2011版物理一轮精品复习学案：2 固体 液体和气体(选修3-3)

第二章 固体 液体和气体

【考纲知识梳理】

一、 固体的微观结构，晶体和非晶体

固体分为晶体和非晶体，晶体又可分为单晶体和多晶体 １. 晶体和非晶体的区别：

晶 体：有固定的熔点，晶体内部物质微粒的排列有一定的规律。 非晶体：没有固定的熔点，内部物质微粒的排列没有一定的规律。 2. 单晶体和多晶体的区别：

单晶体：具有规则的几何外形，物理特性各向异性。 多晶体：整体没有规则的几何外形，物理特性各向同性。 3. 晶体的结合类型：

离子晶体——离子键——NaCl 6Na－6Cl 原子晶体——共价键——SiO2 正四面体，Si－4O

金属晶体——金属键——Cu 正方体各个顶角和对角线交点，1Cu—12Cu 4. 同一种物质微粒在不同条件下可能生成不同的晶体： 例如：金刚石，石墨，C60 二、 液晶的微观结构

1. 液晶：物理学中把这种既具有像液体那样的流动性和连续性，又具有晶体那样的各向物理异性特点的流体，叫做液晶。 2. 液晶的分类和特点：

向列型－－分子呈长棒型――长度相同但无规律排放――液晶显示器 胆甾型――分层排布――呈螺旋型结构――测温（温度升高，由红变紫） 近晶型――分层排布――每层有序排列 三、 液体的表面张力现象

1. 表面张力：液体表面各部分相互吸引的力叫做表面张力。 2. 表面张力的微观解释：

3. 表面张力的作用使液体表面具有收缩的趋势，液体就像被绷紧的弹性膜覆盖着。 4. 液滴在表面张力的作用下呈球形这是因为在体积相同的各种形状中，球形的表面积最小。若液滴过大，在重力的作用下往往呈椭球形。

四、 气体的实验定律，理想气体 1. 理想气体的状态参量：

理想气体：始终遵循三个实验定律（玻意耳定律、查理定律、盖·吕萨克定律）的气体。 描述一定质量理想气体在平衡态的状态参量为： 温度：气体分子平均动能的标志。

体积：气体分子所占据的空间。许多情况下等于容器的容积。

压强：大量气体分子无规则运动碰撞器壁所产生的。其大小等于单位时间内、器壁单位积上所受气体分子碰撞的总冲量。

内能：气体分子无规则运动的动能. 理想气体的内能仅与温度有关。 2. 玻－马定律及其相关计算：

（1）玻－马定律的内容是：一定质量的某种气体，在温度不变时，压强和体积的乘积是恒量。

（2）表达式： p1V1=p2V2=k 3. 等容过程——查理定律

（1）内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度每升高（或降低） 1℃，增加（或减少）的压强等于它0℃时压强的1/273. 一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强和热力学温标成正比。

p0?pt?p0??t273?（2）表达式：数学表达式是：?

p1p2???TT2?1

4. 等压变化——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，它的体积和热力学温标成正比. （2）

5. 气体状态方程：

pV/T=恒量 p1V1T1

=

p2V2T2

说明（1）一定质量理想气体的某个状态，对应于p—V（或p—T、V—T）图上的一个点，从一个状态变化到另一个状态，相当于从图上一个点过渡到另一个点，可以有许多种不同的方法。如从状态A变化到B，可以经过许多不同的过程。为推导状态方程，可结合图象选用任意两个等值过程较为方便。（2）当气体质量发生变化或互有迁移（混合）时，可采用把变质量问题转化为定质量问题，利用密度公式、气态方程分态式等方法求解。

【要点名师精解】

类型一 用气体实验定律解决质量问题

【例1】（08海南卷）⑴下列关于分子运动和热现象的说法正确的是 （填入正确选项前的字母，每选错一个扣1分，最低得分为0分）．

A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在势能的缘故 B．一定量100℃的水变成100℃的水蒸汽，其分子之间的势能增加 C．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热

D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必

然增大

E．一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和 F．如果气体温度升高，那么所有分子的速率都增加

⑵（8分）如图，一根粗细均匀、内壁光滑、竖直放置的玻璃管下端 密封，上端封闭但留有一抽气孔．管内下部被活塞封住一定量的气（可视为理 想气体），气体温度为T1．开始时，将活塞上方的气体缓慢抽出，当活塞上方的 压强达到p0时，活塞下方气体的体积为V1，活塞上方玻璃管的容积为2.6V1。 活塞因重力而产生的压强为0.5p0。继续将活塞上方抽成真空并密封．整个 抽气过程中管内气体温度始终保持不变．然后将密封的气体缓慢加热．求：

①活塞刚碰到玻璃管顶部时气体的温度； ③当气体温度达到1.8T1时气体的压强． 解析：（1）BCE

A错误之处在于气体分子是无规则的运动的，故失去容器后就会散开；D选项中没考虑气体的体积对压强的影响；F选项对气温升高，分子平均动能增大、平均速率增大，但不是每个分子速率增大，对单个分子的研究是毫无意义的。

（2）①由玻意耳定律得：

VV1?p0?0.5p00.5p0，式中V是抽成真空后活塞下方气体体积

由盖·吕萨克定律得：解得：T??1.2T

2.6V1?V1V?T/T1

②由查理定律得：

1.8T1T/?p20.5p0

解得：p2?0.75p0

【感悟高考真题】

1.( 2010·全国卷Ⅱ·16)如图，一绝热容器被隔板K 隔开a 、 b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空，抽开隔板K后a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中

A．气体对外界做功，内能减少 B．气体不做功，内能不变

C．气体压强变小，温度降低 D．气体压强变小，温度不变

2. (2010·上海物理·22)如图，上端开口的圆柱形气缸竖直放置，截面积为5*10m，一定质量的气体被质量为2.0kg的光滑活塞封闭在气缸内，其压强为____pa（大气压强取1.01*10pa，g取10m/s）。若从初温27c开始加热气体，使活塞离气缸底部的高度由0.5m缓慢变为0.51m，则此时气体的温度为____℃。 解析：P?P0?PV1T1?PV2T2mgS?1.41?10pa

5?520，T2=306K，t2=33℃

本题考查气体实验定律。 难度：易。

3．(2010·江苏物理·12(A))（1）为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，

空气可视为理想气体。下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是 ▲ 。

（2）在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24KJ的功。现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5KJ的热量。在上述两个过程中，空气的内能共减小 ▲ KJ,空气 ▲ （选填“吸收”或“放出”） （3）已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3kg/m3和2.1kg/m3，空气的摩尔质量为0.029kg/mol，阿伏伽德罗常数NA=6.02?1023mol?1。若潜水员呼吸一次吸入2L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数。（结果保留一位有效数字） 答案：

4．(2010·福建·28)（1）1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来有许多实验验证了这一规律。若以横坐标?表示分子速率，纵坐标f(?)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比。下面国幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是 。（填选项前的字母）

（2）如图所示，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 。

（F）一定量的气体，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而增加。

（II）（8分）一气象探测气球，在充有压强为1．00atm（即76．0cmHg）、温度为27．0℃的氦气时，体积为3．50m3

。在上升至海拔6．50km高空的过程中，气球内氦气逐渐减小到此高度上的大气压36．0cmGg，气球内部因启动一持续加热过程而维持其温度不变。此后停止加热，保持高度不变。已知在这一海拔高度气温为-48．0℃。求： （1）氦气在停止加热前的体积；

（2）氦气在停止加热较长一段时间后的体积。

答案：（1）ADEF （4分，选对一个给1分，每选错一个扣2分，最低得分为0分） （II）（1）在气球上升至海拔6.50km高空的过程中，气球内氦气经历一等温过程。 根据玻意耳—马略特定律有

p1V1?p2V2

式中，p?76.0cmHg,V311?3.50m,p2?36.0cmHg,V2是在此等温过程末氦气的体积。由

①式得

V2?7.3m93 ② （2）在停止加热较长一段时间后，氦气的温度逐渐从T1?300K下降到与外界气体温度相同，即T2?225K。这是一等过程 根据盖—吕萨克定律有

V23T?V ③

1T 2式中，V3是在此等压过程末氦气的体积。由③式得

V3?5.54m3 ④

评分参考：本题8分。①至④式各2分。

13.（09·上海物理·21）（12分）如图，粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端开口，管内有一段水银柱，右管内气体柱长为39cm，中管内水银面与管口A之间气体柱长为40cm。先将口B封闭，再将左管竖直插入水银槽中，设整个过程温度不变，稳定后右管内水银面比中管内水银面高2cm，求： （1）稳定后右管内的气体压强p；

（2）左管A端插入水银槽的深度h。（大气压强p0＝76cmHg）

解析：（1）插入水银槽后右管内气体：由玻意耳定律得：p0l0S＝p（l0－?h/2）S， 所以p＝78cmHg；

（2）插入水银槽后左管压强：p’＝p＋?g?h＝80cmHg，左管内外水银面高度差h1＝＝4cm，中、左管内气体p0l＝p’l’，l’＝38cm， 左管插入水银槽深度h＝l＋?h/2－l’＋h1＝7cm。

14.（09·宁夏物理·34）（1）带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或进过过程ac到状态c，b、c状态温度相同，如V-T图所示。设气体在状态b和状态c的压强分别为Pb、和PC，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则 （填入选项前的字母，有填错的不得分） （ C ） A. Pb >Pc，Qab>Qac B. Pb >Pc，QabQac D. Pb

(2)图中系统由左右连个侧壁绝热、底部、截面均为S的容器组成。左容器足够高，上端敞开，右容器上端由导热材料封闭。两个容器的下端由可忽略容积的细管连通。 容器内两个绝热的活塞A、B下方封有氮气，B上方封有氢气。大气的压强p0，温度为T0=273K，连个活塞因自身重量对下方气体产生的附加压强均为0.1 p0。系统平衡时，各气体柱的高度如图所示。现将系统的底部浸入恒温热水槽中，再次平衡时A上升了一定的高度。用外力将A缓慢推回第一次平衡时的位置并固定，第三次达到平衡后，氢气柱高度为0.8h。氮气和氢气均可视为理想气体。求 （i）第二次平衡时氮气的体积； （ii）水的温度。 解析：

（i）考虑氢气的等温过程。该过程的初态压强为po，体积为hS，末态体积为0.8hS。 设末态的压强为P，由玻意耳定律得 p?pohs0.8hS?1.25po ①

p’－p0

?g

活塞A从最高点被推回第一次平衡时位置的过程是等温过程。该过程的初态压强为1.1po，体积为V；末态的压强为P'，体积为V'，则

p?p?0.1po?1.35po ②

'V?2.2hS ③ '由玻意耳定律得 V?1.35po1.1po?2.2hS?2.7hS ④

(i i) 活塞A从最初位置升到最高点的过程为等压过程。该过程的初态体积和温度分别为

2hS和T0?273K，末态体积为2.7hS。设末态温度为T，由盖-吕萨克定律得 T?2.7hS2hST0?368.55K ⑤

【考点精题精练】

1．一定质量的气体(分子力及分子势能不计)处于平衡状态Ⅰ，现设法使其温度升高同时压强减小，达到平衡状态Ⅱ，则在状态Ⅰ变为状态Ⅱ的过程 （ BD ） A．气体分子的平均动能必定减小

B．单位时间内气体分子对器壁单位面积的碰撞次数减少 C．气体的体积可能不变 D．气体必定吸收热量

2.下列关于分子运动和热现象的说法中正确的是 （ ） A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在势能的缘故 B．一定量100℃的水变成100℃的水蒸汽，其分子之间的势能不变 C．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它的内能一定增大 D．如果气体温度升高，那么所有分子的速率都增大

3．分子间的引力和斥力都与分子间的距离有关，下列说法正确的是 A．无论分子间的距离怎样变化，分子间的引力和斥力总是相等的 B．无论分子间的距离怎样变化，分子间的斥力总小于引力 C．当分子间的引力增大时，斥力一定减小

D．当分子间的距离增大时，分子间的斥力比引力减小得快

4.一定质量的理想气体，现要使它的压强经过状态变化后回到初始状态的压强，那么使用下

列哪些过程可以实现

A．先将气体等温膨胀，再将气体等容降温 B．先将气体等温压缩，再将气体等容降温

C．先将气体等容升温，再将气体等温膨胀

D．先将气体等容降温，再将气体等温压缩

5.一定质量的理想气体由状态Ⅰ(p1，V1，T1)被压缩至状态Ⅱ(p2，V2，T2)，已知T2＞ T1，则该过程中

A．气体的内能一定是增加的B．气体可能向外界放热

C．气体一定从外界吸收热量D．气体对外界做正功

7.（10分）已知金刚石的密度为??3.5?103kg/m3，现有体积为4.0?10?8m3的一小块金刚石，它有多少个碳原子？假如金刚石中的碳原子是紧密地挨在一起，试估算碳原子的直径？（保留两位有效数字）

21.(10分)如图所示，在固定的气缸A和B中分别用活塞封闭有一定质量的理想气体，活塞面积之比SA∶SB＝1∶2，两活塞以穿过B的底部的刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动。两个扎缸都不漏气。

初始时A、B中气体的体积皆为V0，温度皆为T0＝300K。A中气体压强PA＝1.5P0，P0是气缸外的大气压强，现对A加热，使其中气体的压强升到PA＝2.0P0，同时保持B中气体的温度不变求此时A中气体温度TA'。

解析：

先求金刚石的质量：m??v?3.5?10?4.0?10mM1.4?1012?10?4?33?8?1.4?10?4kg

这块金刚石的摩尔数为：n???1.17?10?2mol 这块金刚石所含的碳原子数为：N?nNA?1.17?10?2?6.02?1023?7.0?1021个

一个碳原子的体积为：V0?VN?4.0?107.0?10?821?5.7?15303m 把金刚石中的碳原子看成球体，则由公式V0?6V06?5.7?103.14?30?6d可得碳原子直径为： 3d?3??3?2.2?10?10m 8.（10分）一根两端开口、横截面积为S=2cm2足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定（插入水银槽中的部分足够深）。管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长L=21cm的气柱，气体的温度t1=7℃,外界大气压取P0=1.0×105Pa(相当于75cm汞柱高的压强)。

（1）对气体加热，使其温度升高到t2=47℃,此时气柱为多长

（2）在活塞上施加一个竖直向上的拉力F=4N，保持气体的温度t2不变，平衡后气柱为多长？此时管内外水银面的高度差为多少？.解析：

活塞平衡时，有pASA + pBSB = p0 (SA + SB)

p’ASA + p’BSB = p0 (SA + SB)

已知 SB =2SA

B中气体初、末态温度相等，设末态体积为VB，则有 p’BVB= pBV0

设A中气体末态的体积为VA，因为两活塞移动的距离相等，故有

由气态方程

解得

K

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8a37.html