（名师导学）2020版高考物理总复习 第十三章 第3节 气体、固体和液体课件 新人教版

第3节气体、固体和液体考点1►气体压强的理解描述气体状态的物理量1．体积V：气体分子所能达到的空间的体积，密闭容器中气体的体积______容器的容积．单位：m3，1m3＝103dm3(L)＝106cm3(mL)．2．温度(T或t)：摄氏温标与热力学温标关系：T＝(t＋273)K，ΔT＝Δt.3．压强p：(1)气体的压强：气体作用在器壁___________上的压力．等于单位面积(2)产生原因及决定因素宏观：气体作用在器壁单位面积上的压力，大小取决于分子数密度和温度T.微观：大量气体分子无规则热运动对器壁碰撞产生的，大小取决于单位体积内的分子数(分子数密度)和分子平均速率．(3)气体压强的特点：封闭气体压强处处_______．(4)单位：国际单位是帕(Pa)，常用单位有：标准大气压(atm)、厘米汞柱(cmHg)和毫米汞柱(mmHg)．换算关系是：1atm＝76cmHg＝1.013×105Pa，1mmHg＝133Pa.相等例1关于对气体压强的理解，下列说法正确的是()A．气体的压强是由于地球对气体分子的吸引而产生的B．气体的压强是由于气体分子频繁撞击器壁而产生的C．气体压强大小取决于单位体积内的分子数和分子的平均动能D．某一密闭容器中各器壁受到的气体压强是相同的【解析】气体的压强产生的机理是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的，而不是由地球引力产生的，故A错误、B正确．从微观看，气体压强大小取决于单位体积内的分子数和分子的平均动能，故C正确．某一密闭容器中各器壁受到的气体压强是相同的，故D正确．【答案】BCD【小结】1.气体压强的微观解释气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的．气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．气体分子的平均动能越大，分子越密，对单位面积器壁产生的压力就越大，气体的压强就越大．2．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，气体的密度就增大到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍．密度减小，情况相反，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，减小分子的分布密度才行，这就是盖—吕萨克定律所表达的内容．1．一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度升高，压强增大，则有关原因错误的是()A．温度升高后，气体分子的平均速率变大B．温度升高后，气体分子的平均动能变大C．温度升高后，分子撞击器壁的平均作用力增大D．温度升高后，单位体积内的分子数增多，撞击到单位面积器壁上的分子数增多了D【解析】温度升高后，分子的平均动能增加，根据Ek＝12mv2知气体分子的平均速率变大，故A、B正确；温度升高后，分子的平均动能增加，分子撞击器壁的平均作用力增大，故C正确；体积不变，分子的密集程度不变，单位体积内的分子数不变，撞到器壁单位面积上的分子数增多，故D错误．考点2►气体分子运动速率的统计分布气体分子速率分布规律在一定状态下，气体的大多数分子速率都在某个数值附近，速率离这个数值越远，具有这种速率的分子就越少，即气体分子速率总体上呈现出“中间多，两头少”的分布特征．例2密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大．从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运动的____________增大了．该气体在温度T1、T2时的分子速率分布图象如图所示，则T1__________(填“大于”或“小于”)T2.【解析】温度升高时，平均动能增大，气体分子平均速率变大，图象的峰值向速率增大的方向移动，所以T1T2.【答案】平均动能小于【小结】决定分子速率分布的两个因素1．温度当温度升高时，分子速率增大的概率增大，分子的平均速率增大；当温度降低时，分子平均速率减小．2．分子质量温度相同时，分子质量较大，则分子平均速率较小，分子质量较小，则分子平均速率较大．2．氧气分子在不同温度下的速率分布规律如图所示，横坐标表示速率，纵坐标表示某一速率内的分子数占总分子数的百分比，由图可知()A．随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例增大B．随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大C．①状态的温度比②状态的温度高D．同一温度下，氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律D【解析】随着温度的升高，氧气分子中速率大的分子所占的比例增大，从而使分子平均动能增大；故A错误．温度升高使得氧气分子的平均速率增大，不一定每一个氧气分子的速率都增大；故B错误．由图可知，②中速率大的分子占据的比例较大，则说明②对应的平均动能较大，故②对应的温度较高；故C错误．同一温度下，中等速率大的氧气分子数所占的比例大，即氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律；故D正确．故选D.考点3►气体实验定律和理想气体状态方程的应用1．气体实验定律(1)玻意耳定律(等温变化)：①内容：一定质量的气体，在温度保持不变时，它的压强和体积成反比；或者说，压强和体积的_______保持不变．②数学表达式：________________________．③适用条件：a.气体质量不变、_____________；b.气体温度不太低(与室温相比)、压强不太大(与大气压相比)．乘积pV＝C(常量)或p1V1＝p2V2温度保持不变(2)查理定律(等容变化)：①内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强跟热力学温度成______，这个规律叫做查理定律．②数学表达式：___________________________．③适用条件：a.气体的质量、__________________；b.气体压强不太大，温度不太低．(3)盖—吕萨克定律(等压变化)：①内容：一定质量的气体在压强不变的情况下，它的体积跟热力学温度成_______．②数学表达式：___________________________．③适用条件：a.气体质量不变、________________；b.气体温度不太低、压强不太大．pT＝C(常量)或p1T1＝p2T2或p1p2＝T1T2正比体积保持不变正比VT＝C(常量)或V1T1＝V2T2或V1V2＝T1T2压强保持不变2．气体实验三定律的比较气体状态变化图象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p1V1＝p2V2或pV＝C(常量)p1T1＝p2T2或pT＝C(常量)V1T1＝V2T2或VT＝C(常量)同一气体的两条图线3.理想气体状态方程(1)理想气体的分子模型：理想气体是一种理想化模型，其微观模型是：①分子本身大小可忽略；②分子间除碰撞外不计分子之间的相互作用力，无分子势能，内能只与______有关；③分子间的碰撞看成___________．实际气体在温度不太低、压强不太大时，可近似看做理想气体．(2)理想气体状态方程：①内容：一定质量的理想气体发生状态变化时，它的压强与体积的乘积跟热力学温度的比值保持不变，这种关系称为理想气体的状态方程．②数学表达式：pVT＝常量或p1V1T1＝p2V2T2.温度弹性碰撞例3如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再从状态B变化到状态C.已知状态A的温度为480K．求：(1)气体在状态C时的温度；(2)气体从状态A变化到状态B的过程中，在状态B时的温度．【解析】(1)A、C两状态体积相等，则有pATA＝pCTC得TC＝pCpA·TA＝0.5×4801.5K＝160K.(2)由理想气体状态方程得pAVATA＝pBVBTBTB＝pBVBpAVATA＝0.5×3×4801.5×1K＝480K.【小结】运用气体实验定律和理想气体状态方程解题的一般步骤：(1)明确所研究的气体状态变化过程；(2)确定初、末状态压强p、体积V、温度T；(3)根据题设条件选择规律(实验定律或状态方程)列方程；(4)根据题意列辅助方程(如压强大小的计算方程等)(5)联立方程求解．例4如图所示，均匀薄壁U形管，左管上端封闭，右管开口且足够长．管的横截面积为S，内装密度为ρ的液体．右管内有一质量为m的活塞搁在固定卡口上，卡口与左管上端等高，活塞与管壁间无摩擦且不漏气．温度为T0时，左、右管内液面高度相等，两管内空气柱长度均为L，压强均为大气压强p0.现使两管温度同时缓慢升高，求：(1)温度升高到多少时，右管活塞开始离开卡口上升？(2)温度升高到多少时，左管内液面下降h?【解析】(1)活塞未离开卡口前，右管内气体发生等容变化，由查理定律有p0T0＝p1T1刚离开时，由活塞平衡可知p1＝p0＋mgS解得T1＝1＋mgp0ST0(2)随着活塞上升，右管内气体的压强不变；当左管液面下降h时，左管气体的压强为p2＝p1＋2ρgh＝p0＋mgS＋2ρgh对左管气体，由理想气体状态方程有p0LST0＝p2（L＋h）ST2解得：T2＝T0p0L(p0＋mgS＋2ρgh)(L＋h)3．(多选)一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，ab、bc、cd和da这四个过程中在p－T图上都是直线段，其中ab的延长线通过坐标原点O，bc垂直于ab而cd平行于ab，由图可以判断()A．ab过程中气体体积不断减小B．bc过程中气体体积不断减小C．cd过程中气体体积不断增大D．da过程中气体体积不断增大BCD【解析】由理想气体状态方程pVT＝C(常量)，整理得：p＝CVT，在p－T图象中a到b过程斜率不变，pT不变，则得气体的体积不变，故A错误；由理想气体状态方程整理得：p＝CVT，可以判断图象上的各点与坐标原点连线的斜率即为CV，所以bc过程中气体体积不断减小，cd过程中气体体积不断增大，故B、C正确；da过程中，Od线的斜率大于Oa线的斜率，pT减小，则气体的体积变大，故D正确．4．如图，一固定的竖直汽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m1＝2.50kg，横截面积为S1＝80.0cm2；小活塞的质量为m2＝1.50kg，横截面积为S2＝40.0cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l＝40.0cm；汽缸外大气的压强为p＝1.00×105Pa，温度为T＝303K．初始时大活塞与大圆筒底部相距l2，两活塞间封闭气体的温度为T1＝495K．现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移．忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10m/s2.求：(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，汽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．【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V1＝S1l2＋S2l－l2①V2＝S2l②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S1(p1－p)＝m1g＋m2g＋S2(p1－p)③故缸内气体的压强不变．由盖－吕萨克定律有V1T1＝V2T2④联立①②④式并代入题给数据得T2＝330K⑤(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p′T＝p1T2⑥联立③⑤⑥式并代入题给数据得p′＝1.01×105Pa⑦考点4►理想气体状态方程与热力学第一定律的综合问题理想气体在状态变化中体积V的变化，决定了功W的正负；温度T的变化，决定了内能变化量ΔU的正、负．因此，综合运用理气体状态方程和热力学第一定律，可解决一些问题．例5封闭汽缸内一定质量的理想气体由状态A经状态B再变化到状态C，其体积V随热力学温度T变化的关系图象如图所示，气体在状态B时的温度T2＝________K．气体在从状态A变化到状态B的过程中吸收热量Q1＝240J，对外做功为W＝100J．则气体由状态B变化到状态C的过程中，