高中物理高考一輪復習一輪復習

第2講固體、液體與氣體1.了解分子運動速率的統(tǒng)計分布規(guī)律,知道分子運動速率分布圖象的物理意義。2.了解固體的微觀結構。知道晶體和非晶體的特點。能列舉生活中的晶體和非晶體。通過實例,了解液晶的主要性質及其在顯示技術中的應用。3.了解材料科學的有關知識及應用,體會它們的發(fā)展對人類生活和社會發(fā)展的影響。4.觀察液體的表面張力現(xiàn)象。了解表面張力產生的原因。知道毛細現(xiàn)象。5.通過實驗,了解氣體實驗定律,知道理想氣體模型,能用分子動理論和統(tǒng)計觀點解釋氣體壓強和氣體實驗定律。一、固體分類1.晶體:如石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、蔗糖、味精等。2.非晶體:如玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等。二、液體1.液體的微觀結構:(1)分子間距:液體分子間的距離很小。(2)分子間作用力:液體分子間的作用力比固體分子間的作用力要小。(3)分子運動:在溫度相同的情況下,液體的擴散速度要比固體的擴散速度快。2.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。3.液晶:(1)定義:像液體一樣具有流動性,其光學性質與某些晶體相似,具有各向異性的有機化合物,稱為液晶。(2)液晶的用途:液晶可以用作顯示元件,在生物醫(yī)學、電子工業(yè)、航空工業(yè)中都有重要應用。三、氣體1.氣體:氣體分子的速率分布,表現(xiàn)出“中間多,兩頭少”的統(tǒng)計分布規(guī)律。2.氣體實驗定律:(1)玻意耳定律:p1V1=p2V2或pV=C1(常數(shù))。(2)查理定律:QUOTE=QUOTE或QUOTE=C2(常數(shù))。(3)蓋—呂薩克定律:QUOTE=QUOTE或QUOTE=C3(常數(shù))。3.理想氣體狀態(tài)方程:QUOTE=QUOTE或QUOTE=C(常數(shù))。氧氣分子在0℃和100℃溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。其中虛線表示的溫度為多少?提示:實線對應的最大比例的速率區(qū)間內分子動能大,說明實驗對應的溫度大,所以虛線表示的溫度為0℃。1.判一判(1)所有晶體都具有天然、規(guī)則的幾何外形。 ()(2)有些非晶體在一定條件下可以轉化為晶體。 ()(3)液體表面層分子之間的距離比內部要小些。 ()(4)單晶體的所有物理性質都是各向異性的。 ()(5)一定量的理想氣體,保持溫度不變時,體積增大,壓強減小。 ()2.練一練(1)在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上蠟,用燒熱的針接觸其上一點,蠟熔化的范圍如圖甲、乙、丙所示。甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關系如圖丁所示,則 ()A.甲、乙為非晶體,丙是晶體B.甲、丙為晶體,乙是非晶體C.甲、丙為非晶體,乙是晶體D.甲為多晶體,乙為非晶體,丙為單晶體(2)(多選)如圖質量為m的絕熱活塞把一定質量的理想氣體密封在豎直放置的絕熱汽缸內,活塞可在汽缸內無摩擦滑動?，F(xiàn)通過電熱絲對一理想氣體十分緩慢地加熱。設汽缸處在大氣中,大氣壓強恒定。經(jīng)過一段較長時間后,下列說法正確的是 ()A.汽缸中氣體的壓強比加熱前要大B.汽缸中氣體的壓強保持不變C.汽缸中氣體的體積比加熱前要大D.汽缸中氣體的內能可能和加熱前一樣大考點一固體、液體的性質(基礎夯實類)1.晶體與非晶體的比較:單晶體多晶體非晶體外形規(guī)則不規(guī)則不規(guī)則熔點確定確定不確定物理性質各向異性各向同性各向同性典型物質石英、云母、食鹽、硫酸銅玻璃、蜂蠟、松香形成與轉化有的物質在不同條件下能夠形成不同的形態(tài)。同一物質可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn),有些非晶體在一定條件下可以轉化為晶體2.液體表面張力: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)為引力表面特性表面層分子間的引力使液面產生了表面張力,使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜表面張力的方向和液面相切,垂直于液面上的各條分界線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1.(晶體和非晶體)(多選)對下列幾種固體物質的認識,正確的有 ()A.食鹽熔化過程中,溫度保持不變,說明食鹽是晶體B.燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面,熔化的蜂蠟呈橢圓形,說明蜂蠟是晶體C.天然石英表現(xiàn)為各向異性,是由于該物質的微粒在空間的排列不規(guī)則D.石墨和金剛石的物理性質不同,是由于組成它們的物質微粒排列結構不同2.(表面張力和晶體)下列說法正確的是 ()A.液體表面張力的方向與液面垂直并指向液體內部B.單晶體有固定的熔點,多晶體沒有固定的熔點C.單晶體中原子(或分子、離子)的排列具有空間周期性D.通常金屬在各個方向的物理性質都相同,所以金屬是非晶體3.（液體表面張力）(多選)關于液體的表面張力，下列說法正確的是()A.液體與大氣相接觸的表面層內，分子間的作用表現(xiàn)為相互吸引B.液體表面張力的方向與液面垂直并指向液體內部C.布雨傘能夠遮雨，其原因之一是液體表面存在張力D.荷葉上的露珠呈球形的主要原因是液體的表面張力E.露珠由空氣中的水蒸氣凝結而成，凝結過程中分子間的引力、斥力都減小【加固訓練】(能力拔高題)(多選)下列說法正確的是 ()A.將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒是非晶體B.固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體在不同方向上有不同的光學性質C.由同種元素構成的固體,可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體D.在合適的條件下,某些晶體可以轉變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉變?yōu)榫w考點二氣體壓強求解的兩種模型(綜合遷移類)1.平衡態(tài)下液體封閉氣體壓強的計算:(1)理論依據(jù):液體壓強的計算公式p=ρgh。液面與外界大氣相接觸,則液面下h處的壓強為p=p0+ρgh。(2)連通器原理:在連通器中,同一種液體(中間液體不間斷)的同一水平面上的壓強是相等的。(3)計算方法①等壓面法:根據(jù)同種液體在同一水平液面處壓強相等,在連通器內靈活選取等壓面,由兩側壓強相等列方程求解壓強。②參考液片法a.選取假想的一個液體薄片(其自重不計)為研究對象。b.分析液體兩側受力情況,建立力的平衡方程,消去橫截面積,得到液片兩側面的壓強平衡方程。c.解方程,求得氣體壓強。③受力平衡法:選與封閉氣體接觸的液柱為研究對象進行受力分析,由F合=0列式求氣體壓強。2.平衡態(tài)下活塞、汽缸密閉氣體壓強的計算:求用固體(如活塞等)封閉在靜止容器內的氣體壓強,應對固體(如活塞等)進行受力分析。然后根據(jù)平衡條件求解。3.非平衡態(tài)下密閉氣體壓強的計算:當封閉氣體所在的系統(tǒng)處于力學非平衡狀態(tài)時,欲求封閉氣體壓強,首先要選擇恰當?shù)膶ο?如與氣體相關的液體、活塞等)并對其進行正確的受力分析(特別注意分析內外的壓力),然后應用牛頓第二定律列方程求解。液柱模型【典例1】豎直平面內有如圖所示的均勻玻璃管,內用兩段水銀柱封閉兩段空氣柱a、b,各段水銀柱高度如圖所示,大氣壓強為p0,重力加速度為g,求空氣柱a、b的壓強各多大?！緜溥x例題】如圖所示,水平放置的一根玻璃管和幾個豎直放置的U形管內有一段水銀柱,封閉端里有一定質量的氣體。圖(a)中的水銀柱長度和圖(b)、(c)、(d)中的U形管兩臂內水銀柱高度差均為h=10cm,外界大氣壓強p0相當于76cm水銀柱產生的壓強,則4部分密封氣體的壓強分別為多少?活塞模型【典例2】汽缸截面積為S,質量為m的梯形活塞上面是水平的,下面與右側豎直方向的夾角為α,如圖所示,當活塞上放質量為M的重物時處于靜止。設外部大氣壓為p0,若活塞與缸壁之間無摩擦。求汽缸中氣體的壓強。1.(液柱模型)求圖中被封閉氣體A的壓強。圖中的玻璃管內都灌有水銀且水銀柱都處在平衡狀態(tài),大氣壓強p0=76cmHg。(p0=×105Pa,g取10m/s2)。2.(活塞模型)如圖所示,汽缸質量是M,活塞質量是m,不計缸內氣體的質量,汽缸置于光滑水平面上,當用一水平外力F拉動活塞時,活塞和汽缸能保持相對靜止向右加速,求此時缸內氣體的壓強有多大?(活塞橫截面積為S,大氣壓強為p0,不計一切摩擦)【加固訓練】(能力拔高題)某科技館電梯側壁上豎直固定一個粗細均勻帶有刻度的玻璃管,玻璃管上端開口,下端用汞柱封閉一定質量的理想氣體。電梯靜止時,汞柱位置如圖甲所示;電梯勻變速啟動階段,汞柱位置如圖乙所示。已知大氣壓強p0=75cmHg,重力加速度g取10m/s2,假定氣體溫度保持不變,求電梯啟動時的加速度?？键c三氣體實驗定律和氣體狀態(tài)變化圖象(綜合遷移類)1.利用氣體實驗定律解決問題的基本思路:2.幾個重要的推論:(1)查理定律的推論:Δp=QUOTEΔT(2)蓋—呂薩克定律的推論:ΔV=QUOTEΔT(3)理想氣體狀態(tài)方程的推論:QUOTE=QUOTE+QUOTE+…3.變質量問題類型與處理方法:(1)打氣問題:選擇原有氣體和即將充入的氣體作為研究對象,就可把充氣過程中氣體質量變化問題轉化為定質量氣體的狀態(tài)變化問題。(2)抽氣問題:將每次抽氣過程中抽出的氣體和剩余氣體作為研究對象,質量不變,故抽氣過程可以看成是等溫膨脹過程。(3)灌氣問題:把大容器中的剩余氣體和多個小容器中的氣體整體作為研究對象,可將變質量問題轉化為定質量問題。(4)漏氣問題:選容器內剩余氣體和漏出氣體整體作為研究對象,便可使問題變成一定質量氣體的狀態(tài)變化,可用理想氣體的狀態(tài)方程求解。4.氣體狀態(tài)變化的圖象及特點:名稱特點圖象p-VpV=CT(其中C為恒量),即pV之積越大的等溫線,溫度越高,線離原點越遠p-QUOTE1V1Vp=CTQUOTE1V1V斜率k=CT即斜率越大,溫度越高p-Tp=QUOTECVCVT斜率k=QUOTECVCV即斜率越大,體積越小V-TV=QUOTECpCpT斜率k=QUOTECpCp即斜率越大,壓強越小5.氣體狀態(tài)變化的圖象分析技巧:利用垂直于坐標軸的線作輔助線去分析不同溫度的兩條等溫線、不同體積的兩條等容線、不同壓強的兩條等壓線的關系。如圖甲中,V1對應虛線為等容線,A、B分別是虛線與T2、T1兩線的交點,可以認為從B狀態(tài)通過等容升壓到A狀態(tài),溫度必然升高,有T2>T1;圖乙中,A、B兩點的溫度相等,從B狀態(tài)到A狀態(tài)壓強增大,體積一定減小,有V2<V1。理想氣體的等溫變化【典例3】(2023·全國卷Ⅰ)甲、乙兩個儲氣罐儲存有同種氣體(可視為理想氣體),甲罐的容積為V,罐中氣體的壓強為p;乙罐的容積為2V,罐中氣體的壓強為QUOTEp?，F(xiàn)通過連接兩罐的細管把甲罐中的部分氣體調配到乙罐中去,兩罐中氣體溫度相同且在調配過程中保持不變,調配后兩罐中氣體的壓強相等。求調配后(1)兩罐中氣體的壓強;(2)甲罐中氣體的質量與甲罐中原有氣體的質量之比。【備選例題】如圖所示,兩個固定的導熱良好的水平汽缸,由水平硬桿相連的活塞面積SA=100cm2,SB=20cm2。兩汽缸通過一帶閥門K的細管連通,最初閥門關閉,A內有理想氣體,B內為真空。兩活塞分別與各自汽缸底相距a=b=50cm,活塞靜止。(設環(huán)境溫度保持不變,不計摩擦,大氣壓強一定,細管體積可忽略不計)(1)將閥門K打開,足夠長時間后,活塞停在何處?(2)將閥門K關閉,用打氣筒向A汽缸中緩慢充入壓強為15個大氣壓的理想氣體,使活塞回到原位置,則充入的氣體體積為多少?理想氣體的等容變化【典例4】2023年3月4日環(huán)球網(wǎng)消息,北京海關采樣檢測和排查轉運地方檢出核酸陽性病例1例,圖示為北京海關關員通過負壓隔離單元對疑似病例進行隔離轉運。北京海關使用的FU-221生物安全型負壓隔離單元,內部尺寸為2000mm×900mm×1800mm(長、寬、高),它不工作時為密閉狀態(tài),工作時通過頂部循環(huán)過濾的進、排氣高效凈化系統(tǒng)保證隔離單元內為微負壓環(huán)境及內部空氣流通,為疑似病人提供新鮮空氣,同時保護周圍人員及周圍環(huán)境不受病源體污染。已知大氣壓強p0=×105Pa,環(huán)境溫度t0=7℃,負壓隔離單元停止工作且溫度t=27℃時,內部壓強比外界低20Pa,空氣視為理想氣體,熱力學溫度與攝氏溫度之間的關系為T=t+273K,求:(計算結果均保留兩位有效數(shù)字)(1)負壓隔離單元停止工作且內部溫度與外界相同時的內部氣體的壓強;(2)已知溫度為0℃、大氣壓強為×105Pa時,空氣的密度為kg/m3,計算負壓隔離單元停止工作且溫度t=27℃時內部空氣的質量?！緜溥x例題】汽車行駛時輪胎的胎壓太高容易造成爆胎事故,太低會造成耗油上升。已知某型號輪胎能在-40℃~90℃正常工作,為使輪胎在此溫度范圍內工作時的最高胎壓不超過atm,最低胎壓不低于atm,那么t=20℃時給該輪胎充氣,充氣后的胎壓在什么范圍內比較合適?(設輪胎容積不變)理想氣體的等壓變化【典例5】如圖,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=kg,橫截面積為S1=cm2,小活塞的質量為m2=kg,橫截面積為S2=cm2;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=cm,汽缸外大氣的壓強為p=×105Pa,溫度為T=303K。初始時大活塞與大圓筒底部相距QUOTE,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,活塞緩慢下移。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:(1)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,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。理想氣體狀態(tài)方程【典例6】(2023·山東等級考)中醫(yī)拔罐的物理原理是利用玻璃罐內外的氣壓差使罐吸附在人體穴位上,進而治療某些疾病。常見拔罐有兩種,如圖所示,左側為火罐,下端開口;右側為抽氣拔罐,下端開口,上端留有抽氣閥門。使用火罐時,先加熱罐中氣體,然后迅速按到皮膚上,自然降溫后火罐內部氣壓低于外部大氣壓,使火罐緊緊吸附在皮膚上。抽氣拔罐是先把罐體按在皮膚上,再通過抽氣降低罐內氣體壓強。某次使用火罐時,罐內氣體初始壓強與外部大氣壓相同,溫度為450K,最終降到300K,因皮膚凸起,內部氣體體積變?yōu)楣奕莘e的QUOTE。若換用抽氣拔罐,抽氣后罐內剩余氣體體積變?yōu)槌闅獍喂奕莘e的QUOTE,罐內氣壓與火罐降溫后的內部氣壓相同。罐內氣體均可視為理想氣體,忽略抽氣過程中氣體溫度的變化。求應抽出氣體的質量與抽氣前罐內氣體質量的比值?！緜溥x例題】如圖,兩汽缸A、B粗細均勻、等高且內壁光滑,其下部由體積可忽略的細管連通;A的直徑是B的2倍,A上端封閉,B上端與大氣連通;兩汽缸除A頂部導熱外,其余部分均絕熱。兩汽缸中各有一厚度可忽略的絕熱輕活塞a、b,活塞下方充有氮氣,活塞a上方充有氧氣。當大氣壓為p0,外界和汽缸內氣體溫度均為7℃且平衡時,活塞a離汽缸頂?shù)木嚯x是汽缸高度的QUOTE,活塞b在汽缸正中間。(1)現(xiàn)通過電阻絲緩慢加熱氮氣,當活塞b恰好升至頂部時,求氮氣的溫度。(2)繼續(xù)緩慢加熱,使活塞a上升,當活塞a上升的距離是汽缸高度的QUOTE時,求氧氣的壓強。氣體狀態(tài)變化圖象【典例7】如圖所示,一定量的理想氣體從狀態(tài)A開始,經(jīng)歷兩個過程,先后到達狀態(tài)B和C。有關A、B和C三個狀態(tài)溫度TA、TB和TC的關系,正確的是()=TB,TB=TC <TB,TB<TC=TC,TB>TC =TC,TB<TC1.(變質量問題)容積V=20L的鋼瓶充滿氧氣后,壓強為p=30atm,打開鋼瓶閥門,把氧氣分裝到容積為V'=5L的小瓶子中去。若小瓶子已抽成真空,分裝到小瓶中的氧氣壓強p'=2atm。若在分裝過程中無漏氣現(xiàn)象,且溫度保持不變,那么最多可能裝的瓶數(shù)是 () 2.(與實際結合)空氣壓縮機的儲氣罐中儲有×105Pa的空氣L,現(xiàn)在想使罐內的空氣壓強變?yōu)椤?05Pa。設充氣過程為等溫過程,空氣可看作理想氣體,則應向儲氣罐中打入×105Pa的空氣的體積為()L LL L3.(p-QUOTE圖象)現(xiàn)將一定質量的空氣等溫壓縮,空氣可視為理想氣體。下列圖象能正確表示該過程中空氣的壓強p和體積V關系的是 ()4.（體積與壓強關聯(lián)問題）(2023年河北適應性測試)“天問1號”的發(fā)射開啟了我國探測火星的征程。設想將圖中所示的粗細均勻、導熱良好、右端封閉有一定質量理想氣體的“U”形管帶往火星表面?！癠”形管分別在地球和火星表面某時某地豎直放置時的相關參數(shù)如表所示。求:(結果保留2位有效數(shù)字)(1)火星表面高1m的水銀柱產生的壓強相當于地球表面多高水柱產生的壓強。已知ρ水銀=×103kg/m3，ρ水=×103kg/m3；(2)火星表面的大氣壓強p火?！炯庸逃柧殹?.(能力拔高題)如圖,一粗細均勻的U形管豎直放置,A側上端封閉,B側上端與大氣相通,下端開口處開關K關閉;A側空氣柱的長度為l=cm,B側水銀面比A側的高h=cm。現(xiàn)將開關K打開,從U形管中放出部分水銀,當兩側水銀面的高度差為h1=cm時將開關K關閉。已知大氣壓強p0=cmHg。(1)求放出部分水銀后A側空氣柱的長度。(2)此后再向B側注入水銀,使A、B兩側的水銀面達到同一高度,求注入的水銀在管內的長度。2.(能力拔高題)如圖所示,豎直放置的導熱汽缸,活塞橫截面積為S=m2,可在汽缸內無摩擦滑動。汽缸側壁有一個小孔與裝有水銀的U形玻璃管相通,汽缸內封閉了一段高為H=70cm的氣柱(U形管內的氣體體積不計)。已知活塞質量m=kg,大氣壓強p0=105Pa,水銀密度ρ=×103kg/m3,g=10m/s2。(1)求U形管中左管與右管的水銀面的高度差h1;(2)在活塞上加一豎直向上的拉力使U形管中左管水銀面高出右管水銀面h2=5cm,求活塞平衡時與汽缸底部的高度h?？键c四氣體實驗定律的微觀解釋(綜合遷移類)1.氣體分子運動的特點:2.氣體壓強的決定因素:(1)如圖所示,設容器內氣體分子的質量為m,分子平均速率為QUOTE,則氣體分子平均動能QUOTE=QUOTEmQUOTE;單位體積內氣體分子數(shù)(或分子數(shù)密度)為n,由于任一時刻向每個方向上運動的氣體分子數(shù)均等,則在單位時間Δt內碰撞器壁單位面積ΔS的氣體分子總數(shù)為N0=QUOTEnQUOTEΔtΔS;(2)設分子垂直碰撞器壁且為彈性碰撞,一次碰撞過程中每個氣體分子動量的改變量大小為2mQUOTE。設這些分子對器壁面積ΔS產生的平均壓力為F,由牛頓第三定律知,器壁對這些氣體分子的平均作用力大小為F'=F;由動量定理有:F'Δt=N0·2mQUOTE容器內氣體產生的壓強為:p=QUOTE由以上幾式可得:p=QUOTEnmQUOTE=QUOTEnQUOTE(3)由上式可知,氣體壓強決定因素是分子的平均速率與分子的密集程度。氣體分子運動特點【典例8】(多選)(2023·全國卷Ⅰ改編)氧氣分子在0℃和100℃溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列說法正確的是 ()A.圖中兩條曲線下面積相等B.圖中虛線對應于氧氣分子平均動能較小的情形C.圖中實線對應于氧氣分子在100℃時的情形D.圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目氣體壓強的微觀解釋【典例9】負壓病房是收治傳染性極強的呼吸道疾病病人所用的醫(yī)療設施,可以大大減少醫(yī)務人員被感染的機會,病房中氣壓小于外界環(huán)境的大氣壓。若負壓病房的溫度和外界溫度相同,負壓病房內氣體和外界環(huán)境中氣體都可以看成理想氣體,則以下說法正確的是 ()A.負壓病房內氣體分子的平均動能小于外界環(huán)境中氣體分子的平均動能B.負壓病房內每個氣體分子的運動速率都小于外界環(huán)境中氣體分子的運動速率C.負壓病房內單位體積氣體分子的個數(shù)小于外界環(huán)境中單位體積氣體分子的個數(shù)D.相同面積負壓病房內壁受到的氣體壓力等于外壁受到的氣體壓力1.(氣體分子速率的分布規(guī)律)1859年麥克斯韋從理論上推導出了氣體分子速率的分布規(guī)律,后來有許多實驗驗證了這一規(guī)律。若以橫坐標v表示分子速率,縱坐標f(v)表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比。下面四幅圖中能正確表示某一溫度下氣體分子速率分布規(guī)律的是 ()2.(碰撞次數(shù))對一定質量的氣體,若用N表示單位時間內與器壁單位面積碰撞的分子數(shù),則 ()A.當體積減小時,N必定增加B.當溫度升高時,N必定增加C.當壓強不變而體積和溫度變化時,N必定變化D.當壓強不變而體積和溫度變化時,N可能不變3.(氣體壓強微觀解釋)(多選)下列說法中正確的是 ()A.氣體的溫度升高時,分子的熱運動變得劇烈,分子的平均動能增大,撞擊器壁時對器壁的作用力增大,而氣體的壓強不一定增大B.氣體體積變小時,單位體積的分子數(shù)增多,單位時間內撞到器壁單位面積上的分子數(shù)增多,從而氣體的壓強一定增大C.壓縮一定質量的氣體,氣體的內能一定增加D.分子a只在分子b的分子力作用下,從無窮遠處向固定不動的分子b運動的過程中,當a到達受b的作用力為零的位置時,a的動能一定最大【加固訓練】(能力拔高題)(多選)表中數(shù)據(jù)是某地區(qū)1—6月份氣溫與氣壓的對照表:月份/月123456平均氣溫/℃平均大氣壓/105Pa46月份與1月份相比較,下列說法正確的是 ()A.空氣中每個氣體分子無規(guī)則熱運動速度加快了B.空氣中氣體分子的平均動能增加了C.單位時間內空氣分子對地面單位面積的撞擊次數(shù)增加了D.單位時間內空氣分子對地面單位面積的撞擊次數(shù)減少了細對比【例1】如圖所示,一導熱性能良好粗細均勻的細管開口向上豎直放置,管長L=44cm。管內有一段高度為h0=4cm的水銀柱,水銀柱下方密封了一定量的理想氣體。若緩慢將細管旋轉至開口豎直向下,水銀柱下表面恰好位于管口處且無水銀流出。已知大氣壓強為p0=76cmHg,環(huán)境溫度為T1=288K。(1)求細管開口向上豎直放置時水銀柱上表面到管口的距離h;(2)當細管開口向上豎直放置時,緩慢加熱管內被密封的氣體,直到水銀柱的上表面恰好與管口齊平,求此時密封氣體的溫度T2?！窘馕觥吭O玻璃管的橫截面積為S。(1)以封閉氣體為研究對象,初始狀態(tài)的壓強:p1=p0+ph0=80cmHg,體積:V1=(L-h0-h)S末狀態(tài)氣體的壓強:p2=p0-ph0=72cmHg,體積:V2=(L-h0)S根據(jù)玻意耳定律可得:p1V1=p2V2聯(lián)立解得:h=4cm;(2)以封閉氣體為研究對象,初始狀態(tài)的體積:V1=(L-h0-h)S=36cm·S,溫度T1=288K末狀態(tài)氣體的體積:V2=(L-h0)S=40cm·S,氣體做等壓變化,則有:QUOTE=QUOTE解得:T2=320K。答案:(1)4cm(2)320K【例2】如圖甲所示,A端封閉、B端開口、內徑均勻的玻璃管長L=100cm,其中有一段長h=15cm的水銀柱把一部分空氣封閉在玻璃管中。當玻璃管水平放置時,封閉氣柱A長LA=40cm?，F(xiàn)把玻璃管緩慢旋轉至豎直,如圖乙所示,再把開口端向下插入水銀槽中,玻璃管下端空氣柱被水銀封閉,且整個過程中沒有漏氣,當A端氣柱長LA2=30cm時,系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)。已知大氣壓強p0=75cmHg,整個過程溫度不變,試求:(各個狀態(tài)下氣柱的長度可用圖中標出的字母表示)(1)玻璃管旋轉至豎直位置時,A端空氣柱的長度LA1;(2)如圖丙所示,最后槽內水銀進入玻璃管內的水銀柱的長度d(結果保留兩位有效數(shù)字);(3)在圖乙所示情況下,將玻璃管下端開口直接封閉,如圖丁所示,并使溫度逐漸升高,則在升溫過程中玻璃管內的水銀柱會不會發(fā)生移動?請通過簡要的計算分析說明。【解析】(1)玻璃管旋轉至豎直,A端空氣柱的長度變?yōu)長A1;A中氣體的壓強變?yōu)閜A1=p0-ph=60cmHg對A部分氣體,由玻意耳定律:p0LA=pA1LA1代入數(shù)據(jù)解得:LA1=50cm(2)旋轉至豎直,B段氣柱長LB1=L-LA1-h=35cm玻璃管插入水銀槽,對A部分氣體分析,由玻意耳定律pA1LA1=pA2LA2代入數(shù)據(jù)解得:pA2=100cmHg對B部分氣體:pB=p0,pB2=pA2+ph=115cmHg由玻意耳定律pBLB=pB2LB2,代入數(shù)據(jù)解得:LB2=23cm最后槽內水銀進入玻璃管內的水銀柱的長度d=L-h-LA2-LB2=32cm(3)設升溫后上下部分氣體體積不變,則由查理定律可得QUOTEpTpT=QUOTE氣體壓強的變化量Δp=p'-p=QUOTEp由于ΔT、T都相等,且ΔT>0,pA<pB,可知ΔpA<ΔpB,所以隨室溫逐漸升高過程中玻璃管內的水銀柱會向上移動。答案:(1)50cm(2)32cm(3)會室溫逐漸升高過程中玻璃管內的水銀柱會向上移動找不同1.液柱與密封氣體間的相對位置沒有發(fā)生改變。2.大氣壓強與液柱重力產生的壓強之和等于密封氣體的壓強。3.應用蓋—呂薩克定律。1.液柱與密封氣體間的相對位置發(fā)生改變。2.密封氣體的壓強與液柱重力產生的壓強之和等于大氣壓強。3.應用查理定律。答案解析1.判一判(1)所有晶體都具有天然、規(guī)則的幾何外形。 ()(2)有些非晶體在一定條件下可以轉化為晶體。 ()(3)液體表面層分子之間的距離比內部要小些。 ()(4)單晶體的所有物理性質都是各向異性的。 ()(5)一定量的理想氣體,保持溫度不變時,體積增大,壓強減小。 ()提示:(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√2.練一練(1)在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上蠟,用燒熱的針接觸其上一點,蠟熔化的范圍如圖甲、乙、丙所示。甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關系如圖丁所示,則 ()A.甲、乙為非晶體,丙是晶體B.甲、丙為晶體,乙是非晶體C.甲、丙為非晶體,乙是晶體D.甲為多晶體,乙為非晶體,丙為單晶體【解析】選B。由題圖可知,甲、乙在導熱性質上表現(xiàn)各向同性,丙具有各向異性,甲、丙有固定的熔點,乙無固定的熔點,所以甲、丙為晶體,乙是非晶體,B正確。甲為晶體,但僅從圖中無法確定它的其他性質,所以甲可能是單晶體,也可能是多晶體,丙為單晶體,故A、C、D錯誤。(2)(多選)如圖質量為m的絕熱活塞把一定質量的理想氣體密封在豎直放置的絕熱汽缸內,活塞可在汽缸內無摩擦滑動?，F(xiàn)通過電熱絲對一理想氣體十分緩慢地加熱。設汽缸處在大氣中,大氣壓強恒定。經(jīng)過一段較長時間后,下列說法正確的是 ()A.汽缸中氣體的壓強比加熱前要大B.汽缸中氣體的壓強保持不變C.汽缸中氣體的體積比加熱前要大D.汽缸中氣體的內能可能和加熱前一樣大【解析】選B、C。汽缸內封閉氣體的壓強p=p0+QUOTE,則知加熱時封閉氣體的壓強保持不變,故A錯誤,B正確;封閉氣體發(fā)生等壓變化,根據(jù)蓋—呂薩克定律知,溫度上升時,氣體的體積增大,故C正確;一定質量的理想氣體內能只跟溫度有關,溫度升高,氣體的內能增加,故D錯誤。考點一固體、液體的性質(基礎夯實類)1.晶體與非晶體的比較:單晶體多晶體非晶體外形規(guī)則不規(guī)則不規(guī)則熔點確定確定不確定物理性質各向異性各向同性各向同性典型物質石英、云母、食鹽、硫酸銅玻璃、蜂蠟、松香形成與轉化有的物質在不同條件下能夠形成不同的形態(tài)。同一物質可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn),有些非晶體在一定條件下可以轉化為晶體2.液體表面張力: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)為引力表面特性表面層分子間的引力使液面產生了表面張力,使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜表面張力的方向和液面相切,垂直于液面上的各條分界線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1.(晶體和非晶體)(多選)對下列幾種固體物質的認識,正確的有 ()A.食鹽熔化過程中,溫度保持不變,說明食鹽是晶體B.燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面,熔化的蜂蠟呈橢圓形,說明蜂蠟是晶體C.天然石英表現(xiàn)為各向異性,是由于該物質的微粒在空間的排列不規(guī)則D.石墨和金剛石的物理性質不同,是由于組成它們的物質微粒排列結構不同【解析】選A、D。晶體的特點是在熔化過程中溫度保持不變,有固定的熔點,食鹽熔化過程中,溫度保持不變,說明食鹽是晶體,所以A正確;燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面,熔化的蜂蠟呈橢圓形,說明云母片是晶體,所以B錯誤;天然石英表現(xiàn)為各向異性,是由于該物質的微粒在空間的排列規(guī)則造成的,所以C錯誤;石墨和金剛石的物理性質不同,是由于組成它們的物質微粒排列結構不同造成的,所以D正確。2.(表面張力和晶體)下列說法正確的是 ()A.液體表面張力的方向與液面垂直并指向液體內部B.單晶體有固定的熔點,多晶體沒有固定的熔點C.單晶體中原子(或分子、離子)的排列具有空間周期性D.通常金屬在各個方向的物理性質都相同,所以金屬是非晶體【解析】選C。表面張力產生在液體表面層,它的方向平行于液體表面,而非與液面垂直,故A錯誤;晶體分為單晶體和多晶體,都有固定的熔點,故B錯誤;單晶體具有各向異性,原子(或分子、離子)的排列具有空間周期性,故C正確;通常金屬在各個方向的物理性質都相同,但具有固定的熔點,為晶體,故D錯誤。3.（液體表面張力）(多選)關于液體的表面張力，下列說法正確的是()A.液體與大氣相接觸的表面層內，分子間的作用表現(xiàn)為相互吸引B.液體表面張力的方向與液面垂直并指向液體內部C.布雨傘能夠遮雨，其原因之一是液體表面存在張力D.荷葉上的露珠呈球形的主要原因是液體的表面張力E.露珠由空氣中的水蒸氣凝結而成，凝結過程中分子間的引力、斥力都減小【解析】選A、C、D。液體與大氣相接觸，液體表面層分子間距離大于液體內部分子間的距離，液面分子間表現(xiàn)為引力，選項A正確；表面張力產生在液體表面層，它的方向與液體表面相切，而非與液面垂直，選項B錯誤；布雨傘能夠遮雨，其原因之一是液體表面存在張力，選項C正確；荷葉上的露珠呈球形的主要原因是液體的表面張力，選項D正確；根據(jù)分子力的特點可知，空氣中的水蒸氣凝結而形成露珠的過程中分子之間的距離減小，則此過程中分子間引力、斥力都增大，選項E錯誤?！炯庸逃柧殹?能力拔高題)(多選)下列說法正確的是 ()A.將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒是非晶體B.固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體在不同方向上有不同的光學性質C.由同種元素構成的固體,可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體D.在合適的條件下,某些晶體可以轉變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉變?yōu)榫w【解析】選B、C、D。將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒還是晶體,選項A錯誤。固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體呈各向異性,具有不同的光學性質,選項B正確。由同種元素構成的固體,可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體,例如石墨和金剛石,選項C正確。在合適的條件下,某些晶體可以轉變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉變?yōu)榫w,例如天然石英是晶體,熔融過的石英卻是非晶體;把晶體硫加熱熔化(溫度超過300℃)再倒進冷水中,會變成柔軟的非晶硫,再過一段時間又會轉化為晶體硫,所以選項D正確。考點二氣體壓強求解的兩種模型(綜合遷移類)1.平衡態(tài)下液體封閉氣體壓強的計算:(1)理論依據(jù):液體壓強的計算公式p=ρgh。液面與外界大氣相接觸,則液面下h處的壓強為p=p0+ρgh。(2)連通器原理:在連通器中,同一種液體(中間液體不間斷)的同一水平面上的壓強是相等的。(3)計算方法①等壓面法:根據(jù)同種液體在同一水平液面處壓強相等,在連通器內靈活選取等壓面,由兩側壓強相等列方程求解壓強。②參考液片法a.選取假想的一個液體薄片(其自重不計)為研究對象。b.分析液體兩側受力情況,建立力的平衡方程,消去橫截面積,得到液片兩側面的壓強平衡方程。c.解方程,求得氣體壓強。③受力平衡法:選與封閉氣體接觸的液柱為研究對象進行受力分析,由F合=0列式求氣體壓強。2.平衡態(tài)下活塞、汽缸密閉氣體壓強的計算:求用固體(如活塞等)封閉在靜止容器內的氣體壓強,應對固體(如活塞等)進行受力分析。然后根據(jù)平衡條件求解。3.非平衡態(tài)下密閉氣體壓強的計算:當封閉氣體所在的系統(tǒng)處于力學非平衡狀態(tài)時,欲求封閉氣體壓強,首先要選擇恰當?shù)膶ο?如與氣體相關的液體、活塞等)并對其進行正確的受力分析(特別注意分析內外的壓力),然后應用牛頓第二定律列方程求解。液柱模型【典例1】豎直平面內有如圖所示的均勻玻璃管,內用兩段水銀柱封閉兩段空氣柱a、b,各段水銀柱高度如圖所示,大氣壓強為p0,重力加速度為g,求空氣柱a、b的壓強各多大?！窘馕觥繌拈_口端開始計算,右端大氣壓強為p0,同種液體同一水平面上的壓強相同,所以b空氣柱的壓強為pb=p0+ρg(h2-h1),而a空氣柱的壓強為pa=pb-ρgh3=p0+ρg(h2-h1-h3)答案:p0+ρg(h2-h1-h3)p0+ρg(h2-h1)【備選例題】如圖所示,水平放置的一根玻璃管和幾個豎直放置的U形管內有一段水銀柱,封閉端里有一定質量的氣體。圖(a)中的水銀柱長度和圖(b)、(c)、(d)中的U形管兩臂內水銀柱高度差均為h=10cm,外界大氣壓強p0相當于76cm水銀柱產生的壓強,則4部分密封氣體的壓強分別為多少?【解析】根據(jù)題意可知外界大氣壓p0=76cmHg。由平衡條件可知,封閉氣體的壓強:如圖(a)所示,p1=p0=76cmHg;如圖(b)所示:p2=p0+ph=76+10=86cmHg;如圖(c)所示:p3=p0-ph=76-10=66cmHg;如圖(d)所示:p4=p0+ph=76+10=86cmHg。答案:見解析活塞模型【典例2】汽缸截面積為S,質量為m的梯形活塞上面是水平的,下面與右側豎直方向的夾角為α,如圖所示,當活塞上放質量為M的重物時處于靜止。設外部大氣壓為p0,若活塞與缸壁之間無摩擦。求汽缸中氣體的壓強?！窘馕觥恳曰钊麨檠芯繉ο筮M行受力分析,其中內部氣體對活塞的彈力垂直于接觸面,由豎直方向合力為零得p氣·QUOTE·sinα=(M+m)g+p0S所以p氣=p0+QUOTE。答案:p0+QUOTE1.(液柱模型)求圖中被封閉氣體A的壓強。圖中的玻璃管內都灌有水銀且水銀柱都處在平衡狀態(tài),大氣壓強p0=76cmHg。(p0=×105Pa,g取10m/s2)?！窘馕觥?1)pA=p0-ph=76cmHg-10cmHg=66cmHg;(2)pA=p0-ph=76cmHg-10×sin30°cmHg=71cmHg;(3)pB=p0+ph2=76cmHg+10cmHg=86cmHg;pA=pB-ph1=86cmHg-5cmHg=81cmHg。答案:(1)66cmHg(2)71cmHg(3)81cmHg2.(活塞模型)如圖所示,汽缸質量是M,活塞質量是m,不計缸內氣體的質量,汽缸置于光滑水平面上,當用一水平外力F拉動活塞時,活塞和汽缸能保持相對靜止向右加速,求此時缸內氣體的壓強有多大?(活塞橫截面積為S,大氣壓強為p0,不計一切摩擦)【解析】以活塞和汽缸為研究對象,根據(jù)牛頓第二定律加速度為:a=QUOTE ①以汽缸為研究對象,再根據(jù)牛頓第二定律得p0S-pS=Ma缸內氣體的壓強p=p0-QUOTEa ②由①式和②式聯(lián)立可得:p=p0-QUOTE答案:p0-QUOTE【加固訓練】(能力拔高題)某科技館電梯側壁上豎直固定一個粗細均勻帶有刻度的玻璃管,玻璃管上端開口,下端用汞柱封閉一定質量的理想氣體。電梯靜止時,汞柱位置如圖甲所示;電梯勻變速啟動階段,汞柱位置如圖乙所示。已知大氣壓強p0=75cmHg,重力加速度g取10m/s2,假定氣體溫度保持不變,求電梯啟動時的加速度?！窘馕觥吭O玻璃管橫截面積為S,空氣柱前后體積、壓強分別為V1、V2、p1、p2,水銀柱的質量為m,密度為ρ,由題意得p1=p0+ph=95cmHgV1=l1SV2=l2S根據(jù)玻意耳定律得p1V1=p2V2解得p2=96cmHg對水銀柱受力分析,由牛頓第二定律得(規(guī)定豎直向上為正方向)p2S-mg-p0S=mam=ρShp0=ρgh0p2=ρgh2得a=m/s2方向豎直向上。答案:m/s2,方向豎直向上考點三氣體實驗定律和氣體狀態(tài)變化圖象(綜合遷移類)1.利用氣體實驗定律解決問題的基本思路:2.幾個重要的推論:(1)查理定律的推論:Δp=QUOTEΔT(2)蓋—呂薩克定律的推論:ΔV=QUOTEΔT(3)理想氣體狀態(tài)方程的推論:QUOTE=QUOTE+QUOTE+…3.變質量問題類型與處理方法:(1)打氣問題:選擇原有氣體和即將充入的氣體作為研究對象,就可把充氣過程中氣體質量變化問題轉化為定質量氣體的狀態(tài)變化問題。(2)抽氣問題:將每次抽氣過程中抽出的氣體和剩余氣體作為研究對象,質量不變,故抽氣過程可以看成是等溫膨脹過程。(3)灌氣問題:把大容器中的剩余氣體和多個小容器中的氣體整體作為研究對象,可將變質量問題轉化為定質量問題。(4)漏氣問題:選容器內剩余氣體和漏出氣體整體作為研究對象,便可使問題變成一定質量氣體的狀態(tài)變化,可用理想氣體的狀態(tài)方程求解。4.氣體狀態(tài)變化的圖象及特點:名稱特點圖象p-VpV=CT(其中C為恒量),即pV之積越大的等溫線,溫度越高,線離原點越遠p-QUOTE1V1Vp=CTQUOTE1V1V斜率k=CT即斜率越大,溫度越高p-Tp=QUOTECVCVT斜率k=QUOTECVCV即斜率越大,體積越小V-TV=QUOTECpCpT斜率k=QUOTECpCp即斜率越大,壓強越小5.氣體狀態(tài)變化的圖象分析技巧:利用垂直于坐標軸的線作輔助線去分析不同溫度的兩條等溫線、不同體積的兩條等容線、不同壓強的兩條等壓線的關系。如圖甲中,V1對應虛線為等容線,A、B分別是虛線與T2、T1兩線的交點,可以認為從B狀態(tài)通過等容升壓到A狀態(tài),溫度必然升高,有T2>T1;圖乙中,A、B兩點的溫度相等,從B狀態(tài)到A狀態(tài)壓強增大,體積一定減小,有V2<V1。理想氣體的等溫變化【典例3】(2023·全國卷Ⅰ)甲、乙兩個儲氣罐儲存有同種氣體(可視為理想氣體),甲罐的容積為V,罐中氣體的壓強為p;乙罐的容積為2V,罐中氣體的壓強為QUOTEp?，F(xiàn)通過連接兩罐的細管把甲罐中的部分氣體調配到乙罐中去,兩罐中氣體溫度相同且在調配過程中保持不變,調配后兩罐中氣體的壓強相等。求調配后(1)兩罐中氣體的壓強;(2)甲罐中氣體的質量與甲罐中原有氣體的質量之比?！窘馕觥?1)假設乙罐中的氣體被壓縮到壓強為p,其體積變?yōu)閂1,由玻意耳定律有QUOTEp(2V)=pV1 ①現(xiàn)兩罐氣體壓強均為p,總體積為(V+V1)。設調配后兩罐中氣體的壓強為p',由玻意耳定律有p(V+V1)=p'(V+2V) ②聯(lián)立①②式可得p'=QUOTEp ③(2)若調配后甲罐中的氣體再被壓縮到原來的壓強p時,體積為V2,由玻意耳定律p'V=pV2 ④設調配后甲罐中氣體的質量與甲罐中原有氣體的質量之比為k,由密度的定義有k=QUOTE ⑤聯(lián)立③④⑤式可得k=QUOTE ⑥答案:(1)QUOTEp(2)QUOTE【備選例題】如圖所示,兩個固定的導熱良好的水平汽缸,由水平硬桿相連的活塞面積SA=100cm2,SB=20cm2。兩汽缸通過一帶閥門K的細管連通,最初閥門關閉,A內有理想氣體,B內為真空。兩活塞分別與各自汽缸底相距a=b=50cm,活塞靜止。(設環(huán)境溫度保持不變,不計摩擦,大氣壓強一定,細管體積可忽略不計)(1)將閥門K打開,足夠長時間后,活塞停在何處?(2)將閥門K關閉,用打氣筒向A汽缸中緩慢充入壓強為15個大氣壓的理想氣體,使活塞回到原位置,則充入的氣體體積為多少?【解析】(1)閥門關閉時,對兩活塞整體為研究對象,根據(jù)平衡得pASA-p0SA+p0SB=0解得pA=打開閥門K穩(wěn)定后,設氣體壓強為pA',以兩個活塞和桿為整體有pA'SA-p0SA+p0SB-pA'SB=0解得pA'=p0設大活塞左移x,對封閉氣體由玻意耳定律得pASAa=pA'(a-x)SA+pA'(b+x)SB代入數(shù)據(jù)解得x=25cm則大活塞停在距離缸底l=a-x=25cm。(2)關閉閥門,若活塞恢復原位,則對B中氣體由玻意耳定律得p0SB(b+x)=pBSBb解得:pB=QUOTEp0則以兩個活塞和桿為整體有pA″SA-p0SA+p0SB-pBSB=0解得pA″=QUOTEp0對A中氣體和充入氣體整體為研究對象,根據(jù)玻意耳定律得:p0SA(a-x)+=pA″SAa解得充入的氣體體積為V=2×103cm3。答案:(1)大活塞停在距離缸底l=a-x=25cm(2)2×103cm3理想氣體的等容變化【典例4】2023年3月4日環(huán)球網(wǎng)消息,北京海關采樣檢測和排查轉運地方檢出核酸陽性病例1例,圖示為北京海關關員通過負壓隔離單元對疑似病例進行隔離轉運。北京海關使用的FU-221生物安全型負壓隔離單元,內部尺寸為2000mm×900mm×1800mm(長、寬、高),它不工作時為密閉狀態(tài),工作時通過頂部循環(huán)過濾的進、排氣高效凈化系統(tǒng)保證隔離單元內為微負壓環(huán)境及內部空氣流通,為疑似病人提供新鮮空氣,同時保護周圍人員及周圍環(huán)境不受病源體污染。已知大氣壓強p0=×105Pa,環(huán)境溫度t0=7℃,負壓隔離單元停止工作且溫度t=27℃時,內部壓強比外界低20Pa,空氣視為理想氣體,熱力學溫度與攝氏溫度之間的關系為T=t+273K,求:(計算結果均保留兩位有效數(shù)字)(1)負壓隔離單元停止工作且內部溫度與外界相同時的內部氣體的壓強;(2)已知溫度為0℃、大氣壓強為×105Pa時,空氣的密度為kg/m3,計算負壓隔離單元停止工作且溫度t=27℃時內部空氣的質量。【解析】(1)以負壓隔離單元內部氣體為研究對象,初狀態(tài)T1=300K,p1=99980Pa;末狀態(tài)T2=280K,根據(jù)查理定律得QUOTE=QUOTE代入數(shù)據(jù)得p2≈×105Pa(2)負壓隔離單元內部氣體初狀態(tài)V1=2000mm×900mm×1800mm=m3,T1=300K,p1=99980Pa。設其在T3=273K,p3=×105Pa,沒有束縛條件下的體積為V3,則QUOTE=QUOTE代入數(shù)據(jù)解得V3≈m3所以其質量為m=V3ρ≈kg答案:(1)×105Pa(2)kg【備選例題】汽車行駛時輪胎的胎壓太高容易造成爆胎事故,太低會造成耗油上升。已知某型號輪胎能在-40℃~90℃正常工作,為使輪胎在此溫度范圍內工作時的最高胎壓不超過atm,最低胎壓不低于atm,那么t=20℃時給該輪胎充氣,充氣后的胎壓在什么范圍內比較合適?(設輪胎容積不變)【解析】由于輪胎容積不變,輪胎內氣體做等容變化。設在T0=293K充氣后的最小胎壓為pmin,最大胎壓為pmax。依題意知,當T1=233K時胎壓為p1=atm。根據(jù)查理定律QUOTE=QUOTE,即QUOTE=QUOTE。解得:pmin=atm。當T2=363K時胎壓為p2=atm。根據(jù)查理定律QUOTE=QUOTE,即QUOTE=QUOTE。解得:pmax=atm。答案:atm~atm理想氣體的等壓變化【典例5】如圖,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=kg,橫截面積為S1=cm2,小活塞的質量為m2=kg,橫截面積為S2=cm2;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=cm,汽缸外大氣的壓強為p=×105Pa,溫度為T=303K。初始時大活塞與大圓筒底部相距QUOTE,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,活塞緩慢下移。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:(1)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,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?！窘馕觥?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為V2,溫度為T2。由題給條件得V1=S2QUOTE+S1QUOTE ①V2=S2l ②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) ③故缸內氣體的壓強不變。由蓋—呂薩克定律有QUOTE=QUOTE ④聯(lián)立①②④式并代入題給數(shù)據(jù)得T2=330K。 ⑤(2)在大活塞與大圓筒底部剛接觸時,被封閉氣體的壓強為p1。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QUOTE=QUOTE ⑥聯(lián)立③⑤⑥式并代入題給數(shù)據(jù)得p'=×105Pa。答案:(1)330K(2)×105Pa理想氣體狀態(tài)方程【典例6】(2023·山東等級考)中醫(yī)拔罐的物理原理是利用玻璃罐內外的氣壓差使罐吸附在人體穴位上,進而治療某些疾病。常見拔罐有兩種,如圖所示,左側為火罐,下端開口;右側為抽氣拔罐,下端開口,上端留有抽氣閥門。使用火罐時,先加熱罐中氣體,然后迅速按到皮膚上,自然降溫后火罐內部氣壓低于外部大氣壓,使火罐緊緊吸附在皮膚上。抽氣拔罐是先把罐體按在皮膚上,再通過抽氣降低罐內氣體壓強。某次使用火罐時,罐內氣體初始壓強與外部大氣壓相同,溫度為450K,最終降到300K,因皮膚凸起,內部氣體體積變?yōu)楣奕莘e的QUOTE。若換用抽氣拔罐,抽氣后罐內剩余氣體體積變?yōu)槌闅獍喂奕莘e的QUOTE,罐內氣壓與火罐降溫后的內部氣壓相同。罐內氣體均可視為理想氣體,忽略抽氣過程中氣體溫度的變化。求應抽出氣體的質量與抽氣前罐內氣體質量的比值?！窘馕觥吭O火罐內氣體初始狀態(tài)參量分別為p1、T1、V1,溫度降低后狀態(tài)參量分別為p2、T2、V2,罐的容積為V0,由題意知p1=p0、T1=450K、V1=V0、T2=300K、V2=QUOTE ①由理想氣體狀態(tài)方程得QUOTE=QUOTE ②代入數(shù)據(jù)得p2= ③對于抽氣拔罐,設初態(tài)氣體狀態(tài)參量分別為p3、V3,末態(tài)氣體狀態(tài)參量分別為p4、V4,罐的容積為V0',由題意知p3=p0、V3=V0'、p4=p2 ④由玻意耳定律得p0V0'=p2V4 ⑤聯(lián)立③⑤式,代入數(shù)據(jù)得V4=QUOTEV0' ⑥設抽出的氣體的體積為ΔV,由題意知ΔV=V4-QUOTEV0' ⑦故應抽出氣體的質量與抽氣前罐內氣體質量的比值為QUOTE=QUOTE ⑧聯(lián)立⑥⑦⑧式,代入數(shù)據(jù)得QUOTE=QUOTE ⑨答案:QUOTE【備選例題】如圖,兩汽缸A、B粗細均勻、等高且內壁光滑,其下部由體積可忽略的細管連通;A的直徑是B的2倍,A上端封閉,B上端與大氣連通;兩汽缸除A頂部導熱外,其余部分均絕熱。兩汽缸中各有一厚度可忽略的絕熱輕活塞a、b,活塞下方充有氮氣,活塞a上方充有氧氣。當大氣壓為p0,外界和汽缸內氣體溫度均為7℃且平衡時,活塞a離汽缸頂?shù)木嚯x是汽缸高度的QUOTE,活塞b在汽缸正中間。(1)現(xiàn)通過電阻絲緩慢加熱氮氣,當活塞b恰好升至頂部時,求氮氣的溫度。(2)繼續(xù)緩慢加熱,使活塞a上升,當活塞a上升的距離是汽缸高度的QUOTE時,求氧氣的壓強?！窘馕觥?1)活塞b升至頂部過程中,活塞a、b下方的氮氣做等壓變化,活塞a不動。設汽缸A的容積為V0,氮氣初始狀態(tài)的體積為V1,溫度為T1,末狀態(tài)體積為V2,溫度為T2。則:V1=QUOTEV0+QUOTEV0=QUOTEV0 ①V2=QUOTEV0+QUOTEV0=V0 ②根據(jù)蓋—呂薩克定律:QUOTE=QUOTE ③由①②③式并代入數(shù)據(jù)解得T2=320K。(2)緩慢加熱時,活塞a上方的氧氣做等溫變化,根據(jù)玻意耳定律得:p0·QUOTEV0=p2·QUOTEV0 ④解得p2=QUOTEp0。答案:(1)320K(2)QUOTEp0氣體狀態(tài)變化圖象【典例7】如圖所示,一定量的理想氣體從狀態(tài)A開始,經(jīng)歷兩個過程,先后到達狀態(tài)B和C。有關A、B和C三個狀態(tài)溫度TA、TB和TC的關系,正確的是()=TB,TB=TC <TB,TB<TC=TC,TB>TC =TC,TB<TC【解析】選C。由圖可知狀態(tài)A到狀態(tài)B是一個等壓過程,根據(jù)QUOTE=QUOTE因為VB>VA,故TB>TA;而狀態(tài)B到狀態(tài)C是一個等容過程,有QUOTE=QUOTE因為pB>pC,故TB>TC;對狀態(tài)A和C有QUOTE=QUOTE可得TA=TC。綜上分析可知C正確,A、B、D錯誤,故選C。1.(變質量問題)容積V=20L的鋼瓶充滿氧氣后,壓強為p=30atm,打開鋼瓶閥門,把氧氣分裝到容積為V'=5L的小瓶子中去。若小瓶子已抽成真空,分裝到小瓶中的氧氣壓強p'=2atm。若在分裝過程中無漏氣現(xiàn)象,且溫度保持不變,那么最多可能裝的瓶數(shù)是 () 【解析】選D。氣體的初態(tài)p1=p=30atm,V1=V=20L,末態(tài)p2=p'=2atm,V2=(V1+nV')(n為瓶數(shù))由p1V1=p2V2,解得n=56。2.(與實際結合)空氣壓縮機的儲氣罐中儲有×105Pa的空氣L,現(xiàn)在想使罐內的空氣壓強變?yōu)椤?05Pa。設充氣過程為等溫過程,空氣可看作理想氣體,則應向儲氣罐中打入×105Pa的空氣的體積為()L LL L【解析】選B。根據(jù)玻意耳定律可知p0V1+p0V2=p1V1即解得V2=L。故選B。3.(p-QUOTE圖象)現(xiàn)將一定質量的空氣等溫壓縮,空氣可視為理想氣體。下列圖象能正確表示該過程中空氣的壓強p和體積V關系的是 ()【解析】選B。根據(jù)氣體定律,空氣等溫壓縮過程中pV=C,即壓強與體積成反比,壓強與體積的倒數(shù)成正比。圖線為過原點的傾斜直線。故B正確,A、C、D錯誤。4.（體積與壓強關聯(lián)問題）(2023年河北適應性測試)“天問1號”的發(fā)射開啟了我國探測火星的征程。設想將圖中所示的粗細均勻、導熱良好、右端封閉有一定質量理想氣體的“U”形管帶往火星表面?！癠”形管分別在地球和火星表面某時某地豎直放置時的相關參數(shù)如表所示。求:(結果保留2位有效數(shù)字)(1)火星表面高1m的水銀柱產生的壓強相當于地球表面多高水柱產生的壓強。已知ρ水銀=×103kg/m3，ρ水=×103kg/m3；(2)火星表面的大氣壓強p火。【解析】(1)根據(jù)液體壓強公式p=ρgh得,ρ水銀××h0=ρ水gh，代入數(shù)據(jù)解得h≈m(2)封閉氣體在地表:p1=ρ水銀g(hp地－h(huán)地)=3ρ水銀g，V1=l地S，T1=300K在火星表面：p2=ρ水銀××［hp火－h(huán)地+2(l火－l地)］，V2=l火S，T2=280K根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程聯(lián)立解得hp火=cm即火星表面的大氣壓強p火=cmHg答案：(1)m(2)cmHg【加固訓練】1.(能力拔高題)如圖,一粗細均勻的U形管豎直放置,A側上端封閉,B側上端與大氣相通,下端開口處開關K關閉;A側空氣柱的長度為l=cm,B側水銀面比A側的高h=cm?，F(xiàn)將開關K打開,從U形管中放出部分水銀,當兩側水銀面的高度差為h1=cm時將開關K關閉。已知大氣壓強p0=cmHg。(1)求放出部分水銀后A側空氣柱的長度。(2)此后再向B側注入水銀,使A、B兩側的水銀面達到同一高度,求注入的水銀在管內的長度?！窘馕觥?1)選A側空氣柱為研究對象p1=p0+ph=cmHg+cmHg=78cmHgV1=lS=S×cm放出部分水銀后p2=p0-ph1=cmHg=65cmHg由玻意耳定律可得p1V1=p2V2,l2=QUOTE=cm。(2)當A、B兩側的水銀面達到同一高度時p3=p0=75cmHg由玻意耳定律可得p1V1=p3V3l3=QUOTE=cm則注入的水銀在管內的長度l'=h1+2×(l2-l3)=cm。答案:(1)cm(2)cm2.(能力拔高題)如圖所示,豎直放置的導熱汽缸,活塞橫截面積為S=m2,可在汽缸內無摩擦滑動。汽缸側壁有一個小孔與裝有水銀的U形玻璃管相通,汽缸內封閉了一段高為H=70cm的氣柱(U形管內的氣體體積不計)。已知活塞質量m=kg,大氣壓強p0=105Pa,水銀密度ρ=×103kg/m3,g=10m/s2。(1)求U形管中左管與右管的水銀面的高度差h1;(2)在活塞上加一豎直向上的拉力使U形管中左管水銀面高出右管水銀面h2=5cm,求活塞平衡時與汽缸底部的高度h?！窘馕觥?1)以活塞為研究對象,根據(jù)平衡p0S+mg=pS得p=p0+QUOTE,而p=p0+ρgh1所以有QUOTE=ρgh1代入數(shù)據(jù)解得h1=5cm;(2)活塞上加一豎直向上的拉力,U形管中左管水銀面高出右管水銀面h2=5cm,則封閉氣體的壓強為p2=p0-ρgh2=93200Pa初始時封閉氣體的壓強為p1=p0+QUOTE=106800Pa汽缸內的氣體發(fā)生的是等溫變化,根據(jù)玻意耳定律,有p1V1=p2V2代入數(shù)據(jù)解得h=80cm。答案:(1)5cm(2)80cm考點四氣體實驗定律的微觀解釋(綜合遷移類)1.氣體分子運動的特點:2.氣體壓強的決定因素:(1)如圖所示,設容器內氣體分子的質量為m,分子平均速率為QUOTE,則氣體分子平均動能QUOTE=QUOTEmQUOTE;單位體積內氣體分子數(shù)(或分子數(shù)密度)為n,由于任一時刻向每個方向上運動的氣體分子數(shù)均等,則在單位時間Δt內碰撞器壁單位面積ΔS的氣體分子總數(shù)為N0=QUOTEnQUOTEΔtΔS;(2)設分子垂直碰撞器壁且為彈性碰撞,一次碰撞過程中每個氣體分子動量的改變量大小為2mQUOTE。設這些分子對器壁面積ΔS產生的平均壓力為F,由牛頓第三定律知,器壁對這些氣體分子的平均作用力大小為F'=F;由動量定理有:F'Δt=N0·2mQUOTE容器內氣體產生的壓強為:p=QUOTE由以上幾式可得:p=QUOTEnmQUOTE=QUOTEnQUOTE(3)由上式可知,氣體壓強決定因素是分子的平均速率與分子的密集程度。氣體分子運動特點【典例8】(多選)(2023·全國卷Ⅰ改編)氧氣分子在0℃和100℃溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列說法正確的是 ()A.圖中兩條曲線下面積相等B.圖中虛線對應于氧氣分子平均動能較小的情形C.圖中實線對應于氧氣分子在100℃時的情形D.圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目【解析】選A、B、C。根據(jù)氣體分子單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化曲線的意義可知,題圖中兩條曲線下面積相等,選項A正確;題圖中虛線占百分比較大的分子速率較小,所以對應于氧氣分子平均動能較小的情形,選項B正確;題圖中實線占百分比較大的分子速率較大,分子平均動能較大,根據(jù)溫度是分子平均動能的標志,可知實線對應于氧氣分子在100℃時的情形,選項C正確;根據(jù)分子速率分布圖可知,題圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目占總分子數(shù)的百分比,不能得出任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目,選項D錯誤。氣體壓強的微觀解釋【典例9】負壓病房是收治傳染性極強的呼吸道疾病病人所用的醫(yī)療設施,可以大大減少醫(yī)務人員被感染的機會,病房中氣壓小于外界環(huán)境的大氣壓。若負壓病房的溫度和外界溫度相同,負壓病房內氣體和外界環(huán)境中氣體都可以看成理想氣體,則以下說法正確的是 ()A.負壓病房內氣體分子的平均動能小于外界環(huán)境中氣體分子的平均動能B.負壓病房內每個氣體分子的運動速率都小于外界環(huán)境中氣體分子的運動速率C.負壓病房內單位體積氣體分子的個數(shù)小于外界環(huán)境中單位體積氣體分子的個數(shù)D.相同面積負壓病房內壁受到的氣體壓力等于外壁受到的氣體壓力【解析】選C。溫度是氣體分子平均動能的標志,負壓病房的溫度和外界溫度相同,故負壓病房內氣體分子的平均動能等于外界環(huán)境中氣體分子的平均動能,A錯誤;但是負壓病房內每個氣體分子的運動速率不一定小于外界環(huán)境中每個氣體分子的運動速率,B錯誤;決定氣體分子壓強的微觀因素是單位體積氣體分子數(shù)和氣體分子撞擊器壁力度,現(xiàn)內外溫度相等,即氣體分子平均動能相等(撞擊力度相等),壓強要減小形成負壓,則要求負壓病房內單位體積氣體分子的個數(shù)小于外界環(huán)境中單位體積氣體分子的個數(shù),C正確;壓力F=pS,內外壓強不等,相同面積負壓病房內壁受到的氣體壓力小于外壁受到的氣體壓力,D錯誤。1.(氣體分子速率的分布規(guī)律)1859年麥克斯韋從理論上推導出了氣體分子速率的分布規(guī)律,后來有許多實驗驗證了這一規(guī)律。若以橫坐標v表示分子速率,縱坐標f(v)表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比。下面四幅圖中能正確表示某一溫度下氣體分子速率分布規(guī)律的是 ()【解析】選D。根據(jù)氣體分子的運動規(guī)律可以知道,在某一溫度下,大多數(shù)的分子的速率是比較接近的,但是,不是說速率大的和速率小的就沒有了,也是同時存在的,但是分子的個數(shù)要少很多,所以形成的圖象應該是中間多,兩邊少的情況,所以D正確。2.(碰撞次數(shù))對一定質量的氣體,若用N表示單位時間內