 正确；温度越高， 液体越容易挥发，故饱和汽压随温度的升高而增大，而饱和汽压与气体的体积无关，故 C 正确；饱和状态 的情况下：①如果稍微降低温度将会出现凝结，而变成液体，体积迅速减小；②稍微增大压强亦可出现凝 结，体积也会大大减小；所以饱和状态下的汽体不遵循理想气体实验定律，而未饱和汽近似遵守理想气体 定律，故 D 错误． 考 点 集 训　【p352】 A 组 1．对于一定质量的理想气体，在温度不变的条件下，当它的体积减小时，下列说法正确的是(B) ①单位体积内分子的个数增加 ②在单位时间、单位面积上气体分子对器壁碰撞的次数增多 ③在单位时间、单位面积上气体分子对器壁的作用力不变 ④气体的压强增大 A．①④ B．①②④ C．①③④ D．①②③④ 【解析】在温度不变的条件下，当它的体积减小时，单位体积内分子的个数增加，气体分子单位时间 内与单位面积器壁碰撞的次数越多，气体压强增大，故 B 正确，A、C、D 错误． 2．关于饱和汽压和相对湿度，下列说法中不正确的是(A) 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 【解析】饱和汽压与温度和液体种类有关，温度相同的不同饱和汽的饱和汽压不同，故 A 错误；同种 液体，温度升高时，饱和汽压增大，故 B 正确；冬天温度低，饱和汽的气压低，故在相对湿度相同的情况 下，夏天比冬天的绝对湿度大，故 C 正确；饱和汽压和相对湿度都与体积无关，故 D 正确；故选 A. 3．关于晶体和非晶体的说法，正确的是(D) A．所有的晶体都表现为各向异性 B．晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体 C．大粒盐磨成细盐，就变成了非晶体 D．所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点 【解析】只有单晶体才表现为各向异性，多晶体表现为各向同性，故 A 错误．晶体是具有格子构造的 固体，晶体一定是固体，且内部具有格子构造，但外部并不一定具有规则的几何形状，如形状不规则的金 属是晶体，故 B 错误．大颗粒的盐磨成细盐，不改变盐的晶体结构，故 C 错误．所有的晶体均具有固定的 熔点，而非晶体没有确定的熔点，故 D 正确． 4．(多选)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，锅内水蒸汽的变化情况为(AC) A．压强变小 B．压强不变 C．一直是饱和汽 D．变为未饱和汽 【解析】高压锅在密封状态下缓慢冷却过程中，锅内水蒸汽体积不变，温度降低，则压强变小，但锅 内水蒸汽发生的是动态变化过程，一定是饱和汽．故选项 A、C 正确． 5．(多选)关于液晶和液体表面张力，下列说法中正确的是(BD) A．液晶是液体和晶体的混合物 B．液晶既具有流动性，又具有光学性质各向异性 C．水黾能够停在水面上，是由于它受到水的浮力大于其重力的缘故 D．雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力 【解析】液晶是介于液态与结晶态之间的一种物质状态，A 错误；液晶像液体一样可以流动，又具有 某些晶体结构特征的一类物质．液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，B 正确；水黾能够停在 水面上，是由于它受到水面的表面张力的作用，没有受到浮力，C 错误；雨水没有透过布雨伞是因为液体 表面存在张力，导致水被吸引，D 正确． 6．(多选)下列结论正确的是(AB) A．饱和汽和液体之间的动态平衡，是指汽化和液化同时进行的过程，且进行的速率相等 B．一定温度下饱和汽的密度为一定值，温度升高，饱和汽的密度增大 C．一定温度下的饱和汽压，随饱和汽的体积增大而增大 D．饱和汽压跟绝对温度成正比 【解析】当气体汽化和液化同时进行的过程中进行的速率相等时，饱和汽和液体之间则达到动态平衡 ，故 A 正确；饱和汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度；故一定温度下的饱和 汽的分子数密度是一定值，温度升高，饱和汽的密度增大，B 正确；饱和汽压与温度有关．一定温度下的 饱和汽压不随饱和汽的体积增大而增大，故 C 错误；理想气体状态方程不适用于饱和汽，饱和汽和绝对温 度的关系不成正比，D 错误． 7．(多选)一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其 p－ 1 V图线如图所示，变化顺序由 a→b→c→d →a，图中 ab 线段的延长线过坐标原点，cd 线段与 p 轴垂直，da 线段与 1 V轴垂直．气体在此状态变化过程 中(AC) A．a→b，压强减小、温度不变、体积增大 B．b→c，压强增大、温度降低、体积减小 C．c→d，压强不变、温度降低、体积减小 D．d→a，压强减小、温度升高、体积不变 【解析】由理想气体状态方程 pV T ＝C 整理得：p＝CT· 1 V，在 p－ 1 V图象中 a 到 b 过程斜率不变，CT 不变 ，故说明温度不变；压强减小，体积增大，故 A 正确；b 到 c 过程中气体体积不断增大，压强增大，选项 B 错误；c→d，压强不变，体积减小，则由理想气体状态方程 pV T ＝C 可知，温度降低；故 C 正确；d 到 a 过 程中，体积不变，压强减小，故温度应降低；故 D 错误． 8．如图 1 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__ 不变__(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 2 所示，则状态 A 对应的是__①__(填“①”或“②”)． 图 1 　 图 2 【解析】B→C 过程为等容过程，单位体积中的气体分子数目不变．气体状态 A 的温度低于状态 D 的温 度，则状态 A 对应的气体分子的平均动能小，对应着图象①. 9．一定质量的理想气体从状态 A 变化到状态 B 再变化到状态 C，其状态变化过程的 p－V 图象如图所 示．则气体在状态 A 时的温度__高于__(填“高于”“等于”或“低于”)状态 B 时的温度．已知该气体在 状态 C 时的温度为 27 ℃，该气体在状态 B 时的温度为__200__ K. 【解析】气体从状态 A 到状态 B 发生等容变化，压强减小，温度降低，故气体在状态 A 的温度大于状 态 B 的温度；气体从 B 到 C 发生等压变化，根据盖­吕萨克定律有 VB TB＝ VC TC 代入数据： 2 × 10－3 TB ＝ 3 × 10－3 273＋27 解得 TB＝200 K B 组 10．如图甲、乙所示，汽缸由两个横截面不同的圆筒连接而成，活塞 A、B 被长度为 0.9m 的轻质刚性 细杆连接在一起，可无摩擦移动，A、B 的质量分别为 mA＝12 kg、mB＝8.0 kg，横截面积分别为 SA＝4.0× 10－2 m2，SB＝2.0×10－2 m2.一定质量的理想气体被封闭在两活塞之间，活塞外侧大气压强 p0＝1.0×105 Pa.取重力加速度 g＝10 m/s2. (1)图甲所示是汽缸水平放置达到的平衡状态，活塞 A 与圆筒内壁凸起面恰好不接触，求被封闭气体 的压强； (2)保持温度不变使汽缸竖直放置，平衡后达到如图乙所示位置，求活塞 A 沿圆筒发生的位移大小． 【解析】(1)汽缸处于图甲位置时，设汽缸内气体压强为 p1，对于活塞和杆，根据力的平衡条件可得： p0SA＋p1SB＝p1SA＋p0SB 解得：p1＝p0＝1.0×105 Pa (2)汽缸处于图乙位置时，设汽缸内气体压强为 p2，对于活塞和杆，由平衡条件： p0SA＋p2SB＝p2SA＋p0SB＋(mA＋mB)g 代入数据可得：p2＝0.9×105 Pa 由玻意耳定律可得：p1lSB＝p2[lSB＋x(SA－SB)] 由以上各式并代入数据得：x＝0.1 m 11．如图所示，在一辆静止的小车上，竖直固定着两端开口、内径均匀的 U 形管，U 形管的竖直部分 与水平部分的长度均为 l，管内装有水银，两管内水银面距管口均为 l 2.现将 U 形管的左端封闭，并让小车 水平向右做匀加速直线运动，运动过程中 U 形管两管内水银面的高度差恰好为 l 4.已知重力加速度为 g，水 银的密度为 ρ，大气压强为 p0＝ρgl，环境温度保持不变．求： (1)左管中封闭气体的压强 p； (2)小车的加速度大小． 【解析】(1)设 U 形管的横截面积为 S，左管中的气体由玻意耳定律得 p0· l 2S＝p·( l 2－ l 8)S， 得出：p＝ 4 3p0 或 p＝ 4 3ρgl； (2)以水平管内长为 l 的水银为研究对象，由牛顿第二定律得： (pS＋ρg· 5 8lS)－(p0S＋ρg· 3 8lS)＝ρlSa，解得：a＝ 7 12g 12．如图为小敏设计的火警报警装置．在导热良好、开口向上的圆柱体汽缸内，用活塞密闭一定质量 的理想气体，27 ℃时，气体体积为 V1＝2×10－5 m3，活塞质量不计，横截面积为 1 cm2，大气压强 p0＝1.0 ×105 Pa，当温度升高时，活塞上升，活塞上表面(涂有导电膜)与导线端点接触，使电路接通，蜂鸣器发 出声音． (1)报警器温度达到 177 ℃时会报警，求 27 ℃时活塞上表面与导线端点的距离 h； (2)如果温度从 27 ℃升到报警温度的过程中，封闭空气柱从外界吸收的热量为 20 J，则空气柱的内能 变化了多少？增大还是减少？ 【解析】(1)在温度升高的过程中，密封的理想气体压强不变， V1 T1＝ V2 T2 解得，气体体积增大ΔV＝V2－V1＝1×10－5 m3 活塞上升ΔL＝ ΔV S ＝ 1 × 10－5 1 × 10－4 m＝0.1 m 所以，活塞上表面与导线端点的距离 h＝ΔL＝0.1 m (2)在此过程中，气体压强 p＝p0＝1.0×105 Pa 外界对气体做功 W＝－p0ΔV＝－1.0×105×1×10－5 J＝－1 J 根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q 可得ΔU＝－1 J＋20 J＝19 J 所以气体内能增加了 19 J