【实用精品】2011北京四中高考物理第二轮综合专题复习 热学专题复习二 固体 液体和气体

高考综合复习高考综合复习 热学专题复习二热学专题复习二 固体固体 液体和气体液体和气体 第一部分第一部分 固固 体和液体体和液体 知识要点梳理知识要点梳理 知识点一知识点一 固体的分类固体的分类 知识梳理知识梳理 1 1 晶体和非晶体 晶体和非晶体 1 在外形上 晶体具有确定的几何形状 而非晶体则没有 2 在物理性质上 晶体具有各向异性 而非晶体则是各向同性的 3 晶体具有确定的熔点 而非晶体没有确定的熔点 4 晶体和非晶体并不是绝对的 它们在一定条件下可以相互转化 例如把晶体硫加热 熔化 温度不超过 300 后再倒进冷水中 会变成柔软的非晶体硫 再过一段时间又会 转化为晶体硫 2 2 多晶体和单晶体 多晶体和单晶体 单个的晶体颗粒是单晶体 由单晶体杂乱无章地组合在一起是多晶体 多晶体具有各向同性 3 3 晶体的微观结构 晶体的微观结构 组成晶体的物质微粒 分子 原子或离子 都是按照各自的规则排列的 具有空间上的 周期性 微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做振动 疑难导析疑难导析 1 1 晶体的各向异性及其微观解释 晶体的各向异性及其微观解释 在物理性质上 晶体具有各向异性 而非晶体则是各向同性的 通常所说的物理性质包括弹性 硬度 导热性能 导电性能 光的折射性能等 晶体的 各向异性是指晶体在不同方向上物理性质不同 也就是沿不同方向去测试晶体的物理性能 时测量结果不同 例如晶体在不同的方向还可以有不同的硬度 弹性 热膨胀性质 导电性能等 需要注意的是 晶体具有各向异性 并不是说每一种晶体都能在各物理性质上都表现出 各向异性 例如云母 石膏晶体在导热性上表现出显著的各向异性 沿不同方向传热的 快慢不同 方铅矿晶体在导电性上表现出显著的各向异性 沿不同方向电阻率不同 立 方形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性 沿不同方向的弹性不同 方解石晶体在 光的折射上表现出各向异性 沿不同方向的折射率不同 2 2 对各向异性的微观解释 对各向异性的微观解释 如图所示 这是在一个平面上晶体物质微粒的排列情况 从图上可以看出 在沿不同方 向所画的等长直线 AB AC AD 上物质微粒的数目不同 直线 AB 上物质微粒较多 直线 AD 上较少 直线 AC 上更少 正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同 才引起晶体的不 同方向上物理性质的不同 晶体具有各向异性是由于 A 晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同 B 晶体在不同方向上物质微粒的排列 情况相同 C 晶体内部结构的无规则性 D 晶体内部结构的有规则性 答案 答案 AD 解析 解析 组成晶体的物质微粒是有规则排列的 由于在不同方向上物质微粒的排列情况不 同 造成晶体在不同方向上的物理性质不同 选项 A D 正确 知识点二知识点二 液体液体 知识梳理知识梳理 1 1 液体的微观结构及物理特性 液体的微观结构及物理特性 1 1 从宏观看 从宏观看 因为液体介于气体和固体之间 所以液体既像固体具有一定的体积 不易压缩 又像气 体没有形状 具有流动性 2 2 从微观看有如下特点 从微观看有如下特点 液体分子密集在一起 具有体积不易压缩 分子间距接近固体分子 相互作用力很大 液体分子在很小的区域内有规则排列 此区域是暂时形成的 边界和大小随时改变 并且杂乱无章排列 因而液体表现出各向同性 液体分子的热运动虽然与固体分子类似 但无长期固定的平衡位置 可在液体中移动 因而显示出流动性 且扩散比固体快 2 2 液体的表面张力 液体的表面张力 如果在液体表面任意画一条线 线两侧的液体之间的作用力是引力 它的作用是使液体 面绷紧 所以叫液体的表面张力 3 3 浸润和不浸润 浸润和不浸润 将玻璃放入水中取出来 玻璃上沾一层水 此现象为浸润现象 将玻璃放入水银中取出 来 玻璃上无水银痕迹 此现象为不浸润现象 对玻璃来说 水是浸润液体 水银是不浸 润液体 产生浸润和不浸润现象的原因是液体和固体接触处形成一个液体薄层的附着层 附着层 的液体分于既受到固体分子吸引力作用 同时受到液体内部分子的吸引力作用 当 形成浸润现象 当 形成不浸润现象 如用墨水在纸上写字 纸被墨水漫润 留下字体 所以墨水是纸的浸润液体 同理 水是毛巾的浸润液体 水是羽毛的不浸润液 体 4 4 毛细现象 毛细现象 把水装在玻璃管里 由于水是玻璃的浸润液体 液体就上升 把水银装在玻璃管里 由 于水银是玻璃的不浸润液体 水银就下降 把浸润液体在毛细管里上升的现象和不浸润液 体在毛细管里下降的现象 叫做毛细现象 能发生毛细现象的管叫毛细管 产生毛细现象的原因 是附着层内液面的液体分子受力使附着层液面上升 下降 液 面弯曲使液面变大 而表面张力的收缩使液面减少 液体上升 下降 直至表面张力与 上升 或下降 的液柱所受的重力相平衡为止 特别提醒 特别提醒 毛细现象是浸润和不浸润及表面张力共同作用而形成的结果 毛细管越细 毛细现象越明显 毛细现象在日常生活中有许多应用 疑难导析疑难导析 表面张力的解释 表面张力的解释 我们知道分子间的距离大于某一数值时 分子力表现为引力 小于这个数值时表现为 斥力 如果分子间的距离等于 分子力为 0 在液体内部 分子间的距离在左右 而 在表面层 分子比较稀疏 分子间的距离大于 如图所示 因此分子间的作用表现为 相互吸引 特别提醒 特别提醒 表面张力使液体自动收缩 由于有表面张力的作用 液体表面有收缩到最小的趋势 表面张力的方向跟液面相切 表面张力的形成原因是表面层 液体跟空气接触的一个薄层 中分子间距离大 分子 间的相互作用表现为引力 表面张力的大小除了跟边界线长度有关外 还跟液体的种类 温度有关 液体表面具有收缩趋势的原因是 A 液体可以流动 B 液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离 C 与液面接触的容器壁的分子 对液体表面分子有吸引力 D 液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离 答案 答案 D 解析 解析 由于液体表面层里分子间的距离大于液体内部分子间的距离 所以表面层里分子 间的相互作用表现为引力 这种引力使液体表面层的相邻部分之间有相互吸引的力 即表 面张力 表面张力使液体表面具有收缩的趋势 选项 D 正确 知识点三知识点三 液晶液晶 知识梳理知识梳理 1 1 液晶的物理性质 液晶的物理性质 液晶具有液体的流动性 又具有晶体的光学各向异性 2 2 液晶分子的排列特点 液晶分子的排列特点 液晶分子的位置无序 但排列是有序的 疑难导析疑难导析 液晶的性质和特点 1 1 液晶态的分子排列 液晶态的分子排列 组成晶体的物质微粒 分子 原子或离子 依照一定的规律在空间有序排列 构成空间 点阵 所以表现为各向异性 液体却表现为分子排列无序性和流动性 液晶呢 分子既保 持排列有序性 保持各向异性 又可以自由移动位置无序 因此也保持了流动性 2 2 液晶的特点 液晶的特点 液晶分子的位置无序使它像液体 排列有序使它像晶体 3 3 液晶的光学性质对外界条件的变化反应敏捷 液晶的光学性质对外界条件的变化反应敏捷 液晶分子的排列是不稳定的 外界条件和微小变动都会引起液晶分子排列的变化 因而 改变液晶的某些性质 例如温度 压力 摩擦 电磁作用 容器表面的差异等 都可以改 变液晶的光学性质 如计算器的显示屏 外加电压液晶由透明状态变为混浊状态 4 4 液晶的外形特征 液晶的外形特征 液晶物质都具有较大的分子 分子形状通常是棒状分子 碟状分子 平板状分子 关于液晶 下列说法中正确的有 A 液晶是一种晶体 B 液晶分子的空间排列是稳定的 具有各向异性 C 液晶的光学性质随温度的变化而变化 D 液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 答案 答案 CD 解析 解析 液晶的微观结构介于晶体和液体之间 虽然液晶分子在特定方向排列比较整齐 具有各向异性 但分子的排列是不稳定的 选项 A B 错误 外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化 从而改变液晶的某些性质 温度 压力 外加电压等因素变化时 都会改变液晶的光学性质 选项 C D 正确 综上所述 该题的答案为 C D 知识点四知识点四 物态变化中的能量交换物态变化中的能量交换 知识梳理知识梳理 1 1 熔化 熔化 1 熔点跟物质的种类有关 还受压强的影响 2 晶体有一定的熔点 在压强一定时 熔化热为一定值 非晶体没有确定的熔点 也 没有确定的熔化热 3 熔化热的单位 焦 千克 2 2 汽化 汽化 1 汽化有两种方式 蒸发和沸腾 蒸发在任何温度下都能发生 沸腾只在一定的温度 下才会发生 这个温度就是液体的沸点 2 物体的汽化热与温度和压强有关 3 汽化热的单位 焦 千克 疑难导析疑难导析 1 1 为何晶体熔化时要从外界吸热 而温度又不升高 为何晶体熔化时要从外界吸热 而温度又不升高 结合分子动理论 对晶体熔化的过程可分为三个阶段进行分析 1 开始熔化之前 从外界获得的能量 主要用来增加微粒的平均动能 因而物体的温 度升高 因热膨胀而体积变化引起的势能变化可不考虑 2 熔化过程 晶体从外界获得的能量 完全用来破坏晶体内部微粒的规则排列 克服 微粒间引力做功 只增加微粒的势能 而不增加微粒的动能 所以晶体在熔化过程中温度 保持不变 3 熔化终了之后 晶体全部由固态变为液态 继续加热 液体升温 于是分子平均动 能增大 2 2 影响饱和汽压的因素 影响饱和汽压的因素 1 1 饱和汽压跟液体的种类有关 饱和汽压跟液体的种类有关 实验表明 在相同的温度下 不同液体的饱和汽压一般是不同的 挥发性大的液体 饱 和汽压大 例如 20 时 乙醚的饱和汽压为 5 87Pa 水为 2 34Pa 水银的饱和汽压很 小 20 时仅为 1 60Pa 所以水银气压计水银柱上方的空间可以认为是真空 2 2 饱和汽压跟温度有关 饱和汽压跟温度有关 微观解释 饱和汽压随温度的升高而增大 这是因为温度升高时 液体里能量较大的分 子增多 单位时间内从液面飞出的分子也增多 致使饱和汽的密度增大 同时分子热运动 的平均动能也增大 这也导致饱和汽压增大 3 3 饱和汽压跟体积无关 饱和汽压跟体积无关 微观解释 在温度不变的情况下饱和汽的压强不随体积而变化 其原因是 当体积增大 时 容器中汽的密度减小 原来的饱和汽变成了未饱和汽 于是液体继续蒸发 直到未饱 和汽成为饱和汽为止 由于温度没有改变 饱和汽的密度跟原来的一样 分子热运动的平 均动能也跟原来一样 所以压强不改变 体积减小时 容器中饱和汽的密度增大 回到液 体中的分子数多于从液面飞出的分子数 于是一部分汽变成液体 直到汽的密度减小到等 于该温度下饱和汽的密度为止 由于温度跟原来相同 饱和汽密度不变 分子热运动的平 均速率也跟原来相同 所以压强也不变化 一个有活塞的密闭容器内盛有饱和水汽与少量的水 则可能发生的现象是 A 温度保持不变 慢慢地推进活塞 容器内压强会增大 B 温度保持不变 慢慢地推进活塞 容器内压强不变 C 温度保持不变 慢慢地推出活塞 容器内压强会减小 D 不移动活塞而将容器放在沸水中 容器内压强不变 答案 答案 B 解析 解析 根据饱和汽的特性 饱和汽压的大小与物质的性质有关 并随着温度的升高而增 大 但跟饱和汽的体积无关 所以在温度不变时 饱和汽压不随体积变化 因而 B 正确 其余的现象均不可能发生 答案为 B 典型例题透析典型例题透析 题型一题型一 晶体的微观结构假说的应用晶体的微观结构假说的应用 1 假说的依据 假说的提出是根据晶体外形的规则性和物理性质的各向异性 2 实验证实 人们用 X 射线和电子显微镜对晶体的内部结构进行研究后 证实了这种 假说是正确的 3 微观结构理论的内容包括 组成晶体的物质微粒 分子 原子或离子 是依照一 定的规律在空间中整齐的排列的 微粒的热运动特点表现为在一定的平衡位置附近不停 地做微小振动 4 熔点的解释 给晶体加热到一定温度时 一部分微粒有足够的动能 克服微粒间的 作用力 离开平衡位置 使规则的排列被破环 晶体开始熔解 熔解时晶体吸收的热量全 部用来破环规则的排列 温度不发生变化 5 有的物质有几种晶体 是因为它们的物质微粒能形成不同的晶体结构 1 1 关于晶体和多晶体 下列说法正确的是 A 有规则的几何外形的固体一定是晶体 B 晶体在物理性质上一定是各向异性的 C 晶体熔化时具有一定的熔点 D 晶体和非晶体在适当的条件下是可能相互转化 的 解析 解析 因为外形是否规则可以用人工的方法处理 所以选项 A 是错误的 因为晶体可分为单晶体和多晶体 而多晶体在物理性质上是各向同性的 所以选项 B 也 是错误的 因为晶体在物理性质上的重要特征之一是具有一定的熔点 所以选项 C 正确 理论和实验都证明非晶体是不稳定状态 在适当的条件下会变成晶体 因此选项 D 正确 答案 答案 CD 总结升华 总结升华 晶体与非晶体的区别主要表现在有无确定的熔点上 而不能依据是否有规则 的几何外形辨别 因为虽然单晶体有规则的几何外形 但多晶体与非晶体一样都没有规 则的几何外形 举一反三举一反三 变式变式 如图所示是一块密度 厚度均匀的矩形被测样品 长 AB 为宽 CD 的两倍 若用 万用表沿两对称轴测其电阻均为 R 这块样品可能是 A 金属 B 多晶体 C 单晶体 D 非晶体 答案 答案 C 解析 解析 由图可知 电阻的长度为的 2 倍 横截面积是的 对于同种材料 的导体 用万用表测得 说明该材料沿 AB 方向导电性能比 CD 方向导电性能好 表现出各向异性 因而该样品是单晶体 因而应选 C 题型二题型二 表面张力的应用表面张力的应用 液体表面张力产生的原因是液体与空气的交界处分子因为蒸发而变的稀疏 分子间表现 引力 使整个液面有收缩的趋势 2 2 以下说法正确的是 A 小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中是液体表面张力在起作用 B 小木块能够浮于水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果 C 缝衣针浮在水面上不下沉是重力和水的浮力平衡的结果 D 喷泉喷射到空中的水形成一个个球形的小水珠是表面张力作用结果 思路点拨 思路点拨 浮力的实质是物体在下表面与上表面所受的压力之差 表面张力的实质是液 体表面层内各部分之间的相互吸引力 是分子力的宏观体现 需要注意的是 表面张力作 用于液体的表面层里 并不是作用于液面上的物体上 昆虫与缝衣针漂浮于水面上是表面 张力在起作用 其作用是在水面上形成一个膜 表面层 正是这个膜托住了昆虫与缝衣 针 即膜对它们的支持力与其重力平衡 当然 在与缝衣针和昆虫下边缘接触的凹形水膜 表面层 中形成的表面张力的竖直分量的总和就等于膜对缝衣针或昆虫的支持力 而支 持力又等于其重力 这才是本质问题 解析 解析 仔细观察可以发现 小昆虫在水面上站定或行进过程中 其腿部位置比周围水面 稍下陷 但仍在水面上而未陷入水中 就像踩在柔韧性非常好的膜上一样 因此这是液体 的表面张力在起作用 浮在水面上的缝衣针与小昆虫情况一样 故 A 正确 C 错 小木块 浮于水面上时 木块下部实际上已经陷入水中受到水的浮力作用 是浮力与重力平衡的结 果 而非表面张力在起作用 B 错 喷泉喷到空中的水分散时每一小部分的表面都有表面 张力在起作用且又处于失重状态 因而形成球状水珠 故 D 正确 答案 答案 AD 总结升华 总结升华 本题考查的是液体表面张力产生的原因以及表面张力与浮力的本质区别 举一反三举一反三 变式变式 液体表面张力产生的原因是 A 液体表面层分子较紧密 分子间斥力大于引力 B 液体表面层分子较紧密 分子间引力大于斥力 C 液体表面层分子较稀疏 分子间引力大于斥力 D 液体表面层分子较稀疏 分子间斥力大于引力 答案 答案 C 解析 解析 液体表面层分子间距离介于气体和液体之间 液体分子力可认为为零 则表面层 分子力表现为引力 故 C 正确 题型三题型三 液晶的考查液晶的考查 液晶是种很特殊的材料 它既像液体那样具有流动性 又像晶体那样在不同的方向上表 现出不同的光学性质 液晶可以随外界条件的不同 一会分子排列有序 一会分子排列又 杂乱无章 液晶显示器正是使用液晶的这一独特的光学特性对它进行调制 进而通过液晶 进行显示 3 3 关于液晶的下列说法中正确的是 A 液晶是液体和晶体的混合物 B 液晶分子在特定方向排列比较整齐 C 电子手表中的液晶在外加电压的影响下 能够发光 D 所有物质在一定条件下都能 成为液晶 解析 解析 液晶是某些特殊的有机化合物 在某些方向上分子排列规则 某些方向上杂乱 液晶本身不能发光 所以选项 A C D 错 选项 B 正确 答案 答案 B 总结升华 总结升华 液晶是液态晶体的简称 介于各向同性的液体与晶体之间的一种物质状态 液晶内部的分子在某些方向上呈现出有规则排列 因此 液晶的特点是既有液体的流动性 和连接性 又有晶体的光学 电磁学等方面的各向异性 举一反三举一反三 变式变式 关于液晶的以下说法正确的是 A 液晶态只是物质在一定温度范围内才具有的存在状态 B 因为液晶在一定条件下发光 所以可以用来做显示屏 C 人体的某些组织中存在液晶结构 D 笔记本电脑的彩色显示器 是因为在液晶中掺入了少量多色性染料 液晶中电场强度 不同时 它对不同色光的吸收强度不一样 所以显示出各种颜色 答案 答案 CD 解析 解析 液晶态可在一定温度范围或某一浓度范围存在 它对离子的渗透作用同人体的某 些组织 在外加电压下 对不同色光的吸收程度不同 应选 C D 第二部分第二部分 气体气体 知识要点梳理知识要点梳理 知识点一知识点一 压强的理解和计算压强的理解和计算 知识梳理知识梳理 1 1 静止或匀速运动系统中封闭气体压强的确定 静止或匀速运动系统中封闭气体压强的确定 1 1 液体封闭的气体的压强 液体封闭的气体的压强 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 熟练后可直接由压强平衡关系写出待测压强 不一定非要从力的平衡方程式 找起 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 选取等压面时要注意 等压面下一定要是同种液体 否则就没有压强相等的关系 2 2 固体 活塞或气缸 封闭的气体的压强 固体 活塞或气缸 封闭的气体的压强 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它各力的关系 2 2 加速运动系统中封闭气体压强的确定 加速运动系统中封闭气体压强的确定 要恰当地选择研究对象进行受力分析 然后依据牛顿第二定律列式求出封闭气体的压强 一般地 进行受力分析的研究对象选择为与封闭气体相联系的液柱 活塞或气缸等 该解 法的实质就是把要求解的热学中的压强问题转化为力学问题 特别提醒 特别提醒 气体问题中应用牛顿第二定律列式时 式中气体压力中的 p 必须 采用国际单位 如题中告诉压强为 75cmHg 则应写成 Pa 疑难导析疑难导析 1 1 气体的压强与大气压强 气体的压强与大气压强 因密闭容器中的气体密度一般很小 由气体自身重力产生的压强极小 可以忽略不计 故气体压强由气体分子碰撞器壁产生 与地球引力无关 气体对上下左右器壁的压强大小 都是相等的 大气压强却是由于空气受到重力作用而产生的 由于地球引力作用的原因 大气层的分 子密度上方小下方大 从而使得大气压强的值随高度而减小 2 2 求解气体的压强时 应注意 求解气体的压强时 应注意 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 全自动洗衣机有一个水位开关 它是一个压力开关 水位开关的工作原理是利用 开关内的空气室里的空气随着水位上升所增加的压力 使开关动作 关闭水阀 在排水时 随着水位的下降 空气室内的压力随之下降 开关回复到初始位置 从图中可看到当水注 进洗衣桶后 空气很快被封闭在左侧小管中 随着水位的上升 封闭空气的压强增大 通 常桶内外液面差约为 15 35cm 水的密度为 1 103kg m3 标准大气压为p0 1 105Pa 求 1 封闭空气的压强数值大约有多少 2 若橡胶膜片的半径为 2 5cm 则压缩空气对橡胶膜片的压力有多少 解析 解析 1 封闭空气的压强数值可根据洗衣桶的水位差来确定 根据得 封闭空气的压强在 1 015Pa 到 1 034Pa 之间 2 根据得 压缩空气对橡胶膜片的压力在 199 N 到 203 N 之间 知识点二知识点二 气体实验定律气体实验定律 知识梳理知识梳理 1 1 气体实验定律 气体实验定律 1 1 等温变化 等温变化 等温变化 一定质量的气体 在温度不变的情况下其压强随体积的变化关系 玻意耳定律 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 公式 或 或 常量 2 2 等容变化 等容变化 等容变化 一定质量的气体在体积不变的情况下 压强随温度的变化关系 查理定律 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 公式 或或 常量 3 3 等压变化 等压变化 等压变化 一定质量的气体在压强不变的情况下 体积随温度的变化关系 盖 吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体 在压强不变的情况下 体积 V 与热力学温度 T 成正比 公式 或或 常量 2 2 气体实验定律三种图线的对比 气体实验定律三种图线的对比 定律 变化过程 同一气体的两条图线 图线特点 玻 意 耳 定 律 等 温 变 化 A 在图中是双曲线 由知 T 越大 值越大 所以远离原点的等温线温度越高 即 B 在图中是通过原点的倾斜直线 由 知 斜率越大 T 越大 查 理 定 律 等 容 变 化 A 在图中是通过 t 轴上 273 15 的直线 由于 在同一温度 如 0 下同一气体的压强大时 体积小 所以 B 在图中是通过原点的倾斜直线 由 得 可见体积 V 大时斜率小 所 以 盖 吕 萨 克 定 律 等 压 变 化 A 在图中是通过 t 轴上一 273 15 的直线 由于 在同一温度 如 0 下同一气体的体积大时 压强小 所以 B 在图中是通过原点的倾斜直线 由 得 可见压强 p 大时斜率小 所 以 特别提醒 特别提醒 在应用气体图象分析问题时 一定要看清纵 横坐标所代表的物理量 尤其 是横坐标表示的是摄氏温度还是热力学温度 疑难导析疑难导析 1 1 处理气体状态变化的常用方法 处理气体状态变化的常用方法 1 1 极端分析法 合理外推法 极端分析法 合理外推法 在具体的物理问题中 把某变化条件合理外推到区间的两端 则由物理概念或规律将矛 盾迅速暴露出来 从而缩短分析的时间 提高判断的效率 避免繁琐的计算 特别提醒 特别提醒 极端分析法对定性处理选择题 填空题中增大 减小 向左 向右等问题时特别方便 但对先增后减或先减后增的情况不适用 合理外推 不能违背物理概念 规律的约束 应在题设物理情景 条件变化范围内 外推 2 2 假设法 假设法 先假设某一个量 如 封闭气体的体积 水银面的相对位置等 不变 判断出封闭物的 平衡条件是否被破坏 进而判断出封闭物的相对移动方向 3 3 利用图线分析气体状态的变化 利用图线分析气体状态的变化 有些气体状态变化的问题利用图象也可以很方便地进行分析判断 利用图象分析判断问题 首先要对图线的意义 斜率等 有正确的理解 其次能根据题 给变化过程从三种图象 中选取便于进行讨论的一种 再就是 能根据题给变化过程正确地画出图线 2 2 对气体图象的讨论 对气体图象的讨论 1 1 直线形图线给出的关系式 直线形图线给出的关系式 从图中可得等压过程中 同理可得等容过程中 上述两关系式在比例法解题中经常用到 2 2 由图线讨论理想气体的功 热量和内能 由图线讨论理想气体的功 热量和内能 等温线 一定质量的理想气体 a b 等温降压膨胀 内能不变 吸热等于对外做功 b c 等容升温升压 不做功 吸热等于内能增加 c a 等压降温收缩 外界做功和内能减少等于放热 等容线 一定质量的理想气体 状态及能量变化同等温线 等压线 一定质量的理想气体 a b 等温升压收缩 内能不变 外界做功等于放热 b c 等压升温膨胀 吸热等于内能增加和对外做功 c a 等容降温降压 内能减少等于放热 特别提醒 特别提醒 气体状态变化过程 一定同时满足状态方程和能量守恒定律 如图所示 气缸中封闭着温度为 100 的空气 一重物用绳索经滑轮跟缸中活塞 相连接 重物和活塞都处于平衡状态 这时活塞离气缸底的高度为 10cm 如果缸内空气变 为 0 重物将上升 cm 解析 解析 汽缸中封闭气体做等压变化 由得 解得 h 2 68cm 知识点三知识点三 理想气体状态方程理想气体状态方程 知识梳理知识梳理 1 1 理想气体 理想气体 1 1 宏观上讲 宏观上讲 理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体 实际气体在压强不太大 温 度不太低的条件下 可视为理想气体 2 2 微观上讲 微观上讲 理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力 分子本身没有体积 即它所占据的空间认为 都是可以被压缩的空间 特别提醒 特别提醒 理想气体是不存在的 它是实际气体在一定程度的近似 是一种理想化的模 型 理想气体 如同力学中的 质点 一样 是一种理想的物理模型 是一种重要的物 理研究方法 对 理想气体 研究得出的规律在很大温度范围和压强范围内都能适用于实 际气体 因此它是有很大实际意义的 2 2 理想气体状态方程 理想气体状态方程 1 1 内容 内容 一定质量的某种理想气体在从一个状态 1 变化到另一个状态 2 时 尽管 p V T 都可能 改变 但是压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变 这就叫作一定质量的理想气 体的状态方程 2 2 表达式 表达式 或 在中 恒量 C 与气体的种类和质量无关 即只要物质的量相同 C 就相同 3 3 适用条件 适用条件 一定质量 理想气体 4 4 推导 利用任何两个等值变化过程 推导 利用任何两个等值变化过程 例如 从状态 1状态 C状态 2 由和联立即得 3 3 几个有用的推论 几个有用的推论 1 查理定律的推论 2 盖 吕萨克定律的推论 3 理想气体状态方程的推论 a 密度方程 b 分态式方程 特别提醒 特别提醒 1 运用 式可以解决温度变化时水银柱的移动问题 要注意温度升高时 水银柱向压 强增加少的一侧移动 温度降低时 水银柱向压强减少量多的一侧移动 2 一般利用 式求解变质量问题 但也可解决定质量问题 疑难导析疑难导析 1 1 对理想气体状态方程从以下几点理解 掌握 对理想气体状态方程从以下几点理解 掌握 1 适用对象 一定质量的理想气体 2 应用理想气体状态方程的关键是 对气体状态变化过程的分析和状态参量的确定 即 一过程六参量 3 应用理想气体状态方程解题的一般思路和步骤 运用理想气体状态方程解题前 应确定在状态变化过程中保持质量不变 解题时 第一 必须确定研究对象 即某一定质量的气体 分析它的变化过程 第二 确定初 末两状态 正确找出初 末两状态的六个状态参量 特别是压强 第三 用理想气体状态方程列式 并求解 4 注意方程中各物理量的单位 T 必须是热力学温度 公式两边中 p 和 V 单位必须统 一 但不一定是国际单位 2 2 对有相互联系的两部分 或几部分 气体 我们简称之为 对有相互联系的两部分 或几部分 气体 我们简称之为 关联气体关联气体 研究该类问题时 一般也要先对各部分气体做 隔离体 即先分别以各部分气体为研 究对象 分析状态参量 根据变化特征列出状态方程 然后分析关联气体间压强的关系 体积的关系等 建立相应的辅助方程 3 3 对讨论型 判断型的气体问题分析 对讨论型 判断型的气体问题分析 有一些气体问题 若根据题给条件作定性分析 会发现气体的末状态不能被唯一确定 具有多种可能性 不同的可能性与不同的外界条件相对应 这就形成了两种类型的气体问 题 一种类型的问题是要对气体的各种可能状态一一进行讨论 讨论型 分析找出每种 可能状态成立的条件及其结论 另一类型的问题是要根据题给条件 进一步定量地分析判 断 判断型 看看究竟哪种可能状态是符合题意的真实状态 继而对该种状态进行研究 分析求解这两种类型的问题 都要求考虑问题必须全面 对各种可能性都要考虑到 还 要善于找出气体状态发生转折和突变的临界状态 确定出临界状态时对应的一些临界值 用销钉固定的活塞把水平放置的容器隔成 A B 两部分 其体积之比 如图所示 起初 A 中有温度为 127 压强为的空气 B 中有 压强为 温度为 27 的空气 拔出销钉后使活塞无摩擦地移动 不漏气 由 于器壁缓慢导热 最后温度都变成 27 活塞也停止住 求最后 A 中气体的压强 解析 解析 对 A 部分气体 初态 末态 由状态方程得 即 对 B 部分气体 初态 末态 由状态方程得 即 又对 A B 两部分气体 由 联立得 知识点四知识点四 气体分子运动的特点气体分子运动的特点 知识梳理知识梳理 1 1 气体分子运动的特点 气体分子运动的特点 1 气体分子之间的距离很大 大约是分子直径的 10 倍 在空间能够自由移动 可以 充满它所能达到的空间 2 分子的运动杂乱无章 在某一时刻 向着任何一个方向运动的分子都有 而且向各 个方向运动的气体分子数目都相等 3 每个气体分子都在做永不停息的运动 常温下大多数气体分子的速率都达到数百米 每秒 在数量级上相当于子弹的速率 4 大量分子的热运动与统计规律有关 单个分子的运动没有什么规律 速率分布表现 为 中间多 两头少 2 2 气体压强的产生 气体压强的产生 从分子动理论的观点看 气体的压强是大量气体分子对容器碰撞而产生的 从微观角度 看 气体压强的大小跟两个因素有关 一个是平均动能 一个是分子密度 气体分子的平均动能越大 分子撞击器壁时对器壁产生的作用力越大 气体的压强就越 大 而温度是分子平均动能的标志 可见气体的压强跟温度有关 气体分子越密集 每秒撞击器壁单位面积的分子越多 气体的压强就越大 一定质量的 气体体积越小 分子越密集 可见气体的压强跟体积有关 特别提醒 特别提醒 气体的压强 容器中的大量气体分子对器壁的频繁碰撞 就对器壁产生一个持续的均 匀的压力 而器壁单位面积上受到的压力就是气体的压强 决定气体压强大小的因素 对于质量一定的某种气体 气体的密度越大 单位体积内 分子数就越多 气体的温度越高 分子的平均速率越大 所以从宏观上说 气体压强的大 小是由气体的密度和温度共同决定的 气体密度越大 温度越高 气体的压强就越大 疑难导析疑难导析 对气体实验定律的微观解释 1 1 玻意耳定律的微观解释 玻意耳定律的微观解释 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 反之亦然 所以气体的压强与体积成反比 2 2 查理定律的微观解释 查理定律的微观解释 一定质量的理想气体 说明气体总分子数 N 不变 气体体积 V 不变 则单位体积内的分 子数不变 当气体温度升高时 说明分子的平均动能增大 则单位时间内跟器壁单位面积 上碰撞的分子数增多 且每次碰撞器壁产生的平均冲力增大 因此气体压强 p 将增大 3 3 盖 盖 吕萨克定律的微观解释吕萨克定律的微观解释 一定质量的理想气体 当温度升高时 气体分子的平均动能增大 要保持压强不变 必须减小单位体积内的分子个数 即增大气体的体积 一个密闭的绝热容器中 有一个绝热的活塞将它隔成 A B 两部分空间 在 A B 两部分空间内封有相同质量的空气 开始时活塞被销钉固定 A 部分气体的体积大于 B 部分气体的体积 温度相同 如图所示 若拔出销钉后 达到平衡时 A B 两部分气体 体积为 则 A B C D 条件不足 不能确定 答案 答案 A 解析 解析 气体的压强与气体分子密度和温度有关 分子密度越大 温度越高 压强越大 开始时 A 的体积大于 B 的体积 则 A 的气体分子密度小于 B 气体分子密度 又它们的温度 相同 所以 A 的压强小于 B 的压强 拔出销钉后 活塞向 A 气体方向移动 活塞对 A 气体 做功 而 B 气体对活塞做功 使 A 的气体分子密度增大 温度升高 B 气体分子密度减小 温度降低 直至 A B 两部分气体压强相等 此时 A 的温度高于 B 的温度 又因为最终 A B 两部分气体压强相等活塞才能静止 而它们质量相等 A 的温度高于 B 的温度 所以 A 的气体分子密度小于 B 气体分子密度 则 典型例题透析典型例题透析 题型一题型一 气体实验定律的应用气体实验定律的应用 明确气体状态变化的过程属于等温 等容及等压过程的哪一种是求解气体状态变化问题 的关键 分析气体状态变化过程的特征 主要从以下两个方面入手 一是根据题目的条件 进行论证 如从力学角度分析压强情况 判断是否属于等压过程 二是注意挖掘题目的 隐含条件 如缓慢压缩导热良好的气缸中的气体 意味着气体温度与环境保持相等 1 1 如图所示 汽缸放置在水平平台上 活塞质量为 10kg 横截面积 50 厚 度 1cm 汽缸全长 20cm 汽缸质量 20Kg 大气压强为Pa 当温度为 7 时 活塞封 闭的气柱长 10cm 若将汽缸倒过来放置时 活塞下方的空气能通过平台上的缺口与大气相 通 g 取 10 求 1 气柱多长 2 当温度多高时 活塞刚好接触平台 思路点拨 思路点拨 先以活塞为研究对象进行受力分析 求出汽缸倒置前后封闭气体的压强 再 由玻意耳定律即可求出 1 问 明确汽缸倒置后升温过程为等压变化从而解答 2 问 解析 解析 1 设汽缸倒置前后被封闭气体的压强分别为和 气柱长度分别为和 倒置过程为等温变化 由玻意耳定律可得 所以 2 设倒置后升温前后封闭气柱温度分别为和 升温后气柱长度为 则 升温过程为等压变化 由盖 吕萨克定律可得 所以 即温度升高到 100 时 活塞刚好接触平台 总结升华 总结升华 解 2 问时误认为汽缸刚好接触平台 借助汽缸求出气体的压强 应用理想 气体的状态方程得出错误结果 举一反三举一反三 变式变式 一足够高的直立气缸上端开口 用一个厚度不计的活塞封闭了一段高为 80cm 的 气柱 活塞的横截面积为 0 01 活塞与气缸间的摩擦不计 气缸侧壁通过一个开口与 U 形管相连 开口离气缸底部的高度为 70cm 开口管内及 U 形管内的气体体积忽略不计 已知如图所示状态时气体的温度为 7 U 形管内水银面的高度差 5cm 大气压强 Pa 保持不变 水银的密度 求 1 活塞的重力 2 现在活塞上添加沙粒 同时对气缸内的气体加热 始终保持活塞的高度不变 此过 程缓慢进行 当气体的温度升高到 37 时 U 形管内水银的高度差为多少 3 保持上一问中的沙粒质量不变 让气缸内的气体逐渐冷却 那么当气体的温度至少 降为多少时 U 形管内的水银面变为一样高 解析 解析 1 活塞的重力 10 0 05 0 01 N 68N 2 气缸内的气体的压强 因为活塞的位置保持不变 所以 气缸内的气体近似做等容变化 由可得 0 134m 3 气体温度下降时 气体的体积会减小 当活塞向下移动到开口下方时 U 形管的两 臂均与大气相通 两侧液面变为一样高 在此前气体做等压变化 根据可得 题型二题型二 由热学图象判断气体的状态变化由热学图象判断气体的状态变化 1 看图象应先看坐标轴表示的物理意义 然后搞清图象上每一点表