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1、1固体、液体和气体 气体三定律一、固体和液体一、固体和液体1. 固体:具有一定的形状和体积,不易压缩。 (1)固体可分为晶体和非晶体,晶体又分为单晶体和多晶体。 (2)单晶体:有规则的几何形状,各向异性,有确定熔点。 多晶体:没有规则的几何形状,不显示各向异性,有确定的熔点。 (3)非晶体:没有规则的几何形状,各向同性,没有一定的熔点。晶体和非晶体可以相互转化。 (4)固体的微观结构:组成晶体的物质粒子依照一定规律在空间整齐排列,粒子在其平衡位置附近做微振 动。 (5)晶体的特性可以用固体的微观结构来解释。 (6)固体新材料如半导体材料、磁存储材料、纳米材料等。2. 液体:有一定的体积,无一定
2、的形状,不易压缩。 (1)液体的微观结构:液体分子排列是部分有序,整体无序。 (2)液体的微观结构可解释液体表现出的各向异性。 (3)液体的表面张力是表面层内分子力作用的结果,是液体表面具有收缩趋势的原因。3. 液晶(1)液晶是一种介于固态和液态之间的中间态物质。 (2)液晶是现代应用广泛的新型材料。 二、气体的状态参量二、气体的状态参量1. 温度(T 或 t) (1)意义:宏观上表示物体的冷热程度,微观上表示物体中分子平均动能的大小。 (2)数值表示法 摄氏温标 t:单位,在 1 个标准大气压下,水的冰点为 0,沸点为 100。 热力学温标 T:单位 K,把-273作为 0K。 就每一度表示
3、的温标变化来说,两种温标是相同的,只是零值起点不同,所以二者关系: ,T=t。K273tT2. 体积 V:指气体分子所能达到的空间,即气体所充满容器的容积。单位:。3m 。 mLcm10Ldm10m1363333. 压强 (1)定义:器壁单位面积上受到的压力就是气体的压强。 (2)微观意义:它是大量气体分子对容器器壁的撞击产生的,决定于单位体积内的分子数和分子的平均动 能。(3)单位:帕斯卡(Pa) 。atm1cmHg76Pa10013. 154. 气体的状态 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 有一个参量改变是不可能的,至少两个或者
4、三个参量同时改变。 三、气体实验定律三、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:(常量)或。CpV 2211VpVp(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(或 p-V 图象或图象如图)V1p 22. 查理定律 (1)等容变化:气体在体积保持不变的情况下发生的状态变化,叫做等容变化。 (2)实验结论:实验表明:一定质量的气体,在体积保持不变的情况下,它的压强随着温度的升高而增大, 随着温度的降低而减小。 (3)查理定律 内容:一
5、定质量的某种气体,在体积不变的情况下,它的压强跟热力学温度成正比,这个规律叫查理定律。数学表达式:CTp对于一定质量的某种气体,在两个确定的状态 I(、)和 II(、)1p0V1T2p0V2T有:或。2211 Tp Tp 2121 TT pp成立条件:a. 温度不太低(与室温相比) ;b. 压强不太高(与大气压相比) ;c. 气体的质量保持不变;d. 气体的体积保持不变。 (4)等容变化图象 由函数式可知,在坐标系中,等容线是一条通过坐标原点的倾斜的直线,如图所示。CTp Tp 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,。12VV 3. 盖吕萨克定律 (
6、1)等压变化:气体在压强不变的情况下发生的状态变化叫等压变化。 (2)盖吕萨克定律 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正比。 数学表达式:或。CTV2211 TV TV(3)等压变化图象:由得,在坐标系中,等压线是一条通过坐标原点的倾斜的直线,对CTVCTV TV 于一定质量的气体,不同等压线的斜率不同,斜率越小,压强越大,如图所示,。12pp 四、饱和蒸汽和空气的湿度1. 饱和汽和未饱和汽 当蒸汽的密度达到一定值以后,液体和蒸汽之间达到了动态平衡(单位时间内,出入液面的分子数相同) , 这种状态的气体叫做饱和蒸汽。尚未达到平衡状态的气体称为未饱和蒸汽,在一定温度下
7、,饱和蒸汽的密度是一 定的,未饱和蒸汽的密度小于饱和蒸汽的密度。2. 饱和汽压:饱和汽所具有的压强,叫做这种液体的饱和汽压,实验得出以下结论: (1)在相同的温度下,不同液体的饱和汽压一般是不同的,挥发性大的液体,饱和汽压大。3(2)饱和汽压随温度的升高而升高。 (3)饱和汽压与其体积大小无关。3. 空气湿度:空气中所含水蒸气的压强表征空气的绝对湿度,某一温度下,空气中水蒸气的实际压强与该温 度下水的饱和汽压的百分比叫做这时空气的相对湿度,一般说来,相对湿度为 40%60%时,是我国大多数人民 感觉理想舒适的气候环境。 相对湿度的计算式:%100PPBs其中 P 表示空气的绝对湿度,表示同一温
8、度下水的饱和汽压,B 表示相对湿度。SP 【典型例题典型例题】一、几种常见情况的压强计算1. 在气体流通的区域,各处压强相等,如容器与外界相通,容器内外压强相等;用细管相连的容器,平衡时 两边气体压强相等。2. 液体内深为 h 处的总压强为,式中为液面上方的大气压强。在水银内,用作单位时ghpp00pcmHg可表示为。hHp3. 连通器内静止的液体,同种液体同一水平面上各处压强相等。4. 参考液片法的一般思路 (1)选取假想的一个液体薄片(其自重不计)为研究对象。 (2)分析液片两侧受力情况,建立力的方程,消去横截面积,得到液片两侧的压强平衡方程。 (3)解方程,求得气体压强。5. 平衡条件法
9、 欲求用固体(如活塞等)封闭在静止容器内的气体压强,应对固体进行受力分析,然后根据平衡条件求解。6. 当封闭气体所在的系统处于力学非平衡的状态时,欲求封闭气体的压强,首先选择恰当的对象(如与气体 相关联的液柱、活塞等) ,并对其进行正确的受力分析(特别注意内、外气体的压力) ,然后根据牛顿第二定律列 方程求解。例 1. 一圆形气缸静置于地面上,如图(1)所示,气缸筒的质量为 M,活塞的质量为 m,活塞面积为 S,大气 压强为,现将活塞缓慢上提,求气缸离地面时气缸内气体的压强。 (忽略摩擦)0p解析:解析:此题中的活塞和气缸处于平衡状态,以活塞为对象,受力分析如图(2) ,由平衡条件得, Spm
10、gpSF0再以活塞和气缸整体为对象,则有 由上式解得。gmMFSMgpp0答案:答案:SMgpp0方法点拨:求固体(活塞或气缸)封闭的气体的压强,由于该固体必定受到气体的压力,所以可通过对该固 体进行受力分析,由平衡条件建立方程,来找出气体的压强。这里要特别注意大气压力,何时必须考虑,何时可不考虑,本题也可以取气缸为对象有,得。SpMgpS0SMgpp0例 2. 如图所示的试管内由水银封有一定质量的气体,静止时气柱长为,大气压强为,当试管绕竖直轴0L0p以角速度在水平面内匀速转动时气柱长变为 L,其他尺寸如图所示,求转动时的气体压强(设温度不变,管截 面积为 S,水银密度为) 。4解析:解析:
11、选取水银柱为研究对象,转动所需向心力由液柱两侧气体压力差提供。而,RmSpp2 0SLm1 2LLR1 2所以。 答案:答案: 2LLLpp1 22 10 2LLLpp1 22 10二、气体实验定律的应用理想气体的状态方程为恒量,由此可以看出,当其中一个参量发生变化时,另两个参量至少有一个会TpV发生变化。例 3. 一活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内,初始时气体体积为,用 DIS 实验系统测得此33m100 . 3时气体的温度和压强分别为和,推动活塞压缩气体测得气体的温度和压强分别为和K300Pa100 . 15K320。Pa100 . 15 (1)求此时气体的体积;(2)保持温度不变,缓
12、慢改变作用在活塞上的力,使气体压强变为,求此时气体的体积。Pa100 . 84 解析:解析:(1)以气缸内封闭气体为研究对象,初始状态:,33 1m100 . 3VK300T1Pa100 . 1p5 1末状状态:K320T2Pa100 . 1p5 2由理想气体状态方程得:。222111 TVp TVp3312211 2m102 . 3TpVVpV(2)由查理定律得:。3322VpVp33322 3m100 . 4pVpV答案:答案:(1)(2)33m102 . 333m100 . 4例 4. 内壁光滑的导热气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,Pa100 . 15体
13、积为的理想气体,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,然后将气缸33m100 . 2 移出水槽缓慢加热,使气体温度变为 127。(1)求气缸内气体的最终体积;(2)在图上画出整个过程中气缸内气体状态变化的图象。 (大气压强为)Vp Pa100 . 15解析:解析:在活塞上方倒沙的过程中温度保持不变,在缓慢加热到 127的过程中压强保持不变。 (1)在活塞上方倒沙的过程中温度保持不变,即1100VpVp由式解得Pa100 . 2Pa100 . 1100 . 1100 . 2pVVp55 330 10 1在缓慢加热到 127的过程中压强保持不变,则2201 TV TV所以。33
14、33 1 02 2m1047. 1m100 . 1273127273VTTV(2)如图所示5答案:答案:(1)(2)见解析图33m1047. 1 三、实验定律图象的应用 对于气体实验定律的图象,一定分清是什么图象即图象的性质。 等温线是双曲线,双曲线与两轴间的面积愈大,温度愈高。 等容线是一条过原点的直线,直线的斜率表示等容的容积,斜率小的体积大。 等压线是一条过原点的直线,其斜率表示压强,斜率越小,压强愈大。例 5. 气缸中有一定质量的理想气体,开始时处于状态 A,在保持体积不变的条件下,逐渐增加气体的压 强,到达状态 B;再保持温度不变,体积逐渐膨胀到达状态 C;最后保持压强不变,体积减小
15、,回到状态 A。下 面图中哪些能正确反映上述过程( ) 答案:答案:BA. 只有和B. 只有和 C. 只有和D. 只有和例 6. 一定质量的某种气体自状态 A 经状态 C 变化到状态 B,这一过程在图上表示如图所示,则TV A. 在过程 AC 中,气体的压强不断变大 B. 在过程 CB 中,气体的压强不断变小 C. 在状态 A 时,气体的压强最大 D. 在状态 B 时,气体的压强最大 解析:解析:气体的 AC 变化过程是等温变化,由可知,体积减小,压强增大,故 A 正确。在 CB 变化过CpV 程中,气体的体积不发生变化,即为等容变化,由可知,温度升高,压强增大,B 错,综上所述在 ACBCT/p过程中气体压强始终增大,所以气体在状态 B 时的压强最大,故 C 错,D 对。答案:答案:AD。 【模拟试题模拟试题】1. 某种气体的温度是 0,可以说 A. 气体中分子的温度是 0 B. 气体中分子运动速度快的温度一定高于 0,运动速度慢的温度一定低于 0,所以气体平均温度是 0 C. 气体温度升高时,分子平均速率要增大 D. 该气体分子的平均速率是确定的2. 如图所示,一定质量的理想气体,由状态 a 沿直线 ab 变化到状态 b,在此过程中,气体分子平均速率的变 化情况是6A. 不断增大B. 不断减小C. 先减小后增大D. 先增大后减小