1、选修 3-3 第十一章 热学第二讲 气体定律 物态和物态变化考点知识诊断 热点题型探究 难点能力突破 课后作业 考点知识诊断知识清单一、气体的状态参量1温度 T.宏观上：表示物体的微观上：是大量分子_1 冷热程度2 热运动的剧烈程度2体积 V.体积是指气体分子所能达到的空间，即气体所充满容器的_3压强 p.(1)定义：器壁_上受到的压力，就是气体压强3 容积4 单位面积(2)气体压强的产生：它是气体分子_碰撞器壁而给器壁的一个_的压力(3)气体压强的决定因素：宏观上看，压强决定于和_；微观上看，压强决定于_和_5 大量6 不断7 持续8 温度10 分子的平均动能9 体积11 分子密度(4)单位
2、：帕斯卡(Pa)，1 Pa1 N/m2.一定质量的气体，如果温度、体积和压强这三个量都不变，就说气体处于一定的状态，气体状态变化时，只有一个状态参量改变是，至少两个或三个参量同时改变12 不可能的二、气体实验定律1玻意耳定律(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，压强和体积的乘积保持不变此即玻意耳定律(2)数学表达式：pVC(常量)，或 p1V1p2V2.(3)适用条件：气体质量不变、温度不变；气体温度不太低、压强不太大(4)等温线(pV 图像或 p1V图像，如图、所示)想一想 等温线的意义是什么？2查理定律(1)内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下
3、，它的压强跟热力学温度成正比，这个规律叫做查理定律(2)数学表达式：pTC.对于一定质量的某种气体，在两个确定的状态(p1、V0、T1)和(p2、V0、T2)下有p1T1p2T2或p1p2T1T2.(3)成立条件：温度不太低(与室温相比)；压强不太大(与大气压相比)；气体的质量保持不变；气体的体积保持不变(4)等容变化的图像由函数式 pCT 可知，在 pT 坐标系中，等容线是一条通过坐标原点的倾斜的直线，如图所示；必须明确：质量一定的气体，不同等容线的直线斜率不同，斜率越小，体积越大，如图所示，V2V1.三、理想气体1理想气体(1)严格遵守气体实验定律的气体叫做理想气体事实上，玻意耳定律和查理
4、定律等实验定律，都是在压强不太大、温度不太低的条件下总结出来的当压强很大、温度很低时，由气体实验定律得出的结果与实验测量的结果有很大的差别(2)理想气体的分子模型：理想气体是为了研究问题的方便而建立的一种理想化模型其微观模型是：分子本身无大小；分子间除碰撞外不计分子之间的相互作用力，无分子势能，内能只与温度有关；分子间的碰撞看成弹性碰撞(3)实际气体在温度不太低、压强不太大时，可近似看作理想气体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 恒量，或p1V1T1 p2V2T2
5、.四、气体热现象的微观意义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TaE k式中 a 是比例常数可见物质分子的平均动能取决于温度，与
6、物质机械运动情况无关3气体压强的微观解释：气体的压强是由气体中大量做无规则热运动的分子对器壁频繁持续的碰撞产生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
7、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五、固体1固体可以分为和两类晶体又分为单晶体和多晶体2晶体和非晶体的区别(1)在外形上，晶体具有规则的，而非晶体则没有13 晶体14 非晶体15 几何外形(2)在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性(3)晶体具有一定的熔点，而非晶体则没有一定的熔点3晶体和非晶体可以互相转化，许多物质既可以以晶体形式存在，又可以以非晶体的形式存在4晶体微观结构(1)微观结构理论的内容：组成晶体的物质微粒，依照一定的规律在空间中整齐地排列晶体中物质微粒的相互作用，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离，微粒的热运动表现为在一定的平
8、衡位置附近不停地做的振动16 很强17 微小(2)假说的根据是晶体外形的规则性和物理性质和各向异性(3)实验证实：人们用X射线和电子显微镜对晶体的内部结构研究，证实了假说的正确性六、液体1液体分子间距离介于气体分子间距离和固体分子间距离之间，这种微观结构决定了液体的性质介于气体和固体之间，它一方面像固体具有一定的体积另一方面又像气体没有一定的形状，液体表现出各向同性2在温度相同的情况下，液体扩散速度要比固体扩散速度3液体与气体接触的表面存在的一个薄层叫18 快19 表面层4液体各部分间相互吸引的力叫因为表面层内分子间距离比液体内分子间距离大，而液体内部分子引力和斥力在通常情况下可认为等于零，所
9、以表面层内分子之间表现为引力，从而一部分液面与另一部分液面有相互作用力，液面的表面张力使液面具有收缩的趋势20 表面张力5一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫，相反叫做6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称为现象对于一定的液体和一定材质的管壁，管的内径越细液体所能达到的高度越高21 浸润22 不浸润23 毛细七、液晶1液晶态的分子排列组成晶体的物质微粒(分子、原子或离子)依照一定的规律在空间有序排列，构成空间点阵，所以表现为各向异性液体却表现为分子排列无序性和流动性液晶呢？分子既保持排列有序性，保持各向，又可以自由移动，位置无序，因此也保持了流动性2
10、4 异性2液晶的特点液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体3液晶的光学性质对外界条件的变化反应敏捷液晶分子的排列是不稳定的，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化，因而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等，都可以改变液晶的光学性质如计算器的显示屏，外加电压使液晶由透明状态变为混浊状态4液晶的外形特征液晶物质都具有较大的分子，分子形状通常是棒状分子、碟状分子、平板状分子八、饱和汽和饱和气压1汽化是指物质液态变气态的过程，它有两种方式和二者的区别是蒸发只发生在液体的表面，任何温度下都能发生，沸腾是在液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象沸腾只在一定温
11、度下才会发生25 蒸发26 沸腾2饱和汽是指处于动态平衡的蒸汽；饱和汽所具有的压强叫饱和气压3绝对湿度是指空气中水蒸气的压强；相对湿度水蒸气的实际压强同温下水的饱和气压.考点诊断1.如图，一绝热容器被隔板 K 隔开成 a、b 两部分已知 a内有一定量的稀薄气体，b 内为真空抽开隔板 K 后，a 内气体进入 b，最终达到平衡状态在此过程中()A气体对外界做功，内能减少B气体不做功，内能不变C气体压强变小，温度降低D气体压强变小，温度不变解析 由于 b 内为真空，容器绝热，所以 a 内气体进入b 时不做功，且内能不变，温度不变，选项 B 正确，A、C 错误；根据气体压强微观解释可知，气体等温膨胀，
12、则压强变小，选项 D 正确答案 BD2下列说法正确的是()A气体对器壁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B气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量C气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小D单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大解析 由气体压强的微观解释知，A 对；单位时间的平均冲量是平均作用力不是压强，B 错；气体压强的大小与气体分子的平均动能和单位体积的分子数两个因素有关，C 错，D 错答案 A3关于理想气体的性质下列说法中正确的是()A理想气体是一种假想的物理模型，实际并不存在B理想气体的存在是一种人为规定，即它是一种严格遵守气体实
13、验定律的气体C一定质量的理想气体，内能增大，其温度一定升高D氦是液化温度最低的气体，任何情况下均可当理想气体答案 ABC4液体表面张力产生的原因是()A液体表面层分子较紧密，分子间斥力大于引力B液体表面层分子较紧密，分子间引力大于斥力C液体表面层分子较稀疏，分子间引力大于斥力D液体表面层分子较稀疏，分子间斥力大于引力解析 液体表面层分子间距离介于气体和液体之间液体分子力可认为为零则表面层分子力表现为引力，故 C 正确答案 C51859 年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来有许多实验验证了这一规律若以横坐标 v表示分子速率，纵坐标 f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分
14、比下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是()解析 分子的速率分布遵循“中间多、两头少”的统计规律，即分子平均速率附近的分子最多，与平均速率差距越大的分子较少，所以选项 D 正确答案 D热点题型探究题型归纳题型一气体压强的计算【例1】高压锅的锅盖通过几个牙齿状的锅齿与锅镶嵌旋紧，锅盖与锅之间有橡皮制的密封圈，不会漏气，锅盖中间有一排气孔，上面可套上类似砝码的限压阀将排气孔堵住，当加热高压锅(锅内有水)，锅内气体压强增加到一定程度时，气体就把限压阀顶起来，蒸气即从排气孔排出锅外，已知某高压锅的限压阀的质量为0.1kg，排气孔的直径为0.3cm，则锅内气体的压强最大可达多少？设压强
15、每增加3.6103Pa，水的沸点相应增加1，则锅内的最高温度可达多高？解析 锅内气体的最大压强为 pp0mgSm0.1 kgSd24 143.14(0.3102)2m27.1106m2取 p0105 Pa，解得 p(105 0.19.87.1106)Pa2.4105 Pa因压强变化 ppp01.4105 Pa，故水的沸点增加t1.41053.61031 39 所以，锅内的最高温度可达 139.答案 2.4105 Pa 139 点评 在确定气体压强时，要看系统所处的状态：若平衡，由平衡条件求解，若有加速度，由牛顿第二定律列式求解变式训练 1 如图所示，一个横截面积为 S 的圆筒形容器竖直放置，金
16、属圆板 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，圆板的质量为 M，不计圆板与容器内壁的摩擦若大气压强为 p0，则被圆板封闭在容器中的气体的压强等于多少？解析 以封闭气体的圆板为研究对象受力分析如图所示其中S Scos 由竖直方向受力平衡可知pScosMgp0S由得pp0MgS.答案 p0MgS题型二气体实验定律的有关计算【例 2】内壁光滑的导热汽缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为 1.0105Pa，体积为 2.0103m3 的理想气体，现在活塞上方缓缓倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半，然后将汽缸移出水槽，缓慢加热，使气体温度变为 127
17、.(1)求汽缸内气体的最终体积；(2)在图上画出整个过程中汽缸内气体的状态变化(大气压强为 1.0105Pa)解析(1)在活塞上方倒沙的全过程中温度保持不变，即p0V0p1V1由式解得p1V0V1p02.01031.01031.0105Pa2.0105Pa在缓慢加热到127的过程中压强保持不变，则V1T0V2T2所以V2T2T0V12731272731.0103m31.47103m3.(2)如图所示答案(1)1.47103m3(2)见解析图点评 在一定质量的气体状态参量发生变化的过程中一定要明确是哪个参量保持不变本例中涉及气体常见的三种变化过程封闭气体的压强的确定是解题的关键，一定要以与气体相
18、连的液柱或活塞为研究对象，分析它们的变化情况变式训练 2 如图所示，一开口汽缸内盛有密度为 的某种液体；一长为 l 的粗细均匀的小瓶底朝上漂浮在液体中，平衡时小瓶露出液面的部分和进入小瓶中液柱的长度均为 l4.现用活塞将汽缸封闭(图中未画出)，使活塞缓慢向下运动，各部分气体的温度均保持不变当小瓶的底部恰好与液面相平时，进入小瓶中的液柱长度为 l2，求此时汽缸内气体的压强(大气压强为 p0，重力加速度为 g)解析 设当小瓶内气体的长度为34l 时，压强为 p1；当小瓶的底部恰好与液面相平时，瓶内气体的压强为 p2，汽缸内气体的压强为 p3.依题意 p1p012gl由玻意耳定律 p13l4Sp2l
19、12 S式中 S 为小瓶的横截面积联立两式，得 p232(p012gl)又有 p2p312gl联立式，得 p332p0gl4.答案 32p0gl4题型三判断水银柱的移动问题【例3】如图所示，粗细均匀，两端封闭的玻璃管中有一段水银，将空气隔成不等长的A、B两部分，若使管内两部分气体的温度同时升高相同的温度，则管内的水银柱将向哪个方向移动？命题意图 考查水银柱移动方向的判定解析 解法一 假设法 假设上下两部分气体体积不变，做等容变化，升温前后的温度为 T、TT，压强分别为pA、pA，pB、pB.对于 A 气体，根据查理定律得pApA TTT，得 pATTTpApApApATT pA同理，对于 B
20、气体也可得 pBTT pBpApBhpB，pApB水银柱向上移动解法二 极限分析法 由于升温前 pApB.让 pB 趋于零，则温度升高，pA 增大，水银柱上升答案 水银柱向上移动变式训练 3 如图所示，一定质量的空气被水银封闭在静置于竖直平面的 U 形玻璃管内，右管上端开口且足够长，右管内水银面比左管内水银面高 h，能使 h 变大的原因是()A环境温度升高B大气压强升高C沿管壁向右管内加入水银DU 形玻璃管自由下落解析 当环境温度升高时，左端封闭的气体体积要增大，h 增大，A 正确；大气压强升高，封闭气体压强增大，体积缩小，h 减小，B 不正确；沿 U 形管加入水银，封闭气体的压强增大，平衡时
21、，内外水银高度差增大，C 正确；U 形管自由下落时，水银重力产生加速度，而不产生压力，由于原来封闭气体的压强大于大气压强，体积膨胀，h 增大，D 正确答案 ACD题型四液体的性质及应用【例4】下列现象中，是由于液体的表面张力造成的有()A船浮于水面上B硬币或钢针浮于水面上C肥皂泡呈球形D游泳时弄湿了头发沾在一起E熔化的铁水注入内空且为球形的砂箱，冷却后铸成一个铁球F脱湿衣服感觉很费劲G绸布伞有缝隙但不漏雨水H锋利的玻璃片，用酒精灯烧一定时间后变钝了解析 A选项中船浮于水面是浮力造成的；E选项中铁球的形状决定于砂箱的形状；F选项中脱湿衣服费劲是附着力造成的故上述三个选项不符合题意答案 BCDGH
22、 变式训练4 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 难点能力突破难点突破一、气体的压强的计算方法1静止或匀速运动系统中压强的计算方法(1)参考液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体压强(2)力平衡法：选与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程求气体的压强(3)利用连通器原理，在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等2加速运动系统中封闭气体压强的计算方法牛顿第二定律法，选与气体接触
23、的液柱或活塞为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解二、理想气体模型的理解1宏观上讲：理想气体是指在任何条件下都遵循实验定律的气体，实际气体在压强不太大(与大气压相比)，温度不太低(与室温相比)的情况下，可视为理想气体2微观上讲：理想气体除分子碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，可视为质点由于理想气体间无作用力，故无分子势能，于是理想气体的内能只有分子无规则运动的动能，因此一定质量的理想气体的内能完全由温度决定3理想气体是不存在的，它是实际气体一定程度的近似，是一种理想化的物理模型，一些不易液化的气体如氢气、氧气、氮气、氦气，在通常温度、压强条件下，它们的性质很近似于理想气体，可
24、把它们当做理想气体处理，误差很小三、气体实验定律和状态方程的关系1对一定质量的理想气体，当三个参数同时变化时，遵从状态方程p1V1T1 p2V2T2 2对一定质量的理想气体，当温度不变时，即 T1T2，由式得 p1V1p2V2此即玻意耳定律，由状态方程可知温度越高，p、V 乘积越大，故在 pV 图像上离原点 O 越远的等温线，对应的温度越高3对一定质量的理想气体，当体积不变时，即 V1V2，由式得p1T1p2T2此即查理定律，由状态方程可知pT值与 V 成反比，故在 pT 图像上等容线的斜率pT越大，V 越小(4)对一定质量的理想气体，当压强不变时，对 p1p2 由式得V1T1V2T2此即盖吕
25、萨克定律，由状态方程可知VT值与 p 成反比，故在 VT 图像上等压线的斜率VT越大，p 越小综上所述气体实验定律可看作状态方程的特例四、应用状态方程解题的一般步骤1明确研究对象，即质量一定的那部分气体或两部分气体2确定每部分气体的始末状态参量 p1、V1、T1 及 p2、V2、T2.3建立状态方程，对相关联的两部分气体还要列出压强、体积间的关系的辅助方程4讨论结果的合理性.高考能力考向 1 气体 1.(2011上海)如图，一定质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先增大后减小解析 本题考查气体状态方程，要求学生运用 pVCT分析
26、 VT 图像从图中可看出气体从状态 ab 的过程中体积 V 减小，温度 T 增大，故压强 p 增大，A 对答案 A2(2011山东)气体温度计结构如图所示玻璃测温泡 A内充有理想气体，通过细玻璃管 B 和水银压强计相连开始时 A 处于冰水混合物中，左管 C 中水银面在 O 点处，右管 D中水银面高出 O 点 h114 cm.后将 A 放入待测恒温槽中，上下移动 D，使 C 中水银面仍在 O 点处，测得 D 中水银面高出 O 点 h244 cm.(已知外界大气压为 1 个标准大气压，1个标准大气压相当于 76 cmHg)(1)求恒温槽的温度(2)此过程 A 内气体内能_(填“增大”或“减小”)，
27、气体不对外做功，气体将_(填“吸热”或“放热”)解析 本题主要考查查理定律和热力学第一定律，意在考查考生应用气体实验定律解决问题的能力和应用热力学第一定律讨论热学问题的能力(1)设恒温槽的温度为 T2，由题意知 T1273 KA 内气体发生等容变化，根据查理定律得p1T1p2T2p1p0ph1p2p0ph2联立式，代入数据得T2346 K(或 91)(2)增大 吸热答案(1)346 K(或 91)(2)增大 吸热3(2011上海)如图，绝热汽缸 A 与导热汽缸 B 均固定于地面，由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦两汽缸内装有处于平衡状态的理想气体，开始时体积均为 V0、温度均为 T0.缓
28、慢加热 A 中气体，停止加热达到稳定后，A 中气体压强为原来的 1.2 倍设环境温度始终保持不变，求汽缸 A中气体的体积 VA 和温度 TA.解析 设初态压强为 p0，膨胀后 A，B 压强相等pB1.2p0B 中气体始末状态温度相等p0V01.2p0(2V0VA)VA76V0A 中气体满足p0V0T0 1.2p0VATATA1.4T0.答案 76V0 1.4T0考向2固体和液体4.(2011山东)人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程，以下说法正确的是()A液体的分子势能与体积有关B晶体的物理性质都是各向异性的C温度升高，每个分子的动能都增大D露珠呈球状是由于液体表面张力的作用 解析
29、 本题主要考查分子动理论和晶体、液体的特点，意在考查考生对分子动理论、晶体、液体特点的识记液体分子的势能与体积有关，A正确多晶体的物理性质是各向同性，B错温度升高时，分子的平均动能增大，但并非是每个分子的动能都增大，C错由于液体的表面张力作用，露珠呈球形，D正确 答案 AD5(2011海南)关于空气湿度，下列说法正确的是()A当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大B当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小C空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示D空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比解析 本题考查热学中的基本概念，意在考查考生对课本中基本知识点的记忆C项是课本中的定义，B项也是课本上讲的例子，干燥的原因是空气的相对湿度较小，B项对答案 BC 6.(2011福建)如图所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T.从图中可以确定的是()A晶体和非晶体均存在固定的熔点T0B曲线M的bc段表示固液共存状态C曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态D曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态解析 本题主要考查晶体和非晶体的熔化图像，意在考查考生应用图像分析问题的能力晶体与非晶体间关键区别在于晶体存在固定的熔点，固液共存态时吸热且温度不变，而非晶体没有B正确答案 B 课后作业