【物理】2019届一轮复习人教版固体、液体和气体学案

【物理】2019届一轮复习人教版固体、液体和气体学案

‎ 固体、液体和气体 知识梳理 知识点一、固体的微观结构、晶体和非晶体　液晶的微观结构 ‎1．晶体与非晶体 ‎　分类 比较　‎ 晶体 非晶体[ :学 ][ : ]‎ 单晶体 多晶体 外形 规则 不规则 熔点 确定 不确定 物理性质 各向异性 各向同性 原子排列 有规则，但多晶体每个晶体间的排列无规则 无规则 形成与 转化 有的物质在不同条件下能够形成不同的形态，同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可转化为晶体 典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香 ‎2.晶体的微观结构 ‎(1)晶体的微观结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列。‎ ‎(2)用晶体的微观结构解释晶体的特点 现象 原因 晶体有规则的外形 由于内部微粒有规则的排列 晶体各向异性 由于内部从任一结点出发在不同方向的相同距离上的微粒数不同 晶体的多形性 由于组成晶体的微粒可以形成不同的空间点阵 ‎3.液晶 ‎(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向异性，又可以自由移动位置，保持了液体的流动性。‎ ‎(2)液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。‎ ‎(3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐，而从另外一个方向看则是杂乱无章的。‎ ‎(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变。‎ 知识点二、液体的表面张力现象 ‎1．概念 液体表面各部分间互相吸引的力。‎ ‎2．作用 液体的表面张力使液面具有收缩到表面积最小的趋势。‎ ‎3．方向 表面张力跟液面相切，且跟这部分液面的分界线垂直。‎ ‎4．大小 液体的温度越高，表面张力越小；液体中溶有杂质时，表面张力变小；液体的密度越大，表面张力越大。‎ 知识点三、饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压 相对湿度 ‎1．饱和汽与未饱和汽 ‎ (1)饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽。‎ ‎(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＝。‎ 知识点四、气体实验定律　理想气体 ‎1．气体的压强 ‎(1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力。‎ ‎(2)大小：气体的压强在数值上等于气体作用在单位面积上的压力。公式：p＝。‎ ‎(3)常用单位及换算关系：‎ ‎①国际单位：帕斯卡，符号：Pa，1 Pa＝1 N/m2。‎ ‎②常用单位：标准大气压(atm)；厘米汞柱(cmHg)。‎ ‎③换算关系：1 atm＝76 cmHg＝1.013×105Pa ‎≈1.0×105Pa。‎ ‎2．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，体积与热力学温度成正比 表 达 式 p1V1＝p2V2‎ ＝或 ＝ ＝或 ＝ ‎3.理想气体的状态方程 ‎(1)理想气体 ‎①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，可视为理想气体。‎ ‎②微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。‎ ‎(2)理想气体的状态方程 一定质量的理想气体状态方程：＝或＝C。‎ 考点精练 考点一　固体和液体的性质 ‎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。‎ ‎(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。‎ ‎2．液体表面张力 ‎(1)形成的原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间的相互作用力表现为引力。‎ ‎(2)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，分子势能大于液本内部的分子势能。‎ ‎(3)表面张力的大小：跟边界线的长度、液体的种类、温度都有关系。‎ 对应训练 ‎1．[晶体、非晶体的区别][2015·全国卷Ⅰ，33(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，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体 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 解析　晶体有固定的熔点，并不会因为颗粒的大小而改变，即使敲碎为小颗粒，仍旧是晶体，选项A错误；固体分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上光学性质不同，表现为晶体具有各向异性，选项B正确；同种元素构成的可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶体，如金刚石和石墨，选项C正确；晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体，反之亦然，选项D正确；熔化过程中，晶体要吸热，温度不变，但是内能增大，选项E错误。‎ 答案　BCD ‎2．[饱和汽的特点](多选)关于饱和汽，下面说法正确的是(　　)‎ A．达饱和汽时液面上的气体分子的密度不断减小 B．达饱和汽时液面上的气体分子的密度不断增大 C．达饱和汽时液面上的气体分子的密度不变 D．将未饱和汽转化成饱和汽可以保持温度不变，减小体积 E．将未饱和汽转化成饱和汽可以保持体积不变，降低温度 解析　饱和汽是指单位时间内逸出液面的分子数和返回液面的分子数相等的状态，分子密度不变，A、B错，C对；在一定温度下，通过减小体积增加分子数密度使未饱和汽转化为饱和汽，D对；在体积不变的情况下，可以通过降低温度来降低饱和汽压，使未饱和汽达到饱和状态，E对。‎ 答案　CDE ‎3．[对饱和汽、湿度的理解](多选)关于饱和汽压和相对湿度，下列说法中正确的是 (　　)‎ A．温度相同的不同饱和汽的饱和汽压都相同 B．温度升高时，饱和汽压增大 C．在相对湿度相同的情况下，夏天比冬天的绝对湿度大 D．饱和汽压和相对湿度都与体积无关 E．饱和汽压和相对湿度都与体积有关 解析　在一定温度下，饱和汽压是一定的，饱和汽压随温度的升高而增大，饱和汽压与液体的种类有关，与体积无关。空气中所含水蒸气的压强，称为空气的绝对湿度；相对湿度＝，夏天的饱和汽压大，在相对湿度相同时，夏天的绝对湿度大。由以上分析可知B、C、D正确。‎ 答案　BCD ‎4．[液体的性质](多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．水的饱和汽压随温度的升高而减小 B．液体的表面张力是由表面层液体分子之间的相互排斥引起的 C．控制液面上方饱和汽的体积不变，升高温度，则达到动态平衡后该饱和汽的质量增大，密度增大，压强也增大 D．空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度 E．雨水没有透过布雨伞是因为液体有表面张力 解析　水的饱和汽压随温度的升高而增大，选项A错误；液体的表面张力是由液体表面层分子之间的相互吸引而引起的，选项B错误。‎ 答案　CDE 误区警示 分析液体现象注意四点 ‎(1)液体表面层分子间距较大，表现为引力，其效果使表面积尽量收缩；‎ ‎(2)沸腾发生在液体内部和表面，蒸发发生在液体表面；‎ ‎(3)未饱和汽压及饱和汽压与大气压无关，与体积无关；‎ ‎(4)人们感觉到的湿度是相对湿度而非绝对湿度。‎ 考点二　气体压强的计算 ‎1．活塞模型 图1和图2所示是最常见的封闭气体的两种方式。‎ 对“活塞模型”类求压强的问题，其基本的方法就是先对“活塞”进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程。图1中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0。由于活塞处于平衡状态，所以p0S＋mg＝pS。‎ 则气体的压强为p＝p0＋。‎ ‎　 　　　　图1　　　　　图2‎ 图2中的液柱也可以看成一个活塞，由于液柱处于平衡状态，所以pS＋mg＝p0S。‎ 则气体压强为p＝p0－＝p0－ρgh。‎ ‎2．连通器模型 图3‎ 如图3所示，U形管竖直放置。根据帕斯卡定律可知，同一液体中的相同高度处压强一定相等。所以气体B和A的压强关系可由图中虚线所示的等高线联系起来。则有pB＋ρgh2＝pA。‎ 而pA＝p0＋ρgh1，‎ 所以气体B的压强为 pB＝p0＋ρg(h1－h2)。‎ 其实该类问题与“活塞模型”并没有什么本质的区别。熟练后以上压强的关系式均可直接写出，不一定都要从受力分析入手。‎ 对应训练 ‎1．[液体封闭气体压强的计算]若已知大气压强为p0，在图4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。‎ 图4‎ 解析　在甲图中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知pAS＝－ρghS＋p0S 所以p甲＝pA＝p0－ρgh 在图乙中，以B液面为研究对象，由平衡方程F上＝F下有：pAS＋ρghS＝p0S p乙＝pA＝p0－ρgh 在图丙中，仍以B液面为研究对象，有 pA＋ρghsin 60°＝pB′＝p0‎ 所以p丙＝pA＝p0－ρgh 在图丁中，以液面A为研究对象，由二力平衡得 p丁S＝(p0＋ρgh1)S 所以p丁＝p0＋ρgh1‎ 在戊图中，从开口端开始计算：右端为大气压p0，同种液体同一水平面上的压强相同，所以b气柱的压强为pb＝p0＋ρg(h2－h1)，而a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)。‎ 答案　甲：p0－ρgh　乙：p0－ρgh　丙：p0－ρgh　丁：p0＋ρgh1　戊：pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3)　pb＝p0＋ρg(h2－h1)‎ ‎2．[活塞封闭气体压强的计算]如图5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的压强各多大？‎ 图5‎ 解析　题图甲中选m为研究对象。‎ pAS＝p0S＋mg 得pA＝p0＋ 题图乙中选M为研究对象得pB＝p0－。‎ 答案　p0＋　p0－。‎ 考点三　气体实验定律和理想气体状态方程的应用 ‎1．理想气体状态方程与气体实验定律的关系 ＝ ‎2．两个重要的推论 ‎(1)查理定律的推论：Δp＝ΔT ‎(2)盖—吕萨克定律的推论：ΔV＝ΔT ‎【典例】　[2016·全国卷Ⅱ，33(2)]一氧气瓶的容积为0.08 m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3。当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气。若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。‎ 解析　方法一　设氧气开始时的压强为p1，体积为V1，压强变为p2(2个大气压)时，体积为V2。根据玻意耳定律得 p1V1＝p2V2①‎ 重新充气前，用去的氧气在p2压强下的体积为 V3＝V2－V1②‎ 设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0，则有 p2V3＝p0V0③‎ 设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV，则氧气可用的天数为 N＝④‎ 联立①②③④式，并代入数据得N＝4(天)⑤‎ 方法二　对氧气瓶内的氧气，由于温度保持不变，由玻意耳气体实验定律和总质量不变得 p1V1＝np2V2＋p3V1‎ 其中p1＝20个大气压　V1＝0.08 m3‎ p2＝1个大气压　V2＝0.36 m3‎ p3＝2个大气压 代入数值得n＝4(天)‎ 答案　4天 对应训练 ‎1．[查理定律、盖—吕萨克定律的应用]如图6所示，有一圆柱形汽缸，上部有固定挡板，汽缸内壁的高度是2L，一个很薄且质量不计的活塞封闭一定质量的理想气体，开始时活塞处在离底部L高处，外界大气压强为1.0×105 Pa，温度为27 ℃，现对气体加热，求：当加热到427 ℃时，封闭气体的压强。‎ 图6‎ 解析　设汽缸横截面积为S，活塞恰上升到汽缸上部挡板处时，气体温度为T2，气体做等压变化，则对于封闭气体，初状态：T1＝(27＋273)K，V1＝LS，p1＝p0；末状态：V2＝2LS，p2＝p0。‎ 由＝，解得：T2＝600 K，即t2＝327 ℃‎ 设当加热到427 ℃时气体的压强变为p3，在此之前活塞已上升到汽缸上部挡板处，气体做等容变化，则对于封闭气体，初状态：T2＝600 K，V2＝2LS，p2＝1.0×105 Pa；末状态：T3＝700 K，V3＝2LS。‎ 由＝，代入数据得：p3＝1.17×105 Pa 答案　1.17×105 Pa ‎2．[玻意耳定律和理想气体状态方程的应用]如图7，粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端开口，管内有一段水银柱，中管内水银面与管口A之间气体柱长为40 cm，气体温度为27 ℃。将左管竖直插入水银槽中，整个过程温度不变，稳定后右管内水银面和中管内水银面出现4 cm的高度差。已知大气压强p0＝76 cmHg，气体可视为理想气体。‎ 图7‎ ‎(1)求左管A端插入水银槽的深度d；‎ ‎(2)为使右管内水银面和中管内水银面再次相平，需使气体温度降为多少℃？‎ 解析　(1)插入水银槽后封闭气体发生等温变化，由玻意耳定律得p1L1S＝p2L2S 插入水银槽后封闭气体的长度为L2＝＝ cm＝38 cm 由题意知，中管水银面下降2 cm，左管下端水银进入管中的长度为40 cm＋2 cm－38 cm＝4 cm，管外水银面比管内高4 cm，故左管A端插入水银槽的深度d＝4 cm＋4 cm＝8 cm ‎(2)由理想气体状态方程得：＝ 当右管内水银面和中管内水银面再次相平时，封闭气柱的长度L3＝L2－4 cm－2 cm＝32 cm，压强p3＝p0＝76 cm 则气体温度降为T3＝＝ K＝240 K 即t3＝T3－273 ℃＝－33 ℃‎ 答案　(1)8 cm　(2)－33 ℃‎ 方法技巧 利用气体实验定律及气体状态方程解决问题的基本思路 考点四　气体状态变化的图象问题 ‎　　类别 图线　　‎ 特点 举例 p－V pV＝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－ p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高 p－T p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小 V－T V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小 对应训练 ‎1．[p－t图象的理解][2016·全国卷Ⅱ，33(1)]一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p－T图象如图8所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是__________。(填正确答案标号)‎ 图8‎ A．气体在a、c两状态的体积相等 B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功 解析　由理想气体状态方程＝C得，p＝T，由图象可知，Va＝Vc，选项A正确；理想气体的内能只由温度决定，而Ta>Tc，故气体在状态a时的内能大于在状态c时的内能，选项B正确；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，cd过程温度不变，内能不变，则Q＝－W，选项C错误；da过程温度升高，即内能增大，则吸收的热量大于对外做的功，选项D错误；bc过程和da过程互逆，则做功相同，选项E正确。‎ 答案　ABE ‎2．[p－V图象的理解]图9为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图象，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C。设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则TA__________TB(填“＞或＜或＝”)，TB__________TC(填“＞或＜或＝”)。‎ 图9‎ 解析　根据理想气体状态方程＝C可知：从A到B，体积不变，压强减小，故温度降低即TA＞TB；从B到C，压强不变，体积增大，故温度升高，即TB＜TC。‎ 答案　＞　＜‎ ‎3．[气体图象间的转化](2016·陕西质检)一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C，其有关数据如p－T图象10甲所示。若气体在状态A的温度为－73.15 ℃，在状态C的体积为0.6 m3，求：‎ 图10‎ ‎(1)状态A的热力学温度；‎ ‎(2)说出A至C过程中气体的变化情形，并根据图象提供的信息，计算图中VA的值；‎ ‎(3)在图乙坐标系中，作出由状态A经过状态B变为状态C的V－T图象，并在图线相应位置上标出字母A、B、C。如果需要计算才能确定坐标值，请写出计算过程。‎ 解析　(1)状态A的热力学温度：TA＝t＋273.15 K＝－73.15 ℃＋273.15 K＝200 K ‎(2)由理想气体状态方程有 ＝ 得VA＝＝0.4 m3‎ ‎(3)由盖—吕萨克定律＝ 得VB＝＝0.4× m3＝0.6 m3‎ VC＝VB＝0.6 m3，B至C为等容过程，V－T图象如图所示。‎ 答案　(1)200 K　(2)0.4 m3　(3)见解析 随堂检测 ‎1．下列说法正确的是______。(填正确答案标号)‎ A．悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动 B．空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果 C．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点 D．高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故 E．干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果 ‎2．[2016·全国卷Ⅲ，33(1)]关于气体的内能，下列说法正确的是________。(填正确答案标号)(　　)‎ A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同 B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大 C．气体被压缩时，内能可能不变 D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 ‎3．[2016·全国卷Ⅰ，33(2)]在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp＝，其中σ＝0.070 N/m。现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升，已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度大小g＝10 m/s2。‎ ‎(ⅰ)求在水下10 m处气泡内外的压强差；‎ ‎(ⅱ)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。‎ ‎4．[2016·海南单 ·15(2)]如图11，密闭汽缸两侧与一U形管的两端相连，汽缸壁导热，U形管内盛有密度为ρ＝7.5×102 kg/m3的液体。一活塞将汽缸分成左、右两个气室，开始时，左气室的体积是右气室的体积的一半，气体的压强均为p0＝4.5×103 Pa。外界温度保持不变。缓慢向右拉活塞使U形管两侧液面的高度差h＝40 cm，求此时左、右两气室的体积之比。取重力加速度大小g＝10 m/s2，U形管中气体的体积和活塞拉杆的体积忽略不计。‎ 图11‎ 参考答案 ‎1.解析　水中花粉的布朗运动，反映的是水分子的热运动规律，则A项错；正是表面张力使空中雨滴呈球形，则B项正确；液晶的光学性质是各向异性，液晶显示器正是利用了这种性质，C项正确；高原地区大气压较低，对应的水的沸点较低，D项错误；因为纱布中的水蒸发吸热，则同样环境下湿泡温度计显示的温度较低，E项正确。‎ 答案　BCE ‎2.解析　质量和温度都相同的气体，虽然分子平均动能相同，但是不同的气体，则其摩尔质量不同，即分子个数不同，所以分子总动能不一定相同，A错误；宏观运动和微观运动没有关系，所以宏观运动速度大，内能不一定大，B错误；根据＝C可知，如果等温压缩，则内能不变；等压膨胀，温度升高，内能一定增大，C、E正确；理想气体的分子势能为零，所以理想气体的内能与分子平均动能有关，而分子平均动能和温度有关，D正确。‎ 答案　CDE ‎3.解析　(ⅰ)由公式Δp＝得Δp＝ Pa＝28 Pa 水下10 m处气泡内外的压强差是28 Pa。‎ ‎(ⅱ)气泡上升过程中做等温变化，由玻意耳定律得 p1V1＝p2V2①‎ 其中，V1＝πr②‎ V2＝πr③‎ 由于气泡内外的压强差远小于10 m深处水的压强，气泡内压强可近似等于对应位置处的水的压强，所以有 p1＝p0＋ρgh1＝1×105 Pa＋1×103×10×10 Pa ‎＝2×105 Pa＝2p0④‎ p2＝p0⑤‎ 将②③④⑤代入①得，2p0×πr＝p0×πr ‎2r＝r ＝ 答案　(ⅰ)28 Pa　(ⅱ)∶1‎ ‎4.解析　设初始状态时汽缸左气室的体积为V01，右气室的体积为V02‎ ‎；当活塞至汽缸中某位置时，左、右气室的压强分别为p1、p2，体积分别为V1、V2，由玻意耳定律得：‎ p0V01＝p1V1①‎ p0V02＝p2V2②‎ 依题意：有V01＋V02＝V1＋V2③‎ 由力的平衡条件有：p2－p1＝ρgh④‎ 联立①②③④式，并代入题给数据得：‎ ‎2V＋3V01V1－9V＝0⑤‎ 由此解得：V1＝V01(另一解不合题意，舍去)⑥‎ 由③⑥式和题给条件得：V1∶V2＝1∶1⑦‎ 答案　1∶1‎