2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 熱學(xué) 第2節(jié) 固體 液體 氣體課件 新人教版.ppt

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第2節(jié)固體液體氣體,一、固體1.分類固體分為晶體和非晶體兩類。晶體分單晶體和多晶體。,,,,,,2.晶體與非晶體的比較,,,,,二、液體1.液體的表面張力(1)作用:液體的表面張力使液面具有收縮的趨勢(shì)。(2)方向:表面張力跟液面相切,跟這部分液面的分界線垂直。(3)大小:液體的溫度越高,表面張力越小;液體中溶有雜質(zhì)時(shí),表面張力變小;液體的密度越大,表面張力越大。2.液晶的物理性質(zhì)(1)具有液體的流動(dòng)性。(2)具有晶體的光學(xué)各向異性。(3)在某個(gè)方向上看,其分子排列比較整齊,但從另一方向看,分子的排列是雜亂無(wú)章的。,,,三、飽和汽濕度1.飽和汽與未飽和汽(1)飽和汽:與液體處于動(dòng)態(tài)平衡的蒸汽。(2)未飽和汽:沒(méi)有達(dá)到飽和狀態(tài)的蒸汽。2.飽和汽壓(1)定義:飽和汽所具有的壓強(qiáng)。(2)特點(diǎn):液體的飽和汽壓與溫度有關(guān),溫度越高,飽和汽壓越大,且飽和汽壓與飽和汽的體積無(wú)關(guān)。,3.濕度(1)絕對(duì)濕度:空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)。(2)相對(duì)濕度:空氣的絕對(duì)濕度與同一溫度下水的飽和汽壓之比。(3)相對(duì)濕度公式,四、氣體分子運(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布?xì)怏w實(shí)驗(yàn)定律理想氣體1.氣體和氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),2.氣體的壓強(qiáng)(1)產(chǎn)生原因:由于氣體分子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng),大量的分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生持續(xù)而穩(wěn)定的壓力。(2)大小:氣體的壓強(qiáng)在數(shù)值上等于氣體作用在單位面積上的壓力。公式:p=。(3)國(guó)際單位:帕斯卡,符號(hào):Pa,1Pa=1N/m2。,,,,,3.氣體實(shí)驗(yàn)定律,,4.理想氣體狀態(tài)方程(1)理想氣體:在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體。,,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,固體和液體的性質(zhì)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)只要是具有確定熔點(diǎn)的物體必定是晶體,反之,必是非晶體。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,2.液體表面張力(1)形成原因:表面層中分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大,分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力。(2)表面特性:表面層分子間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力,使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜,分子勢(shì)能大于液體內(nèi)部的分子勢(shì)能。(3)表面張力的方向:和液面相切,垂直于液面上的各條分界線。(4)表面張力的效果:表面張力使液體表面具有收縮趨勢(shì),使液體表面積趨于最小,而在體積相同的條件下,球形的表面積最小。(5)表面張力的大小:跟邊界線的長(zhǎng)度、液體的種類、溫度都有關(guān)系。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,例1(多選)(2017貴州貴陽(yáng)摸底)以下說(shuō)法正確的是()A.金剛石、食鹽都有確定的熔點(diǎn)B.飽和汽的壓強(qiáng)與溫度無(wú)關(guān)C.一些小昆蟲(chóng)可以停在水面上是由于液體表面張力的作用D.多晶體的物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性E.當(dāng)人們感覺(jué)空氣干燥時(shí),空氣的相對(duì)濕度一定較小,答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,即學(xué)即練1.(多選)(2016江蘇卷)在高原地區(qū)燒水需要使用高壓鍋。水燒開(kāi)后,鍋內(nèi)水面上方充滿飽和汽。停止加熱,高壓鍋在密封狀態(tài)下緩慢冷卻。在冷卻過(guò)程中,鍋內(nèi)水蒸氣的變化情況為()A.壓強(qiáng)變小B.壓強(qiáng)不變C.一直是飽和汽D.變?yōu)槲达柡推?答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,2.(多選)(2017湖南長(zhǎng)沙岳麓區(qū)月考)下列說(shuō)法正確的是()A.懸浮在水中的花粉的布朗運(yùn)動(dòng)反映了花粉分子的熱運(yùn)動(dòng)B.空中的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結(jié)果C.彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性的特點(diǎn)D.高原地區(qū)水的沸點(diǎn)較低,這是高原地區(qū)溫度較低的緣故E.干濕泡濕度計(jì)的濕泡顯示的溫度低于干泡顯示的溫度,這是濕泡外紗布中的水蒸發(fā)吸熱的結(jié)果,答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用1.理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系,2.幾個(gè)重要的推論,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,例2(2017全國(guó)卷Ⅲ)一種測(cè)量稀薄氣體壓強(qiáng)的儀器如圖甲所示,玻璃泡M的上端和下端分別連通兩豎直玻璃細(xì)管K1和K2。K1長(zhǎng)為l,頂端封閉,K2上端與待測(cè)氣體連通;M下端經(jīng)橡皮軟管與充有水銀的容器R連通。開(kāi)始測(cè)量時(shí),M與K2相通;逐漸提升R,直到K2中水銀面與K1頂端等高,此時(shí)水銀已進(jìn)入K1,且K1中水銀面比頂端低h,如圖乙所示。設(shè)測(cè)量過(guò)程中溫度、與K2相通的待測(cè)氣體的壓強(qiáng)均保持不變。已知K1和K2的內(nèi)徑均為d,M的容積為V0,水銀的密度為ρ,重力加速度大小為g。求:,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,(1)待測(cè)氣體的壓強(qiáng);(2)該儀器能夠測(cè)量的最大壓強(qiáng)。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,解析:(1)水銀面上升至M的下端使玻璃泡中氣體恰好被封住,設(shè)此時(shí)被封閉的氣體的體積為V,壓強(qiáng)等于待測(cè)氣體的壓強(qiáng)p。提升R,直到K2中水銀面與K1頂端等高時(shí),K1中水銀面比頂端低h;設(shè)此時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)為p1,體積為V1,則,由力學(xué)平衡條件得p1=p+ρgh③整個(gè)過(guò)程為等溫過(guò)程,由玻意耳定律得pV=p1V1④,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,(2)由題意知h≤l⑥,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,思維點(diǎn)撥(1)由題意,水銀面上升后,求出氣體的狀態(tài)參量,然后由玻意耳定律求出壓強(qiáng)的表達(dá)式;(2)根據(jù)題意可知,M的直徑不知道,所以當(dāng)h=l時(shí),能準(zhǔn)確測(cè)量的壓強(qiáng)最大,然后代入上式即可求出壓強(qiáng)。,利用氣體實(shí)驗(yàn)定律及氣體狀態(tài)方程解決問(wèn)題的基本思路,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,即學(xué)即練3.(2016全國(guó)卷Ⅱ)一氧氣瓶的容積為0.08m3,開(kāi)始時(shí)瓶中氧氣的壓強(qiáng)為20個(gè)大氣壓。某實(shí)驗(yàn)室每天消耗1個(gè)大氣壓的氧氣0.36m3。當(dāng)氧氣瓶中的壓強(qiáng)降低到2個(gè)大氣壓時(shí),需重新充氣。若氧氣的溫度保持不變,求這瓶氧氣重新充氣前可供該實(shí)驗(yàn)室使用多少天。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,答案:4天解析:設(shè)氧氣開(kāi)始時(shí)的壓強(qiáng)為p1,體積為V1,壓強(qiáng)變?yōu)閜2(2個(gè)大氣壓)時(shí),體積為V2。根據(jù)玻意耳定律得p1V1=p2V2①重新充氣前,用去的氧氣在p2壓強(qiáng)下的體積為V3=V2-V1②設(shè)用去的氧氣在p0(1個(gè)大氣壓)壓強(qiáng)下的體積為V0,則有p2V3=p0V0③設(shè)實(shí)驗(yàn)室每天用去的氧氣在p0下的體積為ΔV,則氧氣可用的天數(shù)為,聯(lián)立①②③④式,并代入數(shù)據(jù)得n=4天⑤,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,力熱綜合問(wèn)題實(shí)際問(wèn)題中的研究對(duì)象除氣體外,可以大致分為活塞和液柱(粗細(xì)均勻)兩類。對(duì)于活塞,可以進(jìn)行受力分析,列運(yùn)動(dòng)(平衡)方程。而液柱本身是流體,若出現(xiàn)在連通器里,則同一水平高度液面處壓強(qiáng)相等;因此對(duì)于液柱,既可以按等同于活塞的分析方法,根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)列方程,也可以按液體壓強(qiáng)公式p=ρgh來(lái)計(jì)算,從而簡(jiǎn)化分析和計(jì)算。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,例3(2017全國(guó)卷Ⅱ)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(gè)大氣壓、溫度T0時(shí)的密度為ρ0,該氣球內(nèi)、外的氣壓始終都為1個(gè)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。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,解析:(1)設(shè)1個(gè)大氣壓下質(zhì)量為m的空氣在溫度為T0時(shí)的體積為V0,密度為,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,(2)氣球內(nèi)熱空氣所受的重力為G=ρ(Ta)Vg⑦,(3)設(shè)該氣球還能托起的最大質(zhì)量為m,由力的平衡條件得mg=f-G-m0g⑨聯(lián)立⑥⑧⑨式得,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,思維點(diǎn)撥此題是熱學(xué)問(wèn)題和力學(xué)問(wèn)題的綜合題;一是知道阿基米德定律,知道溫度不同時(shí)氣體密度不同;二是能分析氣球的受力情況列出平衡方程;三是根據(jù)氣體實(shí)驗(yàn)定律列出相應(yīng)方程。,1.選封閉氣體為研究對(duì)象,根據(jù)過(guò)程特征選用氣體定律建立方程。2.選物體為研究對(duì)象,根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由平衡條件或牛頓第二定律建立方程。3.氣體壓強(qiáng)是力學(xué)規(guī)律和熱學(xué)規(guī)律之間聯(lián)系的橋梁。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,即學(xué)即練4.如圖所示,一固定的豎直汽缸由一大一小兩個(gè)同軸圓筒組成,兩圓筒中各有一個(gè)活塞,已知大活塞的質(zhì)量為m1=2.50kg,橫截面積為S1=80.0cm2;小活塞的質(zhì)量為m2=1.50kg,橫截面積為S2=40.0cm2;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=40.0cm;汽缸外大氣的壓強(qiáng)為p=1.00105Pa,溫度為T=303K。初始時(shí)大活塞與大圓筒底部相距,兩活塞間封閉氣體的溫度為T1=495K?，F(xiàn)汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降,忽略兩活塞與汽缸壁之間的摩擦,重力加速度大小g取10m/s2。求:,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,(1)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,汽缸內(nèi)封閉氣體的溫度。(2)缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達(dá)到熱平衡時(shí),缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)。,答案:(1)330K(2)1.01105Pa解析:(1)設(shè)初始時(shí)氣體體積為V1,在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí),缸內(nèi)封閉氣體的體積為V2,溫度為T2。由題給條件得,V2=S2l②在活塞緩慢下移的過(guò)程中,用p1表示缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng),由力的平衡條件得S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p)③故此過(guò)程缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變。由蓋—呂薩克定律有,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,聯(lián)立①②④式并代入題給數(shù)據(jù)得T2=330K。⑤(2)在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí),由③式得被封閉氣體的壓強(qiáng)為p1=1.10105Pa。在此后與汽缸外大氣達(dá)到熱平衡的過(guò)程中,被封閉氣體的體積不變,設(shè)達(dá)到熱平衡時(shí)被封閉氣體的壓強(qiáng)為p,由查理定律,有,聯(lián)立③⑤⑥式并代入題給數(shù)據(jù)得p=1.01105Pa。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,關(guān)聯(lián)氣體的狀態(tài)變化問(wèn)題多個(gè)系統(tǒng)相互聯(lián)系的定質(zhì)量氣體問(wèn)題,往往以壓強(qiáng)建立起系統(tǒng)間的關(guān)系,各系統(tǒng)獨(dú)立進(jìn)行狀態(tài)分析,要確定每個(gè)研究對(duì)象的變化性質(zhì),分別應(yīng)用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)定律,并充分應(yīng)用各研究對(duì)象之間的壓強(qiáng)、體積、溫度等量的有效關(guān)聯(lián)。若活塞可自由移動(dòng),一般要根據(jù)活塞平衡確定兩部分氣體的壓強(qiáng)關(guān)系。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,例4(2017全國(guó)卷Ⅰ)如圖,容積均為V的汽缸A、B下端有細(xì)管(容積可忽略)連通,閥門K2位于細(xì)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(dòng)的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略)。初始時(shí),三個(gè)閥門均打開(kāi),活塞在B的底部;關(guān)閉K2、K3,通過(guò)K1給汽缸充氣,使A中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到大氣壓p0的3倍后關(guān)閉K1。已知室溫為27℃,汽缸導(dǎo)熱。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,(1)打開(kāi)K2,求穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的體積和壓強(qiáng);(2)接著打開(kāi)K3,求穩(wěn)定時(shí)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(shí)活塞下方氣體的壓強(qiáng)。,解析:(1)設(shè)打開(kāi)K2后,穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的壓強(qiáng)為p1,體積為V1。依題意,被活塞分開(kāi)的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過(guò)程。由玻意耳定律得p0V=p1V1①(3p0)V=p1(2V-V1)②聯(lián)立①②式得,p1=2p0④,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,(2)打開(kāi)K3后,由④式知,活塞必定上升。設(shè)在活塞下方氣體與A中氣體的體積之和為V2(V2≤2V)時(shí),活塞下方氣體壓強(qiáng)為p2。由玻意耳定律得(3p0)V=p2V2⑤由⑤式得,(3)設(shè)加熱后活塞下方氣體的壓強(qiáng)為p3,氣體溫度從T1=300K升高到T2=320K的等容過(guò)程中,由查理定律得,將有關(guān)數(shù)據(jù)代入⑦式得p3=1.6p0⑧,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,思維點(diǎn)撥審題明確:一是開(kāi)始被活塞分開(kāi)的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過(guò)程,可分別根據(jù)玻意耳定律列出方程求解;二是打開(kāi)K3后,判斷活塞上升還是下降,弄清穩(wěn)定時(shí)的位置,找清兩部分之間壓強(qiáng)和體積關(guān)系,然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)定律列出方程;三是再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體后,分析活塞下方氣體所遵循的定律,即可求解。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,相關(guān)聯(lián)氣體問(wèn)題涉及兩部分(或兩部分以上)氣體,它們之間無(wú)氣體交換,但在壓強(qiáng)或體積這些量間有一定的關(guān)系,分析清楚這些關(guān)系往往是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。解決相關(guān)聯(lián)問(wèn)題的一般方法是:1.分別選取每部分氣體為研究對(duì)象,確定初、末狀態(tài)及其狀態(tài)參量,根據(jù)氣態(tài)方程寫(xiě)出狀態(tài)參量間的關(guān)系式。2.分析相關(guān)聯(lián)氣體間的壓強(qiáng)或體積之間的關(guān)系并寫(xiě)出關(guān)系式。3.聯(lián)立求解并選擇物理意義正確的解。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,即學(xué)即練5.(2016全國(guó)卷Ⅲ)一U形玻璃管豎直放置,左端開(kāi)口,右端封閉,左端上部有一光滑的輕活塞。初始時(shí),管內(nèi)汞柱及空氣柱長(zhǎng)度如圖所示。用力向下緩慢推活塞,直至管內(nèi)兩邊汞柱高度相等時(shí)為止。求此時(shí)右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)和活塞向下移動(dòng)的距離。已知玻璃管的橫截面積處處相同;在活塞向下移動(dòng)的過(guò)程中,沒(méi)有發(fā)生氣體泄漏;大氣壓強(qiáng)p0=75.0cmHg。環(huán)境溫度不變。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,答案:144cmHg9.42cm解析:設(shè)初始時(shí),右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1,長(zhǎng)度為l1;左管中空氣柱的壓強(qiáng)為p2=p0,長(zhǎng)度為l2?；钊幌峦苃后,右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1,長(zhǎng)度為l1;左管中空氣柱的壓強(qiáng)為p2,長(zhǎng)度為l2。以cmHg為壓強(qiáng)單位。由題給條件得p1=p0+(20.0-5.00)cmHg①,由玻意耳定律得p1l1=p1l1③聯(lián)立①②③式和題給條件得p1=144cmHg④依題意p2=p1⑤,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,由玻意耳定律得p2l2=p2l2⑦聯(lián)立④⑤⑥⑦式和題給條件得h=9.42cm⑧,