《物理選考部分 熱學 2 固體、液體與氣體》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理選考部分 熱學 2 固體、液體與氣體（78頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第2講固體、液體與氣體【知識導圖】異性熔點表面積p1V1=p2V21 12212pVp VTT【微點撥】1.封閉氣體壓強的求解步驟:(1)確定研究對象。(2)受力分析。(3)列出力學方程。(4)代入數(shù)據(jù)求解。2.處理“兩團氣”問題的技巧:(1)分析“兩團氣”初、末狀態(tài)的壓強關(guān)系。(2)分析“兩團氣”的體積及其變化關(guān)系。(3)分析“兩團氣”狀態(tài)參量的變化特點,選取合適的實驗定律列方程?！净垩奂m錯】(1)大塊塑料粉碎成形狀相同的顆粒,每個顆粒即為一個單晶體。糾錯:_(2)單晶體的所有物理性質(zhì)都是各向異性的。糾錯:_塑料粉碎成的顆粒仍為非晶體。單晶體的有些物理性質(zhì)是各向異性的。(3)液晶是液體和晶體
2、的混合物。糾錯:_(4)水蒸氣達到飽和時,水蒸氣的壓強不再變化,這時蒸發(fā)和凝結(jié)就停止了。糾錯:_液晶既不是液體,也不是晶體,更不是二者的混合物。水蒸氣達到飽和時,蒸發(fā)和凝結(jié)仍在進行,并未停止。(5)船浮于水面上是由于液體的表面張力。糾錯:_(6)一定質(zhì)量的理想氣體在等壓變化時,其體積與攝氏溫度成正比。糾錯:_船浮于水面上是由于浮力作用,而不是液體的表面張力作用。體積與熱力學溫度成正比。(7)在悶熱的夏天我們感到非常的不舒服,是因為空氣的絕對濕度很大。糾錯:_應是空氣的相對濕度很大?？键c1固體和液體的性質(zhì)【典題探究】 【典例1】(多選)(2018錦州模擬)在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上蠟,用燒熱
3、的針接觸其上一點,蠟熔化的范圍如圖所示。甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關(guān)系如圖所示,則()導學號04450276A.甲、乙為非晶體,丙是晶體B.甲、丙為晶體,乙是非晶體C.甲、丙為非晶體,乙是晶體D.甲為多晶體,乙為非晶體,丙為單晶體【解析】選B、D。由題圖可知,甲、乙在導熱性質(zhì)上表現(xiàn)各向同性,丙具有各向異性,甲、丙有固定的熔點,乙無固定的熔點,所以甲為多晶體、丙為單晶體,乙是非晶體, B、D正確,A、C錯誤。【通關(guān)秘籍】 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
4、有確定熔點的物體必定是晶體,反之,必是非晶體。(4)有些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:形成原形成原因因表面層中分子間的距離比液體內(nèi)表面層中分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大部分子間的距離大, ,分子間的相分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力互作用力表現(xiàn)為引力表面特表面特性性表面層分子間的引力使液面產(chǎn)生表面層分子間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力了表面張力, ,使液體表面好像一使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜層繃緊的彈性薄膜表面張表面張力力的方向的方向和液面相切和液面相切, ,垂直于液面上的各垂直于液面上的各條分界線條分界線表面張表面張力力的效果的效果表面張力使液體表面具有收縮趨表
5、面張力使液體表面具有收縮趨勢勢, ,使液體表面積趨于最小使液體表面積趨于最小, ,而在而在體積相同的條件下體積相同的條件下, ,球形的表面球形的表面積最小積最小【考點沖關(guān)】 1.(2018漳州模擬)下列現(xiàn)象中,不能說明液體存在表面張力的有()A.吹出的肥皂泡成球形B.硬幣能漂浮于水面上C.滴入水中的紅墨水很快散開D.在完全失重的環(huán)境下,熔化的金屬能收縮成標準的球形【解析】選C。吹出的肥皂泡成球形,硬幣能漂浮于水面上,在完全失重的環(huán)境下,熔化的金屬能收縮成標準的球形,都是由于表面張力的作用;滴入水中的紅墨水很快散開,是自由擴散的結(jié)果,與表面張力無關(guān);故選C。2.(多選)(2018石家莊模擬)下列
6、說法正確的是()A.把一枚針輕放在水面上,它會浮在水面,這是由于水表面存在表面張力B.水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠,而在干凈的玻璃板上卻不能,這是因為油脂使水的表面張力增大C.在圍繞地球飛行的宇宙飛船中,自由飄浮的水滴呈球形,這是表面張力作用的結(jié)果D.在毛細現(xiàn)象中,毛細管中的液面有的升高,有的降低,這與液體的種類和毛細管的材質(zhì)有關(guān)E.當兩薄玻璃板間夾有一層水膜時,在垂直于玻璃板的方向很難將玻璃板拉開,這是由于水膜具有表面張力【解析】選A、C、D。水的表面張力托起針,A正確;水在油脂上不浸潤,在干凈的玻璃上浸潤,B錯誤;當宇宙飛船繞地球做勻速圓周運動時,里面的所有物體均處于完全失重狀態(tài),此時
7、自由飄浮的水滴在表面張力作用下呈現(xiàn)球形,C正確;對于浸潤液體,在毛細管中上升,對于非浸潤液體,在毛細管中下降,D正確;在垂直于玻璃板方向很難將夾有水膜的玻璃板拉開,是大氣壓的作用,E錯誤?！炯庸逃柧殹?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【解析】選B、C、D。將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒還
8、是晶體,選項A錯誤;固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體在不同方向上各向異性,具有不同的光學性質(zhì),選項B正確;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,例如石墨和金剛石,選項C正確;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w,例如天然石英是晶體,熔融過的石英卻是非晶體。把晶體硫加熱熔化(溫度超過300 )再倒進冷水中,會變成柔軟的非晶硫,再過一段時間又會轉(zhuǎn)化為晶體硫,所以選項D正確;在熔化過程中,晶體要吸收熱量,雖然溫度保持不變,但是內(nèi)能要增加,選項E錯誤。考點2氣體壓強的產(chǎn)生和計算 【典題探究】 【典例2】若已知大氣壓強為p0,在圖中各裝
9、置均處于靜止狀態(tài),圖中液體密度均為,求被封閉氣體的壓強。導學號04450277 【解題探究】壓強乘以橫截面積等于壓力,關(guān)于力的問題,可以應用什么規(guī)律解決上述問題?提示:甲圖AB液柱處于平衡狀態(tài),可以應用力的平衡規(guī)律處理,乙圖、丙圖問題也可以類似處理,若物體處于加速狀態(tài)可以應用牛頓第二定律處理?！窘馕觥吭诩讏D中,以高為h的液柱為研究對象,由二力平衡知p甲S=-ghS+p0S所以p甲=p0-gh在圖乙中,以B液面為研究對象,由平衡方程F上=F下有:pAS+ghS=p0Sp乙=pA=p0-gh在圖丙中,仍以B液面為研究對象,有pA+ghsin 60=pB=p0所以p丙=pA=p0- gh答案:甲:p
10、0-gh乙:p0-gh丙:p0- gh3232【通關(guān)秘籍】 理解氣體壓強的三個角度產(chǎn)產(chǎn)生生原原因因氣體分子對容器壁頻繁地碰撞產(chǎn)生的氣體分子對容器壁頻繁地碰撞產(chǎn)生的決決定定因因素素宏觀宏觀上上取決于氣體的溫度和體積取決于氣體的溫度和體積微觀微觀上上取決于分子的平均動能和分子取決于分子的平均動能和分子的密集程度的密集程度【考點沖關(guān)】 如圖所示,光滑水平地面上放有一質(zhì)量為m的導熱汽缸,用活塞封閉了一部分氣體?；钊|(zhì)量為 ,截面積為S,可無摩擦滑動,汽缸靜止時與缸底距離為L0?，F(xiàn)用水平恒力F向右推汽缸,最后汽缸與活塞達到相對靜止狀態(tài)。已知大氣壓強為p0。求:導學號04450278m2(1)穩(wěn)定時封閉氣
11、體的壓強。(2)穩(wěn)定時活塞與汽缸底部的距離?！窘馕觥?1)選擇汽缸、活塞和密閉氣體整體作為研究對象,受力分析可知,水平恒力F即為整體受到的合外力,由牛頓第二定律得F=(m+ )a隔離活塞對其受力分析,設(shè)封閉氣體壓強為p,則由牛頓第二定律得m2(p-p0)S= a汽缸和活塞相對靜止具有相同的加速度,聯(lián)立以上兩式,可得p=p0+ m2F3S(2)由汽缸為導熱汽缸可知,汽缸內(nèi)氣體溫度不變,氣體為等溫變化,設(shè)穩(wěn)定時活塞與缸底部的距離為L由理想氣體狀態(tài)方程 =C得p0L0S=pLS可得L= 答案:(1)p0+ (2) pVT00000p LpLFpp3SF3S000pLFp3S【加固訓練】如圖所示,一水
12、平放置的汽缸,由橫截面積不同的兩圓筒連接而成?；钊鸄、B用一長為3L的剛性細桿連接。它們可以在筒內(nèi)無摩擦地沿水平方向滑動。活塞A、B的橫截面積分別為SA=40 cm2、SB=20 cm2。A、B之間封閉著一定質(zhì)量的理想氣體。汽缸外大氣的壓強為p0=1105 Pa,溫度T0=294 K。初始時活塞A與大圓筒底部(大小圓筒連接處)相距2L,汽缸內(nèi)氣體溫度為T1=500 K時,(1)汽缸內(nèi)氣體的溫度緩慢降至400 K時,活塞移動的位移。(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)汽缸內(nèi)氣體的溫度降低時,其壓強不變,活塞A、B一起向右移動,氣體狀態(tài)參量:V1=SA2L
13、+SBL,V2=SA(2L-x)+SB(L+x),已知:T1=500 K,氣體發(fā)生等壓變化,由蓋呂薩克定律得: 解得:x=L,由于x=L2L,表明活塞A未碰到大圓筒底部,故活塞A、B向右移動的位移為L。1212VVTT，(2)大活塞剛碰到大圓筒底部時:V3=3SBL,已知:T1=500 K,由蓋-呂薩克定律得: 解得:T3=300 K,當汽缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達到熱平衡時:T=T0=294 K,氣體發(fā)生等容變化,由查理定律得: 解得:p=9.8104 Pa。答案:(1)L(2)9.8104 Pa3113VVTT，03ppTT ，考點3理想氣體狀態(tài)方程與氣體實驗定律的應用 【典題探究】 【典
14、例3】(2017全國卷)如圖,容積均為V的汽缸A、B下端有細管(容積可忽略)連通,閥門K2位于細管的中部,A、B的頂部各有一閥門K1、K3,B中有一可自由滑動的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略)。初始時,三個閥門均打開,活塞在B的底部;關(guān)閉K2、K3,通過K1給汽缸充氣,使A中氣體的壓強達到大氣壓p0的3倍后關(guān)閉K1。已知室溫為27 ,汽缸導熱。導學號04450279(1)打開K2,求穩(wěn)定時活塞上方氣體的體積和壓強。(2)接著打開K3,求穩(wěn)定時活塞的位置。(3)再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體使其溫度升高20 ,求此時活塞下方氣體的壓強?！绢}眼直擊】(1)三個閥門均打開。(2)活塞(質(zhì)量、體積均可忽略)。(3)活
15、塞穩(wěn)定時。【解析】(1)設(shè)打開K2后,穩(wěn)定時活塞上方氣體的壓強為p1,體積為V1。依題意,被活塞分開的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過程。由玻意耳定律得:p1V1 = p0V ;(3p0 )V = p1(2V-V1);聯(lián)立解得: V1 = ,p1 = 2p0V2(2)打開K3后,由上式知活塞必上升。設(shè)在活塞下方氣體與A中氣體的體積之和為V2(V22V) ,活塞下方氣體壓強為p2。由玻意耳定律得:(3p0 )V = p2 V2 ,可得:p2= 由上式可知,打開K3后活塞上升到B的頂部為止,此時p2= p0。023VpV；32(3)設(shè)加熱后活塞下方氣體壓強為p3,氣體溫度從T1 =300 K上升到T2 =
16、320 K的等容過程中,由查理定律得: 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入解得:p3=1.6p0。答案:(1) 2p0(2)頂部 (3)1.6p03212ppTT ；V2【通關(guān)秘籍】 應用理想氣體狀態(tài)方程解題的一般步驟:【考點沖關(guān)】 (2017全國卷)一熱氣球體積為V,內(nèi)部充有溫度為Ta的熱空氣,氣球外冷空氣的溫度為Tb。已知空氣在1個大氣壓、溫度為T0時的密度為0,該氣球內(nèi)、外的氣壓始終都為1個大氣壓,重力加速度大小為g。(1)求該熱氣球所受浮力的大小。(2)求該熱氣球內(nèi)空氣所受的重力。(3)設(shè)充氣前熱氣球的質(zhì)量為m0,求充氣后它還能托起的最大質(zhì)量?！窘馕觥?1)取1個大氣壓下質(zhì)量為m的空氣為研究對象,設(shè)它在溫
17、度為T0時的體積為V0,則其密度0= 設(shè)它在溫度為Tb時的體積為Vb,密度b= 由于氣體壓強始終不變,由蓋呂薩克定律得 0mVbmV0b0bVVTT由得b= 熱氣球所受浮力的大小F浮=bgV聯(lián)立得F浮= gV0 0bTT0 0bTT(2)由式可知氣球內(nèi)溫度為Ta的熱空氣的密度為a= 熱氣球內(nèi)空氣所受的重力G=aVg= gV 0 0aTT0 0aTT(3)設(shè)充氣后它還能托起的最大質(zhì)量為m,由力的平衡條件可得F浮=G+m0g+mg由得m=T00V -m0答案:(1) gV(2) gV(3)T00V -m0ba11()TTba11()TT0 0bTT0 0aTT【加固訓練】(2018青島模擬)某壓縮
18、式噴霧器儲液桶的容量是5.710-3 m3。往桶內(nèi)倒入4.210-3 m3的藥液后開始打氣,打氣過程中藥液不會向外噴出。如果每次能打進2.510-4m3的空氣,要使噴霧器內(nèi)藥液能全部噴完,且整個過程中溫度不變,則需要打氣的次數(shù)是()A.16次B.17次C.20次 D.21次【解析】選B。設(shè)大氣壓強為p,由玻意耳定律,npV0+ pV=pV,V0=2.510-4m3,V=5.710-3 m3-4.210-3 m3=1.510-3 m3,V=5.710-3 m3,解得n=16.8 17次,選項B正確?？键c4氣體狀態(tài)變化中的圖象問題 【典題探究】 【典例4】(2018唐山模擬)如圖甲所示,上端開口的
19、光滑圓柱形汽缸豎直放置,橫截面積S=20 cm2的活塞將一定質(zhì)量的氣體和一形狀不規(guī)則的固體M封閉在汽缸內(nèi)。在汽缸內(nèi)距底部H=30 cm處有a、b兩限制裝置(a、b的體積可忽略),使活塞只能向上滑動。開始時活塞擱在a、b上,缸內(nèi)氣體的壓強為p0(p0=1.0105 Pa,為大氣壓強),溫度為27 ?，F(xiàn)緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體,其狀態(tài)變化如圖乙中的A、B、C所示,從狀態(tài)B到狀態(tài)C的過程中活塞上升了4 cm。活塞不漏氣,缸內(nèi)氣體可視為理想氣體,g取10 m/s2。求活塞的質(zhì)量和固體M的體積。導學號04450280【解析】由題圖乙可判斷缸內(nèi)氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B經(jīng)歷等容變化,設(shè)缸內(nèi)氣體在狀態(tài)A時溫度為TA=(
20、27+273)K,在狀態(tài)B時,氣體壓強為pB,溫度為TB=(57+273)K,則由查理定律得 到狀態(tài)B時活塞離開a、b,設(shè)活塞的質(zhì)量為m,則0BABpp,TTpB=p0+ 聯(lián)立解得m=2 kg。從狀態(tài)B到狀態(tài)C缸內(nèi)氣體經(jīng)歷等壓變化,設(shè)缸內(nèi)氣體初狀態(tài)的體積為V0,在狀態(tài)C時溫度為TC=(117+273)K,由蓋-呂薩克定律可得 mg,S00BCVVSh,TT解得V0=440 cm3,則固體M的體積VM=SH-V0=160 cm3。答案:2 kg160 cm3【通關(guān)秘籍】 一定質(zhì)量的氣體不同圖象的比較:【考點沖關(guān)】 1.某一定質(zhì)量理想氣體發(fā)生等壓膨脹、等溫壓縮、等容降溫三個狀態(tài)變化后回到初始狀態(tài),
21、整個過程的p-V圖象如圖所示,則下列也能反映該過程的圖象是()【解析】選B。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 =C,等壓膨脹過程,溫度增加,p-T圖象與T軸平行,等溫壓縮過程,壓強增加,p-T圖象與p軸平行,等容降溫過程,壓強減小,p-T圖象經(jīng)過坐標原點,故A錯誤,B正確;根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 =C,等壓膨脹過程,溫度增加,V-T圖象pVTpVT經(jīng)過坐標原點,等溫壓縮過程,壓強增加,V-T圖象與V軸平行,等容降溫過程,壓強減小,V-T圖象與T軸平行,故C、D錯誤。2.(2018唐山模擬)回熱式制冷機是一種深低溫設(shè)備,制冷極限約50 K。某臺設(shè)備工作時,一定量的氦氣(可視為理想氣體)緩慢經(jīng)歷如圖所示的四個過
22、程:從狀態(tài)A到B和C到D是等溫過程,溫度分別為t1=27 和t2=-133 ;從狀態(tài)B到C和D到A是等容過程,體積分別為V0和5V0。求狀態(tài)B與D的壓強之比?！窘馕觥緼到B、C到D均為等溫過程,則TB=(27+273)K =300 K,TD=(-133+273)K=140 K,由理想氣體狀態(tài)方程可知: 得: 答案:10.7 BBDDBDp Vp VTT0BD BDB D05V 300pV T7510.7pVTV 1407。75()7或【加固訓練】如圖甲是一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的V-T圖象。已知氣體在狀態(tài)A時的壓強是1.5105 Pa。(1)說出AB過程中壓強變化的情形,并根
23、據(jù)圖象提供的信息,計算圖甲中TA的溫度值。(2)請在圖乙坐標系中,作出該氣體由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的p-T圖象,并在圖線相應位置上標出字母A、B、C。如果需要計算才能確定的有關(guān)坐標值,請寫出計算過程?！窘馕觥?1)由圖甲所示圖象可知,A與B的連線的延長線過原點O,所以AB是一個等壓變化,即pA=pB=1.5105 Pa,由圖示圖象可知:VA=0.4 m3,VB=VC=0.6 m3,TB=300 K,TC=400 K,從A到B過程,由蓋-呂薩克定律得: 得TA=200 K。(2)由圖甲所示圖象可知,從B到C為等容過程,由(1)知:pB=1.5105 Pa,TB=300 K,TC=400 K,由查理定律得: ABABVVTTCBBCppTT，解得:pC=2105 Pa,氣體狀態(tài)變化圖象如圖所示: 答案:(1)壓強不變200 K(2)見解析
物理選考部分 熱學 2 固體、液體與氣體
