2021版高考物理一轮复习 第十三章 热学 2 第二节 固体、液体和气体课件

第十三章热学第二节固体、液体和气体【基础梳理】提示：异性熔点表面积p1V1＝p2V2p1V1T1＝p2V2T2【自我诊断】1．判一判(1)大块塑料粉碎成形状相同的颗粒，每个颗粒即为一个单晶体．()(2)单晶体的所有物理性质都是各向异性的．()(3)晶体有天然规则的几何形状，是因为晶体的物质微粒是规则排列的．()(4)液晶是液体和晶体的混合物．()(5)船浮于水面上不是由于液体的表面张力．()(6)水蒸气达到饱和时，水蒸气的压强不再变化，这时，水不再蒸发和凝结．()×√××√×2．做一做(1)对下列几种固体物质的认识，正确的有()A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同提示：选AD.晶体才有固定的熔点，A正确；熔化的蜂蜡呈椭圆形说明云母片导热具有各向异性的特点，故此现象说明云母片是晶体，B错误；天然石英具有各向异性的原因是物质微粒在空间的排列是规则的，C错误；石墨与金刚石皆由碳原子组成，但它们的物质微粒排列结构是不同的，D正确．(2)(2020·河北唐山模拟)对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是()A．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大B．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变C．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数一定增加D．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数可能不变E．若气体体积减小，温度升高，单位时间内分子对器壁的撞击次数增多，平均撞击力增大，因此压强增大提示：选ACE.气体压强的大小与气体分子的平均动能和单位体积内的分子数两个因素有关．若单位体积内分子数不变，当分子热运动加剧时，决定压强的两个因素中一个不变，一个增大，故气体的压强一定变大，A正确，B错误；若气体的压强不变而温度降低时，气体的体积一定减小，故单位体积内的分子个数一定增加，C正确，D错误；由气体压强产生原因知，E正确．固体和液体的性质【知识提炼】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．2．液体表面张力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方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线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【跟进题组】1．以下对固体和液体的认识，正确的有()A．液体与固体接触时，如果附着层内分子比液体内部分子稀疏，表现为不浸润B．影响蒸发快慢以及人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一气温下水的饱和汽压的差距C．液体汽化时吸收的热量等于液体分子克服分子引力而做的功D．车轮在潮湿的地面上滚过后，车辙中会渗出水，属于毛细现象解析：选ABD.液体与固体接触时，如果附着层内分子比液体内部分子稀疏，分子力为引力表现为不浸润，故A正确；影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气的相对湿度B＝p1ps×100%，即空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距，故B正确；液体汽化时，液体分子离开液体表面成为气体分子，要克服其他液体分子的吸引而做功，因此要吸收能量，液体汽化过程中体积增大很多，体积膨胀时要克服外界气压做功，即液体的汽化热与外界气体的压强有关，且也要吸收能量，故C错误；车轮在潮湿的地面上滚过后，车辙中会渗出水，属于毛细现象，故D正确．2．下列说法不正确的是()A．把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面上，这是水表面存在表面张力的缘故B．在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会成球状，是因为液体内分子间有相互吸引力C．将玻璃管道裂口放在火上烧，它的尖端就变圆，是熔化的玻璃在表面张力的作用下，表面要收缩到最小的缘故D．漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是油滴液体呈各向同性的缘故E．当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开．这是水膜具有表面张力的缘故解析：选BDE.水的表面张力托起针，A正确；B、D两项也是表面张力原因，故B、D均错误，C正确；在垂直于玻璃板方向很难将夹有水膜的玻璃板拉开是因为大气压的作用，E错误．气体压强的产生和计算【知识提炼】1．理解气体压强的三个角度产生原因气体分子对容器壁频繁地碰撞产生的决定因素宏观上决定于气体的温度和体积微观上取决于分子的平均动能和分子的密集程度计算方法a＝0力的平衡条件a≠0牛顿第二定律2.平衡状态下气体压强的求法力平衡法选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强等压面法在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等．液体内深h处总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强液片法选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强3.加速运动系统中封闭气体压强的求法选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解．【跟进题组】1．对于一定量的稀薄气体，下列说法正确的是()A．压强变大时，分子热运动必然变得剧烈B．保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈C．压强变大时，分子间的平均距离必然变小D．压强变小时，分子间的平均距离可能变小解析：选BD.压强变大时，气体的温度不一定升高，分子的热运动不一定变得剧烈，故A错误；压强不变时，若气体的体积增大，则气体的温度会升高，分子热运动会变得剧烈，故B正确；压强变大时，由于气体温度不确定，则气体的体积可能不变，可能变大，也可能变小，其分子间的平均距离可能不变，也可能变大或变小，故C错误；压强变小时，气体的体积可能不变，可能变大也可能变小，所以分子间的平均距离可能不变，可能变大，可能变小，故D正确．2．(1)若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭气体的压强．(2)如图中两个汽缸质量均为M，内部横截面积均为S，两个活塞的质量均为m，左边的汽缸静止在水平面上，右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下．两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A、B，大气压为p0，求封闭气体A、B的压强．(3)如图所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸，汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S.现用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强p.(已知外界大气压为p0)解析：(1)在题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知p甲S＋ρghS＝p0S所以p甲＝p0－ρgh在题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡方程F上＝F下有：pAS＋ρghS＝p0Sp乙＝pA＝p0－ρgh在题图丙中，仍以B液面为研究对象，有pA′＋ρghsin60°＝pB′＝p0所以p丙＝pA′＝p0－32ρgh.(2)题图甲中选活塞为研究对象受力分析如图1，由二力平衡知pAS＝p0S＋mg得pA＝p0＋mgS题图乙中选汽缸为研究对象，受力分析如图2所示，由二力平衡知，p0S＝pBS＋Mg得pB＝p0－MgS.(3)选取汽缸和活塞整体为研究对象相对静止时有F＝(M＋m)a再选活塞为研究对象，根据牛顿第二定律有pS－p0S＝ma解得p＝p0＋mFS(M＋m).答案：(1)甲：p0－ρgh乙：p0－ρgh丙：p0－32ρgh(2)p0＋mgSp0－MgS(3)p0＋mFS(M＋m)气体实验定律【知识提炼】1．气体实验定律的拓展式(1)查理定律的拓展式：Δp＝p1T1ΔT.(2)盖—吕萨克定律的拓展式：ΔV＝V1T1ΔT.2．利用气体实验定律解决问题的基本思路3．一定质量的理想气体不同图象的比较特点示例等温过程p－VpV＝CT(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p－1Vp＝CT1V，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高特点示例等容过程p－Tp＝CVT，斜率k＝CV，即斜率越大，体积越小等压过程V－TV＝CpT，斜率k＝Cp，即斜率越大，压强越小【典题例析】(2019·高考全国卷Ⅰ)热等静压设备广泛应用于材料加工中．该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能．一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中．已知每瓶氩气的容积为3.2×10－2m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa；室温温度为27℃.氩气可视为理想气体．(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；(2)将压入氩气后的炉腔加热到1227℃，求此时炉腔中气体的压强．[解析](1)设初始时每瓶气体的体积为V0，压强为p0；使用后气瓶中剩余气体的压强为p1.假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时，其体积膨胀为V1.由玻意耳定律p0V0＝p1V1①被压入炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为V′1＝V1－V0②设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2，体积为V2.由玻意耳定律p2V2＝10p1V′1③联立①②③式并代入题给数据得p2＝3.2×107Pa.④(2)设加热前炉腔的温度为T0，加热后炉腔温度为T1，气体压强为p3.由查理定律p3T1＝p2T0⑤联立④⑤式并代入题给数据得p3＝1.6×108Pa.[答案](1)3.2×107Pa(2)1.6×108Pa【迁移题组】迁移1等温变化——玻意耳定律1．(2019·高考全国卷Ⅱ)如图，一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成，容器平放在水平地面上，汽缸内壁光滑．整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气．平衡时，氮气的压强和体积分别为p0和V0，氢气的体积为2V0，空气的压强为p.现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求(1)抽气前氢气的压强；(2)抽气后氢气的压强和体积．解析：(1)设抽气前氢气的压强为p10，根据力的平衡条件得(p10－p)·2S＝(p0－p)·S①得p10＝12(p0＋p)．②(2)设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1，氮气的压强和体积分别为p2和V2.根据力的平衡条件有p2·S＝p1·2S③由玻意耳定律得p1V1＝p10·2V0④p2V2＝p0V0⑤由于两活塞用刚性杆连接，故V1－2V0＝2(V0－V2)⑥联立②③④⑤⑥式解得p1＝12p0＋14pV1＝4(p0＋p)V02p0＋p.答案：(1)12(p0＋p)(2)12p0＋14p4(p0＋p)V02p0＋p迁移2等容变化——查理定律2．(2017·高考全国卷Ⅰ)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．(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＝p1V1①(3p0)V＝p1(2V－V1)②联立①②式得V1