高中物理 固体、液体与气体课件 教科版选修33.ppt

第2讲固体 液体与气体 考点1固体和液体 1 晶体与非晶体 1 固体分为 和 两类 晶体分 和 2 单晶体具有 的几何形状 多晶体和非晶体 的几何形状 晶体有 的熔点 非晶体 的熔点 3 单晶体具有各向 多晶体和非晶体具有各向 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 规则 无一定 确定 无确定 异性 同性 2 液体 1 液体的表面张力 概念 液体表面存在的收缩力 作用 液体的 使液面具有收缩到表面积最小的趋势 方向 表面张力跟液面 且跟这部分液面的分界线 大小 液体的温度越高 表面张力 液体中溶有杂质时 表面张力 液体的密度越大 表面张力 表面张力 相切 垂直 越小 变小 越大 2 液晶 液晶表现出来的特性跟液晶内部分子以及分子排列的 有关 液晶分子的位置无序使它像 排列有序使它像 液晶的物理性质很容易在外界的影响下 有序性 液体 晶体 发生改变 3 饱和汽湿度 1 饱和汽与未饱和汽 饱和汽 跟液体处于 的气体 未饱和汽 未达到 的气体 2 饱和汽压 定义 饱和汽产生的 特点 饱和汽压随温度而变 温度越高 饱和汽压 相同温度下越容易蒸发的液体 饱和汽压越大 动态平衡 饱和 压强 越大 3 湿度 绝对湿度 空气中所含 的压强 相对湿度 在某一温度下 空气中的水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比 即相对湿度 b 水蒸气 1 对晶体与非晶体的进一步说明 1 同一种物质在不同的条件下可能是晶体也可能是非晶体 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化 2 晶体中的多晶体具有各向同性 晶体中的单晶体具有各向异性 但单晶体并不一定在各种物理性质上都表现出各向异性 2 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 考点2气体1 气体的状态参量 1 2 3 压强 体积 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而产生的 2 大小 大量气体分子作用在器壁单位面积上的 公式 平均作用力 3 气体实验定律 1 等温变化 玻意耳定律 内容 一定质量的某种气体 在 不变的情况下 压强与体积成 公式 或pv c 常量 2 等容变化 查理定律 内容 一定质量的某种气体 在 不变的情况下 压强与热力学温度成 公式 或 常量 推论式 温度 反比 p1v1 p2v2 体积 正比 3 等压变化 盖吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体 在 不变的情况下 其体积与热力学温度成 公式 或 常量 推论式 压强 正比 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 的气体 2 一定质量的理想气体状态方程 气体实验定律 1 气体和气体分子运动的特点 2 对气体实验定律的微观解释 1 一定质量的理想气体 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 气体的体积减小时 分子的密集程度增大 气体的压强就增大 反之情况相反 所以气体的压强与体积成反比 这就是等温变化 2 一定质量的理想气体 体积保持不变 分子的密集程度保持不变 当温度升高时 分子的平均动能增大 因而气体压强增大 温度降低时 情况相反 这就是等容变化 3 一定质量的理想气体 温度升高时 分子的平均动能增大 要保持压强不变 只有增大气体体积 减小分子的密集程度才行 这就是等压变化 3 一定质量的气体不同图像的比较 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 过程 等温过程 类别 图线 特点 举例 p t v t 过程 等容过程 等压过程 固体 液体的性质 例证1 2011 山东高考 人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程 以下说法正确的是 a 液晶的分子势能与体积有关b 晶体的物理性质都是各向异性的c 温度升高 每个分子的动能都增大d 露珠呈球状是由于液体表面张力的作用 解题指南 解答本题时应注意以下三点 1 晶体和非晶体的性质 多晶体与单晶体的区别 2 固体和液体的内能与体积及温度有关 3 液体的性质与其对应的现象 自主解答 选a d 液晶是一类处于液态和固态之间的特殊物质 其分子间的作用力较强 在体积发生变化时需要考虑分子间力的作用 分子势能和体积有关 a正确 晶体分为单晶体和多晶体 单晶体物理性质表现为各向异性 多晶体物理性质表现为各向同性 b错误 温度升高时 分子的平均动能增大 但不是每一个分子动能都增大 c错误 露珠由于受到表面张力的作用 表面积有收缩到最小的趋势即呈球状 d正确 总结提升 解答本题的关键在于搞清晶体 非晶体 液晶及液体的特性 理解好分子势能 分子动能的概念及其影响因素 对易错选项及错误原因具体分析如下 气体状态变化的图像问题 例证2 2011 上海高考 如图 一定质量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b 在此过程中 其压强 a 逐渐增大b 逐渐减小c 始终不变d 先增大后减小 解题指南 解答本题时可根据理想气体状态方程及体积和温度的变化情况 确定压强如何变化 自主解答 选a 由理想气体状态方程可得 气体的压强由图像可知 气体的温度升高 体积减小 所以气体的压强逐渐增大 故a正确 b c d错误 总结提升 气体状态变化的图像的应用技巧 1 求解气体状态变化的图像问题 应当明确图像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 图像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 在v t图像 或p t图像 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 气体实验定律的应用 例证3 2011 新课标全国卷 9分 如图 一上端开口 下端封闭的细长玻璃管 下部有长l1 66cm的水银柱 中间封有长l2 6 6cm的空气柱 上部有长l3 44cm的水银柱 此时水银面恰好与管口平齐 已知大气压强为p0 76cmhg 如果使玻璃管绕底端在竖直平面内缓慢地转动一周 求在开口向下和转回到原来位置时管中空气柱的长度 封入的气体可视为理想气体 在转动过程中没有发生漏气 解题指南 解答本题时可选取封闭气体为研究对象 注意玻璃管转动过程中开口向上 向下两位置封闭气体压强的求解 并在这两个位置应用玻意耳定律列出方程 规范解答 设玻璃管开口向上时 空气柱的压强为p1 p0 gl3 1分 式中 和g分别表示水银的密度和重力加速度 玻璃管开口向下时 原来上部的水银有一部分会流出 封闭端会有部分真空 设此时开口端剩下的水银柱长度为x 则p2 gl1 p0 p2 gx 1分 式中 p2为管内空气柱的压强 由玻意耳定律有p1l2s p2hs 2分 式中 h是此时空气柱的长度 s为玻璃管的横截面积 由 式和题干条件得h 12cm 1分 从开始转动一周后 设空气柱的压强为p3 则p3 p0 gx 1分 由玻意耳定律得p1l2s p3h s 2分 式中 h 是此时空气柱的长度 解得h 9 2cm 1分 答案 12cm9 2cm 总结提升 应用气体定律或状态方程解题的一般步骤 1 明确研究对象 即选取一定质量的气体 2 确定气体在始 末状态的参量 3 结合气体定律或状态方程列式求解 4 讨论结果的合理性 1 2011 福建高考 如图所示 曲线m n分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程 图中横轴表示时间t 纵轴表示温度t 从图中可以确定的是 a 晶体和非晶体均存在固定的熔点t0b 曲线m的bc段表示固液共存状态c 曲线m的ab段 曲线n的ef段均表示固态d 曲线m的cd段 曲线n的fg段均表示液态 解析 选b 由图像可知曲线m表示晶体 bc段表示晶体熔化过程 处于固液共存状态 b对 n表示非晶体 没有固定的熔点 a错 由于非晶体没有一定的熔点而是逐步熔化 因此c d错 2 2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈 海姆和康斯坦丁 诺沃肖洛夫 以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究 他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小 最终寻找到了厚度只有0 34nm的石墨烯 是碳的二维结构 如图所示为石墨 石墨烯的微观结构 根据以上信息和已学知识判断 下列说法中正确的是 a 石墨是晶体 石墨烯是非晶体b 石墨是单质 石墨烯是化合物c 石墨 石墨烯与金刚石都是晶体d 他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的 解析 选c d 石墨 石墨烯 金刚石都是晶体且都为单质 a b错误 c正确 两位科学家是通过物理变化的方法获得石墨烯的 d正确 3 关于气体的压强 下列说法中正确的是 a 气体对器壁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b 气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均作用力c 气体分子热运动的平均动能减小 气体的压强一定减小d 单位体积的气体分子数增加 气体的压强一定增大 解析 选a 由气体压强的微观解释知 a对 b错 气体压强的大小与气体分子的平均动能和单位体积内的分子数两个因素有关 c d均错 4 2012 南京模拟 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 气体分子的密度增大 解析 选b d 理想气体经等温压缩 压强增大 体积减小 分子密度增大 则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多 但气体分子每次碰撞器壁的冲力不变 故b d正确 a c错误 5 1 干湿泡温度计通常由干泡温度计和湿泡温度计组成 由于蒸发 湿泡所示的温度 选填 大于 或 小于 干泡所示的温度 干湿泡温度计温差的大小与空气湿度有关 温度相差越大 说明空气越 选填 干燥 或 潮湿 2 如图所示 在针管中封闭有一定质量的气体 当温度不变时 用力压活塞使气体的体积减小 则管内气体的压强 选填 变大 或 变小 按照气体分子热运动理论从微观上解释 这是因为 解析 1 干湿泡温度计通常由干泡温度计和湿泡温度计组成 其中一只温度计的玻璃泡外包着纱布 纱布的另一端浸在水中 由于蒸发吸热 湿泡所示的温度小于干泡所示的温度 蒸发的快慢与空气的湿度有关 也与气温有关 2 温度不变 体积减小 则压强增大 这是因为气体温度不变 分子平均动能不变 而分子的密集程度增大 单位时间内对容器壁单位面积的碰撞次数增多 故压强增大 答案 1 吸热小于干燥 2 变大分子密集程度增大 6 2011 海南高考 1 关于空气湿度 下列说法正确的是 填入正确选项前的字母 a 当人们感到潮湿时 空气的绝对湿度一定较大b 当人们感到干燥时 空气的相对湿度一定较小c 空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示d 空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比 2 如图 容积为v1的容器内充有压缩空气 容器与水银压强计相连 压强计左右两管下部由软胶管相连 气阀关闭时 两管中水银面等高 左管中水银面上方到气阀之间空气的体积为v2 打开气阀 左管中水银下降 缓慢地向上提右管 使左管中水银面回到原来高度 此时右管与左管中水银面的高度差为h 已知水银的密度为 大气压强为p0 重力加速度为g 空气可视为理想气体 其温度不变 求气阀打开前容器中压缩空气的压强p1 解析 1 选b c 相对湿度越大 人感觉越潮湿 相对湿度大时 绝对湿度不一定大 故a错误 相对湿度较小时 人感觉干燥 故b正确 用空气中水蒸气的压强表示的湿度叫做空气的绝对湿度 空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和蒸汽压之比叫做相对湿度 故c正确 d错误 2 气阀打开前 左管内气体的压强为p0气阀打开后稳定时的压强p2 p0 gh 根据等温变化 则有p1v1 p0v2 p2 v1 v2 联立 两式解得答案 1 b c 2 7 医疗室用的电热高压灭菌锅的锅盖密封良好 盖上有一个排气孔 上面扣一个限压阀 利用其重力将排气孔压住 排气孔和限压阀的示意图如图所示 加热过程中当锅内气压达到一定程度时 气体就会把限压阀顶起来 使高压气体排出 这样就使锅内能保持较高而又安全稳定的压强 若限压阀的质量m 0 1kg 横截面直径d 2cm 排气孔直径d 0 3cm 大气压为标准值 取p0 1 105pa g取10m s2 则锅内气压最大可达多少 解析 当锅内气压达到最大时 限压阀被顶起 此时限压阀处于受力平衡状态 设此时锅内气压为p 则由平衡条件可得所以答案 2 4 105pa 总结提升 封闭气体压强的计算方法 1 系统处于平衡状态下的气体压强计算方法 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处的总压强为p p0 gh 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找出气体压强与其他各力的关系 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 8 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压强为1 0 105pa 体积为2 0 10 3m3的理想气体 现在活塞上方缓慢倒上沙子 使封闭气体的体积变为原来的一半 然后将汽缸移出水槽 缓慢加热 使气体温度变为127 1 求汽缸内气体的最终体积 2 在如图所示p v图上画出整个过程中汽缸中气体的状态变化 大气压强为1 0 105pa 解析 1 封闭气体的体积变为原来的一半且汽缸处于水槽中时 气体压强为p1 在活塞上方倒沙子的全过程中温度保持不变 由玻意耳定律得p0v0 p1v1解得设最终体积为v2 在缓慢加热到127 的过程中压强保持不变 由盖吕萨克定律所以 2 如图所示答案 1 1 47 10 3m3 2 见解析图 9 2011 上海高考 如图 绝热汽缸a与导热汽缸b均固定于地面 由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦 两汽缸内