【绿色通道】高考物理 固体液体气体的实验定律 选修33

一、固体1．固体通常可分为________和________，其结构和性质见下表分类微观结构宏观表现外形物理性质晶体单晶体组成晶体的物质微粒(原子、分子、离子)在空间按一定规则排列——空间点阵几何形状天然有规则各向异性________一定的熔解温度(熔点)多晶体由无数的晶体微粒(小晶粒)无规则排列组成无天然规则的几何外形各向同性非晶体内部物质微粒是无规则排列的________一定的熔解温度2.晶体的微观结构(1)晶体的微观结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列．(2)用晶体的微观结构解释晶体的特点晶体有天然的规则几何形状是由于内部微粒________地排列．晶体表现为各向异性是由于从内部任何一点出发，在不同方向上相等距离内微粒数________．晶体的多型性是由于组成晶体的微粒不同的________形成的．二、液体1．液体的表面张力液体表面具有收缩的趋势，液体表面各部分间相互吸引的力叫做表面张力．表面张力使液体自动收缩，液体表面有收缩到最小的趋势，表面张力的方向和液面________；表面张力的大小除了跟边界线的________有关外，还跟液体的________、________有关．2．液体的毛细现象浸润液体在细管里上升的现象和不浸润液体在细管里下降的现象，称为毛细现象.浸润不浸润附着层分子力表现为斥力分子力表现为引力在毛细管中液面上升而呈凹形液面下降而呈凸形3.液晶的性质特点(1)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；(2)液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体；(3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐，从另外一个方向看则是杂乱无章的；(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变．三、饱和汽和饱和汽压、相对湿度1．饱和汽和未饱和汽(1)饱和汽：在密闭容器中的液体，不断地蒸发，液面上的蒸汽也不断地凝结，当两个同时存在的过程达到________时，宏观的蒸发停止，这种与液体处于动态平衡的蒸汽称为饱和汽．(2)未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽称为未饱和汽．2．饱和汽压：在一定温度下饱和汽的分子密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这个压强称做这种液体的饱和汽压，饱和汽压随温度的升高而增大．3．相对湿度四、气体1．气体的三个状态参量：________、______、________.2．气体的实验定律(1)玻意耳定律①公式：PV＝恒量，或________．②微观解释：一定质量的理想气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体积减小到原来的几分之一，气体的密度就增大到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍，反之亦然，所以气体的压强与体积成反比．②微观解释：一定质量的理想气体，气体总分子数N不变；气体体积V不变，则单位体积内的分子数不变；当气体温度升高时，说明分子的平均动能增大，则单位时间内跟器壁单位面积上碰撞的分子数增多，且每次碰撞器壁产生的平均冲力增大，因此气体压强p将增大．②微观解释：一定质量的理想气体，当温度升高时，气体分子的平均动能增加；要保持压强不变，必须减小单位体积内的分子个数，即增大气体的体积．(4)理想气体状态方程①理想气体：任何条件下始终遵守气体________的气体，实际气体在________不太大(与________相比)、________不太低(与________相比)的情况下，可视为理想气体．②理想气体无________，其内能仅由________和气体的________来决定．答案：一、1.晶体非晶体有没有2.(2)有规则不同空间排列二、1.(1)相切长度种类温度三、1.(1)动态平衡3.压强四、1.温度体积压强2．p1V1＝p2V2(4)实验定律压强大气压温度室温分子势能温度物质的量1．气体分子运动的特点(1)由于气体分子间的距离较大(约为分子直径的10倍)，故气体分子可看做质点．(2)气体分子间的碰撞十分频繁．(3)气体分子运动的统计规律：某任一时刻，气体分子沿各方向运动的机会均等，即沿各个方向运动的分子数目相同；大量分子的无规则运动，其速率按一定规律分布，即“中间多、两头少”的分布规律(“中间多”是指处于中间速率的分子数多；“两头少”是指速率很大的和速率很小的分子数少．)2．分子的平均动能(1)意义：物质分子由于热运动而具有的动能的平均值，叫分子平均动能．(2)温度是分子平均动能的标志．3．气体压强的微观解释(1)气体的压强是由气体中大量做无规则运动的分子对器壁频繁持续的碰撞产生的．压强数值上等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．(2)明确气体压强的决定因素气体分子密集程度与平均动能．4．气体实验定律的微观解释(1)一定质量的气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体积减小到原来的几分之一，气体的密集程度就增大到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍，反之亦然，所以气体压强与体积成反比，这就是玻意耳定律．(2)一定质量的气体，体积保持不变而温度升高时，分子的平均动能增大，因而气体压强增大，温度降低，情况相反，这就是查理定律所表达的内容．(3)一定质量的气体，温度升高时要保持压强不变，只有增大气体体积，减小分子的密集程度才行，这就是盖·吕萨克定律所表达的内容．续表如图所示，一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置，金属圆块A的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆块的质量为M，不计圆块与容器内壁之间的摩擦，若大气压强为p0，则被圆块封闭在容器中的气体的压强p为()A．p0＋Mgcosθ/SB．p0/cosθ＋Mg/(Scosθ)C．p0＋Mgcos2θ/SD．p0＋Mg/S思路点拨：金属圆块处于平衡状态，隔离圆块进行受力分析，根据共点力作用下物体的平衡条件求解．解析：对圆块进行受力分析：重力Mg，大气压的作用力p0S，封闭气体对它的作用力pS/cosθ，容器侧壁的作用力F1和F2，如图所示．由于不需要求出侧壁的作用力，所以只考虑竖直方向合外力为零，就可以求被封闭的气体压强．圆块在竖直方向上合外力为零，有p0S＋Mg＝(pS/cosθ)·cosθ，p＝p0＋Mg/S.答案：D点评：气体对器壁及活塞的压力始终垂直于表面，此题中封闭气体对圆板下表面的压力斜向上，而非竖直向上．跟踪训练1一圆形汽缸静置于地面上，如图所示，汽缸筒的质量为M，活塞的质量为m，活塞面积为S，大气压强为p0.现将活塞缓慢上提，求汽缸刚离开地面时汽缸内气体的压强．(忽略摩擦)某登山运动员在一次攀登珠穆朗玛峰的过程中，在接近山顶时他裸露在手腕上的防水手表的表盘玻璃突然爆裂了，而手表没有受到任何撞击，该手表出厂时给出的参数为：27℃时表内气体压强为1.0×105Pa(常温下的大气压强值)，当内外压强差超过6.0×104Pa时表盘玻璃将爆裂．当时登山运动员携带的温度计的读数是－21℃，表内气体体积的变化可忽略不计．(1)通过计算判断手表的表盘玻璃是向外爆裂还是向内爆裂？(2)当时外界的大气压强为多少？思路点拨：对于实际问题，在认真审题的前提下，根据所学知识，从中抽象出理想模型，结合相关规律求解．解析：(1)取表内封闭气体为研究对象初状态的压强为p1＝1.0×105Pa温度为T1＝(273＋27)K＝300K其末状态的压强为p2，温度为T2＝(273－21)K＝252K解得：p2＝8.4×104Pa如果手表的表盘玻璃是向内爆裂的，则外界的大气压强为p0＝p2＋Δp＝8.4×104Pa＋6.0×104Pa＝1.44×105Pa，大于山脚下的大气压强(即常温下的大气压强)，这显然是不可能的，所以可判断手表的表盘玻璃是向外爆裂的．(2)当时外界的大气压强为p0＝p2－Δp＝8.4×104Pa－6.0×104Pa＝2.4×104Pa.答案：(1)手表的表盘玻璃是向外爆裂的(2)2.4×104Pa点评：判断玻璃向哪侧爆裂，应先假设一种情况，求出大气压再结合实际，判断是否合理．跟踪训练2

(2009·上海单科)如图所示，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)答案：(1)78cmHg(2)7cm如图甲所示，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，直至399.3K．求：(1)活塞刚离开B处时的温度TB；(2)缸内气体最后的压强p；(3)在乙图中画出整个过程的p－V图线．思路点拨：本题阐述的是一个较为复杂的气体状态变化过程，巧妙地把三个变化过程(等容—等压—等容)联系在一起，涉及气体4个状态，12个状态参量．由于涉及过程及参量较多，极易混淆而导致错误．解题关键在于明确变化过程，弄清状态参量.状态压强体积温度变化过程10.9p0V0297K2p0V0T21→2等容变化3p01.1V0T32→3等压变化4p41.1V0399.3K3→4等容变化解析：(1)加热汽缸到活塞刚离开B，气体体积不变(3)如图所示：答案：(1)330K(2)1.1p0(3)见解析点评：明确研究对象的状态及状态参量，是解决气体问题的关键．对于图象问题要知道等压、等温、等容过程在p－V、p－T、V－T坐标中图线特点，找出关键的状态然后连线画图．跟踪训练3

(2010·江苏单科)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()答案：B1．关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是()A．具有各向同性的物体一定没有明显的熔点B．晶体熔化时，温度不变，则内能也不变C．通常的金属材料在各个方向上的物理性质都相同，所以这些金属都是非晶体D．晶体和非晶体在适当条件下可相互转化答案：D解析：多晶体显示各向同性，但具有确定的熔点，A错；晶体熔化时，其温度虽然不变，但其体积和内部结构可能发生变化，则内能就可能发生变化，故B错；金属材料虽然显示各向同性，并不意味着一定是非晶体，可能是多晶体，故C错；理论和实验都证明非晶体是不稳定状态，在适当的条件下会变成晶体，因此选项D正确．2．玻璃烧杯中盛有少许水银，在太空轨道上运行的宇宙飞船内，水银在烧杯中呈怎样的形状(如图所示)()答案：D解析：因为水银不浸润玻璃，所以在完全失重的情况下，其形状由表面张力决定．在表面张力作用下表面要收缩至最小，因而最终水银成球形．3．由饱和汽和饱和汽压的概念，选出下列结论中哪些是正确的()A．饱和汽和液体之间的动态平衡，是指汽化和液化同时进行，且进行的速率相等B．一定温度下饱和汽的密度为一定值，温度升高，饱和汽的密度增大C．一定温度下的饱和汽压，随饱和汽体积的增大而增大D．饱和汽压跟绝对温度成正比答案：AB解析：由动态平衡概念可知A正确；在一定温度下，饱和汽的密度是一定的，它随着温度升高而增大，故B正确；一定温度下的饱和汽压与体积无关，C错误；饱和汽压随温度升高而增大，原因是：温度升高时，饱和汽的密度增大；温度升高时，气体分子平均速率增大．理想气体状态方程不适用于饱和汽，饱和汽压和绝对温度的关系不成正比，饱和汽压随温度的升高增大得比线性关系更快，D错误．4．(2010·广东理综)如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量．设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气()A．体积不变，压强变小B．体积变小，压强变大C．体积不变，压强变大D．体积变小，压强变小答案：B解析：由图可知空气被封闭在细管内，水面升高时，根据玻意尔定律，气体压强增大，气体体积减小．5．我国北方冬季需要对房间空气加热，设有一房间室内面积为14m2，高为3.0m，室内空气通过房间缝隙与外界大气相通．开始时室内空气温度为0℃，通过加热使室内温度升为20℃.已知气体在标准状况下的摩尔体积为22.4L/mol，试估算这个过程中有多少个空气分子从室内跑出．(保留两位有效数字)．答案：8.2×1025个6．用真空泵抽出某容器中的空气，若某容器的容积为V，真空泵一次抽出空气的体积为V0，设抽气时气体温度不变，容器里原来的空气压强为p，抽出n次空气后容器中空气的压强是多少？7．(2010·大连模拟)如图所示，将导热汽