物理高考大一轮复习课件第十一章热学第2讲固体液体气体

1、一、晶体和非晶体,二、液体的表面张力、液晶的微观结构 1.液体的表面张力 (1)概念:液体表面各部分间互相吸引的力。 (2)作用:液体的表面张力使液面具有收缩到表面积最小的趋势。 (3)方向:表面张力跟液面相切,且跟这部分液面的分界线垂直。 (4)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。 2.液晶 (1)液晶分子既保持排列有序而显示各向异性,又可以自由移动位,置,保持了液体的流动性。 (2)液晶分子的位置无序使它像液体,排列有序使它像晶体。 (3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐,而从另外一个方向看则是 杂乱无章的。 (4)液晶的物理

2、性质很容易在外界的影响下发生改变。 三、气体实验定律理想气体的状态方程 1.气体的状态参量: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,产生持续而稳定的压力。 (2)大小:气体的压强在数值上等于气体作用在单位面积上的压力。 (3)公式:p=。 3.气体实验定律 (1)等温变化玻意耳定律 a.内容:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比; b.公式:p1V1=p2V2或pV=C(常数),(2)等容变化查理定律 a.内容:一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强与热力学温度成正比; b.公式:=或=C(常数); (

3、3)等压变化盖吕萨克定律 a.内容:一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,其体积与热力学温度成正比; b.公式:=或=C(常数); 4.理想气体的状态方程,(1)理想气体:在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气 体。 (2)一定质量的理想气体的状态方程:=或=C(常数)。 四、饱和汽、未饱和汽和饱和汽压湿度 1.饱和汽与未饱和汽 (1)饱和汽:与液体处于动态平衡的蒸汽。 (2)未饱和汽:没有达到饱和状态的蒸汽。 2.饱和汽压 (1)定义:饱和汽所具有的压强。,(2)特点:饱和汽压随温度而变。温度越高,饱和汽压越大,且饱和汽压与饱和汽的体积无关。 3.湿度 (1)定义:空气的潮湿程度。

4、(2)描述湿度的物理量。 a.绝对湿度:空气中所含水蒸气的压强; b.相对湿度:在某一温度下,空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比,称为空气的相对湿度,即 相对湿度=,1.(1)气体的压强是由气体的自身重力产生的。() (2)物理性质各向同性的物体一定是非晶体。() (3)有无确定的熔点是区分晶体和非晶体比较准确的方法。() (4)液晶具有液体的流动性,又具有晶体的光学各向异性。() (5)一定质量的100 的水蒸气液化成100 的水时,分子平均动能不变,内能也不变。() (6)一定质量的理想气体,保持气体的温度不变,体积越大,压强越大。(),答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)

5、,2.(多选)关于晶体和非晶体的几种说法中,正确的是() A.不具有规则几何形状的物体一定不是晶体 B.单晶体的物理性质与方向有关,这种特性叫做各向异性 C.若物体表现为各向同性,它就一定是非晶体 D.晶体有一定的熔化温度,非晶体没有一定的熔化温度 答案BD考查晶体、非晶体、多晶体和单晶体的特点及区别。单晶 体具有各向异性,多晶体具有各向同性,单晶体有天然规则外形,多晶体没有规则外形;晶体与非晶体的区别在于晶体有固定熔点。,3.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

6、D.液体表面层分子较稀疏,分子间斥力大于引力 答案C液体表面层分子间距离介于气体和固体之间。分子比较稀疏, 分子间的距离大于r0,因此分子间的作用表现为相互吸引,则表面层分子力表现为引力,故C正确。,4.(多选)封闭在汽缸内一定质量的气体,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少 D.每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多 答案BD封闭气体的体积不变,温度升高时,气体分子的平均动能增 大,压强增大,而分子的密集程度不变,所以气体分子的密度不变。压强增大,每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多,故A、C错误,B、D正

7、确。,1.对两种气体压强的理解 (1)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。 地面大气压的值与地球表面积的乘积,近似等于地球大气层所受的重力值。 (2)气体压强 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,重难一对压强的理解和计算,可忽略不计。 气体压强是由气体分子频繁碰撞器壁产生的。 气体压强由气体的密度和温度决定。 密闭容器中气体对器壁的压强处处相等。 2.气体压强的计算 (1)在气体流通的区域,各处压强相等,如容器与外界相通,容器内外压强相等;用细管相连的容器,平衡时两边气体压强相等。 (2)液体内深为h处的总压强p=p0+g

8、h,式中的p0为液面上方的压强,在水银内,用cmHg作单位时可表示为p=H+h。 (3)连通器内静止的液体,同种液体在同一水平面上各处压强相等。,(4)求用固体(如活塞)或液体(如液柱)封闭在静止的容器内的气体压强,应对固体或液体进行受力分析,然后根据平衡条件求解。 (5)当封闭气体所在的系统处于力学非平衡的状态时,欲求封闭气体的压强,首先选择恰当的对象(如与气体关联的液柱、活塞等),并对其进行正确的受力分析(特别注意内、外气体的压力),然后根据牛顿第二定律列方程求解。,典例1如图所示,一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置,金属圆块A的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的夹角为。圆

9、块的质,量为M,不计圆块与容器内壁之间的摩擦,若大气压强为p0,则被圆块封闭在容器中的气体的压强p为() A.p0+Mg cos /SB.p0/cos +Mg/(S cos ) C.p0+Mg cos2 /SD.p0+Mg/S,解析对圆块进行受力分析:重力Mg,大气压的作用力p0S,封闭气体对它 的作用力pS/cos ,容器侧壁的作用力F1和F2,如图所示。由于不需要求出侧,壁的作用力,所以只考虑竖直方向合外力为零,就可以求被封闭的气体压强。圆块在竖直方向上合外力为零,有 p0S+Mg=(pS/cos )cos ,即p=p0+Mg/S。故D选项正确。 答案D,1-1如图所示,只有一端开口的U形

10、玻璃管,竖直放置,用水银封住两段空气柱和,大气压为p0,水银柱高为压强单位,那么空气柱的压强p1为 () A.p1=p0+hB.p1=p0-h C.p1=p0+2hD.p1=p0,解析取左侧h高水银柱为研究对象,受力如图所示,其中p0S+Shg是右侧 气体给左侧h高水银柱的向上压力(连通器原理),则由平衡条件知p0S+,Shg=p1S+Shg,解得p1=p0,D正确。,答案D,1.气体的三个状态参量间的微观解释,重难二对气体实验定律的理解和应用,2.理想气体的状态方程与气体实验定律 (1)理想气体的状态方程与气体实验定律的关系: = (2)几个重要的推论: 查理定律的推论:p=T 盖吕萨克定律

11、的推论:V=T,理想气体的状态方程的推论:=+,典例2把一定质量的理想气体用活塞封闭在导热的汽缸内,活塞相对于底部的高度为h,可沿汽缸无摩擦地滑动,整体放在冰水混合物中。取一小盒砂子缓慢地倒在活塞的上表面上。砂子倒完时,活塞下降了h/4。再取相同质量的一小盒砂子缓慢地倒在活塞的上表面上。外界的压强和温度始终保持不变,求第二次倒完砂子时活塞距汽缸底部的高度是多少?在第二次倒砂子的过程中外界对气体做功145 J,封闭气体吸热还是放热,热量是多少?,解析设大气和活塞对气体的总压强为p0,一小盒砂子对气体产生的压 强为p,由玻意耳定律得 p0h=(p0+p)(h-h),解得p=p0 再加一小盒砂子后,

12、气体的压强变为p0+2p。设第二次加砂子后,活塞的高度为h,则 p0h=(p0+2p)h,解得h=h 因温度不变,U=0,由热力学第一定律Q+W=0,则Q=-W=-145 J,故放出热量145 J。 答案h放热145 J,应用气体实验定律或理想气体的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)及过程变化特点; (2)确定气体在始、末状态的参量,列出相关联的两部分气体的压强、体积,的关系式; (3)结合气体实验定律或理想气体状态方程列式求解; (4)讨论结果的合理性。,2-1一定质量理想气体的p-V图象如图所示,其中ab为等容过程,bc为等压过程,ca为等温过程,已知气体在

13、状态a时的温度Ta=300 K,在状态b时的体积Vb=22.4 L,求: 气体在状态c时的体积Vc; 试比较气体由状态b到状态c过程从外界吸收的热量Q与对外做功W的大小关系,并简要说明理由。,答案67.2 L见解析 解析气体从ca为等温变化,根据玻意尔定律得 paVa=pcVc 又ab为等容过程,所以Va=Vb=22.4 L Vc=67.2 L 气体由状态b到状态c为等压过程,由盖吕萨克定律可知体积增大时温度升高,所以气体内能U增大,由于bc气体对外做功,W为负值,气体吸热,Q为正值,由热力学第一定律U=Q+W可知,气体吸收热量Q大于气体对外做的功W。,一、液柱的移动问题的分析技巧 1.假设推

14、理法:根据题设条件,假设发生某种特殊的物理现象或物理过程,运用相应的物理规律及有关知识进行严谨的推理,得出答案。巧用假设推理法可以化繁为简,化难为易,简捷解题。 2.温度不变情况下的液柱移动问题的特点是:在保持温度不变的情况下改变其他题设条件,从而引起封闭气体的液柱的移动,或液面的升降,或气体体积的增减。解决这类问题通常假设液体不移动,或液面不升降,或气柱体积不变,然后从此假设出发,运用玻意耳定律等有关知识进行推论,求得答案。 3.用液柱或活塞隔开两部分气体,当气体温度变化时,液柱或活塞是否移,动?如何移动? 此类问题的特点是气体的状态参量p、V、T都发生了变化,直接判断液柱或活塞的移动方向比

15、较困难,通常先进行气体状态的假设,然后应用查理定律可以简单地求解。其一般思路为: (1)先假设液柱或活塞不发生移动,两部分气体均做等容变化。 (2)对两部分气体分别应用查理定律的分比形式p=p,求出每部分气体 压强的变化量p,并加以比较。 如果液柱或活塞两端的横截面积相等,则若p均大于零,意味着两部分气体的压强均增大,则液柱或活塞向p值较小的一方移动;若p均小于零,意味着两部分气体的压强均减小,则液柱或活塞向压强减小量较大的一方(即,|p|较大的一方)移动;若p相等,则液柱或活塞不移动。 如果液柱或活塞两端的横截面积不相等,则应考虑液柱或活塞两端的受力变化(pS),若p均大于零,则液柱或活塞向

16、pS较小的一方移动;若p均小于零,则液柱或活塞向|pS|值较大的一方移动;若pS相等,则液柱或活塞不移动。 注意要判断液柱或活塞的移动方向,则需要选择好研究对象,进行受力 分析,综合应用玻意耳定律、查理定律和力学规律进行推理和判断。,典例1两个容器A、B,用截面均匀的水平细玻璃管相通,如图所示,A、B所装气体的温度分别为17 和27 ,水银柱在管中央平衡,如果两边温度都升高10 ,则水银柱将() A.向右移动B.向左移动 C.不动 D.条件不足,不能确定 解析假设水银柱不动,A、B气体都做等容变化: =,= pA-pB=pA-pB =p,=p=0.001p0 所以水银柱向右移动。 答案A 二、

17、变质量问题的分析技巧 分析变质量问题时,可以通过巧妙地选择合适的研究对象,使这类问题转化为一定质量的气体问题,用气态方程求解。,典例2某容积为20 L的氧气瓶装有30 atm的氧气,现把氧气分装到容积为5 L的小钢瓶中,使每个小钢瓶中氧气的压强为5 atm,若每个小钢瓶中原有氧气压强为1 atm,问共能分装多少瓶?(设分装过程中无漏气,且温度不变) 解析设能够分装n个小钢瓶,则以氧气瓶中的氧气和n个小钢瓶中的氧 气整体为研究对象,分装过程中温度不变,故遵守玻意耳定律。 气体分装前后的状态如图所示,由玻意耳定律可知:,p1V1+np2V2=p1V1+np2V2, 即n= 。,因为p1=30 at

18、m,p2=1 atm,p1=p2=5 atm,V1=20 L,V2=5 L 。 所以n=25(瓶)。 答案25瓶,三、汽缸类问题的解题技巧 汽缸类问题是热学部分典型的物理综合问题,它需要考察气体、汽缸或活塞等多个研究对象,涉及热学、力学乃至电学等物理知识,需要灵活、综合地应用知识来解决问题。 1.解决汽缸类问题的一般思路 (1)弄清题意,确定研究对象,一般地说,研究对象分两类:一类是热学研究对象(一定质量的理想气体);另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。,(2)分析清楚题目所述的物理过程,对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程,依据气体定律列出方程;对力学研究对象要正确地进行受

19、力分析,依据力学规律列出方程。 (3)注意挖掘题目的隐含条件,如几何关系等,列出辅助方程。 (4)多个方程联立求解。对求解的结果注意检验它们的合理性。 2.汽缸类问题的几种常见类型 (1)气体系统处于平衡状态,需综合应用气体定律和物体的平衡条件解题。 (2)气体系统处于力学非平衡状态,需要综合应用气体定律和牛顿运动定律解题。 (3)封闭气体的容器(如汽缸、玻璃管等)与气体发生相互作用的过程中,如,果满足守恒定律的适用条件,可根据相应的守恒定律解题。 (4)两个或多个汽缸封闭着几部分气体,并且汽缸之间相互关联的问题,解答时应分别研究各部分气体,找出它们各自遵循的规律,并写出相应的方程,还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式,最后联立求解。 注意当选取力学研究对象进行分析时,研究对象的选取并不唯一,可以灵活地选整体或部分为研究对象