高考物理一輪復習 專題48 固體 液體 氣體實驗定律（講）（含解析）1

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專題48 固體 液體 氣體實驗定律（講） 1．本章的基本概念和規(guī)律在高考要求中都屬于Ⅰ級，從過去幾年的高考題看，出現(xiàn)頻率較高的知識點如下：分子動理論的基本觀點，物體的內(nèi)能及其改變，熱力學第一、二定律，氣體狀態(tài)參量等．知識與現(xiàn)實聯(lián)系密切。 2．高考熱學命題的重點內(nèi)容有：（1）分子動理論要點，分子力、分子大小、質(zhì)量、數(shù)目估算；題型多為選擇題和填空題，絕大多數(shù)選擇題只要求定性分析，極少數(shù)填空題要求應用阿伏加德羅常數(shù)進行計算（或估算）；（2）理想氣體狀態(tài)方程和用圖象表示氣體狀態(tài)的變化；氣體實驗定律的理解和簡單計算；固、液、氣三態(tài)的微觀解釋和理解。 1．知道晶體、非晶體的區(qū)別． 2．理解表面張力，會解釋有關(guān)現(xiàn)象． 3．掌握氣體實驗三定律，會用三定律分析氣體狀態(tài)變化問題． 考點一　固體與液體的性質(zhì) 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． （4）晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化． 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． （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． ★重點歸納★ 1、晶體與非晶體 單晶體 多晶體 非晶體 外形 規(guī)則 不規(guī)則 不規(guī)則 熔點 確定 確定 不確定 物理性質(zhì) 各向異性 各向同性 各向同性 典型物質(zhì) 石英、云母、食鹽、硫酸銅 玻璃、蜂蠟、松香 形成與 轉(zhuǎn)化 有的物質(zhì)在不同條件下能夠形成不同的形態(tài)．同一物質(zhì)可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，有些非晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為晶體 ★典型案例★【安徽省六安市第一中學2016屆高三第九次月考理科綜合試題】下列說法正確的是（填入正確選項前的字母，選對1個給2分，選對2個給4分，選對3個給5分；每選錯1個扣3分，最低得分為0分）。 A．大氣中pM2．5的運動是分子的無規(guī)則運動 B．晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點 C．擴散運動和布朗運動的劇烈程度都與溫度有關(guān) D．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體 E．已知阿伏伽德羅常數(shù)，氣體的摩爾質(zhì)量和密度，不能估算氣體分子的大小 【答案】BCE 【名師點睛】布朗運動是懸浮在液體中的固體微粒的運動；布朗運動和擴散現(xiàn)象都是分子的物質(zhì)熱運動的反映；晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點。 ★針對練習1★下列說法正確的是　　　　（填正確答號。選對1個得2分，選對2個得4分．選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分） A．液體中的擴散現(xiàn)象是由于液體的對流形成的 B．液晶顯示器利用了液晶對光具有各向異性的性質(zhì) C．雨傘傘面上有許多細小的孔卻能遮雨．是因為水的表面張力的作用 D大氣中pM2．5的運動是分子的無規(guī)則運動 E．中午與清晨相比車胎內(nèi)氣壓升高、體積增大，此過程中胎內(nèi)氣體對外做功，內(nèi)能增大 【答案】BCE 【名師點睛】本題考查分子動理論的知識和熱力學定律的理解和記憶，要知道液體中的擴散現(xiàn)象是由于液體分子的熱運動產(chǎn)生的．液晶具有各向異性的性質(zhì)．液體存在表面張力．pM2．5不是分子；此處知識點不多，但要注意理解和應用，以及平時的積累。 ★針對練習2★下列說法正確的是（填入正確選項前的字母，選對1個給2分，選對2個給4分，選對3個給5分；每選錯1個扣3分，最低得分為0分）。 A．水的飽和汽壓隨溫度的升高而增加 B．浸潤和不浸潤現(xiàn)象是液體分子間相互作用的表現(xiàn) C．一定質(zhì)量的0 ℃的水的內(nèi)能大于等質(zhì)量的0 ℃的冰的內(nèi)能 D．氣體的壓強是由于氣體分子間的相互排斥而產(chǎn)生的 E．一些昆蟲可以停在水面上，是由于水表面存在表面張力的緣故 【答案】ABCE 【解析】飽和汽壓與液體材料和溫度有關(guān)，溫度越高，飽和汽壓越大，故A正確；浸潤和不浸潤現(xiàn)象是液體分子間相互作用的表現(xiàn)，與分子力有關(guān)，故B正確；由于水結(jié)冰要放熱，故一定質(zhì)量的O℃的水的內(nèi)能大于等質(zhì)量的O℃的冰的內(nèi)能，故C正確;氣體的壓強是由氣體分子對容器壁的頻繁碰撞引起，與分子數(shù)密度和平均動能有關(guān)，故D錯誤；小昆蟲可以停在水面上，由于水表面存在表面張力的緣故，故E正確； 故選ABCE． 【名師點睛】本題考查了飽和汽壓、液化放熱、浸潤和不浸潤現(xiàn)象、氣體壓強的微觀意義、液體分子表面張力，知識點多，難度小，關(guān)鍵是多看書，記住基本知識． 考點二　氣體實驗定律、理想氣體 1．描述氣體的狀態(tài)參量 （1）溫度： ①意義：宏觀表示物體的冷熱程度，微觀上是分子平均動能的標志． ②熱力學溫標與攝氏溫標的關(guān)系：T＝t＋273．15 K ． （2）體積：氣體分子能達到的空間，也就是氣體充滿的容器的容積． （3）壓強：氣體作用在器壁單位面積上的壓力． ①產(chǎn)生原因：大量氣體分子頻繁碰撞器壁，形成對器壁各處均勻的持續(xù)的壓力． ②決定因素：一定質(zhì)量的氣體的壓強大小，微觀上取決于分子的平均動能和分子數(shù)密度；宏觀上取決于氣體的溫度T、體積V． ③單位換算：1 atm＝760mmHg＝1．013105pa． 2．氣體實驗定律 （1）玻意耳定律：pV?。絚或p1V1＝p2V2．（溫度不變） （2）查理定律：＝c或＝．（體積不變） （3）蓋呂薩克定律：＝c或＝．（壓強不變） 3．理想氣體 （1）宏觀上，嚴格遵守氣體的三個實驗定律． （2）微觀上，分子間除碰撞外無分子力，無分子勢能． （3）理想氣體狀態(tài)方程（c為常量）． 4．飽和蒸汽、未飽和蒸汽和蒸汽壓相對濕度 （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：飽和蒸汽所具有的壓強． ②特點：飽和汽壓隨溫度而改變．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：單位體積空氣所含的水汽分子數(shù)． ②相對濕度：某溫度時空氣中水蒸氣的壓強與同一溫度下飽和水汽壓的百分比 ★重點歸納★ 1、氣體壓強的產(chǎn)生與計算 （1）產(chǎn)生的原因：由于大量分子無規(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做氣體的壓強． （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． （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． 2、利用氣體實驗定律及氣態(tài)方程解決問題的基本思路 分析有關(guān)氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程問題的物理過程一般要抓住三個要點： （1）階段性，即弄清一個物理過程分為哪幾個階段； （2）聯(lián)系性，即找出幾個階段之間是由什么物理量聯(lián)系起來的； （3）規(guī)律性，即明確各階段遵循的實驗定律． 3、氣體狀態(tài)變化的圖象問題 （1）一定質(zhì)量的氣體不同圖象的比較 過程 類別圖線　 特點 示例 等溫過程 p－V pV＝CT（其中C為恒量），即pV之積越大的等溫線溫度越高，線離原點越遠 p－ p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，溫度越高 等容過程 p－T p＝T，斜率k＝，即斜率越大，體積越小 等壓過程 V－T V＝T，斜率k＝，即斜率越大，壓強越小 （2）氣體狀態(tài)變化的圖象的應用技巧 ①求解氣體狀態(tài)變化的圖象問題，應當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)，它對應著三個狀態(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??；斜率越小，壓強（或體積）越大． ★典型案例★如圖一個截面積為2S、盛有足夠深的水的圓柱形容器放置在水平面上，容器內(nèi)有一個活塞將水和一部分空氣封閉，活塞能沿容器壁無摩擦滑動而不漏氣。容器內(nèi)水面上漂浮著一只倒扣的、薄壁圓柱形杯（杯的厚度可以忽略），其截面積為S，杯內(nèi)封閉著一部分氣體。當活塞與容器中杯外水面距離大H時，杯底與容器內(nèi)的水面高度差為h，此時杯內(nèi)氣柱的高度為2h，壓強與2h的水柱形成的壓強相等。將活塞向下移動．使得杯底恰好與容器內(nèi)的水面相平時，杯內(nèi)、外水面高度均不變，杯內(nèi)氣柱的高度變?yōu)閔，求活塞向下移動的距離x。（整個過程溫度不變） 【答案】 根據(jù)玻意耳定律：p3V3=p4V4 解得： 【名師點睛】此題是對玻意耳定律的考查；解題的關(guān)鍵是正確確定研究對象，并找到氣體的狀態(tài)參量，根據(jù)玻意耳定律列出方程來解答． ★針對練習1★如圖所示，豎直放置，內(nèi)部光滑的導熱氣缸用活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞用固定螺栓固定在距氣缸底部為處，活塞橫截面積為S=，此時氣體的壓強為，氣缸壁是導熱的，打開固定螺栓，活塞下降，經(jīng)過足夠長的時間后，活塞停在距離底部h=0．2m處，在此過程中周圍環(huán)境溫度為=27℃，保持不變，已知重力加速度為g，大氣壓強為，求： ①活塞的質(zhì)量； ②周圍環(huán)境溫度緩慢升高，最終活塞又能回到距氣缸底部處，求此時環(huán)境溫度。 【答案】①m=1．5kg②℃ 【名師點睛】本題考查了求氣體體積、求傳遞的熱量，應用平衡條件、玻意耳定律、熱力學第一定律即可正確解題，應用熱力學第一定律時，要注意各符號正負的含義。 ★針對練習2★如圖所示，內(nèi)壁光滑長度為4l、橫截面積為S的汽缸A．B，A水平、B豎直固定，之間由一段容積可忽略的細管相連，整個裝置置于溫度27℃、大氣壓為p0的環(huán)境中，活塞C、D的質(zhì)量及厚度均忽略不計。原長3l、勁度系數(shù)的輕彈簧，一端連接活塞C、另一端固定在位于汽缸A缸口的O點。開始活塞D距汽缸B的底部3l．后在D上放一質(zhì)量為的物體。求： （i）穩(wěn)定后活塞D下降的距離； （ii）改變汽缸內(nèi)氣體的溫度使活塞D再回到初位置，則氣體的溫度應變?yōu)槎嗌? 【答案】（i） （ii）℃ （ii）改變氣體溫度使活塞D回到初始點，氣體為等壓變化，所以彈簧位置不變。 由蓋-呂薩克定律 解得K，所以氣體此時的溫度為℃ 【名師點睛】此題是對玻意耳定律以及蓋-呂薩克定律的考查；解題時關(guān)鍵是找到一定質(zhì)量的氣體為研究對象，確定氣體的各個狀態(tài)的狀態(tài)參量，然后根據(jù)氣體的狀態(tài)方程列出表達式解答；注意研究氣體的壓強時往往是以活塞為研究對象進行分析．