选修3-3固体、液体和气体 期末复习学案Word版含答案

固体、液体和气体
知识点一　固体、液体
1．晶体与非晶体的比较
分类 比较 晶体 非晶体
单晶体 多晶体
外形 规则 不规则 不规则
熔点 确定 确定 不确定
物理性质 各向异性 各向同性 各向同性
转化 晶体和非晶体在一定条件下可以转化
典型物质 石英、云母、明矾、食盐 玻璃、橡胶
2.液体和液晶
(1)液体的表面张力
作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势。
方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直。
(2)毛细现象是指浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，毛细管越细，毛细现象越明显。
(3)液晶的物理性质
具有液体的流动性。
具有晶体的光学各向异性。
从某个方向看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的。
3、饱和汽、饱和汽压和相对湿度
(1)饱和汽与未饱和汽
饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽。
未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽。
(2)饱和汽压
定义：饱和汽所具有的压强。
特点：液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。
(3)相对湿度
空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比。
即：相对湿度＝。
知识点二　气体
1．气体压强
(1)产生的原因
由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强。
(2)决定因素
①宏观上：决定于气体的温度和体积。
②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度。
2．气体实验定律
玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律
内容 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比
表达式 p1V1＝p2V2 ＝或＝ ＝或＝
图象


3.理想气体的状态方程
(1)理想气体
①宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体。
②微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，即分子间无分子势能。
(2)理想气体的状态方程
一定质量的理想气体状态方程：＝或＝C。
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．气体实验定律的微观解释
(1)等温变化
一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变。在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强增大。
(2)等容变化
一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强增大。
(3)等压变化
一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大。只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变。
例1　下列说法正确的是(　　)
A．悬浮在液体中的微粒越小，在液体分子的撞击下越容易保持平衡
B．荷叶上的小水珠呈球形是由于液体表面张力的作用
C．物体内所有分子的热运动动能之和叫做物体的内能
D．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度不一定较大
E．一定质量的理想气体先经等容降温，再经等温压缩，压强可以回到初始的数值
【解析】 做布朗运动的微粒越小，在液体分子的撞击下越不容易保持平衡，故A错误；荷叶上的小水珠呈球形是由于液体表面张力的作用，故B正确；物体内所有分子的热运动动能之和与分子势能的总和叫做物体的内能，故C错误；潮湿与空气的相对湿度有关，与绝对湿度无关，当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度不一定较大，故D正确；根据理想气体的状态方程：＝C可知，一定质量的理想气体先经等容降温，压强减小；再经等温压缩，压强又增大，所以压强可以回到初始的数值，故E正确。
【答案】 BDE
例2　若已知大气压强为p0，在下图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭气体的压强。
【答案】 甲：p0－ρgh　乙：p0－ρgh　丙：p0－ρgh
丁：p0＋ρgh1
解析在甲图中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知p甲S＝－ρghS＋p0S
所以p甲＝p0－ρgh
在图乙中，以B液面为研究对象，由平衡方程F上＝F下有：
pAS＋ρghS＝p0S
p乙＝pA＝p0－ρgh
在图丙中，仍以B液面为研究对象，有
pA′＋ρgh sin 60°＝p0
所以p丙＝pA′＝p0－ρgh
在图丁中，以液面A为研究对象，由二力平衡得
p丁S＝(p0＋ρgh1)S
所以p丁＝p0＋ρgh1
例3　如图甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V－T图象。已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。
(1)写出A→B过程中压强变化的情形，并根据图象提供的信息，计算图甲中TA的温度值；
(2)请在图乙坐标系中，作出该气体由状态A经过状态B变为状态C的p－T图象，并在图线相应的位置上标出字母A、B、C。如果需要计算才能确定的有关坐标值，请写出计算过程。
【解析】 (1)从题图甲可以看出，A与B连线的延长线过原点，所以A→B是一个等压变化，即pA＝pB
根据盖—吕萨克定律可得＝
所以TA＝TB＝×300 K＝200 K
(2)由题图甲可知，B→C是等容变化，根据查理定律得＝
所以pC＝pB＝×1.5×105 Pa＝2.0×105 Pa
则可画出状态A→B→C的p－T图象如图所示。
【答案】 见解析。
1．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体
B．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质
C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体
E．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变
2．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．液面表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部
B．单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点
C．单晶体中原子(或分子、离子)的排列具有空间周期性
D．通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体
E．液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征
3．竖直平面内有如图所示的均匀玻璃管，内用两段水银柱封闭两段空气柱a、b，各段水银柱高度如图所示，大气压为p0，求空气柱a、b的压强各多大。
4．(2019全国卷Ⅰ)热等静压设备广泛用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改部其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13 m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10－2 m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107 Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106 Pa；室温温度为27 ℃。氩气可视为理想气体。
(ⅰ)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；
(ⅱ)将压入氩气后的炉腔加热到1 227 ℃，求此时炉腔中气体的压强。
1．(多选)对下列几种固体物质的认识，正确的有(　　)
A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体
B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体
C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则
D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同
2．(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．空气中水蒸气的实际压强与饱和汽压相差越大，越有利于水的蒸发
B．布朗运动是液体分子的运动，说明液体分子永不停息地做无规则热运动
C．水杯里的水面超出杯口但不溢出，是由于水的表面张力作用
D．单晶体具有物理性质各向异性的特征
E．温度升高，物体所有分子的动能都增大
3．(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．物体体积增大时，其分子势能一定增大
B．只要物体温度升高，其分子平均动能就一定变大
C．空气绝对湿度不变时，温度越高，相对湿度越小
D．给自行车打气越打越困难，主要是因为气体分子间斥力越来越大
E．液体表面层分子比内部分子稀疏，因此液体表面有收缩的趋势
4．(多选)关于晶体、液晶和饱和汽的理解，下列说法正确的是(　　)
A．晶体的分子排列都是有规则的
B．液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点
C．饱和汽压与温度和体积都有关
D．相对湿度越大，空气中水蒸气越接近饱和
E．对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大
5．(多选)一定质量的理想气体经历一系列变化过程，如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．b→c过程中，气体压强不变，体积增大
B．a→b过程中，气体体积增大，压强减小
C．c→a过程中，气体压强增大，体积不变
D．c→a过程中，气体内能增大，体积变小
E．c→a过程中， 气体从外界吸热，内能增大
6．下图为一定质量理想气体的压强p与体积V的关系图象，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C。设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则下列关系式中正确的是(　　)
A．TAB．TA>TB，TB＝TC
C．TA>TB，TBD．TA＝TB，TB>TC
7．如图，一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，在此过程中，其压强(　　)
A．逐渐增大
B．逐渐减小
C．始终不变
D．先增大后减小
8．(1)在高原地区烧水需要使用高压锅，水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽，停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却，在冷却过程中，锅内水蒸气的变化情况为____。
A．压强变小　　　　　　 B．压强不变
C．一直是饱和汽 D．变为未饱和汽
(2)如图甲所示，在斯特林循环的p－V图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成．B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目________(选填“增大”“减小”或“不变”)，状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图乙所示，则状态A对应的是________(选填“①”或“②”)。
(3)如图甲所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J，在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J。求气体完成一次循环对外界所做的功。
9．如图所示，足够长的圆柱形汽缸竖直放置，其横截面积为S＝1×10－3 m2，汽缸内有质量m＝2 kg的活塞，活塞与汽缸壁封闭良好，不计摩擦。开始时活塞被销子K销于如图位置，离缸底高度L1＝12 cm，此时汽缸内被封闭气体的压强p1＝1.5×105 Pa，温度T1＝300 K，外界大气压p0＝1.0×105 Pa，g＝10 m/s2。
(1)现对密闭气体加热，当温度升到T2＝400 K。其压强p2多大？
(2)若在此时拔去销子K，活塞开始向上运动，当它最后静止在某一位置时，汽缸内气体的温度降为T3＝360 K，则这时活塞离缸底的距离L3为多少？
(3)保持气体温度为360 K不变，让汽缸和活塞一起在竖直方向做匀变速直线运动，为使活塞能停留在离缸底L4＝16 cm处，则求汽缸和活塞应做匀加速直线运动的加速度a的大小及方向。
　固体、液体和气体
课堂练习
1．BCD　2.CE
3．【答案】pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3)　pb＝p0＋ρg(h2－h1)
【解析】从开口端开始计算，右端大气压为p0，同种液体同一水平面上的压强相同，所以b气柱的压强为pb＝p0＋ρg(h2－h1)，而a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)。
4．【解析】(ⅰ)设初始时每瓶气体的体积为V0，压强为p0；使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时，其体积膨胀为V1。由玻意耳定律
p0V0＝p1V1 ①
被压入进炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为
V1′＝V1－V0②
设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2，体积为V2。由玻意耳定律
p2V2＝10p1V1′③
联立①②③式并代入题给数据得
p2＝3.2×107 Pa④
(ⅱ)设加热前炉腔的温度为T0，加热后炉腔温度为T1，气体压强为p3，由查理定律
＝⑤
联立④⑤式并代入题给数据得
p3＝1.6×108 Pa⑥
课后练习
1．AD　2.ACD　3.BCE　4.BDE　5.BCE　6.C　7.A
8．(1)AC　(2)不变　①　(3)8 J
9．【答案】(1)2.0×105 Pa　(2)18 cm　(3)7.5 m/s2，方向向上
【解析】(1)等容变化：＝，解得p2＝2.0×105 Pa
(2)活塞受力平衡，故封闭气体压强
p3＝p0＋＝1.2×105 Pa
根据理想气体状态方程，有＝，又V2＝L1S，V3＝L3S，解得：L3＝18 cm
(3)等温变化：p3V3＝p4V4，解得p4＝1.35×105 Pa
应向上做匀加速直线运动
对活塞，由牛顿第二定律：p4S－p0S－mg＝ma
解得：a＝7.5 m/s2。