物理第十三章 熱學 第2節(jié) 固體 液體 氣體 新人教版

《物理第十三章 熱學 第2節(jié) 固體 液體 氣體 新人教版》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《物理第十三章 熱學 第2節(jié) 固體 液體 氣體 新人教版（39頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第2節(jié)固體液體氣體-2-一、固體1.分類固體分為 晶體和 非晶體兩類。晶體分 單晶體和 多晶體。-3-2.晶體與非晶體的比較-4-二、液體1.液體的表面張力(1)作用:液體的表面張力使液面具有 收縮的趨勢。(2)方向:表面張力跟液面相切,跟這部分液面的分界線 垂直。(3)大小:液體的溫度越高,表面張力越小;液體中溶有雜質時,表面張力變小;液體的密度越大,表面張力越大。2.液晶的物理性質(1)具有液體的流動性。(2)具有晶體的光學各向異性。(3)在某個方向上看,其分子排列比較整齊,但從另一方向看,分子的排列是雜亂無章的。-5-三、飽和汽濕度1.飽和汽與未飽和汽(1)飽和汽:與液體處于動態(tài)平衡的蒸

2、汽。(2)未飽和汽:沒有達到飽和狀態(tài)的蒸汽。2.飽和汽壓(1)定義:飽和汽所具有的壓強。(2)特點:液體的飽和汽壓與溫度有關,溫度越高,飽和汽壓越大,且飽和汽壓與飽和汽的體積無關。3.濕度(1)絕對濕度:空氣中所含水蒸氣的壓強。(2)相對濕度:空氣的絕對濕度與同一溫度下水的飽和汽壓之比。(3)相對濕度公式-6-四、氣體分子運動速率的統(tǒng)計分布氣體實驗定律理想氣體1.氣體和氣體分子運動的特點-7-2.氣體的壓強(1)產(chǎn)生原因:由于氣體分子無規(guī)則的熱運動,大量的分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生持續(xù)而穩(wěn)定的 壓力。(2)大小:氣體的壓強在數(shù)值上等于氣體作用在 單位面積上的壓力。公式:p= 。(3)國際單位: 帕

3、斯卡,符號:Pa,1Pa=1N/m2。-8-3.氣體實驗定律-9-4.理想氣體狀態(tài)方程(1)理想氣體:在任何溫度、任何 壓強下都遵從氣體實驗定律的氣體。-10-命題點一命題點二命題點三命題點四固體和液體的性質固體和液體的性質1.晶體和非晶體(1)單晶體具有各向異性,但不是在各種物理性質上都表現(xiàn)出各向異性。(2)只要是具有各向異性的物體必定是晶體,且是單晶體。(3)只要是具有確定熔點的物體必定是晶體,反之,必是非晶體。-11-命題點一命題點二命題點三命題點四2.液體表面張力(1)形成原因:表面層中分子間的距離比液體內部分子間的距離大,分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力。(2)表面特性:表面層分子間的引

4、力使液面產(chǎn)生了表面張力,使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜,分子勢能大于液體內部的分子勢能。(3)表面張力的方向:和液面相切,垂直于液面上的各條分界線。(4)表面張力的效果:表面張力使液體表面具有收縮趨勢,使液體表面積趨于最小,而在體積相同的條件下,球形的表面積最小。(5)表面張力的大小:跟邊界線的長度、液體的種類、溫度都有關系。-12-命題點一命題點二命題點三命題點四例1(多選)(2017貴州貴陽摸底)以下說法正確的是 ()A.金剛石、食鹽都有確定的熔點B.飽和汽的壓強與溫度無關C.一些小昆蟲可以停在水面上是由于液體表面張力的作用D.多晶體的物理性質表現(xiàn)為各向異性E.當人們感覺空氣干燥時,空氣

5、的相對濕度一定較小 答案解析解析關閉金剛石、食鹽都是晶體,有確定的熔點,選項A正確;飽和汽的壓強與溫度有關,選項B錯誤;因為液體表面張力的存在,有些小昆蟲能停在水面上,選項C正確;多晶體的物理性質表現(xiàn)為各向同性,選項D錯誤;在一定溫度條件下,相對濕度越小,水蒸發(fā)得也就越快,人就越感到干燥,故當人們感到干燥時,空氣的相對濕度一定較小,選項E正確。 答案解析關閉ACE-13-命題點一命題點二命題點三命題點四即學即練即學即練1.(多選)(2016江蘇卷)在高原地區(qū)燒水需要使用高壓鍋。水燒開后,鍋內水面上方充滿飽和汽。停止加熱,高壓鍋在密封狀態(tài)下緩慢冷卻。在冷卻過程中,鍋內水蒸氣的變化情況為()A.壓

6、強變小B.壓強不變C.一直是飽和汽D.變?yōu)槲达柡推?答案解析解析關閉因緩慢冷卻,故液體和上方的氣體在冷卻過程中任一時刻仍處于動態(tài)平衡狀態(tài),所以水蒸氣一直是飽和汽,C正確,D錯誤;冷卻過程溫度降低,單位體積內氣體分子數(shù)減少且分子無規(guī)則熱運動速率減慢,所以氣體壓強減小,A正確,B錯誤。 答案解析關閉AC-14-命題點一命題點二命題點三命題點四2.(多選)(2017湖南長沙岳麓區(qū)月考)下列說法正確的是 ()A.懸浮在水中的花粉的布朗運動反映了花粉分子的熱運動B.空中的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結果C.彩色液晶顯示器利用了液晶的光學性質具有各向異性的特點D.高原地區(qū)水的沸點較低,這是高原地區(qū)溫度

7、較低的緣故E.干濕泡濕度計的濕泡顯示的溫度低于干泡顯示的溫度,這是濕泡外紗布中的水蒸發(fā)吸熱的結果 答案解析解析關閉水中花粉的布朗運動,反映的是水分子的熱運動規(guī)律,A項錯誤;正是表面張力使空中雨滴呈球形,B項正確;液晶的光學性質是各向異性,液晶顯示器正是利用了這種性質,C項正確;高原地區(qū)大氣壓較低,對應的水的沸點較低,D項錯誤;因為紗布中的水蒸發(fā)吸熱,在同樣環(huán)境下濕泡溫度計顯示的溫度較低,E項正確。 答案解析關閉BCE-15-命題點一命題點二命題點三命題點四氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程的應用氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程的應用1.理想氣體狀態(tài)方程與氣體實驗定律的關系2.幾個重要的推論-16-命

8、題點一命題點二命題點三命題點四例2(2017全國卷)一種測量稀薄氣體壓強的儀器如圖甲所示,玻璃泡M的上端和下端分別連通兩豎直玻璃細管K1和K2。K1長為l,頂端封閉,K2上端與待測氣體連通;M下端經(jīng)橡皮軟管與充有水銀的容器R連通。開始測量時,M與K2相通;逐漸提升R,直到K2中水銀面與K1頂端等高,此時水銀已進入K1,且K1中水銀面比頂端低h,如圖乙所示。設測量過程中溫度、與K2相通的待測氣體的壓強均保持不變。已知K1和K2的內徑均為d,M的容積為V0,水銀的密度為,重力加速度大小為g。求:-17-命題點一命題點二命題點三命題點四(1)待測氣體的壓強;(2)該儀器能夠測量的最大壓強。-18-命

9、題點一命題點二命題點三命題點四解析:(1)水銀面上升至M的下端使玻璃泡中氣體恰好被封住,設此時被封閉的氣體的體積為V,壓強等于待測氣體的壓強p。提升R,直到K2中水銀面與K1頂端等高時,K1中水銀面比頂端低h;設此時封閉氣體的壓強為p1,體積為V1,則由力學平衡條件得p1=p+gh整個過程為等溫過程,由玻意耳定律得pV=p1V1-19-命題點一命題點二命題點三命題點四(2)由題意知hl -20-命題點一命題點二命題點三命題點四思維點撥(1)由題意,水銀面上升后,求出氣體的狀態(tài)參量,然后由玻意耳定律求出壓強的表達式;(2)根據(jù)題意可知,M的直徑不知道,所以當h=l時,能準確測量的壓強最大,然后代

10、入上式即可求出壓強。利用氣體實驗定律及氣體狀態(tài)方程解決問題的基本思路-21-命題點一命題點二命題點三命題點四即學即練即學即練3.(2016全國卷)一氧氣瓶的容積為0.08m3,開始時瓶中氧氣的壓強為20個大氣壓。某實驗室每天消耗1個大氣壓的氧氣0.36m3。當氧氣瓶中的壓強降低到2個大氣壓時,需重新充氣。若氧氣的溫度保持不變,求這瓶氧氣重新充氣前可供該實驗室使用多少天。-22-命題點一命題點二命題點三命題點四答案:4天解析:設氧氣開始時的壓強為p1,體積為V1,壓強變?yōu)閜2(2個大氣壓)時,體積為V2。根據(jù)玻意耳定律得p1V1=p2V2重新充氣前,用去的氧氣在p2壓強下的體積為V3=V2-V1

11、設用去的氧氣在p0(1個大氣壓)壓強下的體積為V0,則有p2V3=p0V0設實驗室每天用去的氧氣在p0下的體積為V,則氧氣可用的天數(shù)為聯(lián)立式,并代入數(shù)據(jù)得n=4天 -23-命題點一命題點二命題點三命題點四力熱綜合問題力熱綜合問題實際問題中的研究對象除氣體外,可以大致分為活塞和液柱(粗細均勻)兩類。對于活塞,可以進行受力分析,列運動(平衡)方程。而液柱本身是流體,若出現(xiàn)在連通器里,則同一水平高度液面處壓強相等;因此對于液柱,既可以按等同于活塞的分析方法,根據(jù)運動狀態(tài)列方程,也可以按液體壓強公式p=gh來計算,從而簡化分析和計算。-24-命題點一命題點二命題點三命題點四例3(2017全國卷)一熱氣

12、球體積為V,內部充有溫度為Ta的熱空氣,氣球外冷空氣的溫度為Tb。已知空氣在1個大氣壓、溫度T0時的密度為0,該氣球內、外的氣壓始終都為1個大氣壓,重力加速度大小為g。(1)求該熱氣球所受浮力的大小;(2)求該熱氣球內空氣所受的重力;(3)設充氣前熱氣球的質量為m0,求充氣后它還能托起的最大質量。-25-命題點一命題點二命題點三命題點四解析:(1)設1個大氣壓下質量為m的空氣在溫度為T0時的體積為V0,密度為-26-命題點一命題點二命題點三命題點四(2)氣球內熱空氣所受的重力為G=(Ta)Vg(3)設該氣球還能托起的最大質量為m,由力的平衡條件得mg=f-G-m0g聯(lián)立式得-27-命題點一命題

13、點二命題點三命題點四思維點撥此題是熱學問題和力學問題的綜合題;一是知道阿基米德定律,知道溫度不同時氣體密度不同;二是能分析氣球的受力情況列出平衡方程;三是根據(jù)氣體實驗定律列出相應方程。1.選封閉氣體為研究對象,根據(jù)過程特征選用氣體定律建立方程。2.選物體為研究對象,根據(jù)運動狀態(tài)由平衡條件或牛頓第二定律建立方程。3.氣體壓強是力學規(guī)律和熱學規(guī)律之間聯(lián)系的橋梁。-28-命題點一命題點二命題點三命題點四即學即練即學即練4.如圖所示,一固定的豎直汽缸由一大一小兩個同軸圓筒組成,兩圓筒中各有一個活塞,已知大活塞的質量為m1=2.50kg,橫截面積為S1=80.0cm2;小活塞的質量為m2=1.50kg,

14、橫截面積為S2=40.0cm2;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=40.0cm;汽缸外大氣的壓強為p=1.00105Pa,溫度為T=303K。初始時大活塞與大圓筒底部相距,兩活塞間封閉氣體的溫度為T1=495K。現(xiàn)汽缸內氣體溫度緩慢下降,忽略兩活塞與汽缸壁之間的摩擦,重力加速度大小g取10m/s2。求:-29-命題點一命題點二命題點三命題點四(1)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,汽缸內封閉氣體的溫度。(2)缸內封閉的氣體與缸外大氣達到熱平衡時,缸內封閉氣體的壓強。答案:(1)330K(2)1.01105Pa解析:(1)設初始時氣體體積為V1,在大活塞與大圓筒底部剛接觸時,缸內封閉氣體的體積

15、為V2,溫度為T2。由題給條件得V2=S2l在活塞緩慢下移的過程中,用p1表示缸內氣體的壓強,由力的平衡條件得S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p)故此過程缸內氣體的壓強不變。由蓋呂薩克定律有-30-命題點一命題點二命題點三命題點四聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得T2=330K。(2)在大活塞與大圓筒底部剛接觸時,由式得被封閉氣體的壓強為p1=1.10105Pa。在此后與汽缸外大氣達到熱平衡的過程中,被封閉氣體的體積不變,設達到熱平衡時被封閉氣體的壓強為p,由查理定律,有聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得p=1.01105Pa。-31-命題點一命題點二命題點三命題點四關聯(lián)氣體的狀態(tài)變化問題關聯(lián)氣體的狀態(tài)

16、變化問題多個系統(tǒng)相互聯(lián)系的定質量氣體問題,往往以壓強建立起系統(tǒng)間的關系,各系統(tǒng)獨立進行狀態(tài)分析,要確定每個研究對象的變化性質,分別應用相應的實驗定律,并充分應用各研究對象之間的壓強、體積、溫度等量的有效關聯(lián)。若活塞可自由移動,一般要根據(jù)活塞平衡確定兩部分氣體的壓強關系。-32-命題點一命題點二命題點三命題點四例4(2017全國卷)如圖,容積均為V的汽缸A、B下端有細管(容積可忽略)連通,閥門K2位于細管的中部,A、B的頂部各有一閥門K1、K3;B中有一可自由滑動的活塞(質量、體積均可忽略)。初始時,三個閥門均打開,活塞在B的底部;關閉K2、K3,通過K1給汽缸充氣,使A中氣體的壓強達到大氣壓p

17、0的3倍后關閉K1。已知室溫為27,汽缸導熱。-33-命題點一命題點二命題點三命題點四(1)打開K2,求穩(wěn)定時活塞上方氣體的體積和壓強;(2)接著打開K3,求穩(wěn)定時活塞的位置;(3)再緩慢加熱汽缸內氣體使其溫度升高20,求此時活塞下方氣體的壓強。解析:(1)設打開K2后,穩(wěn)定時活塞上方氣體的壓強為p1,體積為V1。依題意,被活塞分開的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過程。由玻意耳定律得p0V=p1V1(3p0)V=p1(2V-V1)聯(lián)立式得p1=2p0 -34-命題點一命題點二命題點三命題點四(2)打開K3后,由式知,活塞必定上升。設在活塞下方氣體與A中氣體的體積之和為V2(V22V)時,活塞下方氣體壓強

18、為p2。由玻意耳定律得(3p0)V=p2V2由式得(3)設加熱后活塞下方氣體的壓強為p3,氣體溫度從T1=300K升高到T2=320K的等容過程中,由查理定律得將有關數(shù)據(jù)代入式得p3=1.6p0-35-命題點一命題點二命題點三命題點四思維點撥審題明確:一是開始被活塞分開的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過程,可分別根據(jù)玻意耳定律列出方程求解;二是打開K3后,判斷活塞上升還是下降,弄清穩(wěn)定時的位置,找清兩部分之間壓強和體積關系,然后根據(jù)實驗定律列出方程;三是再緩慢加熱汽缸內氣體后,分析活塞下方氣體所遵循的定律,即可求解。-36-命題點一命題點二命題點三命題點四相關聯(lián)氣體問題涉及兩部分(或兩部分以上)氣體,它

19、們之間無氣體交換,但在壓強或體積這些量間有一定的關系,分析清楚這些關系往往是解決問題的關鍵。解決相關聯(lián)問題的一般方法是:1.分別選取每部分氣體為研究對象,確定初、末狀態(tài)及其狀態(tài)參量,根據(jù)氣態(tài)方程寫出狀態(tài)參量間的關系式。2.分析相關聯(lián)氣體間的壓強或體積之間的關系并寫出關系式。3.聯(lián)立求解并選擇物理意義正確的解。-37-命題點一命題點二命題點三命題點四即學即練即學即練5.(2016全國卷)一U形玻璃管豎直放置,左端開口,右端封閉,左端上部有一光滑的輕活塞。初始時,管內汞柱及空氣柱長度如圖所示。用力向下緩慢推活塞,直至管內兩邊汞柱高度相等時為止。求此時右側管內氣體的壓強和活塞向下移動的距離。已知玻璃

20、管的橫截面積處處相同;在活塞向下移動的過程中,沒有發(fā)生氣體泄漏;大氣壓強p0=75.0cmHg。環(huán)境溫度不變。-38-命題點一命題點二命題點三命題點四答案:144cmHg9.42cm解析:設初始時,右管中空氣柱的壓強為p1,長度為l1;左管中空氣柱的壓強為p2=p0,長度為l2?；钊幌峦苃后,右管中空氣柱的壓強為p1,長度為l1;左管中空氣柱的壓強為p2,長度為l2。以cmHg為壓強單位。由題給條件得p1=p0+(20.0-5.00)cmHg由玻意耳定律得p1l1=p1l1聯(lián)立式和題給條件得p1=144cmHg依題意p2=p1-39-命題點一命題點二命題點三命題點四由玻意耳定律得p2l2=p2l2聯(lián)立式和題給條件得h=9.42cm