2019版高考物理大一轮复习《第35讲:固体、液体和气体》讲义(含答案解析)
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1、第 35 讲 固体、液体和气体考纲要求 考情分析 命题趋势1.固体的微观结构、晶体和非晶体2液晶的微观结构、液体的表面张力现象3气体实验定律、理想气体4饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压、相对湿度2017全国卷,33(1)(2)2017全国卷,33(2)2017全国卷,33(2)2016全国卷,33(2)高考对本部分知识的考查主要以选择题、计算题的形式出现试题一般综合考查固体液体的性质、气体压强的微观解释等,以计算题的形式考查气体实验定律、理想气体状态方程1晶体和非晶体晶体 分类比较 单晶体 多晶体非晶体外形 规则 _不规则_ 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
2、_有规则_,但多晶体每个单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_晶体_.同一物质可能以_晶体_和非晶体两种不同的形态出现,有些晶体在一定条件下也可以转化为_非晶体_典型物质石英、云母、食盐,硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香2 .液体的表面张力 液晶的微观结构(1)液体的表面张力作用:液体的_表面张力_使液面具有收缩到表面积最小的趋势;方向:表面张力跟液面_相切_,且跟这部分液面的分界线_垂直_(2)液晶液晶分子既保持排列有序而显示各向_异性_,又可以自由移动位置,保持了液体的_流动性_;液晶分子的位置无序使它像_液体_,排列有序使它像_晶体_;液晶分子的排列从某个方向看
3、比较整齐,而从另外一个方向看则是_杂乱无章_的3气体、气体实验定律和理想气体(1)气体分子运动的特点气体分子间距较_大_,分子力可以_忽略_,因此分子间除碰撞外不受其他力的作用,故气体能充满整个空间;分子做无规则的运动,速率有大有小,且时时变化,大量分子的速率按_“中间多,两头少”_的规律分布;温度升高时,速率小的分子数_减少_,速率大的分子数_增多_,分子的平均速率将_增大_,但速率分布规律_不变_(2)气体的状态参量_压强_、_体积_、_温度_(3)气体的压强产生原因: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_压力_;大小:气体的压强在数值上等于气体作用在_单位
4、面积_上的压力公式 p ;FS决定因素a宏观上:决定于气体的温度和体积;b微观上:决定于分子的平均动能和分子数密度(4)气体实验定律玻意耳定律 查理定律 盖吕萨克定律内容一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强与热力学温度成正比一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,体积与热力学温度成正比表达式_p1V1p 2V2_ ! p1T1 p2T2#或! V1T1 V2T2#或! p1p2 T1T2#! V1V2 T1T2#(5)理想气体状态方程理想气体:在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体;一定质量的理想气体状态方程:! #或!
5、C p1V1T1 p2V2T2 pVT#(C 为常量)4饱和汽 未饱和汽和饱和汽压 相对湿度(1)饱和汽与未饱和汽饱和汽:与液体处于_动态平衡_的蒸汽;未饱和汽:没有达到_饱和状态_的蒸汽(2)饱和汽压定义:饱和汽所具有的_压强_;特点:饱和汽压随温度而变温度越高,饱和汽压_越大_,且饱和汽压与饱和汽的体积_无关_(3)湿度定义:空气的潮湿程度;绝对湿度:空气中所含_水蒸气_的压强:相对湿度:在某一温度下,空气中水蒸气的_压强_与同一温度下水的饱和汽压之比,称为空气的相对湿度,即相对湿度(B) 100%水 蒸 气 的 实 际 压 p1同 温 下 水 的 饱 和 汽 压 pS1判断正误(1)单晶
6、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( )2(多选) 在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡,用烧热的针接触石蜡层背面上一点,石蜡熔化的范围分别如图(1)(2)(3)所示,而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(4)所示下列判断正确的是( BD )A甲、
7、乙为非晶体,丙是晶体B甲、丙为晶体,乙是非晶体C甲、丙为非晶体,乙是晶体D甲为多晶体,乙为非晶体,丙为单晶体E甲、乙、丙都是非晶体3(多选) 对于一定质量的理想气体,下列论述中正确的是( ACE )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气体的压强由温度和单位体积内的分子个数共同决定解析 单位体积内分子个数不变时,分子热运动加剧,单位面积上的碰撞次数和碰撞的平均力都变大,因此这时气体压强一定变大
8、故选项 A 正确,B 错误;气体的压强不变而温度降低时,根据理想气体的状态方程可判定气体的体积一定减小,气体的密度增加,则单位体积内分子个数一定增加,气体的压强跟温度和气体单位体积内的分子个数有关,故选项 C、E 正确,D 错误4(多选) 对于一定质量的理想气体,下列四种状态变化中,可能实现的是( BD )A增大压强时,温度降低,体积增大B升高温度时,压强增大,体积减小C降低温度时,压强增大,体积不变D降低温度时,压强减小,体积增大5(多选) 关于饱和汽压和相对湿度,下列说法中正确的是( BCD )A温度不同饱和汽的饱和汽压都相同B温度升高时,饱和汽压增大C在相对湿度相同的情况下,夏天比冬天的
9、绝对湿度大D饱和汽压和相对湿度都与体积无关一 固体和液体的性质对液体性质的三点说明(1)液体表面层、附着层的分子结构特点是导致表面张力、浸润和不浸润现象、毛细现象等现象的根本原因(2)同一种液体,对一些固体是浸润的,对另一些固体可能不浸润(3)液体沸腾的条件是饱和汽压和外部压强相等例 1(多选 )下列说法正确的是( BCD )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
10、热量,但温度保持不变,内能也保持不变解析 晶体,无论体积大小,都是晶体将一块晶体敲碎后,得到的颗粒仍然是晶体,选项 A 错误;晶体由于空间点阵结构的不同,在不同的方向上有不同的光学性质,选项 B正确;由同种元素构成的固体,例如碳元素,由于原子排列方式不同,可能构成石墨,也可能构成金刚石,选项 C 正确;在合适的条件下,某些晶体可以转变成非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体例如天然水晶是晶体,熔化后再凝固成石英玻璃就是非晶体,选项D 正确;在熔化过程中,晶体吸收热量,但是温度保持不变,只是分子平均动能保持不变,而分子势能要增加,内能要增加,选项 E 错误二 气体压强的计算平衡状态下气体压强的求法(
11、1)参考液片法: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例 2如图所示,竖直放置的 U 形管,左端开口,右端封闭,管内有 a、b 两段水银柱,将 A、B 两段空气柱封闭在管内已知水银柱 a 长 10 cm,水银柱 b 两个液面间的高度差为5 cm,大气压强为 75 cmHg,求空气柱 A、B 的压强解析 设空气柱
12、A、B 产生的压强分别为 pA、p B,管的横截面积为 S,取 a 水银柱为研究对象并进行受力分析如图甲所示,得 pASm agp 0S,而 paSgh 1Sm ag,故 pASp aSp 0S,所以 pAp 0p a75 cmHg10 cmHg65 cmHg取水银柱 b 为研究对象并进行受力分析如图乙所示,同理可得 pBSp bSp AS,所以pB pA pb65 cmHg5 cmHg60 cmHg答案 65 cmHg 60 cmHg三 气体实验定律及状态方程的应用气体实验定律的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p1V1p 2V
13、2 或pVC(常数) 或p1T1 p2T2C( 常数)pT 或V1T1 V2T2C(常数)VT同一气体的两条图线例 3如图,一固定的竖直气缸由一大一小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞已知大活塞的质量为 m12.50 kg,横截面积为 S180.0 cm2;小活塞的质量为m21.50 kg,横截面积为 S2 40.0 cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为 l40.0 cm;汽缸外大气的压强为 p1.0010 5 Pa,温度为 T303 K初始时大活塞与大圆筒底部相距,两活塞间封闭气体的温度为 T1495 K现汽缸内气体温度缓慢下降,活塞缓慢下l2移忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦,重力加速
14、度大小 g 取 10 m/s2.求:(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,缸内封闭气体的温度;(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思维导引 两气缸活塞面积不等,如何选择受力分析的研究对象?气缸平衡时受到哪几个力作用?第一次下降过程中气体温度下降,气体进行了哪种状态变化?内外气温达到相等过程中气体进行了哪种状态变化?解析 (1)设初始时气体体积为 V1,在大活塞与大圆筒底部刚接触时,缸内封闭气体的体积为 V2,温度为 T2.由题给条件得V1S 2 S 1 , (l l2) (l2)V2S 2l. 在活塞缓慢下移的过程中,用 p1 表示缸内气体的压强,由力的平衡条件得S
15、1(p1p) m 1gm 2gS 2(p1p) , 故缸内气体的压强不变由盖吕萨克定律有 , V1T1 V2T2联立式并代入题给数据得T2330 K (2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时,被封闭气体的压强为 p1.在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中,被封闭气体的体积不变设达到热平衡时被封闭气体的压强为 p,由查理定律,有 , pT p1T2联立式并代入题给数据得p1.0110 5 Pa答案 (1)330 K (2)1.0110 5 Pa1(多选) 对于液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象,如图所示,对此有下列几种解释,正确的是( ACD )A表面层内分子的分布比液体内部疏B表面层内分子的分布比液
16、体内部密C附着层内分子的分布比液体内部密D附着层内分子的分布比液体内部疏解析 液体表面具有收缩的趋势,即液体表面表现为张力,是液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离,密度较小,且液面分子间表现为引力;故表面层、内分子的分布比液体内部疏,故选项 A 正确,B 错误;附着层内分子与容器壁间引力大于内部液体分子引力,附着层分子距离小,密度大,故选项 C 正确;附着层内分子与容器壁间吸引力小于内部液体分子引力,附着层分子距离大,密度小,故选项 D 正确2(2017全国卷 )(多选) 氧气分子在 0 和 100 温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示下
17、列说法正确的是( ABC )A图中两条曲线下面积相等B图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C图中实线对应于氧气分子在 100 时的情形D图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目E与 0 时相比,100 时氧气分子速率出现在 0400 m/s 区间内的分子数占总分子数的百分比较大解析 根据气体分子单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化曲线的意义可知,题图中两条曲线下面积相等,选项 A 正确;题图中虚线占百分比较大的分子速率较小,所以对应于氧气分子平均动能较小的情形,选项 B 正确;题图中实线占百分比较大的分子速率较大,分子平均动能较大,根据温度是分子平均动能的标志,可知实
18、线对应于氧气分子在 100 时的情形,选项 C 正确;根据分子速率分布图可知,题图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目占总分子数的百分比,不能得出任意速率区间的氧分子数目,选项 D 错误;由分子速率分布图可知,与 0 时相比,100 时氧气分子速率出现在 0400 m/s 区间内的分子数占总分子数的百分比较小,选项 E 错误3下列关于液体表面现象的说法中正确的是( C )A把缝衣针小心地放在水面上,缝衣针可以把水面压弯而不沉没,是因为缝衣针的重力小,又受到液体的浮力的缘故B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玻璃管裂口放在火上烧熔,它的尖端就变圆,是
19、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解析 把缝衣针轻放在水面上,它会浮在水面上,这是由于水表面存在表面张力的缘故,选项 A 错误;水银成球状,是由于液体表面张力的缘故,选项 B 错误;菜汤表面上的油滴是圆形的,也是液体表面存在张力的缘故,故选项 D 错误4如图所示,光滑水平面上放有一质量为 M 的气缸,气缸内放有一质量为 m 的可在气缸内无摩擦滑动的活塞,活塞面积为 S.现用水平恒力 F 向右推气缸,最后气缸和活塞达到相对静止状态,此时缸内封闭气体的压强 p! p 0 #.(已知外界大气mFSM
20、m压为 p0)解析 选取气缸和活塞整体为研究对象相对静止时有 F(M m)a,再选活塞为研究对象,根据牛顿第二定律有pSp 0Sma,解得 pp 0 mFSM m5(2017江苏高考)( 多选)定质量的理想气体从状态 A 经过状态 B 变化到状态 C,其 VT 图象如图所示下列说法正确的有_BC _AAB 的过程中,气体对外界做功BAB 的过程中,气体放出热量CBC 的过程中,气体压强不变DAB C 的过程中,气体内能增加解析 由题图可知,从 A 到 B 气体的体积减小,外界对气体做功,选项 A 错误;从A 到 B,气体做等温变化,则气体的内能不变,根据热力学第一定律 UWQ,可知此过程气体放
21、出热量,选项 B 正确;由理想气体状态方程 pVnRT ,V T 可知,从 B 到nRpC 气体发生的是等压变化,气体的温度在降低,内能在减小,选项 C 正确,D 错误6(2017湖南长沙模拟)一定质量的理想气体由状态 A 变为状态 D,其有关数据如图甲所示,若状态 D 的压强是 2104 Pa(1)求状态 A 的压强(2)请在乙图中画出该状态变化过程的 pT 图象,并分别标出 A、B、C、D 各个状态,不要求写出计算过程解析 从 VT 图上读出对应点的体积和温度,由理想气体状态方程即可求出各点对应的压强(1)据理想气体状态方程 ,则 pA 410 4 PapAVATA pDVDTD pDVD
22、TAVATD(2)pT 图象及 A、B、C、D 各个状态如图所示答案 (1)410 4 Pa (2) 见解析例 1(10 分) 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答题送检 来自阅卷名师报告错误致错原因扣分(1) 分析缸内气体对活塞的作用力时,错将 S 作受力面积处理(2) 对活塞和重物组成的系统进行受力分析时,漏掉重物的重力Mg10规范答题解析 对活塞和重物组成的系统,由平衡条件有 p 气 S ,m Mg p0Ssin 又因为 S ,Ss
23、in 所以 p 气 p 0 m Mg p0SS m MgS答案 p 0 m MgS1(2018湖北黄石模拟)在光滑水平面上有一个内外壁都光滑的汽缸,汽缸质量为M,汽缸内有一质量为 m 的活塞,已知 Mm.活塞密封一部分理想气体现对汽缸施一水平向左的拉力 F 时,如图甲,汽缸的加速度为 a1,封闭气体的压强为 P1,体积为 V1;若用同样大小的力 F 水平向左推活塞,如图乙,汽缸的加速度为 a2,封闭气体的压强为 P2,体积为 V2,设密封气体的质量和温度均不变,则( A )Aa 1a 2,p 1V2 Ba 1p2,V 1a2,p 1p2,V 1V2解析 对汽缸与活塞组成的整体,据牛顿第二定律可
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