高考物理总复习 选考33 第2课时 固体、液体与气体课件 教科版.ppt

第2课时固体 液体与气体 基础回顾 核心探究 演练提升 基础回顾自主梳理 融会贯通 知识梳理 一 固体和液体1 晶体 单晶体 多晶体 和非晶体的比较 不规则 不确定 各向异性 2 液体 1 液体的表面张力 定义 液体存在的收缩力 表面 作用 使液体的表面积趋向 原因 液体表面层分子间距较大 分子力表现为引力 2 液晶 液晶分子既能在某条件下保持排列有序而显示光学性质各向 又可以自由移动位置 保持了液体的 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 最小 异性 流动性 液体 晶体 发生改变 3 毛细现象浸润液体在细管中的现象以及不浸润液体在细管中的现象 上升 下降 二 饱和汽 湿度 物态变化1 饱和汽与未饱和汽 1 饱和汽 跟液体处于的气体 2 未饱和汽 未达到的气体 动态平衡 饱和 2 饱和汽压 1 定义 饱和汽产生的压强 2 特点 饱和汽压与和液体的性质直接相关 温度越高 饱和汽压越大 相同温度下 越容易的液体 饱和汽压越大 3 湿度 1 绝对湿度 空气中所含的压强 2 相对湿度 某温度时空气的跟同一温度下水的的百分比 即b 100 温度 蒸发 水蒸气 绝对湿度 饱和汽压 4 物态变化 三 气体1 气体的三个实验定律 1 等温变化 玻意耳定律 内容 一定质量的某种气体 在保持不变的情况下 压强p与体积v成 温度 反比 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 在保持不变的情况下 压强p与热力学温度t成 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 在保持不变的情况下 体积v与热力学温度t成 压强 正比 2 理想气体状态方程 1 在任何 任何下都遵守气体实验定律的气体 在温度 压强的条件下 一切实际气体都可以当做理想气体 温度 压强 不太低 不太大 2 微观上看其分子都是不占有空间的质点 而且分子间除碰撞外完全没有互相作用力 3 状态方程 常量 3 气体分子运动特点 1 气体分子间距较大 分子力为零 分子间除碰撞外不受其他力作用 向各个方向运动的气体分子 2 分子做无规则运动 分子速率按的统计规律分布 3 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 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 数目相等 中间多 两头少 减少 自主检测 1 思考判断 1 液晶是液体和晶体的混合物 2 单晶体的所有物理性质都是各向异性的 3 晶体有天然规则的几何形状 是因为物质微粒是规则排列的 4 压强极大的气体不遵从气体实验定律 5 水蒸气达到饱和时 水蒸气的压强不再变化 这时 水不再蒸发和凝结 6 当人们感到干燥时 空气的相对湿度一定较小 答案 1 2 3 4 5 6 2 多选 下列说法正确的是 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 单晶体的物理性质各向异性d 玻璃没有确定的熔点e 液体的分子势能与体积有关 cde 解析 能否切割加工成任意形状不是判定是不是晶体的标准 黄金是晶体 a错误 同一种物质在不同的条件下可形成不同的晶体 b错误 单晶体的物理性质各向异性 c正确 玻璃是非晶体 无确定的熔点 d正确 液体体积变化 分子间距发生变化 分子势能变化 则分子势能与体积有关 e正确 3 多选 封闭在汽缸内一定质量的理想气体 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 气体分子的势能不变e 每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多 bde 解析 气体质量m一定 体积v不变 则气体密度 不变 故选项a错误 气体温度升高 则其分子平均动能增大 故选项c错误 理想气体的势能不变 故选项d正确 体积v不变 则分子密集程度不变 因分子动能增加 则每秒内撞击单位面积器壁的气体分子数增多 故选项e正确 每次碰撞冲击力增大 则压强增大 故选项b正确 4 若已知大气压强为p0 在图各装置均处于静止状态 图中液体密度均为 求被封闭气体的压强 答案 甲 p0 gh乙 p0 gh丙 p0 gh丁 p0 gh1 核心探究分类探究 各个击破 考点一固体 液体 气体的性质 1 晶体和非晶体 1 单晶体具有各向异性 但不是在各种物理性质上都表现出各向异性 2 只要是具有各向异性的物体必定是晶体 且是单晶体 3 只要是具有确定熔点的物体必定是晶体 反之是非晶体 4 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化 5 晶体与非晶体熔化过程的区别晶体熔化过程 当温度达到熔点时 吸收的热量全部用来破坏空间点阵 增加分子势能 而分子平均动能却保持不变 所以晶体有固定的熔点 非晶体没有空间点阵 熔化时不需要去破坏空间点阵 吸收的热量主要转化为分子的平均动能 不断吸热 温度就不断上升 2 液体表面张力 1 形成原因 表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大 分子间的相互作用力表现为引力 2 表面特性 表面层分子间的引力使液面产生了表面张力 使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜 3 表面张力的方向 和液面相切 垂直于液面上的各条分界线 4 表面张力的效果 表面张力使液体表面具有收缩趋势 使液体表面积趋于最小 而在体积相同的条件下 球形的表面积最小 5 表面张力的大小 跟边界线的长度 液体的种类 温度都有关系 3 气体分子速率分布特点 1 大量气体分子的速率分布呈现 中间多 即中间速率区域的分子数目多 两头少 速率大或小的速率区域分子数目少 的规律 2 温度升高时 所有分子热运动的平均速率增大 即大部分分子的速率增大 但也有少数分子的速率减小 中间多 两头少 的规律不变 但中间速率区域向速率大的方向偏移 典例1 2018 河北秦皇岛质检 多选 下列说法正确的是 a 液体表面张力的方向与液面相切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 同时具有单晶体的各向异性特征 解析 液体的表面张力与液体表面相切 垂直于液面上的各条分界线 选项a正确 无论是单晶体还是多晶体 都有固定的熔点 选项b错误 根据固体特性的微观解释可知 选项c正确 金属是由大量细微的小晶粒杂乱无章地排列起来的 在各个方向上的物理性质都相同 但有固定的熔点 金属属于多晶体 选项d错误 液晶既具有液体的流动性 同时也具有单晶体的各向异性 选项e正确 ace 多维训练 1 液体和液晶 多选 关于液体和液晶 下列说法正确的是 a 液体表面层的分子分布比内部密b 液体有使其表面积收缩到最小的趋势c 液体表面层分子之间只有引力而无斥力d 液晶具有光学性质各向异性的特点e 液晶分子的排列会因所加电压的变化而变化 由此引起光学性质的改变 bde 解析 液体表面层分子比较稀疏 a错误 液体表面张力使其表面积有收缩到最小的趋势 b正确 液体表面层分子之间既有引力又有斥力 c错误 液晶具有光学性质各向异性 d正确 液晶的分子排列会因电场强度的变化而变化 e正确 2 对饱和汽 湿度的理解 多选 关于饱和汽压和相对湿度 下列说法中正确的是 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e饱和汽压和相对湿度都与体积有关 bcd 解析 在一定温度下 饱和汽压是一定的 饱和汽压随温度的升高而增大 饱和汽压与液体的种类有关 与体积无关 空气中所含水蒸气的压强 称为空气的绝对湿度 相对湿度 夏天的饱和汽压大 在相对湿度相同时 夏天的绝对湿度大 由以上分析可知b c d正确 3 导学号58826265 气体分子速率分布特点 2017 全国 卷 33 多选 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 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 400m s区间内的分子数占总分子数的百分比较大 abc 解析 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 温度越高 速率大的分子占比例越高 故虚线为0 对应的曲线 实线是100 对应的曲线 曲线下的面积都等于1 选项a b c正确 由图像可知选项d错误 0 时300 400m s速率的分子最多 100 时400 500m s速率的分子最多 选项e错误 考点二气体压强的产生与计算 1 产生的原因由于大量气体分子无规则运动而碰撞器壁 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 平衡状态下气体压强的求法 1 参考液片法 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 求得气体的压强 2 力平衡法 选与气体接触的液柱 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 4 加速运动系统中封闭气体压强的求法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 典例2 如图所示 一汽缸水平固定在静止的小车上 一质量为m 面积为s的活塞将一定量的气体封闭在汽缸内 平衡时活塞与汽缸底相距l 现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动 稳定时发现活塞相对于汽缸移动了距离d 已知大气压强为p0 不计汽缸和活塞间的摩擦 且小车运动时 大气对活塞的压强仍可视为p0 整个过程温度保持不变 求小车加速度的大小 解析 设小车加速度大小为a 稳定时汽缸内气体的压强为p1 则活塞受到汽缸内 外气体的压力分别为f1 p1s f0 p0s由牛顿第二定律得f1 f0 ma小车静止时 在平衡情况下 汽缸内气体的压强应为p0 由玻意耳定律得p1v1 p0v0式中v0 sl v1 s l d 联立以上各式得a 答案 反思总结气体压强的计算技巧气体压强的计算 主要以与气体接触的活塞 或汽缸 水银柱为研究对象 前者常利用物体的平衡或牛顿第二定律来解决 单位是帕斯卡 pa 后者常利用大气压强及液体压强的竖直特性处理 如p p0 ph p p0 ph等 单位主要是cmhg或mmhg 多维训练 1 液体封闭气体的压强 竖直平面内有如图所示的均匀玻璃管 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 解析 从开口端开始计算 右端为大气压p0 同种液体同一水平面上的压强相同 所以b气柱的压强为pb p0 g h2 h1 而a气柱的压强为pa pb gh3 p0 g h2 h1 h3 答案 p0 g h2 h1 h3 p0 g h2 h1 2 导学号58826266 活塞封闭气体的压强 如图所示 一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成 两圆筒中各有一个活塞 已知大活塞的质量为m1 横截面积为s1 小活塞的质量为m2 橫截面积为s2 两活塞用刚性轻杆连接 汽缸外大气的压强为p0 求系统静止时缸内气体的压强 答案 见解析 考点三气体实验定律的应用 1 三大气体实验定律 1 玻意耳定律 等温变化 p1v1 p2v2或pv c 常数 2 利用气体实验定律解决问题的基本思路 典例3 2017 全国 卷 33 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 1 打开k2 求稳定时活塞上方气体的体积和压强 2 接着打开k3 求稳定时活塞的位置 3 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 核心点拨 1 充气后打开k2 a中部分气体进入活塞下方 活塞上方与下方两部分气体压强相等 两部分气体体积之和为2v 2 打开k3 利用玻意耳定律求出活塞下方气体的压强 判断活塞是停在汽缸b中某位置 还是位于最顶端 方法技巧关联气体状态变化问题分析技巧多个系统相互联系的定质量气体状态问题 往往以压强建立起系统间的关系 各系统独立进行状态分析 分别应用相应的实验定律 并充分挖掘各研究对象之间的压强 体积等量的有效关联 若活塞可自由移动 一般要根据活塞平衡确定两部分气体的压强关系 1 活塞封闭气体状态变化问题 如图所示 两端开口的汽缸水平固定 a b是两个厚度不计的活塞 可在汽缸内无摩擦滑动 面积分别为s1 20cm2 s2 10cm2 它们之间用一根细杆连接 b通过水平细绳绕过光滑的定滑轮与质量为m 2kg的重物c连接 静止时汽缸中的气体温度t1 600k 汽缸两部分的气柱长均为l 已知大气压强p0 1 105pa 取g 10m s2 缸内气体可看做理想气体 多维训练 1 活塞静止时 求汽缸内气体的压强 2 若降低汽缸内气体的温度 当活塞a缓慢向右移动时 求汽缸内气体的温度 解析 1 设静止时汽缸内气体压强为p1 活塞受力平衡p1s1 p0s2 p0s1 p1s2 mg代入数据解得p1 1 2 105pa 答案 1 1 2 105pa 2 500k 2 导学号58826267 关联气体的状态变化问题 2017 安徽合肥二模 如图所示 粗细均匀的弯曲玻璃管a b两端开口 管内有一段水银柱 中管内水银面与管口a之间气体柱长为la 40cm 右管内气体柱长为lb 39cm 先将口b封闭 再将左管竖直插入水银槽中 设被封闭的气体为理想气体 整个过程温度不变 若稳定后进入左管的水银面比水银槽水银面低4cm 已知大气压强p0 76cmhg 求 1 a端上方气柱长度 2 稳定后右管内的气体压强 解析 1 设a端上方气柱长度为l1 由题可知 插入水银槽后左管内气体压强为p1 p0 h 80cmhg由玻意耳定律得p0la p1l1所以a端上方气柱长度为l1 38cm 2 设右管水银面上升h 则右管内气柱长度为lb h 气体压强为p1 2h 由玻意耳定律得p0lb p1 2h lb h 解得h 1cm h 78cm舍去 所以右管内气体压强为p2 p1 2h 78cmhg 答案 1 38cm 2 78cmhg 考点四气体状态变化中的图像问题 一定质量气体状态变化图像对比 典例4 2018 山东青岛模拟 如图所示 一定质量的理想气体从状态a经b c d再回到a 问ab bc cd da分别是什么过程 已知在状态a时体积为1l 请把此图改画为p v图像 答案 见解析 反思总结气体状态变化图像的应用技巧 1 图像上的点表示一定质量的理想气体的一个状态 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 1 v t图像的应用 多选 如图所示 一定质量的理想气体 从图示a状态开始 经历了b c状态 最后到d状态 下列判断中正确的是 a a b温度升高 压强不变b b c体积不变 压强变大c b c体积不变 压强不变d c d体积变小 压强变大 多维训练 ad 2 图像间的转换 一定质量的理想气体经历了温度缓慢升高的变化 如图所示 p t和v t图各记录了其部分变化过程 试求 1 温度600k时气体的压强 答案 1 1 25 105pa 2 在p t图像上将温度从400k升高到600k的变化过程补充完整 解析 2 在原p t图像上补充两段直线 如图所示 答案 2 见解析 演练提升真题体验 强化提升 高考模拟 1 晶体和非晶体的特点 2015 全国 卷 33 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e 在熔化过程中 晶体要吸收热量 但温度保持不变 内能也保持不变 bcd 解析 晶体被敲碎后 其空间点阵结构未变 仍是晶体 a错误 单晶体光学性质各向异性 b正确 同种元素由于空间的排列结构而形成不同物质的晶体 c正确 如果外界条件改变了分子或原子的空间排列结构 晶体和非晶体之间可以互相转化 d正确 在晶体熔化过程中 温度保持不变 只是分子平均动能保持不变 分子势能会发生改变 内能也会改变 e错误 2 液晶 液体的性质 2014 全国 卷 33 多选 下列说法正确的是 a 悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动b 空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果c 彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点d 高原地区水的沸点较低 这是高原地区温度较低的缘故e 干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度 这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果 bce 解析 悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了水分子的热运动 而不是反映花粉分子的热运动 选项a错误 由于表面张力的作用使液体表面的面积收缩 使小雨滴呈球形 选项b正确 液晶的光学性质具有各向异性 彩色液晶显示器利用了这一性质 选项c正确 高原地区水的沸点较低是因为高原地区的大气压强较小 水的沸点随大气压强的降低而降低 选项d错误 由于液体蒸发时吸收热量 温度降低 所以湿泡显示的温度低于干泡显示的温度 选项e正确 3 气体的性质 2016 江苏卷 12a 如图 甲 所示 在斯特林循环的p v图像中 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像如图 乙 所示 则状态a对应的是 选填 或 解析 由图知b c的过程中气体的体积不变 所以单位体积中的气体分子数目不变 当温度升高时 分子热运动加剧 速率较大的分子所占百分比增大 分布曲线的峰值向速率大的方向移动即向高速区扩展 峰值变低 曲线变宽 变平坦 由图 甲 知d a的过程气体的体积不变 压强减小 则温度降低 所以状态a对应的是 答案 不变 4 玻璃管液封类状态变化 2017 全国 卷 33 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 重力加速度大小为g 求 1 待测气体的压强 2 该仪器能够测量的最大压强 5 关联气体状态变化 2016 全国 卷 33 一u形玻璃管竖直放置 左端开口 右端封闭 左端上部有一光滑的轻活塞 初始时 管内汞柱及空气柱长度如图所示 用力向下缓慢推活塞 直至管内两边汞柱高度相等时为止 求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离 已知玻璃管的横截面积处处相同 在活塞向下移动的过程中 没有发生气体泄漏 大气压强p0 75 0cmhg 环境温度不变 答案 144cmhg9 42cm 6 玻璃管液封气体状态变化 2017 海南卷 16 一粗细均匀的u形管abcd的a端封闭 d端与大气相通 用水银将一定质量的理想气体封闭在u形管的ab一侧 并将两端向下竖直放置 如图所示 此时ab侧的气体柱长度l1 25cm 管中ab cd两侧的水银面高度差h1 5cm 现将u形管缓慢旋转180 使a d两端在上 在转动过程中没有水银漏出 已知大气压强p0 76cmhg 求旋转后 ab cd两侧的水银面高度差 解析 对封闭气体研究 初状态时 压强为p1 p0 h1 76 5 cmhg 81cmhg 体积为v1 l1s 设旋转后 气体长度增大 x 则高度差变为 5 2 x cm 此时气体的压强为p2 p0 5 2 x 71 2 x cmhg 体积为v2 25 x s 根据玻意耳定律得p1v1 p2v2 即81 25 71 2 x 25 x 解得 x 2cm 根据几何关系知 ab cd两侧的水银面高度差为 h 5 2 x 1cm 答案 1cm 拓展增分 气体变质量问题由于气体实验定律及理想气体状态方程适用于一定质量的气体 因此若气体的质量发生变化时 可通过巧妙地选择研究对象 使这类问题转化为定质量气体问题 用气体实验定律求解 1 打气问题 向球 轮胎中充气是一个典型的气体变质量的问题 只要选择球内原有气体和即将充入的气体作为研究对象 就可把充气过程中的气体质量变化问题转化为定质量气体的状态变化问题 2 抽气问题 从容器内抽气的过程中 容器内的气体质量不断减小 这属于变质量问题 分析时 将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象 质量不变 故抽气过程可以看做是等温膨胀过程 3 灌气问题 两部分气体混合 将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题 也是一个典型的变质量问题 分析这类问题时 把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体视为整体作为研究对象 可将变质量问题转化为定质量问题 4 漏气问题 分装 容器漏气过程中气体的质量不断发生变化 属于变质量问题 如果选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象 便可使问题变成一定质量气体的状态变化 可用理想气体的状态方程求解 1 充气中的变质量问题 示例1 2018 陕西汉中质检 一个篮球的容积是2 5l 用打气筒给篮球打气时 每次把105pa的空气打进去125cm