高三物理一轮复习ppt课件选修.ppt

第2讲固体、液体与气体,【知识梳理】知识点1晶体和非晶体晶体的微观结构1.晶体和非晶体:,不规则,确定,各向同性,无规则,相互转化,2.晶体的微观结构:(1)如图所示,金刚石、石墨晶体的晶体微粒在空间排列上具有_、_。,规律性,周期性,(2)晶体特性的解释:,规则,相同距离,空间,分布,知识点2液体与液晶1.液体的表面张力:(1)作用:液体的表面张力使液面具有_的趋势。(2)方向:表面张力跟液面相切,跟这部分液面的分界线_。,收缩,垂直,2.毛细现象是指浸润液体在细管中_的现象,以及不浸润液体在细管中_的现象,毛细管越细,毛细现象越明显。,上升,下降,3.液晶的物理性质:(1)具有液体的_性。(2)具有晶体的光学各向_性。(3)从某个方向看其分子排列比较整齐,但从另一方向看,分子的排列是_的。,流动,异,杂乱无章,4.饱和汽:饱和汽压随温度而变,与饱和汽的体积_。温度越高,饱和汽压_。5.湿度:绝对湿度是空气中所含水蒸气的压强;相对湿度是某一温度下,空气中水蒸气的实际压强与同一温度下水的饱和汽压之比,相对湿度=100%。,无关,越大,知识点3气体分子动理论和气体压强1.气体分子运动特点:(1)气体分子间距较大,分子力为零,分子间除碰撞外_作用,向各个方向运动的气体分子_。(2)分子做无规则运动,分子速率按“_”的统计规律分布。,不受其他力,数目,相等,中间多,两头少,(3)温度一定时某种气体分子的速率分布是确定的,温度升高时,_,速率大的分子数增多,分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大。,速率小的分子数减少,2.气体压强:(1)产生的原因:由于大量分子无规则运动而碰撞器壁,形成对器壁各处均匀、持续的压力,作用在器壁_的压力叫作气体的压强。(2)决定因素。宏观上:取决于气体的_。微观上:取决于分子的_。,单位,面积上,温度和体积,平均动能和分子的密集程度,知识点4气体实验定律和理想气体状态方程1.气体实验定律:,压强与体积,成反比,压强与热,力学温度成正,比,体积与热力学,温度成正比,p1V1=p2V2,2.理想气体的状态方程:(1)理想气体。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_、温度_的条件下,可视为理想气体。微观上讲,理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力,即_。,不太大,不太低,分子间无分子势能,(2)理想气体的状态方程。一定质量的理想气体状态方程:_或_。气体实验定律可看作一定质量理想气体状态方程的特例。,【易错辨析】(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。()(2)草叶上的露珠呈球形是表面张力引起的。()(3)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。(),(4)只要能增加气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以升高。()(5)若气体的温度逐渐升高,则其压强可以保持不变。(),提示:(1)。晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同叫作各向异性,虽然单晶体具有各向异性,但并不是所有物理性质都是各向异性的。故该说法是错误的。(2)。草叶上的露珠存在表面张力,它表面的水分子表现为引力,从而使它收缩成一个球形,与表面张力有关。,(3)。水蒸气达到饱和时,蒸发和凝结仍在继续进行,只不过蒸发和凝结的水分子个数相等,蒸发和凝结达到动态平衡。(4)。温度是分子平均动能的标志,增加气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以升高。,(5)。由理想气体的状态方程=C可知,若气体的温度T逐渐升高,如果体积V同时变大,其压强可能不变。,考点1固体和液体的性质【核心要素精讲】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。,(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。,【高考命题探究】【典例1】(多选)(2017梅州模拟)关于晶体和非晶体,下列说法正确的是世纪金榜导学号42722276()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,【解析】选B、C。金刚石、食盐、水晶都是常见的晶体,玻璃是非晶体,故A错误;晶体内部的分子(或原子、离子)排列是有规则的,故B正确;晶体有固定的熔点,而非晶体没有确定的熔点,故C正确;单晶体具有各向异性,多晶体和非晶体一样具有各向同性,故D错误。,【强化训练】1.(多选)(2017潍坊模拟)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】选B、C、D。将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒还是晶体,选项A错误;固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上各向异性,具有不同的光学性质,选项B正确;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,例如石墨和金刚石,选项C正确;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,例如天然石,英是晶体,熔融过的石英却是非晶体。把晶体硫加热熔化(温度超过300)再倒进冷水中,会变成柔软的非晶硫,再过一段时间又会转化为晶体硫,所以选项D正确;在熔化过程中,晶体要吸收热量,虽然温度保持不变,但是内能要增加,选项E错误。,2.(2017平顶山模拟)液体表面具有收缩的趋势,其原因是()A.由于液体表面分子间距离小于液体内部分子间的距离,液面分子间表现为引力,所以液体表面具有收缩的趋势B.由于液体表面分子间的距离大于液体内部分子间的距离,液面分子间表现为引力,所以液体表面具有收缩的趋势,C.由于液体表面的分子受到外部空气分子的吸引力,所以液体表面具有收缩的趋势D.因液体具有流动性,所以液体表面具有收缩的趋势,【解析】选B。由于蒸发等原因,液体表面分子数较为稀疏,故液体表面的分子间距离大于液体内部分子间的距离,这样才能在分子间表现为引力。,【规律总结】晶体和非晶体的特性比较(1)晶体有整齐规则的几何外形。(2)晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持不变。(3)晶体有各向异性的特点。,(4)非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性排列的固体。它没有一定规则的外形,如玻璃、松香、石蜡等。它的物理性质在各个方向上是相同的,叫“各向同性”。它没有固定的熔点。,【加固训练】(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,是因为油脂使水的表面张力增大,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,【解析】选A、C、D。把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面,浮力很小,可以忽略不计,故一定是由于水表面存在表面张力,故A正确;水对油脂表面是不浸润的,所以成水珠状,水对玻璃表面是浸润的,无法形成水珠,表面张力是一样的,故B错误;宇宙飞船中的圆形水滴是表面张力的缘故,故C正确;毛细现象中有的液面升高,有的液面降低,这与液体种类和毛细管的材料有关,故D正,确;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,这是由于大气压力,故E错误。,考点2气体压强的产生与计算【核心要素精讲】1.气体压强产生的原因:分子热运动不断撞击容器壁(或者假想气壁),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作气体的压强。,2.气体压强的决定因素:压力与分子热运动速度以及撞击频率有关,从宏观上取决于气体的温度和体积。从微观上取决于分子的平均动能和分子的密集程度。3.气体压强的计算:气体压强是气体分子热运动撞击器壁产生的压力,因此可根据平衡或牛顿运动定律计算气体压强的大小。,【高考命题探究】【典例2】(多选)对于一定质量的气体,当压强和体积发生变化时,以下说法正确的是()世纪金榜导学号42722277A.压强和体积都增大时,其分子平均动能不可能不变B.压强和体积都增大时,其分子平均动能有可能减小C.压强增大,体积减小时,其分子平均动能一定不变D.压强减小,体积增大时,其分子平均动能可能增大,【思考探究】当压强和体积都增大时对应哪些物理量可能发生变化?提示:体积增大,单位体积内的分子数减少,若压强再增大,则温度升高,分子平均动能增大。,【解析】选A、D。当体积增大时,单位体积内的分子数减少,只有气体的温度升高,分子平均动能增大,压强才能增大,A正确,B错误;当体积减小时,单位体积内的分子数增多,温度不变、降低、升高都可能使压强增大,C错误;同理体积增大时,温度不变、降低、升高都可能使压强减小,故D正确。,【典例3】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,求被封闭气体的压强。,【思考探究】压强乘以横截面积等于压力,关于力的问题,可以应用什么规律解决上述问题?提示:甲图AB液柱处于平衡状态,可以应用力的平衡规律处理,乙图、丙图问题也可以类似处理,若物体处于加速状态可以应用牛顿第二定律处理。,【解析】在甲图中,以高为h的液柱为研究对象,由二力平衡知p甲S=-ghS+p0S所以p甲=p0-gh在图乙中,以B液面为研究对象,由平衡方程F上=F下有:pAS+ghS=p0Sp乙=pA=p0-gh,在图丙中,仍以B液面为研究对象,有pA+ghsin60=pB=p0所以p丙=pA=p0-gh答案:甲:p0-gh乙:p0-gh丙:p0-gh,【迁移训练】,迁移1:根据活塞平衡求解气体压强汽缸截面积为S,质量为m的梯形活塞上面是水平的,下面与右侧竖直方向的夹角为,如图所示,当活塞上放质量为M的重物时处于静止。设外部大气压为p0,若活塞与缸壁之间无摩擦。求汽缸中气体的压强。,【解析】以活塞为研究对象进行受力分析,其中内部气体对活塞的弹力垂直于接触面,由竖直方向合力为零得p气 sin=(M+m)g+p0S所以p气=p0+答案:p0+,迁移2:连通器中气体压强的计算如图,竖直放置的U形管,左管上端封闭,右管上端开口,管内有a、b两段水银柱,将A、B两段空气柱封在管内,若空气柱A的压强为60cmHg,水银柱b的两个水银面的高度差为5cm,大气压强为75 cmHg,则水银柱a的长度为()A.5 cmB.10 cmC.15 cmD.20 cm,【解析】选B。水银柱a平衡,故:pA+gha=pB;在b水银柱中与右侧液面等高的位置取一个水银薄片,根据平衡条件,有:pB+ghb=p0;联立得:pA+gha+ghb=p0;其中:hb=5cm;代入数据,有:ha=10cm。,迁移3:牛顿第二定律法求封闭气体的压强如图所示,光滑水平地面上放有一质量为m的导热汽缸,用活塞封闭了一部分气体。活塞质量为 截面积为S,可无摩擦滑动,汽缸静止时与缸底距离为L0。现用水平恒力F向右推汽缸,最后汽缸与活塞达到相对静止状态。已知大气压强为p0。求:,(1)稳定时封闭气体的压强。(2)稳定时活塞与缸底部的距离。,【解析】(1)选择汽缸、活塞和密闭气体整体作为研究对象,受力分析可知,水平恒力F即为整体受到的合外力,由牛顿第二定律得F=(m+)a隔离活塞对其受力分析,设封闭气体压强为p,则由牛顿第二定律得(p-p0)S=a,汽缸和活塞相对静止具有相同的加速度,联立以上两式,可得p=p0+,(2)由汽缸为导热汽缸可知,汽缸内气体温度不变,气体为等温变化,设稳定时活塞与缸底部的距离为L由理想气体状态方程=C得p0L0S=pLS可得L=答案:(1)p0+(2),【加固训练】(2017烟台模拟)如图所示,一水平放置的汽缸,由横截面积不同的两圆筒连接而成。活塞A、B用一长为3L的刚性细杆连接。它们可以在筒内无摩擦地沿水平方向滑动。活塞A、B的横截面积分别为SA=40cm2、SB=20cm2。A、B之间封闭着一定质量的理想气体。汽缸外大气的压强为p0=1105Pa,温度T0=294K。初始时活塞A,与大圆筒底部(大小圆筒连接处)相距2L,汽缸内气体温度为T1=500K时,(1)汽缸内气体的温度缓慢降至400K时,活塞移动的位移。(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强。,【解析】(1)汽缸内气体的温度降低时,其压强不变,活塞A、B一起向右移动,气体状态参量:V1=SA2L+SBL,V2=SA(2L-x)+SB(L+x),已知:T1=500K,气体发生等压变化,由盖吕萨克定律得:解得:x=L,由于x=L2L,表明活塞A未碰到大圆筒底部,故活塞A、B向右移动的位移为L。,(2)大活塞刚碰到大圆筒底部时:V3=3SBL,已知:T1=500K,由盖-吕萨克定律得:解得:T3=300K,当汽缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时:T=T0=294K,气体发生等容变化,由查理定律得:解得:p=9.8104Pa。答案:(1)L(2)9.8104Pa,考点3理想气体状态方程与气体实验定律的应用【核心要素精讲】1.理想气体状态方程:(1)理想气体。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。,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)状态方程:,(3)应用状态方程解题的一般步骤:,2.状态方程与气体实验定律的关系:,【高考命题探究】【典例4】(2016全国卷)一氧气瓶的容积为0.08m3,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。世纪金榜导学号42722278,【思考探究】在使用氧气过程中,压强、体积、温度哪个物理量不变?这个变化符合什么定律?提示:在使用氧气过程中温度始终不变,该过程是等温变化,可应用玻意耳定律解决。,【解析】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=p2V2重新充气前,用去的氧气在p2压强下的体积为V3=V2-V1设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0,则有,p2V3=p0V0设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为V,则氧气可用的天数为N=联立式,并代入数据得N=4(天)答案:4天,【强化训练】1.(2016全国卷)一U形玻璃管竖直放置,左端开口,右端封闭,左端上部有一光滑的轻活塞。初始时,管内汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞,直至管内两边汞柱高度相等时为止。求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离。已,知玻璃管的横截面积处处相同;在活塞向下移动的过程中,没有发生气体泄漏;大气压强p0=75.0cmHg。环境温度不变。,【解析】设初始时,右管中空气柱的压强为p1,长度为l1;左管中空气柱的压强为p2=p0,长度为l2。活塞被推下h后,右管中空气柱的压强为p1,长度为l1;左管中空气柱的压强为p2,长度为l2。以cmHg为压强单位,由题给条件得p1=p0+(20.0-5.00)cmHgl1=(20.0-)cm,根据玻意耳定律p1l1=p1l1联立解得p1=144cmHg根据题意可得p1=p2,l2=4.00cm+cm-h根据玻意耳定律可得p2l2=p2l2,解得h=9.42cm。答案:144cmHg9.42cm,2.(2016海南高考)如图,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=7.5102kg/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=4.5103Pa。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=40cm,求此时左、右两气室的体积之比。重力加速度g取10m/s2,U形管中气体的体积和活塞拉杆的体积忽略不计。,【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;当活塞拉至汽缸中某位置时,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=p1V1p0V02=p2V2依题意有V01+V02=V1+V2由力的平衡条件有p2-p1=gh,联立式,并代入题给数据得2V12+3V01V19V012=0 由此解得V1=V01(另一解不合题意,舍去)由式和题给条件得V1V2=11答案:11,【加固训练】(2017西宁模拟)如图所示,水平放置的汽缸内壁光滑,活塞厚度不计,在A、B两处设有限制装置,使活塞只能在A、B之间运动,B左面汽缸的容积为V0,A、B之间的容积为0.1V0。开始时活塞在B处,缸内气体的压强为0.9p0(p0为大气压强),温度为297K,现缓慢加热汽缸内气体。求:活塞刚到达A处时,气体的温度为多少K?,【解析】活塞由A移动到B的过程中先做等容变化,后做等压变化,初态:p1=0.9p0,V1=V0,T1=297K,末态:p2=p0,V1=(V0+0.1V0)=1.1V0,由理想气体状态方程得:即:解得:T2=363K。答案:363K,考点4气体状态变化中的图象问题【核心要素精讲】一定质量的气体不同图象的比较:,【高考命题探究】【典例5】(2017济宁模拟)如图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1.5105Pa。世纪金榜导学号42722279,(1)说出AB过程中压强变化的情形,并根据图象提供的信息,计算图甲中TA的温度值。(2)请在图乙坐标系中,作出该气体由状态A经过状态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的有关坐标值,请写出计算过程。,【解析】(1)由图甲所示图象可知,A与B的连线的延长线过原点O,所以AB是一个等压变化,即pA=pB=1.5105Pa,由图示图象可知:VA=0.4m3,VB=VC=0.6m3,TB=300K,TC=400K,从A到B过程,由盖-吕萨克定律得:得TA=200K。,(2)由图甲所示图象可知,从B到C为等容过程,由(1)知:pB=1.5105Pa,TB=300K,TC=400K,由查理定律得:解得:pC=2105Pa,气体状态变化图象如图所示:答案:(1)变化情况见解析200K(2)见解析,【感悟提高】(1)特点:本题属于物理规律与数学图象结合问题。(2)方法:本题甲图AB是_,适用于_,BC过程是_,适用于_。(3)拓展:若已知A的温度,可以根据_直接求出C状态的压强。,等压过程,盖-吕萨,克定律,等容过程,查理定律,理想气体状态方程,【强化训练】1.(2017泉州模拟)某一定质量理想气体发生等压膨胀、等温压缩、等容降温三个状态变化后回到初始状态,整个过程的p-V图象如图所示,则下列也能反映该过程的图象是(),【解析】选B。根据理想气体状态方程=C,等压膨胀过程,温度增加,p-T图象与T轴平行,等温压缩过程,压强增加,p-T图象与p轴平行,等容降温过程,压强减小,p-T图象经过坐标原点,故A错误,B正确;根据理想气体状态方程=C,等压膨胀过程,温度增加,V-T图象经过坐标原点,等温压缩过程,压强增加,V-T图象与V轴平行,等容降温过程,压强减小,V-T图象与T轴平行,故C、D错误。,2.(2015福建高考)如图,一定质量的理想气体,由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c。设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc,在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac,则_。(填选项前的字母)A.TbTc,QabQacB.TbTc,QabQacD.Tb=Tc,QabQac,【解析】选C。p-V图象中状态c、b所围的面积相等,Tb=Tc,因此在过程ab和ac中,内能变化相等,过程ac不做功,过程ab气体对外做功,据热力学定律U=W+Q可知,QabQac,故选C。,【加固训练】(多选)如图所示是一定质量的理想气体的p-V图线,若其状态由ABCA,且AB等容,BC等压,CA等温,则气体在A、B、C三个状态时(),A.单位体积内气体的分子数nA=nB=nCB.气体分子的平均速率vAvBvCC.气体分子在单位时间内对器壁的平均作用力FAFB,FB=FCD.气体分子在单位时间内,对器壁单位面积碰撞的次数是NANB,NANC,【解析】选C、D。由图示图象可知,VA=VBnC,故A错误;CA为等温变化,TA=TC,AB为等容变化,pApB,由查理定律可知,TATB,则TA=TCTB,分子的平均速率vA=vCvB,故B错误;由B可知,TA=TCTB,分子的平均速率vA=vCvB,气体分子在单位时间内对器壁的平均作用力FAFB=FC,故C正确;由A、B可知,nA=nBnC,vA=vCvB,C状态分子数密度最小,单位时间撞击器壁的分子数最少,A与B状态的分子数密度相等,但A状态的分子平均速率大,单位时间A状态撞击器壁的分子数多,则气体分子在单位时间内对器壁单位面积碰撞次数NANBNC,故D正确。,