高考物理一轮复习 13.2 气体状态参量及其关系 固体、液体的性质同步课件.ppt

第2讲气体状态参量及其关系固体 液体的性质 一 物态和物态变化1 固体 不规则 确定 异性 同性 无规则 1 只要是具有各向异性的物体必定是晶体 且是单晶体 2 只要是具有确定熔点的物体必定是晶体 反之 必是非晶体 3 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化 4 金属是多晶体 所以它是各向同性的 2 液体 1 液体分子间距离比气体分子间距离小得多 液体分子间的作用力比固体分子间的作用力要小 液体内部分子间的距离在10 10m左右 2 液体的表面张力 作用 液体的表面张力使液面具有收缩的趋势 方向 表面张力跟液面相切 跟这部分液面的分界线垂直 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 具有液体的流动性 具有晶体的光学各向异性 从某个方向上看其分子排列比较整齐 而从另一方向看则是杂乱无章的 2 应用 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 利用温度改变时 液晶颜色会发生改变的性质来测温度 二 气体分子运动的特点1 气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍 气体分子之间的作用力十分微弱 可以忽略不计 2 气体分子的速率分布 呈现出 中间多 两头少 的统计分布规律 3 气体分子向各个方向运动的机会均等 4 温度一定时 某种气体分子的速率分布是确定的 速率的平均值也是确定的 温度升高 气体分子的平均速率增大 但不是每个分子的速率都增大 三 气体压强的产生和计算1 产生的原因由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁 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 决定气体压强大小的因素 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数密度 3 常用单位及换算关系帕斯卡 pa 1pa 1n m21atm 760mmhg 1 013 105pa4 几种常见情况的压强计算 1 系统处于平衡状态下的气体压强的计算方法 液体封闭的气体压强的确定a 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 b 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 活塞或气缸 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 1 封闭气体对器壁的压强处处相等 2 同种液体 如果中间间断 那么同一深度处压强不相等 3 求解液体内部深度为h处的总压强时 不要忘记液面上方气体的压强 4 注意区别封闭气体的压强和大气压强 大气压强是由于空气受重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强 四 气体的三个实验定律及其微观解释1 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 数学表达式 p1v1 p2v2或pv c 常数 3 微观解释 一定质量的某种理想气体 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 反之亦然 所以气体的压强与体积成反比 2 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 数学表达式 常数 3 推论式 4 微观解释 一定质量的某种理想气体 体积保持不变时 分子的密集程度不变 在这种情况下 当温度升高时 分子的平均动能增大 气体的压强增大 3 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 数学表达式 常数 3 推论式 4 微观解释 一定质量的某种理想气体 当温度升高时 分子的平均动能增大 要保持压强不变 只有增大气体的体积 减小分子的密集程度才行 五 有关图象的处理方法1 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 如图11 2 1所示 v1对应虚线为等容线 a b是等容线与t2 t1两线的交点 可以认为从b状态通过等容升压到a状态 温度必然升高 所以t2 t1 又如图11 2 2所示 a b为等温线 从b状态到a状态压强增大 体积一定减小 所以v2 v1 2 一定质量的气体不同图象的比较 1 由于绝对零度是低温的极限 只能接近 不能达到 事实上 在温度很低时 气体实验定律已不再适用 所以在p t v t图中 原点附近一小段应画成虚线 2 在p t图中 并非任意一条在p轴上有截距的直线都是等容线 等容线的延长线与t轴的交点应为 273 或0k 3 在v t图中 并非任意一条在v轴上有截距的直线都是等压线 等压线的延长线与t轴的交点应为 273 或0k 六 理想气体状态方程1 理想气体 1 宏观上讲 理想气体是指在任何温度 任何压强下都遵从气体实验定律的气体 2 理想气体的分子模型 分子本身没有体积 它所占据的空间可以被压缩 分子间除碰撞外不计分子之间的相互作用力 无分子势能 内能只与温度有关 分子间的碰撞看成是弹性碰撞 2 理想气体的状态方程 1 内容 一定质量的某种理想气体发生状态变化时 压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变 2 公式 或c c是与p v t无关的常量 1 理想气体是一种理想化模型 实际气体在温度不太低 压强不太大时可以看做理想气体 2 一定质量的理想气体的状态方程给出了两个状态间的联系 并不涉及状态变化的具体方式 七 饱和汽与饱和汽压1 动态平衡 在单位时间内 由液面蒸发出去的分子数等于回到液体中的分子数 液体与气体之间达到了平衡状态 这种平衡是一种动态平衡 2 饱和汽 在密闭容器中的液体不断地蒸发 液面上的蒸汽也不断地凝结 蒸发和凝结达到动态平衡时 液面上的蒸汽为饱和汽 3 未饱和汽 没有达到饱和状态的蒸汽 4 饱和汽压 在一定温度下 饱和汽的分子数密度是一定的 因而饱和汽的压强也是一定的 这个压强叫做这种液体的饱和汽压 5 饱和汽压随温度的升高而增大 饱和汽压与蒸汽所占的体积无关 也和蒸汽体积中有无其他气体无关 八 空气的湿度1 绝对湿度和相对湿度 1 绝对湿度 用空气中所含水蒸气的压强来表示的湿度 2 相对湿度 空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比 3 相对湿度公式 相对湿度 2 常用湿度计干湿泡湿度计 毛发湿度计 传感器湿度计 水蒸气的实际压强同温下水的饱和汽压 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 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 解题指导 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 答案 图11 2 4中系统由左右两个侧壁绝热 底部导热 截面均为s的容器组成 左容器足够高 上端敞开 右容器上端由导热材料封闭 两容器的下端由可忽略容积的细管连通 容器内两个绝热的活塞a b下方封有氮气 b上方封有氢气 大气的压强为p0 温度为t0 273k 两活塞因自身重量对下方气体产生的附加压强均为0 1p0 系统平衡时 各气柱的高度如图所示 现将系统底部浸入恒温热水槽中 再次平衡时a上升了一定高度 用外力将a缓慢推回第一次平衡时的位置并固定 第三次达到平衡后 氢气柱高度为0 8h 氮气和氢气均可视为理想气体 求 1 第二次平衡时氮气的体积 2 水的温度 找准不变量 确定初 末状态的状态量 利用相应的气体实验定律列方程求解 解题指导 1 考虑氢气的等温过程 该过程的初态压强为p0 体积为hs 末态体积为0 8hs 设末态的压强为p 由玻意耳定律得p 1 25p0 活塞a从最高点被推回第一次平衡时位置的过程是等温过程 该过程的初态压强为1 1p0 体积为v 末态压强为p 体积为v 则p p 0 1p0 1 35p0v 2 2hs由玻意耳定律得v 2 2hs 2 7hs 2 活塞a从最初位置升到最高点的过程为等压过程 该过程的初态体积和温度分别为2hs和t0 273k 末态体积为2 7hs 设末态温度为t 由盖 吕萨克定律得t t0 368 55k 答案 1 2 7hs 2 368 55k 某登山运动员在一次攀登珠穆朗玛峰的过程中 在接近山顶时他裸露在手腕上的防水手表的表盘玻璃突然爆裂了 而手表没有受到任何撞击 该手表出厂时给出的参数为 27 时表内气体压强为1 0 105pa 常温下的大气压强值 当内 外压强差超过6 0 104pa时表盘玻璃将爆裂 当时登山运动员携带的温度计的读数是 21 表内气体体积的变化可忽略不计 1 通过计算判断手表的表盘玻璃是向外爆裂还是向内爆裂 2 当时外界的大气压强为多少 对于实际问题 在认真审题的前提下 根据所学知识 从中抽象出理想模型 结合相关规律求解 解题指导 1 取表内封闭气体为研究对象初状态的压强为p1 1 0 105pa温度为t1 273 27 k 300k其末状态的压强为p2 温度为t2 273 21 k 252k