2013高考总复习物理教师用书选修3312固体液体与气体 13页

第2讲　固体、液体与气体 固体的微观结构、晶体和非晶体　Ⅰ (考纲要求)‎ ‎　液晶的微观结构　Ⅰ(考纲要求)‎ ‎1．晶体与非晶体 ‎　分类 比较　‎ 晶体 非晶体 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)用晶体的微观结构特点解释晶体的特点 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 液体的表面张力现象　相对湿度　Ⅰ (考纲要求)‎ ‎　　饱和蒸气、未饱和蒸气和饱和蒸气压　Ⅰ(考 ‎　　　　纲要求)‎ ‎1．液体的表面张力 ‎(1)作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．‎ ‎(2)方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的边界线垂直．‎ ‎(3)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．‎ ‎2．液晶 ‎(1)液晶的产生 晶体液晶液体 ‎(2)物理性质 ‎3．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．‎ ‎4．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．‎ ‎5．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＝.‎ 气体分子运动速率的统计分布Ⅰ 气体实验 ‎　　定律 Ⅰ　理想气体　Ⅰ(考纲要求)‎ ‎1．气体和气体分子运动的特点 ‎2．三个实验定律比较 ‎　定律名称 比较项目 　‎ 玻意耳定律 ‎(等温变化)‎ 查理定律 等容变化 盖—吕萨克定律 ‎(等压变化)‎ 数学表 达式 p1V1＝p2V2‎ 或pV＝C(常数)‎ ＝或＝或＝C(常数)‎ ＝或＝或＝C(常数)‎ 同一气 体的两 条图线 T2>T1‎ T2>T1‎ V2pc，Qab>Qac B．pb>pc，QabQac D．pbWac，故Qab>Qac.综上可知C正确．‎ 答案　C 图1－2－2‎ ‎5．(1)小强新买了一台照相机，拍到如图1－2－2所示照片，他看到的小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中，他认为是靠水的浮力作用，同班的小明则认为小强的说法不对．事实上小昆虫受到的支持力是由_______________________________________‎ 提供的．小强将照相机带入房间时，发现镜头上蒙上了一层雾，说明室内水蒸气的压强相对室外温度，超过了其对应的________，此时室内湿度相对室外的温度________100%.‎ ‎(2)若把体积为V的油滴滴在平静的水面上，扩展成面积为S的单分子油膜，则该油滴的分子直径约为________．已知阿伏加德罗常数为NA，油的摩尔质量为M，则一个油分子的质量为________．‎ 答案　(1)水的表面张力　饱和蒸汽压　达到甚至超过 ‎(2)　 考点一　气体实验定律状态方程的应用 ‎【典例1】 ‎ 如图1－2－3所示，‎ 图1－2－3‎ 上端开口的圆柱形汽缸竖直放置，截面积为5×10－‎3 m2‎，一定质量的气体被质量为 ‎2.0 kg的光滑活塞封闭在汽缸内，其压强为________ Pa(大气压强取1.01×105 Pa，g取‎10 m/s2)．若从初温‎27 ℃‎开始加热气体，使活塞离汽缸底部的高度由‎0.50 m缓慢地变为‎0.51 m．则此时气体的温度为________ ℃.‎ 解析　本题考查气体压强的计算和气体实验定律．p1＝＝＝ Pa＝0.04×105 Pa，所以p＝p1＋p0＝0.04×105 Pa＋1.01×105 Pa＝1.05×105 Pa，由盖·吕萨克定律得＝，即＝＝，所以t＝‎33 ℃‎.‎ 答案　1.05×105　33‎ ‎——应用实验定律及状态方程解题的一般步骤 ‎(1)明确研究对象，即某一定质量的理想气体；‎ ‎(2)确定气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2；‎ ‎(3)由实验定律或状态方程列式求解．‎ ‎(4)讨论结果的合理性．‎ ‎【变式1】 ‎ 一活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，初始时气体体积为3.0×10－‎3 m3‎.用DIS实验系统测得此时气体的温度和压强分别为300 K和1.0×105 Pa.推动活塞压缩气体，稳定后测得气体的温度和压强分别为320 K和1.6×105 Pa.‎ ‎(1)求此时气体的体积．‎ ‎(2)保持温度不变，缓慢改变作用在活塞上的力，使气体压强变为8.0×104 Pa，求此时气体的体积．‎ 解析　(1)对缸内封闭气体 初态：p1＝1×105 Pa，V1＝3.0×10－‎3 m3‎，T1＝300 K，‎ 末态：p2＝1.6×105 Pa，V2＝？，T2＝320 K 由理想气体状态方程可知＝ 所以V2＝＝2×10－‎‎3 m3‎ 即末态时气体体积为2×10－‎3 m3‎.‎ ‎(2)当气体保持T2不变，变到状态3时 最后状态：p3＝0.8×105 Pa，V3＝？，T3＝T2＝320 K 所以p2V2＝p3V3‎ 即V3＝＝ m3＝4×10－‎3 m3‎.‎ 答案　(1)2.0×10－‎3 m3‎　(2)4.0×10－‎‎3 m3‎ 考点二　气体状态变化的图象分析 ‎【典例2】 ‎ 一定质量的理想气体从状态 图1－2－4‎ A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图象如图1－2－4所示．已知该气体在状态A时的温度为‎27 ℃‎.则：‎ ‎(1)该气体在状态B、C时的温度分别为多少 ℃？‎ ‎(2)该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是多大？‎ ‎(3)该气体从状态A到状态C的过程中是吸热，还是放热？传递的热量是多少？‎ 解析　(1)对于理想气体：A→B　由＝得：TB＝100 K 所以tB＝－173 ℃　B→C由＝得：TC＝300 K 所以tC＝‎27 ℃‎.‎ ‎(2)A→C由温度相等得：ΔU＝0.‎ ‎(3)A→C的过程中是吸热．吸收的热量Q＝W＝pΔV＝1×105×(3×10－3－1×10－3) J＝200 J.‎ 答案　(1)－173 ℃　27 ℃　(2)0　(3)200 J ‎【变式2】 ‎ 一定质量的理想气体，‎ 图1－2－5‎ 由初始状态A开始，状态变化按图1－2－5中的箭头所示方向进行，最后又回到初始状态A，对于这个循环过程，以下说法正确的是(　　)．‎ A．由A→B，气体的分子平均动能增大，放出热量 B．由B→C，气体的分子数密度增大，内能减小，吸收热量 C．由C→A，气体的内能减小，放出热量，外界对气体做功 D．经过一个循环过程后，气体内能可能减少，也可能增加 解析　A→B，气体温度升高，分子平均动能增大，V增大，气体对外做功，根据ΔU＝W＋Q，ΔU>0，W<0，所以Q>0，故吸热，A错误．B→C，气体体积不变，分子数密度不变，＝C知，气体温度降低，ΔU<0，W＝0，Q<0，故放热，B错误．C→A，气体压强不变，体积减小，温度降低，ΔU<0，W>0.所以Q<0，C正确．经过一个循环，气体回复到原来状态，内能不变，D错．‎ 答案　C 一、对固体、液体的考查(低频考查)‎ ‎1．(2010·新课标全国卷改编)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是________(填入正确选项前的字母)．‎ A．金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体 B．晶体的分子(或原子、离子)排列是有规则的 C．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体也有固定的熔点 D．单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的 解析　金刚石、食盐和水晶都是晶体，玻璃是非晶体，A错误；晶体的分子排列规则，且有固定的熔点，非晶体的分子排列不规则，且没有固定的熔点，故B错误，C正确；单晶体的物理性质是各向异性，多晶体和非晶体的物理性质是各向同性，故D错误；本题答案为C.‎ 答案　C ‎2．(2011·海南卷，17)关于空气湿度，下列说法正确的是(　　)．‎ A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大 B．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小 C．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示 D．空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比 答案　A 二、理想气体内能变化与状态方程的综合(高频考查)‎ 图1－2－6‎ ‎3．(2009·全国卷Ⅱ改编)如图1－2－6所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝．汽缸壁和隔板均绝热．初始时隔板静止，左右两边气体温度相等．现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源．当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比(　　)．‎ A．右边气体温度升高，左边气体温度不变 B．左右两边气体温度都升高 C．左边气体压强减小 D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量 解析　虽然汽缸壁和隔板绝热，但右边气体由于电热丝通电放出热量而温度升高，压强增大，从而推动隔板，隔板压缩左边气体对其做功，没有热交换，故左侧气体内能一定增加，温度升高，由是常数，左边气体V变小，T变大．故p一定变大，对右边气体，由于最终还要达到平衡，则p变大，V变大，T一定变大，由此可知，A错误，B正确，C错误；又右边气体吸收电热丝放出的热量后，由于对外做了功，故气体内能的增加量小于电热丝放出的热量，故D错误．‎ 答案　B 图1－2－7‎ ‎4．(2010·福建理综)如图1－2－7所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体________．(填选项前的字母)‎ A．温度升高，压强增大，内能减少 B．温度降低，压强增大，内能减少 C．温度升高，压强增大，内能增加 D．温度降低，压强减小，内能增加 解析　本题考查热力学第一定律、一定质量气体温度、压强和体积的关系．容器绝热，活塞对气体做功，由热力学第一定律可知，气体内能增加；温度是分子平均动能的标志，且气体内能增加，故温度一定升高；对活塞进行受力分析p0S＋F＝p气S，可知，气体压强增大，C正确；本题答案为C.‎ 答案　C 三、气体实验定律及状态变化图象(高频考查)‎ 图1－2－8‎ ‎5．(2010·上海)一定质量理想气体的状态经历了如图1－2－8所示的ab、bc、cd、da 四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体体积在(　　)．‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A．ab过程中不断减小 B．bc过程中保持不变 C．cd过程中不断增加 D．da过程中保持不变 解析　首先，因为bc的延长线通过原点，所以bc是等容线，即气体体积在bc过程中保持不变，B正确；ab是等温线，压强减小则体积增大，A错误；cd是等压线，温度降低则体积减小，C错误；连接aO交cd于e，如图，则ae是等容线，即V a＝Ve，因为VdVA>VB，故从A→C，气体对外做功较多，由TB＝TC可知两过程内能增量相同，根据ΔU＝W＋Q可知，从A→C，气体吸收热量较多，选项A正确而B、C、D错误．‎ 答案　A 图1－2－13‎ ‎7．如图1－2－13所示，一定质量的理想气体经历如图所示的AB、BC、CA三个变化过程，则：‎ ‎(1)符合查理定律的变化过程是________；C→A过程中气体________(选填“吸收”或“放出”)热量，________(选填“外界对气体”或“气体对外界”)做功，气体的内能________(选填“增大”、“减少”或“不变”)．‎ ‎(2)已知理想气体在状态A时的温度是‎27 ℃‎，求气体在状态C的温度是多少．‎ 解析　(2)C→A过程中气体压强不变，由盖·吕萨克定律可知：＝　可得TA＝150 K.‎ 答案　(1)B→C　吸收　气体对外界　增大　(2)150 K 图1－2－14‎ ‎8．医疗室用的电热高压灭菌锅的锅盖密封良好，盖上有一个排气孔，上面倒扣一个限压阀，利用其重力将排气孔压住．排气孔和限压阀的示意图如图1－2－14所示．加热过程中当锅内气压达到一定程度时，气体就会把限压阀顶起来，使高压气体排出，这样就使锅内能保持较高而又安全的稳定压强，若限压阀的质量m＝‎0.1 kg，横截面直径D＝‎2 cm，‎ 排气孔直径d＝‎0.3 cm，大气压为标准值(取p0＝1×105 Pa)，则锅内气压最大可达多少？‎ 解析　当锅内气压达到最大时，限压阀被顶起，此时限压阀处于受力平衡状态，设此时锅内气压为p，则由平衡条件可得p0S＋mg＝pS，S＝π 所以p＝p0＋≈2.4×105 Pa.‎ 答案　2.4×105 Pa 图1－2－15‎ ‎9．如图1－2－15所示，有一空的薄金属筒开口向下静止于恒温透明液体中，筒中液面与A点齐平．现缓慢将其压到更深处，筒中液面与B点齐平，此时筒中气体长度减为原来的.若测得A点压强为1.2×105 Pa，不计气体分子间相互作用，且筒内气体无泄漏．‎ ‎(1)求液体中B点的压强．‎ ‎(2)从微观上解释气体压强变化的原因．‎ ‎(3)在缓慢下降过程中，筒内空气是吸热还是放热？‎ 解析　(1)由题意知气体做等温变化，则有pAV＝pBV 带入数据得pB＝1.8×105 Pa.‎ 答案　(1)1.8×105 Pa ‎(2)在缓慢下压过程中，温度不变，气体分子的平均动能不变；但单位体积内的气体分子数增多，碰撞器壁的次数增多，气体的压强变大．‎ ‎(3)在缓慢下降过程中，温度不变，气体内能不变；体积减小，外界对气体做功，气体应放热．‎ ‎10．‎2011年4月8日，在某高速公路发生一起车祸，车祸系轮胎爆胎所致．已知汽车行驶前轮胎内气体压强为2.5 atm，温度为‎27 ℃‎，爆胎时胎内气体的温度为‎87 ℃‎，轮胎中的空气可看作理想气体．‎ ‎(1)求爆胎时轮胎内气体的压强；‎ ‎(2)从微观上解释爆胎前胎内压强变化的原因；‎ ‎(3)爆胎后气体迅速外泄，来不及与外界发生热交换，判断此过程胎内原有气体内能如何变化？简要说明理由．‎ 解析　(1)气体作等容变化，由查理定律得：＝①‎ T1＝t1＋273②‎ T2＝t2＋273③‎ p1＝2.5 atm　t1＝‎27 ℃‎　t2＝‎‎87 ℃‎ 由①②③得：p2＝3 atm.‎ 答案　(1)3 atm ‎(2)气体体积不变，分子密集程度不变，温度升高，分子平均动能增大，导致气体压强增大．‎ ‎(3)气体膨胀对外做功，没有吸收或放出热量，据热力学第一定律　ΔU＝W＋Q　得ΔU<0内能减少．‎ ‎11．两个完全相同的钢瓶．甲装有‎3 L的液体和‎1 L、6个大气压的高压气体；‎ 图1－2－16‎ 乙内有一个大气压的‎4 L气体；现将甲瓶倒置按如图1－2－16所示连接，将甲瓶内液体缓慢压装到乙瓶中．(不计连接管道的长度和体积以及液体产生的压强)‎ ‎(1)试分析在压装过程中随甲瓶内液体减少，甲内部气体压强如何变化，试用分子动理论作出解释．‎ ‎(2)甲瓶最多可向乙瓶内压装多少液体？‎ 解析　(1)压装过程中甲瓶内气体膨胀，单位体积内的分子数减少，温度不变分子的平均动能不变，这样单位时间撞击到器壁单位面积上的分子数减少，压强变小．‎ ‎(2)设甲内液体最多有x L进入乙瓶．乙瓶中气体灌装液体前，压强为p乙＝1 atm，体积为V1＝‎4 L；灌装后体积最小变为V乙′＝(4－x)L，此时乙瓶中压强与甲瓶内压强相等，为p，由等温变化得：p乙V乙＝pV乙′①‎ 甲瓶中气体开始气压为p甲＝6 atm，体积为V甲＝‎1 L，结束后压强为p，体积为V甲′＝(1＋x)L 由等温变化得：p甲V甲＝pV甲′②‎ 联立①②代入解得：x＝‎2 L．③‎ 答案　(1)压装过程中甲瓶内气体膨胀，单位体积内的分子数减少，温度不变分子的平均动能不变，这样单位时间撞击到器壁单位面积上的分子数减少，压强变小．‎ ‎(2)‎‎2 L 图1－2－17‎ ‎12．(1)如图1－2－17所示的是医院用于静脉滴注的示意图，倒置的输液瓶上方有一气室A，密封的瓶口处的软木塞上插有两根细管，其中a管与大气相通，b管为输液软管，中间又有一气室B，而其c端则通过针头接入人体静脉．‎ ‎①若气室A、B中的压强分别为pA、pB，则它们与外界大气压强p0的大小顺序应为________．‎ ‎②在输液瓶悬挂高度与输液软管内径确定的情况下，药液滴注的速度是________(填“越滴越慢”、“越滴越快”或“恒定”)‎ ‎(2)对一定质量的气体，在等温条件下得出体积V与压强p的数据如下表：‎ V/m3‎ ‎1.00‎ ‎0.50‎ ‎0.40‎ ‎0.25‎ ‎0.20‎ p/×105 Pa ‎1.45‎ ‎3.10‎ ‎3.95‎ ‎5.98‎ ‎7.70‎ ‎①根据所给数据在坐标纸上(如图1－2－18所示)画出p－图线，可得结论是________________________________________________________________________．‎ 图1－2－18‎ ‎②由所做图线，求p＝8.85×105 Pa时该气体体积是______________________________．‎ ‎③该图线斜率大小和温度的关系是__________________________________________．‎ 答案　(1)①pA