基础课2　固体、液体和气体

一、选择题(以下小题均为多项选择题)

1．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

    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

    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

    解析　水的表面张力托起针，A正确；水在油脂上不浸润，在干净的玻璃上浸润，B错误；当宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动时，里面的所有物体均处于完全失重状态，此时自由飘浮的水滴在表面张力作用下呈现球形，C正确；对于浸润液体，在毛细管中上升，对于非浸润液体，在毛细管中下降，D正确；在垂直于玻璃板方向很难将夹有水膜的玻璃板拉开，是大气压的作用，E错误。

    答案　ACD

2．(2017·贵阳摸底)以下说法中正确的是(　　)

    A．金刚石、食盐都有确定的熔点

    B．饱和汽的压强与温度无关

    C．一些小昆虫可以停在水面上是由于液体表面张力的作用

    D．多晶体的物理性质表现为各向异性

    E．当人们感觉空气干燥时，空气的相对湿度一定较小

    解析　金刚石、食盐都是晶体，有确定的熔点，选项A正确；饱和汽的压强与温度有关，选项B错误；因为液体表面张力的存在，有些小昆虫能停在水面上，选项C正确；多晶体的物理性质表现为各向同性，选项D错误；在一定温度条件下，相对湿度越小，水蒸发得也就越快，人就越感到干燥，故当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小，选项E正确。

    答案　ACE

3．(2016·广东第二次大联考)下列说法正确的是(　　)

    A．气体的内能是分子热运动的平均动能与分子间势能之和

    B．气体的温度变化时，气体分子的平均动能一定改变  

    C．晶体有固定的熔点且物理性质各向异性

    D．在完全失重的环境中，空中的水滴是个标准的球体

    E．金属在各个方向具有相同的物理性质，但它是晶体

    解析　由热力学知识知：气体的内能是分子热运动的动能与分子间势能之和，A错误；气体的温度变化时，气体分子的平均动能变化，B正确；晶体分为单晶体和多晶体，单晶体具有各向异性，多晶体是各向同性的，C错误；完全失重情况下，液体各方向的力都一样，所以会成为一个标准的球形，D正确；通常金属在各个方向具有相同的物理性质，它为多晶体，E正确。

    答案　BDE

4．(2016·武汉部分学校调研)下列说法正确的是(　　)

    A．用油膜法可以估测分子的质量

    B．晶体的熔点是确定的，几何形状是规则的

    C．石英、云母、明矾、食盐等是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、橡胶等是非晶体

    D．从微观角度来看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能以及分子的密集程度有关

    E．英国物理学家焦耳通过实验测定了外界对系统做功和传热对于系统状态的影响，以及功与热量的相互关系

    解析　用油膜法可以估测分子的大小，不能估测分子的质量，选项A错误；多晶体的几何形状不规则，选项B错误。

    答案　CDE

5．下列说法正确的是(　　)

    A．对于一定量的气体，在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零

    B．大颗粒的盐磨成细盐，就变成了非晶体

    C．在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性

    D．在围绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中，自由悬浮的水滴呈球形，这是液体表面张力作用的结果

    E．一定量的理想气体等压膨胀对外做功，气体一定吸热

    解析　根据气体压强的产生原因，在完全失重的情况下，气体的压强不为零，选项A错误；晶体不会因为体积的变化而变成非晶体，选项B错误；在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性，选项C正确；宇宙飞船中自由悬浮的水滴处于完全失重状态，由于重力引起的液体内部的压力为零，故液滴呈球形是液体表面张力作用的结果，选项D正确；一定量的理想气体等压膨胀，温度一定升高，内能一定增加，ΔU＞0，膨胀对外做功，W＜0，由热力学第一定律W＋Q＝ΔU可知，Q＞0，说明气体一定吸热，故选项E正确。

    答案　CDE

二、非选择题

6．在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触其上一点，石蜡熔化的范围分别如图1(a)、(b)、(c)所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(d)所示。则由此可判断出甲为________，乙为________，丙为________。(填“单晶体”、“多晶体”或“非晶体”)

图1

    解析　晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点。单晶体的物理性质具有各向异性，多晶体的物理性质具有各向同性。

    答案　多晶体　非晶体　单晶体

7.如图2所示为“研究一定质量气体在压强不变的条件下，体积变化与温度变化关系”的实验装置示意图。粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入烧瓶，B臂与玻璃管C下部用橡胶管连接，C管开口向上，一定质量的气体被封闭于烧瓶内。开始时B、C内的水银面等高。

图2

    (1)若气体温度升高，为使瓶内气体的压强不变，应将C管________(填“向上”或“向下”)移动，直至________。

    (2)实验中多次改变气体温度，用Δt表示气体升高的温度，用Δh表示B管内水银面高度的改变量。根据测量数据作出的图线是下图中的(　　)

    解析　(1)气体温度升高，封闭气体压强变大，为使封闭气体压强不变，应将C管向下移动，直至B、C两管内水银面等高。

    (2)由于气体压强不变，则＝k，故有＝k，k、S为定值，故选项A正确。

    答案　(1)向下　B、C两管内水银面等高　(2)A

8．(2016·高密模拟)带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态A，由过程AB到达状态B，后又经过过程BC到达状态C，如图3所示。设气体在状态A时的压强、体积和温度分别为p_A、V_A和T_A。在状态B时的体积为V_B，在状态C时的温度为T_C。

图3

    (1)求气体在状态B时的温度T_B；

    (2)求气体在状态A的压强p_A与状态C的压强p_C之比。

    解析　(1)由题图知，A→B过程为等压变化。由盖—吕萨克定律有＝，解得T_B＝。

    (2)由题图知，B→C过程为等容变化，由查理定律有：

    ＝

    A→B过程为等压变化，压强相等，有p_A＝p_B, 由以上各式得＝。

    答案　(1)　(2)

9．(2016·甘肃五市联考)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1.0×10⁵ Pa、体积为2.0×10^－3 m³的理想气体，现在活塞上方缓缓倒上砂子，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 ℃。

图4

    (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1.0×10⁵ Pa)

    解析　(1)在活塞上方倒砂的全过程中温度保持不变，即

    p₀V₀＝p₁V₁

    解得p₁＝p₀＝×1.0×10⁵ Pa＝2.0×10⁵ Pa

    在缓慢加热到127 ℃的过程中压强保持不变，则＝

    所以V₂＝V₁＝×1.0×10^－3 m³＝1.47×10^－3 m³

    (2)如图所示：

    答案　(1)1.47×10^－3 m³　(2)见解析

10．如图5所示，一根粗细均匀的长l＝72 cm的细玻璃管AB开口朝上竖直放置，玻璃管中有一段长h＝24 cm 的水银柱，下端封闭了一段长x₀＝24 cm的空气柱，系统温度恒定，外界大气压强恒为p₀＝76 cmHg。现将玻璃管缓慢倒置，若空气可以看作理想气体，求倒置后水银柱相对B端移动的距离。

解析　设水银密度为ρ，玻璃管横截面积为S，重力加速度为g。如图所示，倒置前，下部空气压强为

    p_B＝p₀＋ρgh＝100 cmHg

    倒置后，若水银没有流出玻璃管，封闭空气柱的压强为

    p′＝p₀－ρgh

    由玻意耳定律得p_BSx₀＝p′Sx₂

    解得x₂＝46 cm

    则x₂＋h＜l，故假设成立。

    所以水银柱相对B端移动46 cm－24 cm＝22 cm。

    答案　22 cm

11．如图6，T形活塞将绝热汽缸内的气体分隔成A、B两部分，活塞左、右两侧截面积分别为S₁、S₂，活塞与汽缸两端的距离均为L，汽缸上有a、b、c三个小孔与大气连通，现将a、b两孔用细管(容积不计)连接。已知大气压强为p₀，环境温度为T_o，活塞与缸壁间无摩擦。

图6

    (1)若用钉子将活塞固定，然后将缸内气体缓慢加热到T₁，求此时缸内气体的压强；

    (2)若气体温度仍为T₀，拔掉钉子，然后改变缸内气体温度，发现活塞向右缓慢移动了ΔL的距离(活塞移动过程中不会经过小孔)，则气体温度升高还是降低？变化了多少？

    解析　(1)A、B内气体相通，初状态压强为p₀。由于钉子将活塞固定，气体体积不变

    由查理定律可知，＝

    解得p₁＝

    (2)对活塞进行受力分析，可知温度改变后，活塞受力大小不变，所以活塞向右移动后，气体的压强不变。

    活塞向右移动后，气体体积增大，则气体温度升高。

    由＝

    解得T＝T₀＋T₀

    所以温度变化了ΔT＝T₀

    答案　(1)　(2)升高　T₀