江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第十二章热学第2讲固体液体和气体讲义含解析.pdf
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1、第 2 讲 固体、液体和气体第 2 讲 固体、液体和气体 一、固体 晶体与非晶体的比较 晶体 分类 比较单晶体多晶体 非晶体 外形规则不规则不规则 熔点确定确定不确定 物理性质各向异性各向同性各向同性 转化晶体和非晶体在一定条件下可以转化 典型物质石英、云母、明矾、食盐玻璃、橡胶 二、液体和液晶 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. 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)从某个方向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. 自测 1 (多
2、选)下列说法正确的是( ) A.单晶体有固定的熔点,多晶体没有固定的熔点 B.单晶体中原子(或分子、离子)的排列具有空间周期性 C.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 D.液晶具有液体的流动性,同时具有晶体的各向异性特征 答案 BD 解析 单晶体和多晶体都有固定的熔点,非晶体熔点不固定,A 错误.单晶体中原子(或分子、 离子)的排列是规则的,具有空间周期性,表现为各向异性,B 正确.通常金属显示各向同性, 是多晶体,C 错误.液晶的名称由来就是由于它具有液体的流动性和晶体的各向异性,D 正确. 三、饱和汽、饱和汽压和相对湿度 1.饱和汽与未饱和汽 (1)饱和汽:与液体处于动态
3、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.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. 即:相对湿度. 水蒸气的实际压强 同温度水的饱和汽压 自测 2 (多选)(2017南京市、盐城市一模)在潮湿天气里,若空气的相对湿度为 98%,洗 过的衣服不容易晾干,这时( ) A.没有水分子从湿衣服中飞出 B.有水分子从湿衣服中飞出,也有水分子回到湿衣服中 C.空气中水蒸气的实际压强略小于同温度水的饱和汽压 D.空气中水蒸气的
4、实际压强比同温度水的饱和汽压小很多 答案 BC 四、气体 1.气体分子运动的特点 (1)气体分子间距很大,分子力可以忽略,因此分子间除碰撞外不受其他力的作用,故气体能 充满它能达到的整个空间. (2)分子做无规则的运动,速率有大有小, 且时刻变化, 大量分子的速率按 “中间多, 两头少” 的规律分布. (3)温度升高时,速率小的分子数减少,速率大的分子数增多,分子的平均速率将增大,但速 率分布规律不变. 2.气体压强 (1)产生的原因 由于大量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 宏观上:决定于气体的温度和体积.
5、 微观上:决定于分子的平均动能和分子的密集程度. 3.气体实验定律 玻意耳定律查理定律盖吕萨克定律 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 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 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 表 达 式 p1V1p2V2 或 p1 T1 p2 T2 p1 p2 T1 T2 或 V1 T1 V2 T2 V1 V2 T1 T2 图象 4.理想气体的状态方程 (1)理想气体 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
6、视为理想气体. 微观上讲,理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力,即分子间无分子势能. (2)理想气体的状态方程 一定质量的理想气体的状态方程:或C. p1V1 T1 p2V2 T2 pV T 气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例. 5.气体实验定律的微观解释 (1)等温变化 一定质量的某种理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能不变.在这种情况下,体积减小 时,分子的密集程度增大,气体的压强增大. (2)等容变化 一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的密集程度保持不变.在这种情况下,温度 升高时,分子的平均动能增大,气体的压强增大. (3)等压变化 一定质量的某种理想气体,
7、温度升高时,分子的平均动能增大.只有气体的体积同时增大,使 分子的密集程度减小,才能保持压强不变. 自测 3 某同学利用 DIS 实验系统研究一定量理想气体的状态变化,实验后计算机屏幕显示 如图 1 所示的pt图象.已知在状态B时气体的体积为VB3L,问: 图 1 (1)气体由AB,BC各做什么变化? (2)气体在状态C的体积是多少? 答案 (1)AB做等容变化 BC做等温变化 (2)2L 解析 (1)AB做等容变化,BC做等温变化 (2)pB1.0atm,VB3L,pC1.5atm 根据玻意耳定律,有pBVBpCVC 解得VC2L 命题点一 晶体与非晶体命题点一 晶体与非晶体 对晶体与非晶体
8、的认识 (1)不能仅凭有无规则的外形判定某些物质是晶体还是非晶体. (2)晶体中的单晶体具有各向异性,但并不是在各种物理性质上都表现出各向异性.例如,铜 的机械强度在各方向上存在差异,而其导热性和导电性则表现为各向同性. (3)非晶体不稳定,经过适当时间后,会向晶体转变 ; 而有些晶体在一定条件下也可以转化为 非晶体. (4)同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现, 也就是说, 物质是晶体还是非晶体, 并不是绝对的. 例 1 (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
9、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 答案 BCD 变式 1 (多选)(2018江苏一模)2017 年 5 月, 中国首次海域天然气水合物(可燃冰)试采成 功.可燃冰是一种晶体,它是天然气的固体状态(因海底高压),学名天然气水化合物,其化学 式为 CH48H2O.研究表明 1m3的可燃冰可转化为 164m3的天然气(CH4)和 0.8m3的水(已转化为 标准状态),下列关于晶体和非晶体的说法中正确的是( ) A.晶体有确定的熔点,非晶体
10、没有确定的熔点 B.晶体都有确定的几何形状,非晶体没有确定的几何形状 C.制作晶体管、集成电路多用多晶体 D.云母片导热性能各向异性,说明云母片是晶体 答案 AD 解析 晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点,故 A 正确 ; 单晶体具有规则的几何形状, 而多晶体和非晶体没有规则的几何形状,故 B 错误 ; 制作晶体管、集成电路多用单晶体,故 C 错误;多晶体与非晶体具有各向同性,单晶体具有各向异性,云母片导热性能各向异性,说 明云母片是晶体,故 D 正确. 命题点二 液体表面张力命题点二 液体表面张力 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
11、互作用力表现 为引力. (2)表现特性 : 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. 例 2 (多选)把一条细棉线的两端系在铁丝环上,棉线处于松驰状态.将铁丝环浸入肥皂液 里,拿出来时环上留下一层肥皂液的薄膜,这时薄膜上的棉线仍是松驰的,如图 2 所示,用 烧热的针刺破某侧的薄膜,观察到棉线的形状,图中所标的箭头方向合理的是( ) 图 2 答案 AD 变式 2 (2018南通
12、市、泰州市一模)下列现象与液体表面张力无关的是( ) A.透过布制的伞面可以看见纱线缝隙,而伞面不漏雨水 B.在绕地球飞行的宇宙飞船中,自由飘浮的水滴呈球形 C.把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔,它的尖端会变钝 D.把两块纯净的铅压紧,它们会“粘”在一起难以分开 答案 D 命题点三 饱和汽压与湿度命题点三 饱和汽压与湿度 与液体处于动态平衡的蒸汽叫饱和汽,在一定温度下饱和汽的分子数密度是一定的,所以饱 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.由此可见饱和汽压与温度有关, 随温度升高蒸汽分子数密度增加,如图 3 所示,饱和汽压与饱和汽的体积无关. 图 3 例 3 (2018江苏单科12
13、A(1)如图 4 所示,一支温度计的玻璃泡外包着纱布,纱布的下 端浸在水中.纱布中的水在蒸发时带走热量, 使温度计示数低于周围空气温度.空气温度不变, 若一段时间后发现该温度计示数减小,则( ) 图 4 A.空气的相对湿度减小 B.空气中水蒸气的压强增大 C.空气中水的饱和汽压减小 D.空气中水的饱和汽压增大 答案 A 解析 温度计示数减小说明水在蒸发,是因为空气中的相对湿度减小了,故 A 正确;水的饱 和汽压与温度有关,温度不变,水的饱和汽压不变,空气的相对湿度减小,所以空气中水蒸 气的压强减小,故 B、C、D 错误. 变式 3 (2018南通市等七市三模)1912 年, 英国物理学家威尔逊
14、发明了观察带电粒子运动 径迹的云室,结构如图 5 所示,在一个圆筒状容器中加入少量酒精,使云室内充满酒精的饱 和蒸汽.迅速向下拉动活塞,室内气体温度(选填“升高”“不变”或“降低”),酒精的饱和 汽压(选填“升高”“不变”或“降低”). 图 5 答案 降低 降低 命题点四 气体实验定律命题点四 气体实验定律 1.应用状态方程解题的一般步骤 (1)明确研究对象,即某一定质量的理想气体; (2)确定气体在始、末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2; (3)由状态方程列式求解; (4)讨论结果的合理性. 2.两个推论 查理定律的推论:pT;盖吕萨克定律的推论:VT,利用这两个推论解决 p1
15、T1 V1 T1 相关问题往往非常方便. 例 4 (2018南通市、泰州市一模)如图 6 所示是某气压式柱形保温瓶的结构示意图,活塞 只在受到压力时才向下移动.倒入热水后,活塞a的下表面与液面相距h.两者间密闭有一定 质量的气体,密闭气体的压强等于外界大气压强p0,密闭气体温度为T1. 图 6 (1)经过一段时间温度降至T2,此时瓶内气体的压强多大? (2)当温度降至T2时,要把瓶中的水压出瓶外,活塞a至少应下降多少距离?(设压活塞过程 中气体温度不变) 答案 (1) (2)h T2p0 T1(1 T2 T1) 解析 (1)由查理定律有,解得p2. p0 T1 p2 T2 T2p0 T1 (2
16、)设活塞的横截面积为S,下降的距离为x,由玻意耳定律有p2hSp0(hx)S,解得x h. (1 T2 T1) 变式 4 (2018扬州市一模)如图 7 所示,开口向上、内壁光滑的汽缸竖直放置,开始时质 量不计的活塞停在卡口处,气体温度为 27,压强为 0.9105Pa,体积为 1103m3,现缓 慢加热缸内气体, 试通过计算判断当气体温度为 67时活塞是否离开卡口.(已知外界大气压 强p01105Pa) 图 7 答案 见解析 解析 活塞刚好离开卡口时,压强为:p2p0, 气体发生等容变化,根据查理定律,得:, p1 T1 p2 T2 代入数据得:T2333 K, 因为 67 340 K333
17、 K,故活塞已经离开卡口. 变式 5 (2018南师附中 5 月模拟)某柴油机的汽缸容积为 0.83103m3, 压缩前其中空气 的温度为 47、压强为 0.8105Pa.在压缩过程中,活塞把空气压缩到原体积的,压强增 1 17 大到 4106Pa.若把汽缸中的空气看做理想气体,试估算这时空气的温度. 答案 668 解析 空气初状态的状态参量为p10.8105Pa,V10.83103m3,T1320K; 空气末状态 的状态参量为 :p24106Pa,V2V1,T2为未知量,据理想气体状态方程有T2 1 17 p1V1 T1 p2V2 T2 941K,故t2T2273K668. p2V2T1 p
18、1V1 命题点五 气体状态变化的图象问题命题点五 气体状态变化的图象问题 1.三个实验定律的对比 过程 类别 图线 特点举例 pV pVCT(其中C为恒量), 即pV之积越大的等温线 温度越高,线离原点越远 等温 过程 p1 V pCT,斜率kCT,即 1 V 斜率越大,温度越高 等容 过程 pT pT,斜率k ,即斜 C V C V 率越大,体积越小 等压 过程 VT VT,斜率k ,即斜 C p C p 率越大,压强越小 2.气体状态变化的图象问题分析 (1)解气体状态变化的图象问题, 应当明确图象上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状 态,它对应着三个状态参量;图象上的某一条直线段或曲
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