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2018版提分宝典-物理A:全国版-第37课 固体 液体 气体

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                             第 37 课 ·固体 液体 气体

1.固体和液体的性质
a.根据晶体和非晶体的特点解答相关概念题
(1)(多选)(2018 汇编,8  分)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(2015                   全国Ⅰ)
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(2015                                全国
Ⅰ)
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(2015                                全国
Ⅰ)
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(2015                                 全
国Ⅰ)
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(2015                             全国Ⅰ)
F.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点(2014                         全国Ⅱ)
G.玻璃、石墨和金刚石都是晶体,木炭是非晶体
H.单晶体有固定的熔点,多晶体和非晶体没有固定的熔点

答案:BCDF
解析:将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒还是晶体,仍然具有确定的熔点,表现为各向异性,
故 A 项错误。固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上各向异性,具有不
同的光学性质,故        B 项正确。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,例如石墨和金刚石,故                 C 项正确。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。例如天然石英是晶体,熔融过的石英却是非晶体;
把晶体硫加热熔化(温度超过           300 ℃)再倒进冷水中,会变成柔软的非晶硫,再过一段时间又
会转变为晶体硫。故         D 项正确。在熔化过程中,晶体要吸收热量,虽然温度保持不变,但
是内能要增加,故        E 项错误。液晶具有各向异性,利用这个特性可以制成彩色显示器,故
F 项正确。玻璃是非晶体,故           G 项错误。多晶体也有固定的熔点,故                H 项错误。

b.根据液体表面张力的定义解释相关物理现象
(2)(多选)(2013 海南单科,4    分)下列说法正确的是(  )
A.把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面,这是由于水表面存在表面张力的缘故
B.水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠,而在干净的玻璃板上却不能,这是因为油脂使水
的表面张力增大的缘故
C.在围绕地球飞行的宇宙飞船中,自由飘浮的水滴呈球形,这是表面张力作用的结果
D.在毛细现象中,毛细管中的液面有的升高,有的降低,这与液体的种类和毛细管的材质
有关
E.当两薄玻璃板间夹有一层水膜时,在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开,这是由于
水膜具有表面张力的缘故

答案:ACD
解析:针轻放在水面上,它会浮在水面,这是由于水表面存在表面张力的缘故,故                                  A 项正
确。水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠,而在干净的玻璃板上却不能,这是因为水不可以
浸润油脂,可以浸润玻璃,故            B 项错误。在围绕地球飞行的宇宙飞船中,水滴处于完全失
重状态,仅在液体表面张力的作用下呈现球形,故                     C 项正确。在毛细现象中,毛细管中的
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液面有的升高,即浸润;有的降低,即不浸润。浸润或不浸润与液体的种类和毛细管的材质
有关,故    D 项正确。当两薄玻璃板间夹有一层水膜时,在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃
板拉开,这是由于玻璃板之间的空气排开后,中间没有空气,即气压为零,而两玻璃板外面
存在大气压强,大气压将两块玻璃紧紧地压在一起,故                       E 项错误。

c.根据饱和汽与饱和汽压的性质进行相关判断
(3)(多选)(2016 江苏单科,4    分)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

答案:AC
解析:在缓慢冷却的过程中,锅内水蒸气与锅内的液体处于动态平衡状态,所以锅内水蒸气
一直是饱和汽,故        C 项正确,D    项错误。在冷却的过程中,温度降低,饱和汽的压强减小,
故 A 项正确,B     项错误。

2.气体压强的微观意义
a.利用气体压强的微观意义进行微观解释
(4)(多选)(2018 汇编,5  分)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.气体对器壁的压强是由气体的重力产生的
D.压缩理想气体时要用力,是因为分子之间有斥力
E.气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数,与单位体积内气体的分子数和气体温
度有关

答案:AE
解析:物体所受的压力与受力面积之比叫做压强,故                      A 项正确,B    项错误。气体对器壁的
压强是大量气体分子对器壁频繁碰撞产生的,故                    C 项错误。压缩理想气体时用力,是因为
气体压强的原因,故         D 项错误。(温度不变时)单位体积内气体的分子数越多,单位时间内与
单位面积器壁碰撞的次数就越多;(体积不变时)气体的温度越高,气体分子的平均动能越大,
平均速率也越大,单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数就越多。故                             E 项正确。

b.利用气体压强的微观意义对相关量进行定性分析
(5)(多选)(2018 汇编,4  分)下列说法正确的是(  )
A.一定量的气体,在体积不变时,分子单位时间内与单位面积器壁的碰撞次数随着温度降
低而减少
B.一定量的气体,在压强不变时,分子单位时间内对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度
降低而增加
C.气体分子热运动的平均动能减少,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

答案:AB
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解析:一定量的气体,在体积不变时,气体分子的密集程度不变;当温度降低时,气体分子
的平均动能减少,平均速率也减小。综上可知,气体分子的密集程度不变,但平均速率减小
了,所以气体分子单位时间内与单位面积器壁的碰撞次数减少,故                            A 项正确。气体压强不
变,即气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力不变。而温度降低,气体分子的平均动
能减少,平均速率也减小,所以每撞击一次的作用力减小。综上可知,气体分子每撞击一次
的作用力减小,而要保证气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力不变,就要增加分子
单位时间内对器壁单位面积平均碰撞的次数,故                    B 项正确。气体分子热运动的平均动能减
少,说明温度降低,但没有说体积不变,则不能得出压强一定减小,故                             C 项错误。单位体
积的气体分子数增加,即体积减小了,但没有说温度不变,则不能得出压强一定增大,故
D 项错误。

3.气体实验定律和理想气体状态方程的应用
a.对理想气体模型的基本理解
(6)(多选)(2014 江苏单科,4    分)下列对理想气体的理解,正确的有(  )
A.理想气体实际上并不存在,只是一种理想模型
B.只要气体压强不是很高就可视为理想气体
C.一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关
D.在任何温度、任何压强下,理想气体都遵从气体实验定律

答案:AD
解析:理想气体是一种理想化的物理模型,实际上并不存在,故                           A 项正确。实际气体在温
度不太低、压强不太大的情况下可以看成理想气体,故                       B 项错误。理想气体的内能仅与温
度有关,与气体的体积无关,故             C 项错误。在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律
的气体,叫做理想气体,这是理想气体的定义,故                     D 项正确。

b.玻意耳定律、查理定律和盖—吕萨克定律的应用
(7)(2016 全国Ⅰ,10  分)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差
                              2σ
Δp 与气泡半径     r 之间的关系为     Δp=  r ,其中  σ=0.070   N/m。现让水下     10  m 处一半径为
                                             5                     3     3
0.50 cm 的气泡缓慢上升,已知大气压强             p0=1.0×10  Pa,水的密度     ρ=1.0×10   kg/m ,重
力加速度大小      g=10 m/s2。
①求在水下     10 m 处气泡内外的压强差;
②忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比
的近似值。

                         r2
                             3 2
答案:①Δp1=28 Pa(3    分) ②r1=     ≈1.3(7 分)

解析:①当气泡在水下          h=10 m 时,设其半径为       r1,气泡内外压强差为        Δp1,则
     2σ

Δp1=r1 (2 分)
代入题给数据得

Δp1=28 Pa(1 分)

②设气泡在水下       10 m 处时,气泡内空气的压强为           p1,气泡体积为      V1;气泡到达水面附近时,

气泡内空气的压强为         p2,内外压强差为      Δp2,其体积为      V2,半径为    r2。
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气泡上升过程中温度不变,根据玻意耳定律有

p1V1=p2V2(1 分)
由力学平衡条件有

p1=p0+ρgh+Δp1(1  分)

p2=p0+Δp2(1  分)

气泡体积    V1 和 V2 分别为
    4
      3
V1=3πr1(1 分)
    4
      3
V2=3πr2(1 分)
联立以上各式得
r2   ρgh+p0+Δp1
(r1)3= p0+Δp2   (1 分)

由 Δp1=28 Pa 知,Δpi≪p0,i=1,2,故可略去上式中的             Δpi 项,代入题给数据得
r2
   3
r1= 2≈1.3(1 分)

(8)(经典题,9   分)如图所示,由       U 形管和细管连接的玻璃泡          A、B  和  C 浸泡在温度均为       0 
℃的水槽中,B      的容积是    A 的 3 倍。阀门    S 将 A 和 B 两部分隔开。A      内为真空,B      和 C 内
都充有气体。U      形管内左边水银柱比右边的低             60 mm。打开阀门      S,整个系统稳定后,U          形
管内左右水银柱高度相等。假设             U 形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积。


①求玻璃泡     C 中气体的压强(以      mmHg  为单位);
②将右侧水槽的水从         0 ℃加热到一定温度时,U          形管内左右水银柱高度差又为             60  mm,求
加热后右侧水槽的水温。
答案:①180 mmHg(6    分) ②364 K(3   分)

解析:①在打开阀门         S 前,两水槽水温均为        T0=273  K。设玻璃泡     B 中气体的压强为       p1,体

积为  VB,玻璃泡    C 中气体的压强为       pC,依题意有

p1=pC+Δp①(1  分)

式中  Δp=60  mmHg。打开阀门       S 后,两水槽水温仍为        T0,设玻璃泡     B 中气体的压强为       pB。
依题意,有

pB=pC②(1 分)

玻璃泡   A 和 B 中气体的体积为       V2=VA+VB③(1   分)

根据玻意耳定律得        p1VB=pBV2④(1 分)
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联立①②③④式,并代入题给数据得
    VB

pC=VAΔp=180 mmHg⑤(2    分)
②当右侧水槽的水温加热至            T′时,U  形管左右水银柱高度差为           Δp。玻璃泡    C 中气体的压强

为 pC′=pB+Δp⑥(1  分)
玻璃泡   C 的气体体积不变,根据查理定理得
pC  pC′
T0= T′ ⑦(1 分)
联立②⑤⑥⑦式,并代入题给数据得
T′=364 K⑧(1 分)


 (9)(2017 全国Ⅱ,10  分)一热气球体积为        V,内部充有温度为        Ta 的热空气,气球外冷空气的

温度为   Tb。已知空气在      1 个大气压、温度为       T0 时的密度为     ρ0,该气球内、外的气压始终都
为 1 个大气压,重力加速度大小为            g。
①求该热气球所受浮力的大小;
②求该热气球内空气所受的重力;

③设充气前热气球的质量为            m0,求充气后它还能托起的最大质量。

        ρ0gVT0        ρ0gVT0          ρ0VT0  ρ0VT0

答案:①      Tb  (6 分) ②   Ta  (2 分)   ③   Tb -   Ta -m0(2  分)

解析:①设     1 个大气压下质量为       m 的空气在温度      T0 时的体积为     V0,密度为
    m

ρ0=V0 ①(1 分)

温度为   T 时的体积为     VT,密度为
     m
ρ(T)=VT②(1  分)
                   V0  VT
由盖—吕萨克定律可得T0=           T ③(1 分)
                       T0

联立①②③式解得        ρ(T)=ρ0 T ④(1 分)

气球所受的浮力为        f=ρ(Tb)gV⑤(1 分)
                ρ0gVT0
联立④⑤式解得       f=  Tb   ⑥(1 分)

②气球内热空气所受的重力为            G=ρ(Ta)gV⑦(1  分)
                 ρ0gVT0
联立④⑦式解得       G=   Ta  ⑧(1 分)
③设该气球还能托起的最大质量为              m,由力的平衡条件可知

mg=f-G-m0g⑨(1    分)
联立⑥⑧⑨式解得
   ρ0VT0  ρ0VT0

m=   Tb -   Ta  -m0(1 分)

c.理想气体状态方程的应用
(10)(2014 全国Ⅰ,9  分)一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内,汽缸
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壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动。开始时气体压强为                           p,活塞下表面相对于汽缸

底部的高度为      h,外界温度为      T0。现取质量为      m 的沙子缓慢地倒在活塞的上表面,沙子倒
               h
完时,活塞下降了4。若此后外界的温度变为                  T,求重新到达平衡后气体的体积。已知外界
大气的压强始终保持不变,重力加速度大小为                   g。

         9mghT
答案:V=    4pT0 (9 分)

解析:汽缸导热良好,说明气体温度一直等于外界温度                       T 0 ,设汽缸底面积为        S,活塞质量

为 m 0,大气压强为      p 0。开始平衡时有      p0S+m0g=pS (1 分)
沙子倒完后平衡时,对活塞分析有

p0S+m0g+mg=p′S(1  分)
整理可得    mg=(p′-p)S(1 分)
                            3
                          p′· hS
                     phS    4
根据理想气体状态方程有           T0 = T0   (1 分)
       4
可得  p′=3p(1 分)
           3mg
联立可得    S=  p (1 分)
外界温度变为      T 时,根据理想气体状态方程可得
  3
p′· hS
  4    p″V
 T0  = T   (1 分)

根据活塞平衡可得        p0S+m0g+mg=p″S (1  分)
                       3
                        hST
                       4     9mghT
重新平衡后的气体体积          V=  T0 = 4T0p (1 分)

4.气体状态变化的图像
a.根据图像对气体状态的变化情况进行分析
(11)(2014 福建理综,6   分)图为一定质量理想气体的压强              p 与体积  V 关系图像,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.TATB,TB=TC

C.TA>TB,TBTC
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答案:C
                                                                      p
解析:由题中图像可以看出,从             A 到  B,体积不变,压强减小,根据查理定律可知T=C,
                                                                         V

所以温度降低,即        TA>TB;从  B 到 C,压强不变,体积增大,根据盖—吕萨克定律可知T=

C,所以温度升高,即         TB<TC。故   C 项正确。

b.通过分析气体状态的变化情况得出其图像
(12)(经典题,3   分)为了将空气装入气瓶内,现将一定质量的空气等温压缩,空气可视为理
想气体。下列图像能正确表示该过程中空气的压强                     p 和体积   V 关系的是(  )


答案:B
                                              1          1
解析:理想气体等温变化时,根据玻意耳定律可知                     p∝V。所以     p-V图像是一条过原点的直
线,故   B 项正确。
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