云计班班通-资源-四川省雷波县民族中学高一物理第11章学案2 固体液体气体

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四川省雷波县民族中学高一物理第11章学案2 固体液体气体

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一、概念规律题组

1．下列关于晶体和非晶体的说法中正确的是(　　)

A．所有的晶体都表现为各向异性

B．晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体

C．大粒盐磨成细盐，就变成了非晶体

D．所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点

2．关于液体的表面张力，下列说法中正确的是(　　)

A．液体表面张力是液体各部分之间的相互吸引力

B．液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为零

C．不论是水还是水银，表面张力都会使表面收缩

D．表面张力的方向与液面垂直

3．一定质量的理想气体，在某一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1，在另一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p2、V2、T2，下列关系中正确的是(　　)

A．p1＝p2，V1＝2V2，T1＝T2

B．p1＝p2，V1＝V2，T1＝2T2

C．p1＝2p2，V1＝2V2，T1＝2T2

D．p1＝2p2，V1＝V2，T1＝2T2

二、思想方法题组

4．在一定温度下，当一定量气体的体积增大时，气体的压强减小，这是由于(　　)

A．单位体积内的分子数变少，单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数减少

B．气体分子的密集程度变小，分子对器壁的吸引力变小

C．每个分子对器壁的平均撞击力变小

D．气体分子的密集程度变小，单位体积内分子的重量变小

5．下列图中，p表示压强，V表示体积， T表示热力学温度．其中能正确描述一定质量的气体发生等温变化的是(　　)

一、气体压强的几种求法

1．平衡状态下气体压强的求法

(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．

2．加速运动系统中封闭气体压强的求法

选与气体接触的液柱或活塞为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解．

【例1】若已知大气压强为p0，图1中各装置均处于静止状态，求被封闭气体的压强．[重力加速度为g，图(1)、(2)中液体的密度为ρ，图(3)中活塞的质量为m，活塞的横截面积为S]

图1

二、气体实验定律、状态方程的应用

应用气体实验定律或状态方程解题的一般步骤：

(1)明确研究对象(即选取一定质量的气体)；

(2)确定气体在初、末状态的参量；

(3)结合气体实验定律或状态方程列式求解；

(4)讨论结果的合理性．

图2

【例2】 (2010·课标全国理综·39(2))如图2所示，一开口汽缸内盛有密度为ρ的某种液体；一长为l的粗细均匀的小瓶底朝上漂浮在液体中，平衡时小瓶露出液面的部分和进入小瓶中液柱的长度均为l/4.现用活塞将汽缸封闭(图中未画出)，使活塞缓慢向下运动，各部分气体的温度均保持不变．当小瓶的底部恰好与液面相平时，进入小瓶中的液柱长度为l/2，求此时汽缸内气体的压强．大气压强为p0，重力加速度为g.

[规范思维]

三、气体实验定律的图象

定律

变化

过程

一定质量气体

的两条图线

图线特点

玻意耳

定律

等温

变化

等温变化在p－V图象中是双曲线，由＝常数，知T越大，pV值就越大，远离原点的等温线对应的温度就越高，即T1<T2.

等温变化在p－图象中是通过原点的直线，由p＝，即图线的斜率与温度成正比，斜率越大则温度越高，所以T1<T2.

查理

定律

等容

变化

等容变化在p－t图象中是通过t轴上－273.15 ℃的直线，在同一温度下，同一气体压强越大，气体的体积就越小，所以V1>V2.

等容变化在p－T图象中是通过原点的直线，由p＝可知，体积大时图线斜率小，所以V1>V2.

盖－

吕萨克

定律

等压

变化

等压变化在V－t图象中是通过t轴上－273.15 ℃的直线，温度不变时，同一气体体积越大，气体的压强就越小，所以p1>p2.等压变化在V－T图象中是通过原点的直线，由V＝可知，压强大时斜率小，所以p1>p2.

【例3】 (2010·上海物理·17)

图3

一定质量理想气体的状态经历了如图3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

四、晶体与非晶体

【例4】 (2010·课标全国理综·33(1))关于晶体和非晶体，下列说法正确的是________(填入正确选项前的字母)．

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

[规范思维]

[针对训练1]　

图4

(2011·福建·28(1))如图4所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T.从图中可以确定的是________．(填选项前的字母)

A．晶体和非晶体均存在固定的熔点T0

B．曲线M的bc段表示固液共存状态

C．曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态

D．曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态

五、液体的表面张力及浸润问题

(1)液体与气体、固体分别构成的两个不同液体薄层，浸润时液面是凹面，不浸润时，液面是凸面．

(2)表面层内液体分子间距比液体内部大，不浸润的附着层内液体分子间距比液体内部大，表现引力，浸润的附着层内液体分子间距比液体内部小，表现斥力．

(3)液体的表面张力使液体表面具有收缩的趋势．

图5

【例5】对于液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象，如图5所示．对此有下列几种解释，正确的是(　　)

A．表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏

B．表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部密

C．附着层Ⅰ内分子的分布比液体内部密

D．附着层Ⅱ内分子的分布比液体内部疏

[针对训练2]　把极细的玻璃管插入水中与水银中，如下图所示，正确表示毛细现象的是(　　)

【基础演练】

1．(2011·山东·36(1))人类对自然的认识是从宏观到微观不断深入的过程．以下说法正确的是________．

A．液体的分子势能与体积有关

B．晶体的物理性质都是各向异性的

C．温度升高，每个分子的动能都增大

D．露球呈球状是由于液体表面张力的作用

2．关于液晶，下列说法中正确的有(　　)

A．液晶是一种晶体

B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性

C．液晶的光学性质随温度的变化而变化

D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化

3．下列关于液体表面现象的说法中正确的是(　　)

A．把缝衣针小心地放在水面上，针可以把水面压弯而不沉没，是因为针的重力小，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．玻璃管道裂口放在火上烧熔，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．飘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

4．(2010·上海理综·6)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

5．一定质量的理想气体，由状态a经b变化到c，如图6所示，则下列四图中能正确反映出这一变化过程的是(　　)

图6

图7

6．(2010·上海物理·10)如图7所示，玻璃管内封闭了一段气体，气柱长度为l，管内外水银面高度差为h，若温度保持不变，把玻璃管稍向上提起一段距离，则(　　)

A．h，l均变大

B．h，l均变小

C．h变大，l变小

D．h变小，l变大

题号

答案

【能力提升】

7．(2010·开封模拟)(1)干湿泡温度计通常由干泡温度计和湿泡温度计组成，由于蒸发________，湿泡所示的温度________(选填“大于”或“小于”)干泡所示的温度．干湿泡温度计温差的大小与空气湿度有关，温度相差越大，说明空气越________(选填“干燥”或“潮湿”)．

(2)一活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，初始时气体体积为3.0×10－3 m3.用DIS实验系统测得此时气体的温度和压强分别为300 K和1.0×105 Pa.推动活塞压缩气体，稳定后测得气体的温度和压强分别为320 K和1.6×105 Pa.

①求此时气体的体积；

②保持温度不变，缓慢改变作用在活塞上的力，使气体压强变为8.0×104 Pa，求此时气体的体积．

8．有一排气口直径为2.0 mm的压力锅，如图8甲所示，排气口上用的限压阀A的质量为34.5 g，根据图乙所示的水的饱和汽压跟温度关系的曲线，求：当压力锅煮食物限压阀放气时(即限压阀被向上顶起时)锅内能达到的最高温度．(g取10 m/s2,1标准大气压即1 atm＝1.0×105 Pa)

图8

9．(2009·海南高考)一气象探测气球，在充有压强为1.00 atm(即76.0 cmHg)、温度为27.0 ℃的氦气时，体积为3.50 m3.在上升至海拔6.50 km高空的过程中，气球内氦气逐渐减小到此高度上的大气压36.0 cmHg，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．

图9

10．(2009·宁夏高考)图9中系统是由左右两个侧壁绝热、底部导热、截面积均为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．大气的压强为p0，温度为T0＝273 K，两活塞因自身重量对下方气体产生的附加压强均为0.1p0.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：

(1)第二次平衡时氮气的体积；

(2)水的温度．

学案2　固体　液体　气体

【课前双基回扣】

1．D　[只有单晶体才表现为各向异性，故A错；单晶体有规则的几何形状，而多晶体无规则的几何形状，金属属于多晶体，故B错；大粒盐磨成细盐，而细盐仍是形状规则的晶体，在放大镜下能清楚地观察到，故C错；晶体和非晶体的一个重要区别就是晶体有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，故D对．]

2．C　[液体表面张力就是液体表面各部分之间相互吸引的力，A错．液体的表面层分子要比内部稀疏些，分子间的距离较内部分子间的距离大，表面层分子间表现为引力，B错．液体的表面张力总使液面具有收缩的趋势，C正确．液体表面张力的方向总是与液面相切，总是跟液面分界线相垂直，D错．]

3．D　[由理想气体状态方程＝可判断，只有D项正确．]

4．A　[温度不变，一定量气体分子的平均动能、平均速率不变，每次碰撞分子对器壁的平均作用力不变，但体积增大后，单位体积内的分子数减少，因此单位时间内碰撞次数减少，气体压强减小，A正确，B、C、D错误．]

5．AB　[A图象横坐标T不变，是等温变化，A正确；而pV＝C，因此＝C，在p－图上等温线是过原点的倾斜直线，B正确；C图象中等温线应是双曲线，C错误；D图线的温度发生变化，不表示等温变化，D错误．]

思维提升

1．晶体有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点．

单晶体表现为各向异性，而多晶体及非晶体则表现为各向同性．

2．液体表面层内的分子比液体内部的稀疏，分子间表现为引力，形成表面张力，它使液面具有收缩的趋势．方向沿液面的切线，与分界线垂直．

3．理想气体状态方程

一定质量的理想气体状态方程：＝或＝恒量．气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例．

4．可用p－V、p－T、V－T图象表示等温、等容、等压变化．

【核心考点突破】

例1 (1)p0－ρgh　(2)p0－ρgh　(3)p0＋

解析　在图(1)中，选B液面为研究对象，由二力平衡得F下＝F上，即p下S′＝p上S′(S′为小试管的横截面积)，所求气体压强就是A液面所受压强pA.B液面所受向下的压强p下是pA加上液柱h所产生的液体压强，由连通器原理可知B液面所受向上的压强为大气压强p0，故有pA＋ρgh＝p0，所以pA＝p0－ρgh.

在图(2)中，以B液面为研究对象，由平衡方程F上＝F下有pAS″＋phS″＝p0S″(S″为U型管的横截面积)，所以pA＝p0－ρgh.

在图(3)中，以活塞为研究对象，由平衡条件得

pS＝mg＋p0S，所以p＝p0＋.

例2 p0＋

解析　设当小瓶内气体的长度为l时，压强为p1；当小瓶的底部恰好与液面相平时，瓶内气体的压强为p2，汽缸内气体的压强为p3.依题意知p1＝p0＋ρgl①

由玻意耳定律得　p1S＝p2(l－l)S②

式中S为小瓶的横截面积．联立①②两式，得

p2＝(p0＋ρgl)③

又有p2＝p3＋ρgl④

联立③④式，得p3＝p0＋

[规范思维]　解此类题，先要分析气体初、末状态参量；然后明确气体经历的过程特点，再选择合适的方程进行求解．

例3 AB　[

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；连接aO交cd于e，则ae是等容线，即Va＝Ve，因为Vd<Ve，所以Vd<Va，所以da过程中体积不是保持不变，D错误．]

例4 BC　[玻璃是非晶体，选项A错误；多晶体和非晶体是各项同性的，选项D错误．]

[规范思维]　晶体和非晶体的根本区别在于有没有确定的熔点；单晶体和多晶体的区别在于各向同性还是各向异性．

例5 ACD　[表面层内的分子比液体内部稀疏，分子间表现为引力，这就是表面张力，A正确，B错误；浸润液体的附着层内的液体分子比液体内部的分子密集，不浸润液体的附着层内的液体分子比液体内部的分子稀疏，而附着层Ⅰ为浸润液体，附着层Ⅱ为不浸润液体，故C、D均正确．]

[针对训练]

1．B　[晶体有固定的熔点，非晶体无固定的熔点，在熔化过程中，是固液共存的，故B正确．]　2.AC

思想方法总结

1．液体的有关性质：(1)液体与气体、固体分别构成的两个不同液体薄层，浸润时液面是凹面，不浸润时，液面是凸面．

(2)表面层内液体分子间距比液体内部大，不浸润的附着层内液体分子间距比液体内部大，表现为引力，浸润的附着层内液体分子间距比液体内部小，表现为斥力．

(3)液体的表面张力使液体表面具有收缩的趋势．

2．封闭气体压强的计算方法：选与气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象，进行受力分析；再根据运动状态列出相应的平衡方程或牛顿第二定律方程，从而求出压强．

3．对气体状态变化图象的理解

(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．

4．应用实验定律及状态方程解题的一般步骤

(1)明确研究对象，即某一定质量的理想气体；

(2)确定气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2；

(3)由实验定律或状态方程列式求解

(4)讨论结果的合理性．

【课时效果检测】

1．AD　2.CD　3.C　4.B

5．C　[由题图知：a→b过程为气体等容升温，压强增大；b→c过程为气体等温降压，根据玻意耳定律，体积增大，由此可知选项C正确．]

6．A　[根据pV＝plS＝C，l变大，S不变，故p变小，根据p＝p0－ρgh知，h变大，选A.]

7．(1)吸热　小于　干燥

(2)①由状态方程可知：＝

代入数据可得：V2＝2.0×10－3 m3

②在温度不变的情况下，有p2V2＝p3V3

所以V3＝＝4.0×10－3 m3

8．122 ℃

解析　限压阀被顶起时，压力锅内最大压强应为：

p＝p0＋

＝1 atm＋ Pa

≈1 atm＋1. 1 atm＝2.1 atm.

由图乙查得锅内温度为122 ℃左右．

9．(1)7.39 m3　(2)5.54 m3

解析　(1)在气球上升至海拔6.50 km高空的过程中，气球内氦气经历一等温过程．

根据玻意耳定律有

p1V1＝p2V2①

式中，p1＝76.0 cmHg，V1＝3.50 m3，p2＝36.0 cmHg，V2是在此等温过程末氦气的体积．

由①式得V2≈7.39 m3②

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

＝③

式中，V3是在此等压过程末氦气的体积．由③式得V3≈5.54 m3.

10．(1)2.7hS　(2)368.55 K

解析　(1)考虑氢气的等温过程．该过程的初态压强为p0，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＝＝1.25p0

活塞A从最高点被推回到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1.1p0，体积为V；末态压强为p′，体积为V′，则

p′＝p＋0.1p0＝1.35p0

V′＝2.2hS

由玻意耳定律得

V＝×2.2hS＝2.7hS

(2)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＝273 K，末态体积为2.7hS.设末态温度为T，由盖—吕萨克定律得

T＝T0＝368.55 K

易错点评

1．对液体、气体产生的压强的原因不清．误认为在完全失重的情况下，气体的压强也变为零．

气体压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁的结果，而液体压强的产生原因是由于液体受重力的作用．

2．只能根据物体是否有固定的熔点判断是晶体还是非晶体；只有单晶体才有各向异性．

3．对于气体图象问题，看不清纵横坐标轴的意义，不清楚图象中图线的意义是出错的原因．

4．分析气体实验定律的相关问题时，气体状态方程一定是对一定质量的理想气体．如气体的质量发生变化，则需要转化为定质量问题求解．

5．在解题时，若解题过程不规范、分析不清气体所经历的过程，不能确定各过程的初、末状态参量，也会出现错误．

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