高考物理一轮复习 第十三章 热学 第2节 固体 液体 气体课件 新人教版.ppt

第2节固体液体气体 2 一 固体1 分类固体分为晶体和非晶体两类 晶体分单晶体和多晶体 3 2 晶体与非晶体的比较 4 二 液体1 液体的表面张力 1 作用 液体的表面张力使液面具有收缩的趋势 2 方向 表面张力跟液面相切 跟这部分液面的分界线垂直 3 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 液晶的物理性质 1 具有液体的流动性 2 具有晶体的光学各向异性 3 在某个方向上看 其分子排列比较整齐 但从另一方向看 分子的排列是杂乱无章的 5 三 饱和汽湿度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 液体的饱和汽压与温度有关 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 绝对湿度 空气中所含水蒸气的压强 2 相对湿度 空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压之比 3 相对湿度公式 6 四 气体分子运动速率的统计分布气体实验定律理想气体1 气体和气体分子运动的特点 7 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 公式 p 3 国际单位 帕斯卡 符号 pa 1pa 1n m2 8 3 气体实验定律 9 4 理想气体状态方程 1 理想气体 在任何温度 任何压强下都遵从气体实验定律的气体 10 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 固体和液体的性质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 必是非晶体 11 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 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 分子势能大于液体内部的分子势能 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 12 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 例1 多选 2017 贵州贵阳摸底 以下说法正确的是 a 金刚石 食盐都有确定的熔点b 饱和汽的压强与温度无关c 一些小昆虫可以停在水面上是由于液体表面张力的作用d 多晶体的物理性质表现为各向异性e 当人们感觉空气干燥时 空气的相对湿度一定较小 答案 解析 13 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 即学即练1 多选 2016 江苏卷 在高原地区烧水需要使用高压锅 水烧开后 锅内水面上方充满饱和汽 停止加热 高压锅在密封状态下缓慢冷却 在冷却过程中 锅内水蒸气的变化情况为 a 压强变小b 压强不变c 一直是饱和汽d 变为未饱和汽 答案 解析 14 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 2 多选 2017 湖南长沙岳麓区月考 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 答案 解析 15 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 气体实验定律和理想气体状态方程的应用1 理想气体状态方程与气体实验定律的关系 2 几个重要的推论 16 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 例2 2017 全国卷 一种测量稀薄气体压强的仪器如图甲所示 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 如图乙所示 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 17 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 1 待测气体的压强 2 该仪器能够测量的最大压强 18 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 解析 1 水银面上升至m的下端使玻璃泡中气体恰好被封住 设此时被封闭的气体的体积为v 压强等于待测气体的压强p 提升r 直到k2中水银面与k1顶端等高时 k1中水银面比顶端低h 设此时封闭气体的压强为p1 体积为v1 则 由力学平衡条件得p1 p gh 整个过程为等温过程 由玻意耳定律得pv p1v1 19 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 2 由题意知h l 20 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 思维点拨 1 由题意 水银面上升后 求出气体的状态参量 然后由玻意耳定律求出压强的表达式 2 根据题意可知 m的直径不知道 所以当h l时 能准确测量的压强最大 然后代入上式即可求出压强 利用气体实验定律及气体状态方程解决问题的基本思路 21 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 即学即练3 2016 全国卷 一氧气瓶的容积为0 08m3 开始时瓶中氧气的压强为20个大气压 某实验室每天消耗1个大气压的氧气0 36m3 当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时 需重新充气 若氧气的温度保持不变 求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天 22 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 答案 4天解析 设氧气开始时的压强为p1 体积为v1 压强变为p2 2个大气压 时 体积为v2 根据玻意耳定律得p1v1 p2v2 重新充气前 用去的氧气在p2压强下的体积为v3 v2 v1 设用去的氧气在p0 1个大气压 压强下的体积为v0 则有p2v3 p0v0 设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为 v 则氧气可用的天数为 联立 式 并代入数据得n 4天 23 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 力热综合问题实际问题中的研究对象除气体外 可以大致分为活塞和液柱 粗细均匀 两类 对于活塞 可以进行受力分析 列运动 平衡 方程 而液柱本身是流体 若出现在连通器里 则同一水平高度液面处压强相等 因此对于液柱 既可以按等同于活塞的分析方法 根据运动状态列方程 也可以按液体压强公式p gh来计算 从而简化分析和计算 24 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 例3 2017 全国卷 一热气球体积为v 内部充有温度为ta的热空气 气球外冷空气的温度为tb 已知空气在1个大气压 温度t0时的密度为 0 该气球内 外的气压始终都为1个大气压 重力加速度大小为g 1 求该热气球所受浮力的大小 2 求该热气球内空气所受的重力 3 设充气前热气球的质量为m0 求充气后它还能托起的最大质量 25 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 解析 1 设1个大气压下质量为m的空气在温度为t0时的体积为v0 密度为 26 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 2 气球内热空气所受的重力为g ta vg 3 设该气球还能托起的最大质量为m 由力的平衡条件得mg f g m0g 联立 式得 27 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 思维点拨此题是热学问题和力学问题的综合题 一是知道阿基米德定律 知道温度不同时气体密度不同 二是能分析气球的受力情况列出平衡方程 三是根据气体实验定律列出相应方程 1 选封闭气体为研究对象 根据过程特征选用气体定律建立方程 2 选物体为研究对象 根据运动状态由平衡条件或牛顿第二定律建立方程 3 气体压强是力学规律和热学规律之间联系的桥梁 28 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 即学即练4 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 2 50kg 横截面积为s1 80 0cm2 小活塞的质量为m2 1 50kg 横截面积为s2 40 0cm2 两活塞用刚性轻杆连接 间距保持为l 40 0cm 汽缸外大气的压强为p 1 00 105pa 温度为t 303k 初始时大活塞与大圆筒底部相距 两活塞间封闭气体的温度为t1 495k 现汽缸内气体温度缓慢下降 忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦 重力加速度大小g取10m s2 求 29 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 1 在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间 汽缸内封闭气体的温度 2 缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时 缸内封闭气体的压强 答案 1 330k 2 1 01 105pa解析 1 设初始时气体体积为v1 在大活塞与大圆筒底部刚接触时 缸内封闭气体的体积为v2 温度为t2 由题给条件得 v2 s2l 在活塞缓慢下移的过程中 用p1表示缸内气体的压强 由力的平衡条件得s1 p1 p m1g m2g s2 p1 p 故此过程缸内气体的压强不变 由盖 吕萨克定律有 30 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 联立 式并代入题给数据得t2 330k 2 在大活塞与大圆筒底部刚接触时 由 式得被封闭气体的压强为p1 1 10 105pa 在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中 被封闭气体的体积不变 设达到热平衡时被封闭气体的压强为p 由查理定律 有 联立 式并代入题给数据得p 1 01 105pa 31 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 关联气体的状态变化问题多个系统相互联系的定质量气体问题 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 要确定每个研究对象的变化性质 分别应用相应的实验定律 并充分应用各研究对象之间的压强 体积 温度等量的有效关联 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 32 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 例4 2017 全国卷 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 33 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 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 解析 1 设打开k2后 稳定时活塞上方气体的压强为p1 体积为v1 依题意 被活塞分开的两部分气体都经历等温过程 由玻意耳定律得p0v p1v1 3p0 v p1 2v v1 联立 式得 p1 2p0 34 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 2 打开k3后 由 式知 活塞必定上升 设在活塞下方气体与a中气体的体积之和为v2 v2 2v 时 活塞下方气体压强为p2 由玻意耳定律得 3p0 v p2v2 由 式得 3 设加热后活塞下方气体的压强为p3 气体温度从t1 300k升高到t2 320k的等容过程中 由查理定律得 将有关数据代入 式得p3 1 6p0 35 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 思维点拨审题明确 一是开始被活塞分开的两部分气体都经历等温过程 可分别根据玻意耳定律列出方程求解 二是打开k3后 判断活塞上升还是下降 弄清稳定时的位置 找清两部分之间压强和体积关系 然后根据实验定律列出方程 三是再缓慢加热汽缸内气体后 分析活塞下方气体所遵循的定律 即可求解 36 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 相关联气体问题涉及两部分 或两部分以上 气体 它们之间无气体交换 但在压强或体积这些量间有一定的关系 分析清楚这些关系往往是解决问题的关键 解决相关联问题的一般方法是 1 分别选取每部分气体为研究对象 确定初 末状态及其状态参量 根据气态方程写出状态参量间的关系式 2 分析相关联气体间的压强或体积之间的关系并写出关系式 3 联立求解并选择物理意义正确的解 37 命题点一 命题点二 命题点三 命题点四 即学即练5 2016 全国卷 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