【配套K12】2017_2018学年高中物理第二章固体液体和气体第八节气体实验定律Ⅱ教学案粤教版选修
- 格式:doc
- 大小:1.15 MB
- 文档页数:14
第2讲固体、液体和气体知识点一晶体、非晶体、晶体的微观结构1.晶体(单晶体、多晶体)和非晶体的区别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律地、地在空间排列. (2)用晶体的微观结构解释晶体的特点知识点二液体与液晶1.液体的表面张力(1)定义:使液体表面具有的力.(2)产生原因:由于液面分子分布较内部稀疏,分子间距r >r 0,分子力表现为 ,宏观上表现为使液面收缩,使液面像一张绷紧的弹性薄膜.2.液晶(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向 ,又可以自由移动位置,保持了液体的 .(2)液晶分子的位置无序使它像 ,排列有序使它像 .(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 的. (4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下 .答案:1.(1)收缩趋势 (2)引力 2.(1)异性 流动性 (2)液体 晶体 (3)杂乱无章 (4)发生变化知识点三 气体的状态参量及气体定律 1.气体分子运动的特点(1)分子很小,间距 ,除碰撞外不受力. (2)气体分子向各个方向运动的气体分子数目都 .(3)分子做无规则运动,大量分子的速率按 的规律分布.(4)温度一定时,某种气体分子的速率分布是 的,温度升高时,速率小的分子数 ,速率大的分子数 ,分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大.2.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 .(2)大小:气体的压强在数值上等于气体作用在 的压力.公式:p = . (3)常用单位及换算关系:①国际单位: ,符号Pa,1 Pa =1 N/m 2. ②常用单位: (atm);厘米汞柱(cmHg). ③换算关系:1 atm = cmHg. 3.气体实验定律(1)等温变化——玻意耳定律①内容:一定质量的某种气体,在 不变的情况下,压强与体积成 . ②公式:p 1V 1=p 2V 2或pV =C (常量). (2)等容变化——查理定律①内容:一定质量的某种气体,在 不变的情况下,压强与热力学温度成 . ②公式:p 1p 2= 或p T=C (常量).(3)等压变化——盖—吕萨克定律①内容:一定质量的某种气体,在 不变的情况下,其体积与热力学温度成 .②公式:V 1V 2=T 1T 2或V T=C (常量). 4.理想气体状态方程(1)理想气体:在任何温度、任何 下都遵从气体实验定律的气体. (2)理想气体状态方程:p 1V 1T 1= 或pVT=C . 答案:1.(1)很大 (2)相等 (3)“中间多,两头少” (4)确定 减少 增多 2.(1)压力 (2)单位面积上FS(3)①帕斯卡 ②标准大气压 ③76 3.(1)①温度 反比 (2)①体积 正比 ②T 1T 2(3)①压强 正比 4.(1)压强 (2)p 2V 2T 2知识点四 饱和汽与饱和汽压、空气的湿度 1.饱和汽与未饱和汽(1)饱和汽:与液体处于 的蒸汽. (2)未饱和汽:没有达到 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 有关,温度越高,饱和汽压越大,饱和汽压与饱和汽的 无关.3.湿度(1)定义:空气的干湿程度. (2)描述温度的物理量①绝对湿度:空气中所含水蒸气的 .②相对湿度:空气中水蒸气的压强与同一温度时水的 之比. 答案:1.(1)动态平衡 (2)饱和 2.(2)温度 体积 3.(2)压强 饱和汽压(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的.( )(2)单晶体具有固定的熔点,而多晶体和非晶体没有固定的熔点.( ) (3)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化.( ) (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,这时蒸发和凝结仍在进行.( )(7)一定质量的理想气体在等压变化时,其体积与摄氏温度成正比.( ) 答案:(1) (2) (3)√ (4) (5)√ (6)√ (7)理想气体状态方程pV =nRT 的推导在标准状态下,1 mol 的理想气体的三个状态参量分别为p 0=1 atm =1.013×105Pa ,V 0=22.4 L/mol =22.4×10-3m 3/mol ,T 0=273 K.因此,对于1 mol 的理想气体,pV T =p 0V 0T 0=C ,C =8.31 J·mol -1·K -1.用R 代替C ,R 是一个适用于1 mol 的任何理想气体的常量,叫摩尔气体常量,即R =p 0V 0T 0=8.31 J·mol -1·K -1.对于n mol 状态是(p 0,nV 0,T 0)的理想气体,因压强、温度相同,所以p 0·nV 0T 0=nR =pVT即:pV =nRT ,其中,n =MM mol,是物质的量.考点一 固体和液体的性质1.晶体和非晶体的判断方法(1)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)只要是具有各向异性的物体必定是晶体,且是单晶体.(3)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.液体表面张力(1)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.(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,分子势能大于液体内部的分子势能.(3)表面张力的方向:和液面相切,垂直于液面上的各条分界线.(4)表面张力的效果: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.(5)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.考向1 晶体、非晶体的特性[典例1] (2015·新课标全国卷Ⅰ)(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,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体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] 晶体被敲碎后,其空间点阵结构未变,仍是晶体,A错误;单晶体光学性质具有各向异性,B正确;同种元素由于空间的排列结构而形成不同物质的晶体,C正确;如果外界条件改变了分子或原子的空间排列结构,晶体和非晶体之间可以互相转化,D正确;在晶体熔化过程中,分子势能会发生改变,内能也会改变,E错误.[答案] BCD考向2 液体的特性[典例2] (多选)下列说法正确的是( )A.把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面上,这是由于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,是因为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,是因为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,这是由于水膜具有表面张力的缘故[解析] 水的表面张力托起针,A正确;B、D两项也是表面张力的原因,故B、D均错误,C项正确;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.[答案] AC考点气体压强的产生与计算1.产生的原因:由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁,形成对器壁各处均匀、持续的压力,作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强.2.决定因素(1)宏观上:决定于气体的温度和体积.(2)微观上:决定于分子的平均动能和分子的密集程度.3.平衡状态下气体压强的求法(1)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.(2)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.(3)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.考向1 气体压强产生的原因和决定因素[典例3] (2017·河北唐山模拟)(多选)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增多,平均撞击力增大,因此压强增大[解析] 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对,B错;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对,D错;由气体压强产生原因知,E对.[答案] ACE考向2 液体封闭的气体压强[典例4] 若已知大气压强为p0,在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.甲乙丙丁戊[解析] 在图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由二力平衡知p 甲S =-ρghS +p 0S所以p 甲=p 0-ρgh ;在图乙中,以B 液面为研究对象,由平衡方程F 上=F 下有:p A S +ρghS =p 0S p 乙=p A =p 0-ρgh ;在图丙中,仍以B 液面为研究对象,有p A +ρgh sin 60°=p B =p 0所以p 丙=p A =p 0-32ρgh ; 在图丁中,以液面A 为研究对象,由二力平衡得p 丁S =(p 0+ρgh 1)S所以p 丁=p 0+ρgh 1;在图戊中,从开口端开始计算:右端为大气压p 0,同种液体同一水平面上的压强相同,所以b 气柱的压强为p b =p 0+ρg (h 2-h 1),而a 气柱的压强为p a =p b -ρgh 3=p 0+ρg (h 2-h 1-h 3).[答案] 甲:p 0-ρgh 乙:p 0-ρgh 丙:p 0-32ρgh 丁:p 0+ρgh 1 戊:p a =p 0+ρg (h 2-h 1-h 3) p b =p 0+ρg (h 2-h 1)考向3 固体(活塞或汽缸)封闭的气体压强[典例5] 如图所示,一个横截面积为S 的圆筒形容器竖直放置,金属圆块A 的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的夹角为θ,圆块的质量为M ,不计圆块与容器内壁之间的摩擦,若大气压强为p 0,则被圆块封闭在容器中的气体的压强p 为( )A.p 0+Mg cos θSB.p 0cos θ+Mg S cos θC.p 0+Mg cos 2 θSD.p 0+Mg S[解析] 对圆块进行受力分析:重力Mg ,大气压的作用力p 0S ,封闭气体对它的作用力pScos θ,容器侧壁的作用力F 1和F 2,如图所示.由于不需要求出侧壁的作用力,所以只考虑竖直方向合力为零,就可以求被封闭的气体压强.圆块在竖直方向上受力平衡,故p 0S +Mg =⎝ ⎛⎭⎪⎫pS cos θcos θ,即p =p 0+Mg S ,D 正确.[答案] D封闭气体压强的求解方法封闭气体的压强,不仅与气体的状态变化有关,还与相关的水银柱、活塞、汽缸等物体的受力情况和运动状态有关.解决这类问题的关键是要明确研究对象,然后分析研究对象的受力情况,再根据运动情况,列研究对象的力学方程,然后解方程,就可求得封闭气体的压强.考点气体状态变化的图象问题考向1 对p V 图象的考查[典例6] 如图所示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T A 、T B 、T C ,则下列关系式中正确的是( )A.T A <T B ,T B <T CB.T A >T B ,T B =T CC.T A >T B ,T B <T CD.T A =T B ,T B >T C[解析] A →B 过程:由pT =C 可知T A >T B ;B →C 过程:由V T=C 可知T B <T C .故选C. [答案] C考向2 对p T 图象的考查[典例7] (多选)一定质量理想气体的状态经历了如图所示的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 过程中不断增加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]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 正确;cd 是等压线,温度降低则体积减小,C 错误;连接aO 交cd 于e 点,如图所示,则ae 是等容线,即V a =V e ,因为V d <V e ,所以V d <V a ,所以da 过程中体积不是保持不变,D 错误.[答案] AB考向3 对V T 图象的考查[典例8] (2017·山东潍坊模拟)(多选)如图所示,一定质量的理想气体,从图示A 状态开始,经历了B 、C ,最后到D 状态,下列判断中正确的是( )A.A →B 温度升高,压强不变B.B →C 体积不变,压强变大C.B →C 体积不变,压强不变D.C →D 体积变小,压强变大[解析] 由图象可知,在A →B 的过程中,气体温度升高体积变大,且体积与温度成正比,由pV T=C ,气体压强不变,故A 正确;由图象可知,在B →C 的过程中,体积不变而热力学温度降低,由pV T=C 可知,压强p 减小,故B 、C 错误;由图象可知,在C →D 的过程中,气体温度不变,体积减小,由pV T=C 可知,压强p 增大,故D 正确.[答案]AD气体图象问题的分析技巧(1)图象上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图象上的某一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程.(2)在V T 或p T 图象中,比较两个状态的压强或体积大小,可以用这两个状态到原点连线的斜率大小来判断.斜率越大,压强或体积越小;斜率越小,压强或体积越大.考点理想气体状态方程与气体实验定律的应用1.理想气体状态方程与气体实验定律的联系p 1V 1T 1=p 2V 2T 2⎩⎪⎨⎪⎧温度不变:p 1V 1=p 2V 2(玻意耳定律)体积不变:p 1T 1=p2T 2(查理定律)压强不变:V 1T 1=V2T2(盖—吕萨克定律)2.几个重要的推论(1)查理定律的推论:Δp =p 1T 1ΔT . (2)盖—吕萨克定律的推论:ΔV =V 1T 1ΔT .(3)理想气体状态方程的推论:p 0V 0T 0=p 1V 1T 1+p 2V 2T 2+….考向1 玻璃管水银柱问题[典例9] 在室温条件下研究等容变化,实验装置如图所示,由于不慎使水银压强计左管水银面下h =10 cm 处有长为l =4 cm 的空气柱.开始时压强计的两侧水银柱最高端均在同一水平面,温度计读数为7 ℃,后来对水加热,使水温上升到77 ℃,并通过调节压强计的右管,使左管水银面仍在原来的位置.若大气压为标准大气压;求:(1)加热后左管空气柱的长度l ′;(2)加热后压强计两管水银面的高度差Δh .[问题探究] (1)A 、B 两部分气体压强有何关系?(2)升温后,气体A 做什么变化,气体B 做什么变化?(3)升温后,压强计哪根管液面高?[提示] (1)p A +p h =p B ,即B 气体压强比A 气体压强大10 cmHg.(2)气体A 做等容变化,气体B 做等温变化.(3)升温后,右管液面高.[解析] 研究的对象为两部分气体,一部分为球形容器中的气体A ,这部分气体做的是等容变化.另一部分气体B ,即为压强计左管中封入的气体,这部分气体做的是等温变化.(1)根据题意p B =p 0+(h +l )=(76+10+4) cmHg =90 cmHg而p A =p B -h =80 cmHgA 部分气体在做等容变化时,根据查理定律,有p A T 1=p A ′T 2解得p A ′=T 2T 1p A =273+77273+7×80 cmHg=100 cmHg B 部分气体的压强p B ′=p A ′+10 cmHg =110 cmHg根据玻意耳定律p B V B =p B ′V B ′解得l ′=p B l p B ′=90×4110cm =3.27 cm. (2)压强计左、右两管水银面之差为Δh有Δh +10 cm +3.27 cm +76 cm =110 cm解得Δh =(110-10-3.27-76) cm =20.73 cm.[答案] (1)3.27 cm (2)20.73 cm考向2 汽缸、活塞问题[典例10] 底面积S =40 cm 2、高l 0=15 cm 的圆柱形汽缸开口向上放置在水平地面上,开口处两侧有挡板,如图所示.缸内有一可自由移动的质量为2 kg 的活塞封闭了一定质量的理想气体,不可伸长的细线一端系在活塞上,另一端跨过两个定滑轮提着质量为10 kg 的物体A .开始时,气体温度t 1=7 ℃,活塞到缸底的距离l 1=10 cm ,物体A 的底部离地h 1=4 cm ,对汽缸内的气体缓慢加热使活塞缓慢上升.已知大气压p 0=1.0×105 Pa ,试求:(1)物体A 刚触地时,气体的温度;(2)活塞恰好到达汽缸顶部时,气体的温度.[解题指导] 随着温度升高,活塞上升,气体做等压变化;A 落地后,绳拉力消失,气体压强变化,根据理想气体状态方程可求活塞刚到达汽缸顶部时气体的温度.[解析] (1)初始活塞受力平衡:p 0S +mg =p 1S +T ,T =m A g ,被封闭气体压强p 1=p 0+(m -m A )g S=0.8×105 Pa , 初状态,V 1=l 1S ,T 1=(273+7) K =280 K ,A 触地时,p 1=p 2,V 2=(l 1+h 1)S ,气体做等压变化,l 1S T 1=(l 1+h 1)S T 2, 代入数据,得T 2=392 K ,即t 2=119 ℃.(2)活塞恰好到汽缸顶部时,p 3=p 0+mg S =1.05×105 Pa ,V 3=l 0S ,根据理想气体状态方程,p 1l 1S T 1=p 3l 0S T 3, 代入数据得T 3=551.25 K ,即t 3=278.25 ℃.[答案] (1)119 ℃ (2)278.25 ℃利用气体实验定律解决问题的基本思路1.[晶体、非晶体](多选)关于晶体和非晶体,下列说法中正确的是( )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,非晶体没有固定的熔点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答案:BC 解析:金刚石、水晶和食盐是晶体,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、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.2.[相对湿度、绝对湿度](多选)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:BC 解析:由于在空气中水蒸气含量不变的情况下,气温越高时饱和蒸汽压越大,人的感觉越是干燥,即人的感觉取决于相对湿度而非绝对湿度,A错误,B正确.空气的相对湿度是指空气中所含水蒸气压强与同温度下的饱和蒸汽压的比值,空气的绝对湿度的定义就是用空气中所含水蒸气的压强来表示湿度的方法,故C正确,D错误.3.[pV图象]如图所示,一定质量的理想气体,由状态A沿着直线AB变化到状态B,在此过程中,气体分子的平均速率的变化情况是( )A.不断增大B.不断减小C.先减小后增大D.先增大后减小答案:D 解析:对于图象问题的解答,首先要明确图象的物理意义.由题图可知,A、B 两点的pV乘积相同,因此A、B两点的温度也相同,在AB直线上的中点C(题图中未标出),其pV乘积比A、B两点要大,所以C点温度比A、B两点高,即T A=T B<T C,又因为气体分子的平均速率随温度的升高而增大,所以气体分子的平均速率是先增大后减小,故应选D.4.[液体的性质](多选)下列说法正确的是( )A.把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面,这是由于水表面存在表面张力的缘故B.水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠,而在干净的玻璃板上却不能,这是因为油脂使水的表面张力增大的缘故C.在围绕地球飞行的宇宙飞船中,自由飘浮的水滴呈球形,这是表面张力作用的结果D.在毛细现象中,毛细管中的液面有的升高,有的降低,这与液体的种类和毛细管的材质有关答案:ACD 解析:水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠,这是不浸润的结果,而干净的玻璃板上不能形成水珠,这是浸润的结果,B错误.5.[气体实验定律的应用]如图所示,在长为L=57 cm的一端封闭、另一端开口向上的竖直玻璃管内,用4 cm高的水银柱封闭着51 cm长的理想气体,管内外气体的温度均为33 ℃.现将水银缓慢注入管中,直到水银面与管口相平,此时管中气体的压强为多少?接着缓慢对玻璃管加热升温至多少时,管中刚好只剩4 cm高的水银柱?(大气压强p0=76 cmHg)答案:85 cmHg 318 K 解析:设管的横截面积为S,初态时,管内气体温度T1=273 K +33 K=306 K体积V1=51S cm3压强p1=p0+p h=80 cmHg当水银柱与管口相平时,水银柱高为H则V2=(57-H)S cm3压强p2=p0+p H=(76+H) cmHg由玻意耳定律p1V1=p2V2代入数据得H2+19H-252=0解得:H=9 cm故p2=p0+p H=85 cmHg设温度升至T时,管中水银柱高为4 cm气体体积为V3=53S cm3气体压强为p3=p0+p h=80 cmHg由盖—吕萨克定律V 1T 1=V 3T 代入数据得T =318 K.。
第二章气体、固体和液体1. 温度和温标 ...................................................................................................................... - 1 -2. 气体的等温变化............................................................................................................. - 11 -3. 气体的等压变化和等容变化......................................................................................... - 20 -4. 固体 ................................................................................................................................ - 37 -5. 液体 ................................................................................................................................ - 45 -章末复习提高...................................................................................................................... - 54 -1. 温度和温标一、状态参量与平衡态1.热力学系统:由大量分子组成的系统。
第2讲固体、液体和气体知识点一晶体、非晶体、晶体的微观结构1.晶体(单晶体、多晶体)和非晶体的区别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律地、地在空间排列. (2)用晶体的微观结构解释晶体的特点知识点二液体与液晶1.液体的表面张力(1)定义:使液体表面具有的力.(2)产生原因:由于液面分子分布较内部稀疏,分子间距r >r 0,分子力表现为 ,宏观上表现为使液面收缩,使液面像一张绷紧的弹性薄膜.2.液晶(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向 ,又可以自由移动位置,保持了液体的 .(2)液晶分子的位置无序使它像 ,排列有序使它像 .(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 的. (4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下 .答案:1.(1)收缩趋势 (2)引力 2.(1)异性 流动性 (2)液体 晶体 (3)杂乱无章 (4)发生变化知识点三 气体的状态参量及气体定律 1.气体分子运动的特点(1)分子很小,间距 ,除碰撞外不受力. (2)气体分子向各个方向运动的气体分子数目都 .(3)分子做无规则运动,大量分子的速率按 的规律分布.(4)温度一定时,某种气体分子的速率分布是 的,温度升高时,速率小的分子数 ,速率大的分子数 ,分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大.2.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 .(2)大小:气体的压强在数值上等于气体作用在 的压力.公式:p = . (3)常用单位及换算关系:①国际单位: ,符号Pa,1 Pa =1 N/m 2. ②常用单位: (atm);厘米汞柱(cmHg). ③换算关系:1 atm = cmHg. 3.气体实验定律(1)等温变化——玻意耳定律①内容:一定质量的某种气体,在 不变的情况下,压强与体积成 . ②公式:p 1V 1=p 2V 2或pV =C (常量). (2)等容变化——查理定律①内容:一定质量的某种气体,在 不变的情况下,压强与热力学温度成 . ②公式:p 1p 2= 或p T=C (常量).(3)等压变化——盖—吕萨克定律①内容:一定质量的某种气体,在 不变的情况下,其体积与热力学温度成 .②公式:V 1V 2=T 1T 2或V T=C (常量). 4.理想气体状态方程(1)理想气体:在任何温度、任何 下都遵从气体实验定律的气体. (2)理想气体状态方程:p 1V 1T 1= 或pVT=C . 答案:1.(1)很大 (2)相等 (3)“中间多,两头少” (4)确定 减少 增多 2.(1)压力 (2)单位面积上FS(3)①帕斯卡 ②标准大气压 ③76 3.(1)①温度 反比 (2)①体积 正比 ②T 1T 2(3)①压强 正比 4.(1)压强 (2)p 2V 2T 2知识点四 饱和汽与饱和汽压、空气的湿度 1.饱和汽与未饱和汽(1)饱和汽:与液体处于 的蒸汽. (2)未饱和汽:没有达到 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 有关,温度越高,饱和汽压越大,饱和汽压与饱和汽的 无关.3.湿度(1)定义:空气的干湿程度. (2)描述温度的物理量①绝对湿度:空气中所含水蒸气的 .②相对湿度:空气中水蒸气的压强与同一温度时水的 之比. 答案:1.(1)动态平衡 (2)饱和 2.(2)温度 体积 3.(2)压强 饱和汽压(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的.( )(2)单晶体具有固定的熔点,而多晶体和非晶体没有固定的熔点.( ) (3)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化.( ) (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,这时蒸发和凝结仍在进行.( )(7)一定质量的理想气体在等压变化时,其体积与摄氏温度成正比.( ) 答案:(1) (2) (3)√ (4) (5)√ (6)√ (7)理想气体状态方程pV =nRT 的推导在标准状态下,1 mol 的理想气体的三个状态参量分别为p 0=1 atm =1.013×105Pa ,V 0=22.4 L/mol =22.4×10-3m 3/mol ,T 0=273 K.因此,对于1 mol 的理想气体,pV T =p 0V 0T 0=C ,C =8.31 J·mol -1·K -1.用R 代替C ,R 是一个适用于1 mol 的任何理想气体的常量,叫摩尔气体常量,即R =p 0V 0T 0=8.31 J·mol -1·K -1.对于n mol 状态是(p 0,nV 0,T 0)的理想气体,因压强、温度相同,所以p 0·nV 0T 0=nR =pVT即:pV =nRT ,其中,n =MM mol,是物质的量.考点一 固体和液体的性质1.晶体和非晶体的判断方法(1)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)只要是具有各向异性的物体必定是晶体,且是单晶体.(3)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.液体表面张力(1)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.(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,分子势能大于液体内部的分子势能.(3)表面张力的方向:和液面相切,垂直于液面上的各条分界线.(4)表面张力的效果: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.(5)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.考向1 晶体、非晶体的特性[典例1] (2015·新课标全国卷Ⅰ)(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,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体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] 晶体被敲碎后,其空间点阵结构未变,仍是晶体,A错误;单晶体光学性质具有各向异性,B正确;同种元素由于空间的排列结构而形成不同物质的晶体,C正确;如果外界条件改变了分子或原子的空间排列结构,晶体和非晶体之间可以互相转化,D正确;在晶体熔化过程中,分子势能会发生改变,内能也会改变,E错误.[答案] BCD考向2 液体的特性[典例2] (多选)下列说法正确的是( )A.把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面上,这是由于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,是因为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,是因为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,这是由于水膜具有表面张力的缘故[解析] 水的表面张力托起针,A正确;B、D两项也是表面张力的原因,故B、D均错误,C项正确;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.[答案] AC考点气体压强的产生与计算1.产生的原因:由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁,形成对器壁各处均匀、持续的压力,作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强.2.决定因素(1)宏观上:决定于气体的温度和体积.(2)微观上:决定于分子的平均动能和分子的密集程度.3.平衡状态下气体压强的求法(1)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.(2)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.(3)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.考向1 气体压强产生的原因和决定因素[典例3] (2017·河北唐山模拟)(多选)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增多,平均撞击力增大,因此压强增大[解析] 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对,B错;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对,D错;由气体压强产生原因知,E对.[答案] ACE考向2 液体封闭的气体压强[典例4] 若已知大气压强为p0,在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.甲乙丙丁戊[解析] 在图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由二力平衡知p 甲S =-ρghS +p 0S所以p 甲=p 0-ρgh ;在图乙中,以B 液面为研究对象,由平衡方程F 上=F 下有:p A S +ρghS =p 0S p 乙=p A =p 0-ρgh ;在图丙中,仍以B 液面为研究对象,有p A +ρgh sin 60°=p B =p 0所以p 丙=p A =p 0-32ρgh ; 在图丁中,以液面A 为研究对象,由二力平衡得p 丁S =(p 0+ρgh 1)S所以p 丁=p 0+ρgh 1;在图戊中,从开口端开始计算:右端为大气压p 0,同种液体同一水平面上的压强相同,所以b 气柱的压强为p b =p 0+ρg (h 2-h 1),而a 气柱的压强为p a =p b -ρgh 3=p 0+ρg (h 2-h 1-h 3).[答案] 甲:p 0-ρgh 乙:p 0-ρgh 丙:p 0-32ρgh 丁:p 0+ρgh 1 戊:p a =p 0+ρg (h 2-h 1-h 3) p b =p 0+ρg (h 2-h 1)考向3 固体(活塞或汽缸)封闭的气体压强[典例5] 如图所示,一个横截面积为S 的圆筒形容器竖直放置,金属圆块A 的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的夹角为θ,圆块的质量为M ,不计圆块与容器内壁之间的摩擦,若大气压强为p 0,则被圆块封闭在容器中的气体的压强p 为( )A.p 0+Mg cos θSB.p 0cos θ+Mg S cos θC.p 0+Mg cos 2 θSD.p 0+Mg S[解析] 对圆块进行受力分析:重力Mg ,大气压的作用力p 0S ,封闭气体对它的作用力pScos θ,容器侧壁的作用力F 1和F 2,如图所示.由于不需要求出侧壁的作用力,所以只考虑竖直方向合力为零,就可以求被封闭的气体压强.圆块在竖直方向上受力平衡,故p 0S +Mg =⎝ ⎛⎭⎪⎫pS cos θcos θ,即p =p 0+Mg S ,D 正确.[答案] D封闭气体压强的求解方法封闭气体的压强,不仅与气体的状态变化有关,还与相关的水银柱、活塞、汽缸等物体的受力情况和运动状态有关.解决这类问题的关键是要明确研究对象,然后分析研究对象的受力情况,再根据运动情况,列研究对象的力学方程,然后解方程,就可求得封闭气体的压强.考点气体状态变化的图象问题考向1 对p V 图象的考查[典例6] 如图所示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T A 、T B 、T C ,则下列关系式中正确的是( )A.T A <T B ,T B <T CB.T A >T B ,T B =T CC.T A >T B ,T B <T CD.T A =T B ,T B >T C[解析] A →B 过程:由pT =C 可知T A >T B ;B →C 过程:由V T=C 可知T B <T C .故选C. [答案] C考向2 对p T 图象的考查[典例7] (多选)一定质量理想气体的状态经历了如图所示的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 过程中不断增加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]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 正确;cd 是等压线,温度降低则体积减小,C 错误;连接aO 交cd 于e 点,如图所示,则ae 是等容线,即V a =V e ,因为V d <V e ,所以V d <V a ,所以da 过程中体积不是保持不变,D 错误.[答案] AB考向3 对V T 图象的考查[典例8] (2017·山东潍坊模拟)(多选)如图所示,一定质量的理想气体,从图示A 状态开始,经历了B 、C ,最后到D 状态,下列判断中正确的是( )A.A →B 温度升高,压强不变B.B →C 体积不变,压强变大C.B →C 体积不变,压强不变D.C →D 体积变小,压强变大[解析] 由图象可知,在A →B 的过程中,气体温度升高体积变大,且体积与温度成正比,由pV T=C ,气体压强不变,故A 正确;由图象可知,在B →C 的过程中,体积不变而热力学温度降低,由pV T=C 可知,压强p 减小,故B 、C 错误;由图象可知,在C →D 的过程中,气体温度不变,体积减小,由pV T=C 可知,压强p 增大,故D 正确.[答案]AD气体图象问题的分析技巧(1)图象上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图象上的某一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程.(2)在V T 或p T 图象中,比较两个状态的压强或体积大小,可以用这两个状态到原点连线的斜率大小来判断.斜率越大,压强或体积越小;斜率越小,压强或体积越大.考点理想气体状态方程与气体实验定律的应用1.理想气体状态方程与气体实验定律的联系p 1V 1T 1=p 2V 2T 2⎩⎪⎨⎪⎧温度不变:p 1V 1=p 2V 2(玻意耳定律)体积不变:p 1T 1=p2T 2(查理定律)压强不变:V 1T 1=V2T2(盖—吕萨克定律)2.几个重要的推论(1)查理定律的推论:Δp =p 1T 1ΔT . (2)盖—吕萨克定律的推论:ΔV =V 1T 1ΔT .(3)理想气体状态方程的推论:p 0V 0T 0=p 1V 1T 1+p 2V 2T 2+….考向1 玻璃管水银柱问题[典例9] 在室温条件下研究等容变化,实验装置如图所示,由于不慎使水银压强计左管水银面下h =10 cm 处有长为l =4 cm 的空气柱.开始时压强计的两侧水银柱最高端均在同一水平面,温度计读数为7 ℃,后来对水加热,使水温上升到77 ℃,并通过调节压强计的右管,使左管水银面仍在原来的位置.若大气压为标准大气压;求:(1)加热后左管空气柱的长度l ′;(2)加热后压强计两管水银面的高度差Δh .[问题探究] (1)A 、B 两部分气体压强有何关系?(2)升温后,气体A 做什么变化,气体B 做什么变化?(3)升温后,压强计哪根管液面高?[提示] (1)p A +p h =p B ,即B 气体压强比A 气体压强大10 cmHg.(2)气体A 做等容变化,气体B 做等温变化.(3)升温后,右管液面高.[解析] 研究的对象为两部分气体,一部分为球形容器中的气体A ,这部分气体做的是等容变化.另一部分气体B ,即为压强计左管中封入的气体,这部分气体做的是等温变化.(1)根据题意p B =p 0+(h +l )=(76+10+4) cmHg =90 cmHg而p A =p B -h =80 cmHgA 部分气体在做等容变化时,根据查理定律,有p A T 1=p A ′T 2解得p A ′=T 2T 1p A =273+77273+7×80 cmHg=100 cmHg B 部分气体的压强p B ′=p A ′+10 cmHg =110 cmHg根据玻意耳定律p B V B =p B ′V B ′解得l ′=p B l p B ′=90×4110cm =3.27 cm. (2)压强计左、右两管水银面之差为Δh有Δh +10 cm +3.27 cm +76 cm =110 cm解得Δh =(110-10-3.27-76) cm =20.73 cm.[答案] (1)3.27 cm (2)20.73 cm考向2 汽缸、活塞问题[典例10] 底面积S =40 cm 2、高l 0=15 cm 的圆柱形汽缸开口向上放置在水平地面上,开口处两侧有挡板,如图所示.缸内有一可自由移动的质量为2 kg 的活塞封闭了一定质量的理想气体,不可伸长的细线一端系在活塞上,另一端跨过两个定滑轮提着质量为10 kg 的物体A .开始时,气体温度t 1=7 ℃,活塞到缸底的距离l 1=10 cm ,物体A 的底部离地h 1=4 cm ,对汽缸内的气体缓慢加热使活塞缓慢上升.已知大气压p 0=1.0×105 Pa ,试求:(1)物体A 刚触地时,气体的温度;(2)活塞恰好到达汽缸顶部时,气体的温度.[解题指导] 随着温度升高,活塞上升,气体做等压变化;A 落地后,绳拉力消失,气体压强变化,根据理想气体状态方程可求活塞刚到达汽缸顶部时气体的温度.[解析] (1)初始活塞受力平衡:p 0S +mg =p 1S +T ,T =m A g ,被封闭气体压强p 1=p 0+(m -m A )g S=0.8×105 Pa , 初状态,V 1=l 1S ,T 1=(273+7) K =280 K ,A 触地时,p 1=p 2,V 2=(l 1+h 1)S ,气体做等压变化,l 1S T 1=(l 1+h 1)S T 2, 代入数据,得T 2=392 K ,即t 2=119 ℃.(2)活塞恰好到汽缸顶部时,p 3=p 0+mg S =1.05×105 Pa ,V 3=l 0S ,根据理想气体状态方程,p 1l 1S T 1=p 3l 0S T 3, 代入数据得T 3=551.25 K ,即t 3=278.25 ℃.[答案] (1)119 ℃ (2)278.25 ℃利用气体实验定律解决问题的基本思路1.[晶体、非晶体](多选)关于晶体和非晶体,下列说法中正确的是( )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,非晶体没有固定的熔点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答案:BC 解析:金刚石、水晶和食盐是晶体,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、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.2.[相对湿度、绝对湿度](多选)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:BC 解析:由于在空气中水蒸气含量不变的情况下,气温越高时饱和蒸汽压越大,人的感觉越是干燥,即人的感觉取决于相对湿度而非绝对湿度,A错误,B正确.空气的相对湿度是指空气中所含水蒸气压强与同温度下的饱和蒸汽压的比值,空气的绝对湿度的定义就是用空气中所含水蒸气的压强来表示湿度的方法,故C正确,D错误.3.[pV图象]如图所示,一定质量的理想气体,由状态A沿着直线AB变化到状态B,在此过程中,气体分子的平均速率的变化情况是( )A.不断增大B.不断减小C.先减小后增大D.先增大后减小答案:D 解析:对于图象问题的解答,首先要明确图象的物理意义.由题图可知,A、B 两点的pV乘积相同,因此A、B两点的温度也相同,在AB直线上的中点C(题图中未标出),其pV乘积比A、B两点要大,所以C点温度比A、B两点高,即T A=T B<T C,又因为气体分子的平均速率随温度的升高而增大,所以气体分子的平均速率是先增大后减小,故应选D.4.[液体的性质](多选)下列说法正确的是( )A.把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面,这是由于水表面存在表面张力的缘故B.水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠,而在干净的玻璃板上却不能,这是因为油脂使水的表面张力增大的缘故C.在围绕地球飞行的宇宙飞船中,自由飘浮的水滴呈球形,这是表面张力作用的结果D.在毛细现象中,毛细管中的液面有的升高,有的降低,这与液体的种类和毛细管的材质有关答案:ACD 解析:水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠,这是不浸润的结果,而干净的玻璃板上不能形成水珠,这是浸润的结果,B错误.5.[气体实验定律的应用]如图所示,在长为L=57 cm的一端封闭、另一端开口向上的竖直玻璃管内,用4 cm高的水银柱封闭着51 cm长的理想气体,管内外气体的温度均为33 ℃.现将水银缓慢注入管中,直到水银面与管口相平,此时管中气体的压强为多少?接着缓慢对玻璃管加热升温至多少时,管中刚好只剩4 cm高的水银柱?(大气压强p0=76 cmHg)答案:85 cmHg 318 K 解析:设管的横截面积为S,初态时,管内气体温度T1=273 K +33 K=306 K体积V1=51S cm3压强p1=p0+p h=80 cmHg当水银柱与管口相平时,水银柱高为H则V2=(57-H)S cm3压强p2=p0+p H=(76+H) cmHg由玻意耳定律p1V1=p2V2代入数据得H2+19H-252=0解得:H=9 cm故p2=p0+p H=85 cmHg设温度升至T时,管中水银柱高为4 cm气体体积为V3=53S cm3气体压强为p3=p0+p h=80 cmHg由盖—吕萨克定律V 1T 1=V 3T 代入数据得T =318 K.。
第2讲固体、液体和气体知识点一晶体、非晶体、晶体的微观结构1.晶体(单晶体、多晶体)和非晶体的区别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律地、地在空间排列. (2)用晶体的微观结构解释晶体的特点知识点二液体与液晶1.液体的表面张力(1)定义:使液体表面具有的力.(2)产生原因:由于液面分子分布较内部稀疏,分子间距r >r 0,分子力表现为 ,宏观上表现为使液面收缩,使液面像一张绷紧的弹性薄膜.2.液晶(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向 ,又可以自由移动位置,保持了液体的 .(2)液晶分子的位置无序使它像 ,排列有序使它像 .(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 的. (4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下 .答案:1.(1)收缩趋势 (2)引力 2.(1)异性 流动性 (2)液体 晶体 (3)杂乱无章 (4)发生变化知识点三 气体的状态参量及气体定律 1.气体分子运动的特点(1)分子很小,间距 ,除碰撞外不受力. (2)气体分子向各个方向运动的气体分子数目都 .(3)分子做无规则运动,大量分子的速率按 的规律分布.(4)温度一定时,某种气体分子的速率分布是 的,温度升高时,速率小的分子数 ,速率大的分子数 ,分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大.2.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 .(2)大小:气体的压强在数值上等于气体作用在 的压力.公式:p = . (3)常用单位及换算关系:①国际单位: ,符号Pa,1 Pa =1 N/m 2. ②常用单位: (atm);厘米汞柱(cmHg). ③换算关系:1 atm = cmHg. 3.气体实验定律(1)等温变化——玻意耳定律①内容:一定质量的某种气体,在 不变的情况下,压强与体积成 . ②公式:p 1V 1=p 2V 2或pV =C (常量). (2)等容变化——查理定律①内容:一定质量的某种气体,在 不变的情况下,压强与热力学温度成 . ②公式:p 1p 2= 或p T=C (常量).(3)等压变化——盖—吕萨克定律①内容:一定质量的某种气体,在 不变的情况下,其体积与热力学温度成 .②公式:V 1V 2=T 1T 2或V T=C (常量). 4.理想气体状态方程(1)理想气体:在任何温度、任何 下都遵从气体实验定律的气体. (2)理想气体状态方程:p 1V 1T 1= 或pVT=C . 答案:1.(1)很大 (2)相等 (3)“中间多,两头少” (4)确定 减少 增多 2.(1)压力 (2)单位面积上 FS(3)①帕斯卡 ②标准大气压 ③76 3.(1)①温度 反比 (2)①体积 正比 ②T 1T 2 (3)①压强 正比 4.(1)压强 (2)p 2V 2T 2知识点四 饱和汽与饱和汽压、空气的湿度 1.饱和汽与未饱和汽(1)饱和汽:与液体处于 的蒸汽. (2)未饱和汽:没有达到 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 有关,温度越高,饱和汽压越大,饱和汽压与饱和汽的 无关.3.湿度(1)定义:空气的干湿程度. (2)描述温度的物理量①绝对湿度:空气中所含水蒸气的 .②相对湿度:空气中水蒸气的压强与同一温度时水的 之比. 答案:1.(1)动态平衡 (2)饱和 2.(2)温度 体积 3.(2)压强 饱和汽压(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的.( )(2)单晶体具有固定的熔点,而多晶体和非晶体没有固定的熔点.( ) (3)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化.( ) (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,这时蒸发和凝结仍在进行.( )(7)一定质量的理想气体在等压变化时,其体积与摄氏温度成正比.( ) 答案:(1) (2) (3)√ (4) (5)√ (6)√ (7)理想气体状态方程pV =nRT 的推导在标准状态下,1 mol 的理想气体的三个状态参量分别为p 0=1 atm =1.013×105Pa ,V 0=22.4 L/mol =22.4×10-3m 3/mol ,T 0=273 K.因此,对于1 mol 的理想气体,pV T =p 0V 0T 0=C ,C =8.31 J·mol -1·K -1.用R 代替C ,R 是一个适用于1 mol 的任何理想气体的常量,叫摩尔气体常量,即R =p 0V 0T 0=8.31 J·mol -1·K -1.对于n mol 状态是(p 0,nV 0,T 0)的理想气体,因压强、温度相同,所以p 0·nV 0T 0=nR =pVT即:pV =nRT ,其中,n =MM mol,是物质的量.考点一 固体和液体的性质1.晶体和非晶体的判断方法(1)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)只要是具有各向异性的物体必定是晶体,且是单晶体.(3)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.液体表面张力(1)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.(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,分子势能大于液体内部的分子势能.(3)表面张力的方向:和液面相切,垂直于液面上的各条分界线.(4)表面张力的效果: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.(5)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.考向1 晶体、非晶体的特性[典例1] (2015·新课标全国卷Ⅰ)(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,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体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] 晶体被敲碎后,其空间点阵结构未变,仍是晶体,A错误;单晶体光学性质具有各向异性,B正确;同种元素由于空间的排列结构而形成不同物质的晶体,C正确;如果外界条件改变了分子或原子的空间排列结构,晶体和非晶体之间可以互相转化,D正确;在晶体熔化过程中,分子势能会发生改变,内能也会改变,E错误.[答案] BCD考向2 液体的特性[典例2] (多选)下列说法正确的是( )A.把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面上,这是由于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,是因为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,是因为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,这是由于水膜具有表面张力的缘故[解析] 水的表面张力托起针,A正确;B、D两项也是表面张力的原因,故B、D均错误,C项正确;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.[答案] AC考点气体压强的产生与计算1.产生的原因:由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁,形成对器壁各处均匀、持续的压力,作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强.2.决定因素(1)宏观上:决定于气体的温度和体积.(2)微观上:决定于分子的平均动能和分子的密集程度.3.平衡状态下气体压强的求法(1)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.(2)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.(3)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.考向1 气体压强产生的原因和决定因素[典例3] (2017·河北唐山模拟)(多选)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增多,平均撞击力增大,因此压强增大[解析] 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对,B错;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对,D错;由气体压强产生原因知,E对.[答案] ACE考向2 液体封闭的气体压强[典例4] 若已知大气压强为p0,在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.甲乙丙丁戊[解析] 在图甲中,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;在图乙中,以B 液面为研究对象,由平衡方程F 上=F 下有:p A S +ρghS =p 0S p 乙=p A =p 0-ρgh ;在图丙中,仍以B 液面为研究对象,有p A +ρgh sin 60°=p B =p 0所以p 丙=p A =p 0-32ρgh ; 在图丁中,以液面A 为研究对象,由二力平衡得p 丁S =(p 0+ρgh 1)S所以p 丁=p 0+ρgh 1;在图戊中,从开口端开始计算:右端为大气压p 0,同种液体同一水平面上的压强相同,所以b 气柱的压强为p b =p 0+ρg (h 2-h 1),而a 气柱的压强为p a =p b -ρgh 3=p 0+ρg (h 2-h 1-h 3).[答案] 甲:p 0-ρgh 乙:p 0-ρgh 丙:p 0-32ρgh 丁:p 0+ρgh 1 戊:p a =p 0+ρg (h 2-h 1-h 3) p b =p 0+ρg (h 2-h 1)考向3 固体(活塞或汽缸)封闭的气体压强[典例5] 如图所示,一个横截面积为S 的圆筒形容器竖直放置,金属圆块A 的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的夹角为θ,圆块的质量为M ,不计圆块与容器内壁之间的摩擦,若大气压强为p 0,则被圆块封闭在容器中的气体的压强p 为( )A.p 0+Mg cos θSB.p 0cos θ+MgS cos θC.p 0+Mg cos 2 θSD.p 0+Mg S[解析] 对圆块进行受力分析:重力Mg ,大气压的作用力p 0S ,封闭气体对它的作用力pScos θ,容器侧壁的作用力F 1和F 2,如图所示.由于不需要求出侧壁的作用力,所以只考虑竖直方向合力为零,就可以求被封闭的气体压强.圆块在竖直方向上受力平衡,故p 0S +Mg =⎝ ⎛⎭⎪⎫pS cos θcos θ,即p =p 0+Mg S ,D 正确.[答案] D封闭气体压强的求解方法封闭气体的压强,不仅与气体的状态变化有关,还与相关的水银柱、活塞、汽缸等物体的受力情况和运动状态有关.解决这类问题的关键是要明确研究对象,然后分析研究对象的受力情况,再根据运动情况,列研究对象的力学方程,然后解方程,就可求得封闭气体的压强.考点气体状态变化的图象问题考向1 对pV图象的考查[典例6] 如图所示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T A、T B、T C,则下列关系式中正确的是( )A.T A <T B ,T B <T CB.T A >T B ,T B =T CC.T A >T B ,T B <T CD.T A =T B ,T B >T C[解析] A →B 过程:由pT =C 可知T A >T B ;B →C 过程:由V T=C 可知T B <T C .故选C. [答案] C考向2 对p T 图象的考查[典例7] (多选)一定质量理想气体的状态经历了如图所示的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 过程中不断增加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]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 正确;cd 是等压线,温度降低则体积减小,C 错误;连接aO 交cd 于e 点,如图所示,则ae 是等容线,即V a =V e ,因为V d <V e ,所以V d <V a ,所以da 过程中体积不是保持不变,D 错误.[答案] AB考向3 对V T 图象的考查[典例8] (2017·山东潍坊模拟)(多选)如图所示,一定质量的理想气体,从图示A 状态开始,经历了B 、C ,最后到D 状态,下列判断中正确的是( )A.A →B 温度升高,压强不变B.B →C 体积不变,压强变大C.B →C 体积不变,压强不变D.C →D 体积变小,压强变大[解析] 由图象可知,在A →B 的过程中,气体温度升高体积变大,且体积与温度成正比,由pV T=C ,气体压强不变,故A 正确;由图象可知,在B →C 的过程中,体积不变而热力学温度降低,由pV T=C 可知,压强p 减小,故B 、C 错误;由图象可知,在C →D 的过程中,气体温度不变,体积减小,由pV T=C 可知,压强p 增大,故D 正确.[答案]AD气体图象问题的分析技巧(1)图象上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图象上的某一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程.(2)在V T 或p T 图象中,比较两个状态的压强或体积大小,可以用这两个状态到原点连线的斜率大小来判断.斜率越大,压强或体积越小;斜率越小,压强或体积越大.考点理想气体状态方程与气体实验定律的应用1.理想气体状态方程与气体实验定律的联系p 1V 1T 1=p 2V 2T 2⎩⎪⎨⎪⎧温度不变:p 1V 1=p 2V 2(玻意耳定律)体积不变:p 1T 1=p2T 2(查理定律)压强不变:V 1T 1=V2T2(盖—吕萨克定律)2.几个重要的推论(1)查理定律的推论:Δp =p 1T 1ΔT . (2)盖—吕萨克定律的推论:ΔV =V 1T 1ΔT .(3)理想气体状态方程的推论:p 0V 0T 0=p 1V 1T 1+p 2V 2T 2+….考向1 玻璃管水银柱问题[典例9] 在室温条件下研究等容变化,实验装置如图所示,由于不慎使水银压强计左管水银面下h =10 cm 处有长为l =4 cm 的空气柱.开始时压强计的两侧水银柱最高端均在同一水平面,温度计读数为7 ℃,后来对水加热,使水温上升到77 ℃,并通过调节压强计的右管,使左管水银面仍在原来的位置.若大气压为标准大气压;求:(1)加热后左管空气柱的长度l ′;(2)加热后压强计两管水银面的高度差Δh .[问题探究] (1)A 、B 两部分气体压强有何关系?(2)升温后,气体A 做什么变化,气体B 做什么变化?(3)升温后,压强计哪根管液面高?[提示] (1)p A +p h =p B ,即B 气体压强比A 气体压强大10 cmHg.(2)气体A 做等容变化,气体B 做等温变化.(3)升温后,右管液面高.[解析] 研究的对象为两部分气体,一部分为球形容器中的气体A ,这部分气体做的是等容变化.另一部分气体B ,即为压强计左管中封入的气体,这部分气体做的是等温变化.(1)根据题意p B =p 0+(h +l )=(76+10+4) cmHg =90 cmHg而p A =p B -h =80 cmHgA 部分气体在做等容变化时,根据查理定律,有p A T 1=p A ′T 2解得p A ′=T 2T 1p A =273+77273+7×80 cmHg=100 cmHg B 部分气体的压强p B ′=p A ′+10 cmHg =110 cmHg根据玻意耳定律p B V B =p B ′V B ′解得l ′=p B l p B ′=90×4110cm =3.27 cm. (2)压强计左、右两管水银面之差为Δh有Δh +10 cm +3.27 cm +76 cm =110 cm解得Δh =(110-10-3.27-76) cm =20.73 cm.[答案] (1)3.27 cm (2)20.73 cm考向2 汽缸、活塞问题[典例10] 底面积S =40 cm 2、高l 0=15 cm 的圆柱形汽缸开口向上放置在水平地面上,开口处两侧有挡板,如图所示.缸内有一可自由移动的质量为2 kg 的活塞封闭了一定质量的理想气体,不可伸长的细线一端系在活塞上,另一端跨过两个定滑轮提着质量为10 kg 的物体A .开始时,气体温度t 1=7 ℃,活塞到缸底的距离l 1=10 cm ,物体A 的底部离地h 1=4 cm ,对汽缸内的气体缓慢加热使活塞缓慢上升.已知大气压p 0=1.0×105Pa ,试求:(1)物体A 刚触地时,气体的温度;(2)活塞恰好到达汽缸顶部时,气体的温度.[解题指导] 随着温度升高,活塞上升,气体做等压变化;A 落地后,绳拉力消失,气体压强变化,根据理想气体状态方程可求活塞刚到达汽缸顶部时气体的温度.[解析] (1)初始活塞受力平衡:p 0S +mg =p 1S +T ,T =m A g ,被封闭气体压强p 1=p 0+(m -m A )g S=0.8×105 Pa , 初状态,V 1=l 1S ,T 1=(273+7) K =280 K ,A 触地时,p 1=p 2,V 2=(l 1+h 1)S ,气体做等压变化,l 1S T 1=(l 1+h 1)S T 2, 代入数据,得T 2=392 K ,即t 2=119 ℃.(2)活塞恰好到汽缸顶部时,p 3=p 0+mg S =1.05×105 Pa ,V 3=l 0S ,根据理想气体状态方程,p 1l 1S T 1=p 3l 0S T 3, 代入数据得T 3=551.25 K ,即t 3=278.25 ℃.[答案] (1)119 ℃ (2)278.25 ℃利用气体实验定律解决问题的基本思路1.[晶体、非晶体](多选)关于晶体和非晶体,下列说法中正确的是( )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,非晶体没有固定的熔点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答案:BC 解析:金刚石、水晶和食盐是晶体,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、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.2.[相对湿度、绝对湿度](多选)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:BC 解析:由于在空气中水蒸气含量不变的情况下,气温越高时饱和蒸汽压越大,人的感觉越是干燥,即人的感觉取决于相对湿度而非绝对湿度,A错误,B正确.空气的相对湿度是指空气中所含水蒸气压强与同温度下的饱和蒸汽压的比值,空气的绝对湿度的定义就是用空气中所含水蒸气的压强来表示湿度的方法,故C正确,D错误.3.[pV图象]如图所示,一定质量的理想气体,由状态A沿着直线AB变化到状态B,在此过程中,气体分子的平均速率的变化情况是( )A.不断增大B.不断减小C.先减小后增大D.先增大后减小答案:D 解析:对于图象问题的解答,首先要明确图象的物理意义.由题图可知,A、B 两点的pV乘积相同,因此A、B两点的温度也相同,在AB直线上的中点C(题图中未标出),其pV乘积比A、B两点要大,所以C点温度比A、B两点高,即T A=T B<T C,又因为气体分子的平均速率随温度的升高而增大,所以气体分子的平均速率是先增大后减小,故应选D.4.[液体的性质](多选)下列说法正确的是( )A.把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面,这是由于水表面存在表面张力的缘故B.水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠,而在干净的玻璃板上却不能,这是因为油脂使水的表面张力增大的缘故C.在围绕地球飞行的宇宙飞船中,自由飘浮的水滴呈球形,这是表面张力作用的结果D.在毛细现象中,毛细管中的液面有的升高,有的降低,这与液体的种类和毛细管的材质有关答案:ACD 解析:水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠,这是不浸润的结果,而干净的玻璃板上不能形成水珠,这是浸润的结果,B 错误.5.[气体实验定律的应用]如图所示,在长为L =57 cm 的一端封闭、另一端开口向上的竖直玻璃管内,用4 cm 高的水银柱封闭着51 cm 长的理想气体,管内外气体的温度均为33 ℃.现将水银缓慢注入管中,直到水银面与管口相平,此时管中气体的压强为多少?接着缓慢对玻璃管加热升温至多少时,管中刚好只剩4 cm 高的水银柱?(大气压强p 0=76 cmHg)答案:85 cmHg 318 K 解析:设管的横截面积为S ,初态时,管内气体温度T 1=273 K +33 K =306 K体积V 1=51S cm 3压强p 1=p 0+p h =80 cmHg当水银柱与管口相平时,水银柱高为H则V 2=(57-H )S cm 3压强p 2=p 0+p H =(76+H ) cmHg由玻意耳定律p 1V 1=p 2V 2代入数据得H 2+19H -252=0解得:H =9 cm故p 2=p 0+p H =85 cmHg设温度升至T 时,管中水银柱高为4 cm气体体积为V 3=53S cm 3气体压强为p 3=p 0+p h =80 cmHg由盖—吕萨克定律V 1T 1=V 3T代入数据得T=318 K.。
第十二章固体、液体和气体第八节气体的压强教学目标一、知识目标:1.了解气体分子运动的特点;知道气体分子间的相互作用力是可以忽略的。
2.知道气体的压强就是气体对容器壁的压强。
3.能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义二、能力目标:掌握分析解决问题的能力,对气体压强的微观解释的理解提高抽象、联想能力三、德育目标:培养学生乐于参与科实践的情感,在实践中养成严谨的科学态度。
教学重点气体压强的微观解释。
教学难点一是气体分子运动的特点;二是气体压强产生的原因;三是决定气体压强大小的因素。
教学方法实验演示,讲解与自学相结合。
教学用具1.演示气体产生压强的装置玻璃罩,气球,抽气机2.气体压强微观解释模拟实验滚珠、电子秤。
课时安排1课时教学过程一、引入新课复习提问:分子动理论的基本内容是什么?待学生回答后,指出课题:气体分子的运动是怎样的?气体的压强是怎样产生的?气体的压强与体积、温度有何关系呢?这节课我们就来学习有关气体的知识。
二、新课教学1.气体分子运动的特点先设问:气体分子运动的特点有哪些?引导学生看课本109页“气体分子运动的特点”总结:特点是:(1)气体间的距离较大,分子间的相互作用力十分微弱,可以认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受其他力作用,每个分子都可以在空间自由移动,气体分子可以充满整个容器空间。
(2)分子间的碰撞频繁,气体通过这种碰撞可传递能量,其中任何一个分子运动方向和速率大小都是不断变化的,这就是杂乱无章的气体分子热运动。
(3)气体分子运动的速率很大。
2.气体的压强【演示】在玻璃罩内放一个充气不多的气球,(教材图12-33)用抽气机把玻璃罩内的空气抽去,在抽气的过程中会看到气球在不断的膨胀,实验结论:气球内的气体对球皮产生了由内向外的压强。
思考:气球为什么不会胀破?总结:气体的压强就是气体对容器壁的压强。
压强的单位:帕斯卡,简称帕,符号是Pa。
3.气体压强的微观解释师:气体的压强是大量气体分子频繁撞击器壁而产生的。
2018-2019学年高中物理第二章固体、液体和气体第八节气体实验定律(Ⅱ)分层训练粤教版选修3-3编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望(2018-2019学年高中物理第二章固体、液体和气体第八节气体实验定律(Ⅱ)分层训练粤教版选修3-3)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈,这将是我们进步的源泉,前进的动力。
本文可编辑可修改,如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅,最后祝您生活愉快业绩进步,以下为2018-2019学年高中物理第二章固体、液体和气体第八节气体实验定律(Ⅱ)分层训练粤教版选修3-3的全部内容。
第八节气体实验定律(Ⅱ)[A级抓基础]1.一定质量的理想气体经历等温压缩过程时,气体的压强增大,从分子微观角度来分析,这是因为()A.气体分子的平均动能增大B.单位时间内器壁单位面积上分子碰撞的次数增多C.气体分子数增加D.气体分子对器壁的碰撞力变大解析:温度不发生变化,分子的平均动能不变,分子对器壁的碰撞力不变,故A、D错;质量不变,分子总数不变,C项错误;体积减小,气体分子密集程度增大,单位时间内器壁单位面积上分子碰撞次数增多,故B正确.答案:B2.(多选)一定质量的理想气体在等压变化中体积增大了错误!,若气体原来温度是27 ℃,则温度的变化是()A.升高到 450 K B.升高了 150 ℃C.升高到 40。
5 ℃D.升高了450 ℃解析:由错误!=错误!得错误!=错误!,则T2=450 K Δt=450-300=150(℃).答案:AB3.一定质量的理想气体被一绝热气缸的活塞封在气缸内,气体的压强为p0,如果外界突然用力压活塞,使气体的体积缩小为原来的一半,则此时压强的大小为( ) A.p<2p0B.p=2p0C.p>2p0D.各种可能均有,无法判断解析:外界突然用力压活塞,使气体的体积瞬间减小,表明该过程中气体和外界没有热变换,所以气体的内能将会变大,相应气体的温度会升高,若温度不变时,p=2p0,因为温度变高,压强增大,则p>2p0,故选项C正确.答案:C4.如图所示是一定质量的气体从状态A经B到状态C的V.T图象,由图象可知( )A.p A>p B B.p C〈p BC.V A<V B D.T A<T B解析:由V。
第八节 气体实验定律 (Ⅱ)[目标定位] 1.知道什么是等容变化,知道查理定律的内容和公式.2.知道什么是等压变化,知道盖·吕萨克定律的内容和公式.3.了解等容变化的p -T 图线和等压变化的V -T 图线及其物理意义.4.会用分子动理论和统计观点解释气体实验定律.一、查理定律[导学探究] 打足气的自行车在烈日下曝晒,常常会爆胎,原因是什么? 答案 车胎在烈日下曝晒,胎内的气体温度升高,气体的压强增大,把车胎胀破. [知识梳理]1.等容变化:一定质量的某种气体,在体积不变时,压强随温度的变化叫做等容变化. 2.查理定律(1)内容:一定质量的气体,在体积不变的情况下,压强p 与热力学温度T 成正比(填“正比”或“反比”).(2)表达式:p =CT 或p 1T 1=p 2T 2.(3)适用条件:气体的质量和体积不变.3.等容线:p -T 图象和p -t 图象分别如图1甲、乙所示.图14.从图1可以看出:p -T 图象(或p -t 图象)为一次函数图象,由此我们可以得出一个重要推论:一定质量的气体,从初状态(p 、T )开始发生等容变化,其压强的变化量Δp 与热力学温度的变化量ΔT 之间的关系为:Δp ΔT =pT.[延伸思考] 图1中斜率的不同能够说明什么问题? 答案 斜率与体积成反比,斜率越大,体积越小. 二、盖·吕萨克定律1.等压变化:一定质量的某种气体,在压强不变时,体积随温度的变化叫做等压变化. 2.盖·吕萨克定律(1)内容:一定质量的气体,在压强不变的情况下,体积V 与热力学温度T 成正比. (2)表达式:V =CT 或V 1T 1=V 2T 2.(3)适用条件:气体的质量和压强不变.3.等压线:V -T 图象和V -t 图象分别如图2甲、乙所示.图24.从图2可以看出:V -T 图象(或V -t 图象)为一次函数图象,由此我们可以得出一个重要推论:一定质量的气体从初状态(V 、T )开始发生等压变化,其体积的变化量ΔV 与热力学温度的变化量ΔT 之间的关系为ΔV ΔT =VT.[延伸思考] 图2中斜率的不同能够说明什么问题? 答案 斜率与压强成反比,斜率越大,压强越小. 三、对气体实验定律的微观解释[导学探究] 如何从微观角度来解释气体实验定律?答案 从决定气体压强的微观因素上来解释,即气体分子的平均动能和气体分子的密集程度. [知识梳理]1.玻意耳定律的微观解释一定质量的某种理想气体,温度不变,分子的平均动能不变.体积减小,分子的密集程度增大,单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多,气体的压强增大. 2.查理定律的微观解释一定质量的某种理想气体,体积不变,则分子的密集程度不变,温度升高,分子平均动能增大,分子撞击器壁的作用力变大,所以气体的压强增大.3.盖·吕萨克定律的微观解释一定质量的某种理想气体,温度升高,分子的平均动能增大,撞击器壁的作用力变大,而要使压强不变,则需使影响压强的另一个因素分子的密集程度减小,所以气体的体积增大.一、查理定律的应用例1气体温度计结构如图3所示.玻璃测温泡A内充有气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连.开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14 cm,后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44 cm.求恒温槽的温度(已知外界大气压为1个标准大气压,1个标准大气压等于76 cmHg).图3答案364 K(或91 ℃)解析设恒温槽的温度为T2,由题意知T1=273 KA内气体发生等容变化,根据查理定律得p1 T1=p2T2①p1=p0+p h1 ②p2=p0+p h2 ③联立①②③式,代入数据得T2=364 K(或91 ℃).二、盖·吕萨克定律的应用例2如图4所示,绝热的气缸内封有一定质量的气体,缸体质量M=200 kg,活塞质量m =10 kg,活塞横截面积S=100 cm2.活塞与气缸壁无摩擦且不漏气.此时,缸内气体的温度为27 ℃,活塞位于气缸正中间,整个装置都静止.已知大气压恒为p0=1.0×105 Pa,重力加速度为g=10 m/s2.求:图4(1)缸内气体的压强 p 1;(2)缸内气体的温度升高到多少℃时,活塞恰好会静止在气缸缸口AB 处. 答案 (1)3.0×105Pa (2)327 ℃解析 (1)以气缸为研究对象(不包括活塞),由气缸受力平衡得:p 1S =Mg +p 0S 解得:p 1=3.0×105 Pa.(2)设当活塞恰好静止在气缸缸口AB 处时,缸内气体温度为T 2,压强为p 2,此时仍有p 2S =Mg +p 0S ,即缸内气体做等压变化.对这一过程研究缸内气体,由盖·吕萨克定律得: S ×0.5l T 1=S ×lT 2所以T 2=2T 1=600 K故t 2=(600-273)℃=327 ℃. 三、p -T 图象与V -T 图象的应用例3 图5甲是一定质量的气体由状态A 经过状态B 变为状态C 的V -T 图象,已知气体在状态A 时的压强是1.5×105Pa.图5(1)根据图象提供的信息,计算图中T A 的值.(2)请在图乙坐标系中,作出气体由状态A 经状态B 变为状态C 的p -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有关坐标值,请写出计算过程. 答案 (1)200 K (2)见解析图解析 (1)根据盖·吕萨克定律可得V A T A =V BT B所以T A =V A V B T B =0.40.6×300 K=200 K.(2)根据查理定律得p B T B =p CT Cp C =T C T B p B =400300p B =43p B =43×1.5×105 Pa =2.0×105 Pa则可画出由状态A →B →C 的p -T 图象如图所示.四、对气体实验定律的微观解释例4 (多选)对一定质量的理想气体,下列说法正确的是( ) A .体积不变,压强增大时,气体分子的平均动能一定增大 B .温度不变,压强减小时,气体的密度一定减小 C .压强不变,温度降低时,气体的密度一定减小 D .温度升高,压强和体积可能都不变 答案 AB解析 根据气体压强、体积、温度的关系可知,体积不变,压强增大时,气体的温度升高,气体分子的平均动能一定增大,选项A 正确;温度不变,压强减小时,气体体积增大,气体的密度减小,故选项B 正确;压强不变,温度降低时,体积减小,气体的密度增大,故选项C 错误;温度升高,压强、体积中至少有一个会发生改变,故选项D 错误.1.(查理定律的应用)一定质量的气体,在体积不变的条件下,温度由0 ℃升高到10 ℃时,其压强的增量为Δp1,当它由100 ℃升高到110 ℃时,所增压强为Δp2,则Δp1与Δp2之比是( )A.10∶1 B.373∶273C.1∶1 D.383∶283答案 C解析由查理定律得Δp=pTΔT,一定质量的气体在体积不变的条件下ΔpΔT=C,温度由0 ℃升高到10 ℃和由100 ℃升高到110 ℃,ΔT=10 K相同,故所增加的压强Δp1=Δp2,C 项正确.2.(盖·吕萨克定律的应用)如图6所示,气缸中封闭着温度为100 ℃的空气,一重物用轻质绳索经光滑滑轮跟缸中活塞相连接,重物和活塞都处于平衡状态,这时活塞离气缸底的高度为10 cm.如果缸内空气温度变为0 ℃,重物将上升多少厘米?(绳索足够长,结果保留三位有效数字)图6答案 2.68 cm解析 这是一个等压变化过程,设活塞的横截面积为S . 初态:T 1=(273+100) K =373 K ,V 1=10S 末态:T 2=273 K ,V 2=LS 由盖·吕萨克定律V 1T 1=V 2T 2得LS =T 2T 1V 1,L =273373×10 cm≈7.32 cm重物上升高度为10 cm -7.32 cm =2.68 cm.3.(p -T 图象与V -T 图象的应用)如图7所示,是一定质量的气体从状态A 经状态B 、C 到状态D 的p -T 图象,已知气体在状态B 时的体积是8 L ,求V A 和V C 、V D ,并画出此过程的V -T 图象.图7答案 4 L 8 L 10.7 L V -T 图象见解析图 解析 A →B 为等温过程,有p A V A =p B V B所以V A =p B V B p A =1×105×82×105 L =4 LB →C 为等容过程,所以V C =V B =8 LC →D 为等压过程,有V C T C =V D T D ,V D =T D T C V C =400300×8 L=323L≈10.7 L此过程的V -T 图象如图所示:4.(气体实验定律的微观解释)一定质量的理想气体,在压强不变的条件下,温度升高,体积增大,从分子动理论的观点来分析,正确的是 ( )A.此过程中分子的平均速率不变,所以压强保持不变B.此过程中每个气体分子碰撞器壁的平均冲击力不变,所以压强保持不变C.此过程中单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数不变,所以压强保持不变D.以上说法都不对答案 D解析压强与单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数和每个分子的冲击力有关,温度升高,分子对器壁的平均冲击力增大,单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数应减小,压强才可能保持不变.题组一查理定律的应用1.一定质量的气体,体积保持不变,下列过程可以实现的是( )A.温度升高,压强增大B.温度升高,压强减小C.温度不变,压强增大D.温度不变,压强减小答案 A解析由查理定律p=CT得温度和压强只能同时升高或同时降低,故A项正确.2.民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,方法是将点燃的纸片放入一个小罐内,当纸片燃烧完时,迅速将火罐开口端紧压在皮肤上,火罐就会紧紧地被“吸”在皮肤上.其原因是,当火罐内的气体( )A.温度不变时,体积减小,压强增大B.体积不变时,温度降低,压强减小C.压强不变时,温度降低,体积减小D.质量不变时,压强增大,体积减小答案 B解析纸片燃烧时,罐内气体的温度升高,将罐压在皮肤上后,封闭气体的体积不再改变,温度降低时,由p∝T知封闭气体压强减小,火罐紧紧“吸”在皮肤上,B选项正确.题组二盖·吕萨克定律的应用3.一定质量的气体保持其压强不变,若其热力学温度降为原来的一半,则气体的体积变为原来的( )A.四倍B.二倍C.一半D.四分之一答案 C4.房间里气温升高3 ℃时,房间内的空气将有1%逸出到房间外,由此可计算出房间内原来的温度是 ( )A.-7 ℃ B.7 ℃C.17 ℃ D.27 ℃答案 D解析以升温前房间里的气体为研究对象,由盖·吕萨克定律:T+3T=V1(1+1%)V,解得:T=300 K,t=27 ℃,所以答案选D.5.一定质量的空气,27 ℃时的体积为1.0×10-2m3,在压强不变的情况下,温度升高100 ℃时体积是多大?答案 1.33×10-2 m3解析一定质量的空气,在等压变化过程中,可以运用盖·吕萨克定律进行求解.空气的初、末状态参量分别为初状态:T1=(273+27) K=300 K,V1=1.0×10-2 m3;末状态:T2=(273+27+100) K=400 K.由盖·吕萨克定律V1T1=V2T2得,气体温度升高100 ℃时的体积为V2=T2T1V1=400300×1.0×10-2m3≈1.33×10-2 m3.题组三p-T图象和V-T图象的考查6.(多选)如图1所示是一定质量的气体从状态A经状态B到状态C的p-T图象,则下列判断正确的是( )图1A.V A=V BB.V B=V CC.V B<V CD.V A>V C答案AC解析由题图和查理定律可知V A=V B,故A正确;由状态B到状态C,温度不变,压强减小,说明体积增大,故C正确.7. (多选)一定质量的气体的状态经历了如图2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( )图2A.ab过程中不断增加B.bc过程中保持不变C.cd过程中不断增加D.da过程中保持不变答案AB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正确;cd是等压线,温度降低则体积减小,C错误;如图所示,连接aO交cd于e,则ae是等容线,即V a=V e,因为V d<V e,所以V d<V a,所以da过程中气体体积变大,D错误.8.(多选)一定质量的某种气体自状态A经状态C变化到状态B,这一过程的V-T图象如图3所示,则 ( )图3A.在过程AC中,气体的压强不断变大B.在过程CB中,气体的压强不断变小C .在状态A 时,气体的压强最大D .在状态B 时,气体的压强最大答案 AD解析 气体的AC 变化过程是等温变化,由pV =C 可知,体积减小,压强增大,故A 正确.在CB 变化过程中,气体的体积不发生变化,即为等容变化,由p T=C 可知,温度升高,压强增大,故B 错误.综上所述,在ACB 过程中气体的压强始终增大,所以气体在状态B 时的压强最大,故C 错误,D 正确.题组四 气体实验定律的微观解释9.(多选)封闭在气缸内一定质量的气体,如果保持气体体积不变,当温度升高时,以下说法正确的是( )A .气体的密度增大B .气体的压强增大C .气体分子的平均动能减小D .每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多答案 BD解析 当体积不变时,p T=常量,T 升高,压强增大,B 对.由于质量不变,体积不变,分子密度不变,而温度升高,分子的平均动能增大,所以单位时间内,气体分子对容器单位面积器壁碰撞次数增多,D 对,A 、C 错.10.(多选)一定质量的气体,在温度不变的情况下,体积增大、压强减小,体积减小、压强增大的原因是 ( )A .体积增大后,气体分子的平均速率变小了B .体积减小后,气体分子的平均速率变大了C .体积增大后,单位体积内的分子数变少了D .体积减小后,在相等的时间内,撞击到单位面积上的分子数变多了答案 CD解析 气体分子的平均速率跟温度有关,温度一定时,分子的平均速率一定,A 、B 错误;体积增大,分子密度减小,体积减小后,分子密度增大,在相等的时间内撞击到单位面积上的分子数变多,C 、D 正确.11. (多选)图4中的实线表示一定质量的理想气体状态变化的p —T 图象,变化方向如图中箭头所示,则下列说法中正确的是( )图4A .ab 过程中气体内能增加,密度不变B .bc 过程中气体内能增加,密度也增大C .cd 过程中,气体分子的平均动能不变D .da 过程中,气体内能增加,密度不变答案 AC题组五 综合应用12. 如图5所示,一圆柱形容器竖直放置,通过活塞封闭着摄氏温度为t 的理想气体.活塞的质量为m ,横截面积为S ,与容器底部相距h .现通过电热丝给气体加热一段时间,结果使活塞又缓慢上升了h ,若这段时间内气体吸收的热量为Q ,已知大气压强为p 0,重力加速度为g ,不计器壁向外散失的热量,求:图5(1)气体的压强;(2)这段时间内气体的温度升高了多少?答案 (1)p =p 0+mg S(2)t +273解析 (1)对活塞受力分析如图所示,由平衡条件得p =p 0+mg S(2)由盖·吕萨克定律得: V 1T 1=V 2T 2 hS 273+t =2hS 273+t ′解得:t ′=273+2t即:Δt =t ′-t =273+t .13.有人设计了一种测温装置,其结构如图6所示,玻璃泡A 内封有一定质量的气体,与A相连的B 管插在水银槽中,管内外水银面的高度差x 即可反映泡内气体的温度,即环境温度,并可由B 管上的刻度直接读出.设B 管的体积与A 泡的体积相比可略去不计.在1标准大气压下对B 管进行温度标刻(1标准大气压相当于76 cmHg 的压强).已知当温度t 1=27 ℃时,管内水银面的高度为x 1=16 cm ,此高度即为27 ℃的刻线,问t =0 ℃的刻线在何处?图6答案 21.4 cm解析 玻璃泡A 内气体的初始状态:T 1=300 K ,p 1=(76-16) cmHg =60 cmHg.末状态,即t =0 ℃的状态:T 0=273 K ,p =?由查理定律得:p =T 0T 1p 1=273300×60 cmHg=54.6 cmHg , 所以t =0 ℃时,水银面的高度即t =0 ℃的刻线位置是:x 0=(76-54.6) cm =21.4 cm.14.一定质量的理想气体由状态A 经状态B 变化到状态C ,其中A →B 过程为等压变化,B →C 过程为等容变化.已知V A =0.3 m 3,T A =T C =300 K ,T B =400 K.(1)求气体在状态B 时的体积;(2)说明B →C 过程压强变化的微观原因.答案 (1)0.4 m 3 (2)见解析解析 (1)A →B 过程,由盖·吕萨克定律,V A T A =V BT BV B =T B T A V A =400300×0.3 m 3=0.4 m 3 (2)B →C 过程,气体体积不变,分子数密度不变,温度降低,分子平均动能减小,平均每个分子对器壁的冲击力减小,压强减小.15.如图7所示,一定质量的气体从状态A 经B 、C 、D 再回到A .问AB 、BC 、CD 、DA 经历的是什么过程?已知气体在状态A 时的体积是1 L ,求在状态B 、C 、D 时的体积各为多少,并把此图改为p -V 图象.图7答案 见解析解析 A →B 为等容变化,压强随温度升高而增大. B →C 为等压变化,体积随温度升高而增大. C →D 为等温变化,体积随压强减小而增大. D →A 为等压变化,体积随温度降低而减小.由题意知V B =V A =1 L ,因为V B T B =V C T C ,所以V C =T C T B V B =900450×1 L=2 L. 由p C V C =p D V D ,得V D =p C p D V C =31×2 L=6 L. 所以V B =1 L ,V C =2 L ,V D =6 L.根据以上数据,题中四个过程的p -V 图象如图所示.。