高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 熱學(xué) 2 固體 液體 氣體課件

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1、第第2 2節(jié)固體液體氣體節(jié)固體液體氣體-2-一、固體1.分類:固體分為晶體和非晶體兩類。晶體分單晶體和多晶體。2.晶體與非晶體的比較-3-二、液體1.液體的表面張力(1)作用:液體的表面張力使液面具有收縮的趨勢。(2)方向:表面張力跟液面相切,跟這部分液面的分界線垂直。(3)大小:液體的溫度越高,表面張力越小;液體中溶有雜質(zhì)時,表面張力變小;液體的密度越大,表面張力越大。2.液晶的物理性質(zhì)(1)具有液體的流動性。(2)具有晶體的光學(xué)各向異性。(3)在某個方向上看,其分子排列比較整齊,但從另一方向看,分子的排列是雜亂無章的。-4-三、飽和汽濕度1.飽和汽與未飽和汽(1)飽和汽:與液體處于動態(tài)平衡

2、的蒸汽。(2)未飽和汽:沒有達到飽和狀態(tài)的蒸汽。2.飽和汽壓(1)定義:飽和汽所具有的壓強。(2)特點:液體的飽和汽壓與溫度有關(guān),溫度越高,飽和汽壓越大,且飽和汽壓與飽和汽的體積無關(guān)。3.濕度(1)絕對濕度:空氣中所含水蒸氣的壓強。(2)相對濕度:空氣的絕對濕度與同一溫度下水的飽和汽壓之比。(3)相對濕度公式-5-四、氣體分子運動速率的統(tǒng)計分布氣體實驗定律理想氣體1.氣體和氣體分子運動的特點-6-2.氣體的壓強(1)產(chǎn)生原因:由于氣體分子無規(guī)則的熱運動,大量的分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生持續(xù)而穩(wěn)定的壓力。(2)大小:氣體的壓強在數(shù)值上等于氣體作用在單位面積上的壓力。公式: 。(3)國際單位:帕斯卡,

3、符號:Pa,1Pa=1N/m2。-7-3.氣體實驗定律 -8-4.理想氣體狀態(tài)方程(1)理想氣體:在任何溫度、任何壓強下都遵從氣體實驗定律的氣體。-9-1.教材上是如何把“氣體體積一定時,各種氣體的壓強與攝氏溫度之間的線性關(guān)系”轉(zhuǎn)化為正比例關(guān)系的?提示由于將各種氣體的壓強與攝氏溫度的線性關(guān)系圖線反向延長,均交于t=-273 處,因此把壓強的坐標(biāo)軸移到-273 處,并引入新的溫標(biāo)(熱力學(xué)溫標(biāo)),-273 為0 K,這樣,各種氣體的壓強與熱力學(xué)溫度均成正比例關(guān)系。-10-2.綜合分析熱力學(xué)第一定律與氣體實驗定律問題時的結(jié)合點。提示(1)熱力學(xué)第一定律適用于固體、液體、氣體,而氣體實驗定律、狀態(tài)方程

4、均適用于理想氣體。研究理想氣體狀態(tài)變化問題時,應(yīng)先根據(jù)氣體定律判斷三個狀態(tài)參量的變化,再依據(jù)溫度的變化確定內(nèi)能的變化,依據(jù)氣體體積的變化確定做功情況,依據(jù)內(nèi)能的變化及做功情況確定過程是吸熱還是放熱。(2)注意理想氣體分子間分子力為零,分子勢能為零,所以理想氣體的內(nèi)能等于分子動能的總和,而溫度是分子平均動能的標(biāo)志,因此一定質(zhì)量的某種理想氣體的內(nèi)能只由溫度決定;非理想氣體分子之間存在分子力,因此分子勢能不可忽略。-11-考點一考點二考點三考點四考點一考點一 固體和液體的性質(zhì)固體和液體的性質(zhì)(師生共研師生共研)1.晶體和非晶體(1)單晶體具有各向異性,但不是在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性。(2)只

5、要是具有各向異性的物體必定是晶體,且是單晶體。(3)只要是具有確定熔點的物體必定是晶體,反之,必是非晶體。-12-考點一考點二考點三考點四2.液體表面張力(1)形成原因:表面層中分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大,分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力。(2)表面特性:表面層分子間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力,使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜,分子勢能大于液體內(nèi)部的分子勢能。(3)表面張力的方向:和液面相切,垂直于液面上的各條分界線。(4)表面張力的效果:表面張力使液體表面具有收縮趨勢,使液體表面積趨于最小,而在體積相同的條件下,球形的表面積最小。(5)表面張力的大小:跟邊界線的長度、液體的種類、溫度都

6、有關(guān)系。-13-考點一考點二考點三考點四例1(多選)下列說法正確的是()A.將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒是非晶體B.固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì)C.由同種元素構(gòu)成的固體,可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體D.在合適的條件下,某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫wE.在熔化過程中,晶體要吸收熱量,但溫度保持不變,內(nèi)能也保持不變 答案解析解析關(guān)閉將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒仍是晶體,故選項A錯誤;單晶體具有各向異性,有些單晶體沿不同方向上的光學(xué)性質(zhì)不同,故選項B正確;金剛石和石墨由同種元素構(gòu)成,但由于原子的排列方式不同而成為不同的晶

7、體,故選項C正確;晶體與非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化,如天然水晶是晶體,熔融過的水晶(即石英玻璃)是非晶體,也有些非晶體在一定條件下可轉(zhuǎn)化為晶體,故選項D正確;晶體在熔化過程中,溫度不變,但內(nèi)能改變,故選項E錯誤。 答案解析關(guān)閉BCD-14-考點一考點二考點三考點四例2(多選)下列說法正確的是()A.懸浮在水中的花粉的布朗運動反映了花粉分子的熱運動B.空中的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結(jié)果C.彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性的特點D.高原地區(qū)水的沸點較低,這是高原地區(qū)溫度較低的緣故E.干濕泡濕度計的濕泡顯示的溫度低于干泡顯示的溫度,這是濕泡外紗布中的水蒸發(fā)吸熱的結(jié)果 答案解

8、析解析關(guān)閉水中花粉的布朗運動,反映的是水分子的熱運動規(guī)律,則A項錯誤;正是表面張力使空中雨滴呈球形,則B項正確;液晶的光學(xué)性質(zhì)是各向異性,液晶顯示器正是利用了這種性質(zhì),C項正確;高原地區(qū)大氣壓較低,對應(yīng)的水的沸點較低,D項錯誤;因為紗布中的水蒸發(fā)吸熱,在同樣環(huán)境下濕泡溫度計顯示的溫度較低,E項正確。 答案解析關(guān)閉BCE-15-考點一考點二考點三考點四特別提醒對晶體的理解四點提示(1)單晶體的各向異性使晶體的某些物理性質(zhì)顯示各向異性。(2)不能從形狀上區(qū)分晶體與非晶體。(3)晶體與非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。(4)液晶既不是晶體也不是液體。-16-考點一考點二考點三考點四突破訓(xùn)練突破訓(xùn)練1.

9、(多選)(2016廣東聯(lián)考)下列說法正確的是()A.氣體的內(nèi)能是分子熱運動的平均動能與分子間勢能之和B.氣體的溫度變化時,氣體分子的平均動能一定改變C.晶體有固定的熔點且物理性質(zhì)各向異性D.在完全失重的環(huán)境中,空中的水滴是個標(biāo)準的球體E.金屬在各個方向具有相同的物理性質(zhì),但它是晶體 答案解析解析關(guān)閉由熱力學(xué)知識知,氣體的內(nèi)能是所有分子熱運動的動能與分子間勢能之和,A錯誤;氣體的溫度變化時,氣體分子的平均動能變化,B正確;晶體分為單晶體和多晶體,單晶體具有各向異性,多晶體是各向同性的,C錯誤;完全失重情況下,在液體表面張力作用下,液體各方向的力都一樣,所以會成為一個標(biāo)準的球形,D正確;通常金屬在

10、各個方向具有相同的物理性質(zhì),它為多晶體,E正確。 答案解析關(guān)閉BDE-17-考點一考點二考點三考點四考點二考點二 氣體壓強的產(chǎn)生與計算氣體壓強的產(chǎn)生與計算(多維探究多維探究)1.產(chǎn)生的原因由于大量氣體分子無規(guī)則地運動而碰撞器壁,形成對器壁各處均勻、持續(xù)的壓力,作用在器壁單位面積上的壓力叫作氣體的壓強。2.決定因素(1)宏觀上:決定于氣體的溫度和體積。(2)微觀上:決定于分子的平均動能和分子的密集程度。-18-考點一考點二考點三考點四3.平衡狀態(tài)下氣體壓強的求法(1)液片法:選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象,分析液片兩側(cè)受力情況,建立平衡方程,消去面積,得到液片兩側(cè)壓強相等方程,求得

11、氣體的壓強。(2)力平衡法:選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象進行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得氣體的壓強。(3)等壓面法:在連通器中,同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強相等。4.加速運動系統(tǒng)中封閉氣體壓強的求法選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象,進行受力分析,利用牛頓第二定律列方程求解。-19-考點一考點二考點三考點四考向1氣體壓強的產(chǎn)生例3(多選)(2016河北唐山模擬)對于一定質(zhì)量的理想氣體,下列論述正確的是()A.若單位體積內(nèi)分子個數(shù)不變,當(dāng)分子熱運動加劇時,壓強一定變大B.若單位體積內(nèi)分子個數(shù)不變,當(dāng)分子熱運動加劇時,壓強可能不變C.若氣體的壓強不變

12、而溫度降低時,則單位體積內(nèi)分子個數(shù)一定增加D.若氣體的壓強不變而溫度降低時,則單位體積內(nèi)分子個數(shù)可能不變E.若氣體體積減小,溫度升高,單位時間內(nèi)分子對器壁的撞擊次數(shù)增多,平均撞擊力增大,因此壓強增大 答案解析解析關(guān)閉氣體壓強的大小與氣體分子的平均動能和單位體積內(nèi)的分子數(shù)兩個因素有關(guān)。若單位體積內(nèi)分子數(shù)不變,當(dāng)分子熱運動加劇時,決定壓強的兩個因素中一個不變,一個增大,故氣體的壓強一定變大,A對、B錯;若氣體的壓強不變而溫度降低,只有增大單位體積內(nèi)的分子個數(shù)才能實現(xiàn),故C對、D錯;由氣體壓強產(chǎn)生原因知,E對。 答案解析關(guān)閉ACE-20-考點一考點二考點三考點四考向2氣體壓強的計算例4若已知大氣壓強

13、為p0,圖中各裝置均處于靜止?fàn)顟B(tài),液體密度均為,求被封閉氣體的壓強。 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-21-考點一考點二考點三考點四例5如圖所示,光滑水平面上放有一質(zhì)量為M的汽缸,汽缸內(nèi)放有一質(zhì)量為m的可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動的活塞,活塞面積為S?，F(xiàn)用水平恒力F向右推汽缸,最后汽缸和活塞達到相對靜止?fàn)顟B(tài),求此時缸內(nèi)封閉氣體的壓強p。(已知外界大氣壓為p0) 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-22-考點一考點二考點三考點四方法歸納確定封閉氣體壓強的方法液體柱和汽缸靜止時,用“平衡法”確定壓強;液體柱和汽缸有加速度時,用牛頓第二定律確定壓強。-23-考點一考點二考點三考點四突破訓(xùn)練突破訓(xùn)練2.如圖所示,

14、一個橫截面積為S的圓筒形容器豎直放置,金屬圓塊A的上表面是水平的,下表面是傾斜的,下表面與水平面的夾角為,圓塊的質(zhì)量為m,不計圓塊與容器內(nèi)壁之間的摩擦,若大氣壓強為p0,則被圓塊封閉在容器中的氣體的壓強p為() 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-24-考點一考點二考點三考點四3.(2016河北廊坊期末)如圖所示,一圓筒形汽缸靜止于地面上,汽缸的質(zhì)量為m0,活塞(連同手柄)的質(zhì)量為m,汽缸內(nèi)部的橫截面積為S,大氣壓強為p0,平衡時汽缸內(nèi)的容積為V。現(xiàn)用手握住活塞手柄緩慢向上提,設(shè)汽缸足夠長,不計汽缸內(nèi)氣體的重力和活塞與汽缸壁間的摩擦,求開始時汽缸內(nèi)封閉氣體的壓強和剛提離地面時封閉氣體的壓強。 答案

15、解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-25-考點一考點二考點三考點四考點三考點三 氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用(師生共研師生共研)1.理想氣體狀態(tài)方程與氣體實驗定律的關(guān)系2.幾個重要的推論 -26-考點一考點二考點三考點四例6如圖所示,一固定的豎直汽缸由一大一小兩個同軸圓筒組成,兩圓筒中各有一個活塞,已知大活塞的質(zhì)量為m1=2.50kg,橫截面積為S1=80.0cm2;小活塞的質(zhì)量為m2=1.50kg,橫截面積為S2=40.0cm2;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=40.0cm;汽缸外大氣的壓強為p=1.00105Pa,溫度為T=303K。初始時大活塞與大

16、圓筒底部相距,兩活塞間封閉氣體的溫度為T1=495K?，F(xiàn)汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降,忽略兩活塞與汽缸壁之間的摩擦,重力加速度大小g取10m/s2。求:-27-考點一考點二考點三考點四(1)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,汽缸內(nèi)封閉氣體的溫度。(2)缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達到熱平衡時,缸內(nèi)封閉氣體的壓強。解析： (1)設(shè)初始時氣體體積為V1,在大活塞與大圓筒底部剛接觸時,缸內(nèi)封閉氣體的體積為V2,溫度為T2。由題給條件得V2=S2l在活塞緩慢下移的過程中,用p1表示缸內(nèi)氣體的壓強,由力的平衡條件得S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p)聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得T2=330K。-28-考點

17、一考點二考點三考點四(2)在大活塞與大圓筒底部剛接觸時,由式得被封閉氣體的壓強為p1=1.10105Pa。在此后與汽缸外大氣達到熱平衡的過程中,被封閉氣體的體積不變,設(shè)達到熱平衡時被封閉氣體的壓強為p,由查理定律,有聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得p=1.01105Pa。答案： (1)330K(2)1.01105Pa-29-考點一考點二考點三考點四思維點撥(1)活塞緩慢下移的過程中,缸內(nèi)氣體做變化,遵守定律。(2)缸內(nèi)氣體與外界大氣達到熱平衡的過程中,缸內(nèi)氣體做變化,遵守定律。等壓蓋呂薩克等容查理-30-考點一考點二考點三考點四例7(2016河北石家莊模擬)如圖所示,U形管右管橫截面積為左管橫截面積的2

18、倍,在左管內(nèi)用水銀封閉一段長為26cm、溫度為280K的空氣柱,左右兩管水銀面高度差為36cm,外界大氣壓與76cm高汞柱產(chǎn)生的壓強相等。若給左管的封閉氣體加熱,使管內(nèi)氣柱長度為30cm,則此時左管內(nèi)氣體的溫度為多少? 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-31-考點一考點二考點三考點四方法歸納利用氣體實驗定律及氣體狀態(tài)方程解決問題的基本思路-32-考點一考點二考點三考點四突破訓(xùn)練突破訓(xùn)練4.(2016全國理綜乙)在水下氣泡內(nèi)空氣的壓強大于氣泡表面外側(cè)水的壓強,兩壓強差p與氣泡半徑r之間的關(guān)系為p=,其中=0.070N/m。現(xiàn)讓水下10m處一半徑為0.50cm的氣泡緩慢上升。已知大氣壓強p0=1.0

19、105Pa,水的密度=1.0103kg/m3,重力加速度大小g取10m/s2。(1)求在水下10m處氣泡內(nèi)外的壓強差;(2)忽略水溫隨水深的變化,在氣泡上升到十分接近水面時,求氣泡的半徑與其原來半徑之比的近似值。解析： (1)當(dāng)氣泡在水下h=10m處時,設(shè)其半徑為r1,氣泡內(nèi)外壓強差為p1,則代入題給數(shù)據(jù)得p1=28Pa。-33-考點一考點二考點三考點四(2)設(shè)氣泡在水下10m處時,氣泡內(nèi)空氣的壓強為p1,氣泡體積為V1;氣泡到達水面附近時,氣泡內(nèi)空氣的壓強為p2,內(nèi)外壓強差為p2,其體積為V2,半徑為r2。氣泡上升過程中溫度不變,根據(jù)玻意耳定律有p1V1=p2V2由力學(xué)平衡條件有p1=p0+

20、gh+p1p2=p0+p2氣泡體積V1和V2分別為-34-考點一考點二考點三考點四聯(lián)立式得答案： (1)28Pa(2)1.3-35-考點一考點二考點三考點四考點四考點四 氣體狀態(tài)變化中的圖象問題氣體狀態(tài)變化中的圖象問題(師生共研師生共研)一定質(zhì)量的理想氣體不同圖象的比較-36-考點一考點二考點三考點四-37-考點一考點二考點三考點四例8(2016甘肅蘭州一模)一定質(zhì)量的理想氣體體積V與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖象如圖所示,氣體在狀態(tài)A時的壓強pA=p0,溫度TA=T0,線段AB與V軸平行,BC的延長線過原點。求:(1)氣體在狀態(tài)B時的壓強pB。(2)氣體在狀態(tài)C時的壓強pC和溫度TC。 答案解析解析

21、關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-38-考點一考點二考點三考點四規(guī)律總結(jié)氣體狀態(tài)變化圖象的應(yīng)用技巧1.明確點、線的物理意義:求解氣體狀態(tài)變化的圖象問題,應(yīng)當(dāng)明確圖象上的點表示一定質(zhì)量的理想氣體的一個平衡狀態(tài),它對應(yīng)著p、V、T三個狀態(tài)參量;圖象上的某一條直線段或曲線段表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化的一個過程。2.明確斜率的物理意義:在V-T圖象(或p-T圖象)中,比較兩個狀態(tài)的壓強(或體積)大小,可以比較這兩個狀態(tài)到原點連線的斜率的大小,其規(guī)律是:斜率越大,壓強(或體積)越小;斜率越小,壓強(或體積)越大。-39-考點一考點二考點三考點四突破訓(xùn)練突破訓(xùn)練5.(2016山東棗莊模擬)如圖甲所示,豎直放置的汽缸

22、內(nèi)壁光滑,橫截面積為S=10-3m2,活塞的質(zhì)量為m=2kg,厚度不計。在A、B兩處設(shè)有限制裝置,使活塞只能在A、B之間運動,B下方汽缸的容積為1.010-3m3,A、B之間的容積為2.010-4m3,外界大氣壓強p0=1.0105Pa。開始時活塞停在B處,缸內(nèi)氣體的壓強為0.9p0,溫度為27,現(xiàn)緩慢加熱缸內(nèi)氣體,直至327。求:-40-考點一考點二考點三考點四(1)活塞剛離開B處時氣體的溫度t2。(2)缸內(nèi)氣體最后的壓強。(3)在圖乙中畫出整個過程中的p-V圖線。解析： (1)活塞剛離開B處時,設(shè)氣體的壓強為p2,解得p2=1.2105Pa由于氣體的變化是等容變化,所以解得t2=127。-41-考點一考點二考點三考點四(2)設(shè)活塞最終移動到A處,缸內(nèi)氣體最后的壓強為p3,由理想氣體狀態(tài)方程得解得p3=1.5105Pa因為p3p2,故活塞最終移動到A處的假設(shè)成立。(3)如圖所示。答案： (1)127(2)1.5105Pa(3)圖見解析