第二章 气体液体和固体（备课堂课件）-【上好课】2020-2021学年高二物理同步备课系列（新教材人教版选择性必修第三册）

物理选择性必修第三册 第二章 气体固体液体 章节复习课 必备考点·素养评价 素养一　物理观念 考点 固体和液体的性质 1.晶体和非晶体: (1)单晶体具有各向异性,但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。 (2)只要具有确定熔点的物体必定是晶体,反之,必是非晶体。 (3)单晶体具有天然规则的几何外形,而多晶体和非晶体没有天然规则的几何外形,所以不能从形状上区分晶体与非晶体。 (4)晶体和非晶体不是绝对的,在某些条件下可以相互转化。 (5)液晶既不是晶体也不是液体。 2.液体表面张力: (1)形成原因:表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大,分子间作用力表现为引力。 (2)表面特征:表面层中分子间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层张紧的弹性薄膜。 (3)表面张力的方向:和液面相切,垂直于液面上的各条分界线。 (4)表面张力的效果:使液体表面具有收缩的趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形表面积最小。 3.关键词转化: 【素养评价】 1.(多选)关于固体、液体的性质,下列说法正确的是 (　　) A.非晶体不可能转化为晶体 B.单晶体有确定的熔点,多晶体没有确定的熔点 C.某些细小的昆虫能够在水面上自由运动而不下沉,说明水的表面具有张力作用 D.玻璃管的裂口放在火焰上烧熔,其尖端变钝,这是由于表面张力的作用 【解析】选C、D。有的非晶体在一定条件下可以转化为晶体,选项A错误;单晶体和多晶体都有确定的熔点,选项B错误;细小的昆虫能够在水面上自由运动而不下沉,玻璃管的裂口放在火焰上烧熔,其尖端变钝,这两个实例都说明液体的表面具有张力作用,则C、D正确。 2.由于海水表面有表面张力的作用,水珠之间相互吸引着,这样使得风很难把水珠刮起,只能够形成海浪,所以海洋上的风中只带有少量的水沫;而沙漠中的沙子却不一样,沙粒之间几乎没有作用力,所以风很容易刮起大量的沙子……根据以上规律联系所学知识请你设想,如果玻璃杯中盛有少量水银,放在太空轨道上运行的宇宙飞船内,水银在杯子中将呈现如图所示的怎样的形状 (　　) 【解析】选D。在宇宙飞船内完全失重的情况下,由于重力的存在而产生的一切现象随之消失,因为液体的表面张力不受失重的影响,水银不浸润玻璃,水银的形状只由表面张力来决定。在液体表面张力的作用下,水银的表面有收缩到最小的趋势,而体积一定时,球形的表面积最小,所以最终水银会呈现球形,D正确。 【补偿训练】 　　关于晶体、非晶体及液晶,下列说法正确的是 (　　) ①单晶体的部分物理性质与方向有关。 ②有规则几何形状的物体一定是晶体。 ③液晶分子在特定方向排列比较整齐,光学性质具有各向异性,但不稳定。 ④金属是单晶体,物理性质具有各向异性。 ⑤所有物质在一定条件下都能成为液晶。 A.只有①、②正确　　　　　 B.只有①、③正确 C.只有①、③、⑤正确 D.①、③、④都正确 【解析】选B。单晶体有整齐规则的几何外形,所以单晶体的部分物理性质与方向有关,即在各个方向上物理性质不同,这种特性叫作各向异性,故①正确;晶体一定是固体,且内部微粒排列有序,但并不是外部具有规则形状的就一定是晶体,玻璃就是典型的非晶体,故②错误;当液晶通电时导通,排列变得有秩序,使光线容易通过;不通电时排列混乱,阻止光线通过,所以液晶的光学性质随外加电压的变化而变化,同时液晶像液体一样可以流动,又是具有某些晶体结构特征的一类物质,所以液晶的光学性质与某些晶体相似,具有各向异性,故③正确;常见的金属:金、银、铜、铁、铝、锡、铅等都是多晶体,故④错误;并不是所有物质都能成为液晶;只有少数物质在特定条件下才能成为液晶,故⑤错误。综上分析可知只有①、③正确,故B正确,A、C、D错误。故选B。 素养二　科学思维 考点1 气体实验图像的综合应用 1.四种图像的比较: 2.分析技巧: 利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析不同温度的两条等温线、不同体积的两条等容线、不同压强的两条等压线的关系。 例如:(1)在图甲中,V1对应虚线为等容线,A、B分别是虚线与T2、T1两线的交点,可以认为从B状态通过等容升压到A状态,温度必然升高,所以T2>T1。 (2)如图乙所示,A、B两点的温度相等,从B状态到A状态压强增大,体积一定减小,所以V2<V1。 【素养评价】 1.(多选)回热式制冷机是一种深低温设备,制冷极限约50 K,某台回热式制冷机工作时,一定质量的氦气(可视为理想气体)缓慢经历如图所示的四个过程,已知状态A和B的温度均为27 ℃,状态C和D的温度均为-133 ℃,下列判断正确的是 (　　) A.气体由状态A到B过程,温度先升高后降低 B.气体由状态B到C过程,内能保持不变 C.气体由状态C到D过程,分子间的平均间距减小 D.气体由状态C到D过程,气体对外做功 【解析】选A、D。状态A和B的温度相等,根据pV=C,经过A、B的等温线应是过A、B的双曲线的一部分,双曲线离原点越远温度越高,所以沿直线由A到B,温度先升高后降低,故A正确;气体由状态B到C过程,体积不变,根据查理定律,压强减小,温度降低,内能减小,故B错误;气体由状态C到D过程,体积增大,分子间的平均间距增大,故C错误;气体由状态C到D过程,体积增大,气体对外做功,故D正确。 2.(多选)一定质量气体的状态变化过程的p-V图线如图所示,其中A是初始态,B、C是中间状态。A→B为双曲线的一部分,B→C与纵轴平行,C→A与横轴平行。如将上述变化过程改用p-T图线和V-T图线表示,则在下列的各图中正确的是 (　　) 【解析】选B、D。气体A→B是等温过程,且压强减小,气体体积增大;B→C是等容过程,且压强增大,气体温度升高;C→A是等压过程,且体积减小,温度降低。由此可判断在p-T图中A错误、B正确,在V-T图中C错误、D正确。 【补偿训练】 　　如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中,A→B和C→D为等温过程,B→C为等压过程。D→A为等容过程。该循环过程中,下列说法正确的是 (　　) A.A→B过程中,气体对外界做功 B.B→C过程中,气体分子的平均动能增大 C.C→D过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 D.D→A过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化 【解析】选B。A→B过程为等温变化,则内能不变,体积减小,外界对气体做功,故A错误;B→C过程中,温度升高,则分子平均动能增大,B正确;C→D过程为等温变化,体积增大,则分子的密度减小,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少,故C错误;D→A过程中,温度降低,则气体分子的速率分布曲线发生变化,D错误。 考点2 气体实验定律的综合应用 1.气体实验定律: (1)玻意耳定律(等温变化):p1V1=p2V2或pV=C(常数)。 (2)查理定律(等容变化): =C(常数)。 (3)盖-吕萨克定律(等压变化): =C(常数)。 2.玻璃管液封模型: 求液柱封闭的气体压强时,一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程,要注意: (1)液体因重力产生的压强大小为p=ρgh(其中h为液面的竖直高度)。 (2)不要漏掉大气压强,同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力。 (3)有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体,同种液体在同一水平面上各处压强相等。 (4)当液体为水银时,可灵活应用压强单位“cmHg”等,使计算过程简捷。 3.变质量问题及处理方法: (1)打气问题: 选择原有气体和即将充入的气体作为研究对象,就可把充气过程中气体质量变化问题转化为定质量气体的状态变化问题。 (2)抽气问题: 将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象,质量不变,故抽气过程可以看成是等温膨胀过程。 (3)灌气问题: 把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象,可将变质量问题转化为定质量问题。 (4)漏气问题: 选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象,便可使问题变成一定质量气体的状态变化。 4.气体实验定律的关键词转化: 【素养评价】 如图所示为一个带有阀门K、容积为2 dm3的容器(容积不可改 变),先打开阀门让其与大气连通,再用打气筒向里面打气,打 气筒活塞每次可以打进1×105 Pa、200 cm3的空气,忽略打气 和用气时气体的温度变化。(设外界大气的压强p0=1×105 Pa) (1)若要使气体压强增大到5.0×105 Pa,应打多少次气? (2)若上述容器中装的是5.0×105 Pa的氧气,现用它给容积为0.7 dm3的真空瓶充气,使瓶中的气压最终达到符合标准的2.0×105 Pa,则可充满多少瓶? 【解析】(1)设需要打气n次, 因每次打入的气体相同, 故可视n次打入的气体一次性打入, 则气体的初状态: p1=1.0×105 Pa,V1=V0+nΔV 末状态: p2=5.0×105 Pa,V2=V0 其中:V0=2 dm3,ΔV=0.2 dm3 由玻意耳定律:p1V1=p2V2 代入数据解得:n=40 (2)设气压为p3=2.0×105 Pa时氧气的体积为V3 由玻意耳定律有:p2V2=p3V3 代入数据解得:V3=5 dm3 真空瓶的容积为V瓶=0.7 dm3 因: 故可充满4瓶。 答案:(1)40次　(2)4瓶 【补偿训练】 (2019·全国卷Ⅰ)热等静压设备广泛应用于材料加工中。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,改善其性能。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;室温为27 ℃。氩气可视为理想气体。 (1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强; (2)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。 【解析】(1)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 被压入炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为 V1′=V1-V0 ② 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 (2)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 答案:(1)3.2×107 Pa　(2)1.6×108 Pa 必备考点·素养评价 素养一　物理观念 考点 固体和液体的性质 1.晶体和非晶体: (1)单晶体具有各向异性,但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。 (2)只要具有确定熔点的物体必定是晶体,反之,必是非晶体。 (3)单晶体具有天然规则的几何外形,而多晶体和非晶体没有天然规则的几何外形,所以不能从形状上区分晶体与非晶体。 (4)晶体和非晶体不是绝对的,在某些条件下可以相互转化。 (5)液晶既不是晶体也不是液体。 2.液体表面张力: (1)形成原因:表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大,分子间作用力表现为引力。 (2)表面特征:表面层中分子间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层张紧的弹性薄膜。 (3)表面张力的方向:和液面相切,垂直于液面上的各条分界线。 (4)表面张力的效果:使液体表面具有收缩的趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形表面积最小。 3.关键词转化: 【素养评价】 1.(多选)关于固体、液体的性质,下列说法正确的是 (　　) A.非晶体不可能转化为晶体 B.单晶体有确定的熔点,多晶体没有确定的熔点 C.某些细小的昆虫能够在水面上自由运动而不下沉,说明水的表面具有张力作用 D.玻璃管的裂口放在火焰上烧熔,其尖端变钝,这是由于表面张力的作用 【解析】选C、D。有的非晶体在一定条件下可以转化为晶体,选项A错误;单晶体和多晶体都有确定的熔点,选项B错误;细小的昆虫能够在水面上自由运动而不下沉,玻璃管的裂口放在火焰上烧熔,其尖端变钝,这两个实例都说明液体的表面具有张力作用,则C、D正确。 2.由于海水表面有表面张力的作用,水珠之间相互吸引着,这样使得风很难把水珠刮起,只能够形成海浪,所以海洋上的风中只带有少量的水沫;而沙漠中的沙子却不一样,沙粒之间几乎没有作用力,所以风很容易刮起大量的沙子……根据以上规律联系所学知识请你设想,如果玻璃杯中盛有少量水银,放在太空轨道上运行的宇宙飞船内,水银在杯子中将呈现如图所示的怎样的形状 (　　) 【解析】选D。在宇宙飞船内完全失重的情况下,由于重力的存在而产生的一切现象随之消失,因为液体的表面张力不受失重的影响,水银不浸润玻璃,水银的形状只由表面张力来决定。在液体表面张力的作用下,水银的表面有收缩到最小的趋势,而体积一定时,球形的表面积最小,所以最终水银会呈现球形,D正确。 【补偿训练】 　　关于晶体、非晶体及液晶,下列说法正确的是 (　　) ①单晶体的部分物理性质与方向有关。 ②有规则几何形状的物体一定是晶体。 ③液晶分子在特定方向排列比较整齐,光学性质具有各向异性,但不稳定。 ④金属是单晶体,物理性质具有各向异性。 ⑤所有物质在一定条件下都能成为液晶。 A.只有①、②正确　　　　　 B.只有①、③正确 C.只有①、③、⑤正确 D.①、③、④都正确 【解析】选B。单晶体有整齐规则的几何外形,所以单晶体的部分物理性质与方向有关,即在各个方向上物理性质不同,这种特性叫作各向异性,故①正确;晶体一定是固体,且内部微粒排列有序,但并不是外部具有规则形状的就一定是晶体,玻璃就是典型的非晶体,故②错误;当液晶通电时导通,排列变得有秩序,使光线容易通过;不通电时排列混乱,阻止光线通过,所以液晶的光学性质随外加电压的变化而变化,同时液晶像液体一样可以流动,又是具有某些晶体结构特征的一类物质,所以液晶的光学性质与某些晶体相似,具有各向异性,故③正确;常见的金属:金、银、铜、铁、铝、锡、铅等都是多晶体,故④错误;并不是所有物质都能成为液晶;只有少数物质在特定条件下才能成为液晶,故⑤错误。综上分析可知只有①、③正确,故B正确,A、C、D错误。故选B。 素养二　科学思维 考点1 气体实验图像的综合应用 1.四种图像的比较: 2.分析技巧: 利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析不同温度的两条等温线、不同体积的两条等容线、不同压强的两条等压线的关系。 例如:(1)在图甲中,V1对应虚线为等容线,A、B分别是虚线与T2、T1两线的交点,可以认为从B状态通过等容升压到A状态,温度必然升高,所以T2>T1。 (2)如图乙所示,A、B两点的温度相等,从B状态到A状态压强增大,体积一定减小,所以V2<V1。 【素养评价】 1.(多选)回热式制冷机是一种深低温设备,制冷极限约50 K,某台回热式制冷机工作时,一定质量的氦气(可视为理想气体)缓慢经历如图所示的四个过程,已知状态A和B的温度均为27 ℃,状态C和D的温度均为-133 ℃,下列判断正确的是 (　　) A.气体由状态A到B过程,温度先升高后降低 B.气体由状态B到C过程,内能保持不变 C.气体由状态C到D过程,分子间的平均间距减小 D.气体由状态C到D过程,气体对外做功 【解析】选A、D。状态A和B的温度相等,根据pV=C,经过A、B的等温线应是过A、B的双曲线的一部分,双曲线离原点越远温度越高,所以沿直线由A到B,温度先升高后降低,故A正确;气体由状态B到C过程,体积不变,根据查理定律,压强减小,温度降低,内能减小,故B错误;气体由状态C到D过程,体积增大,分子间的平均间距增大,故C错误;气体由状态C到D过程,体积增大,气体对外做功,故D正确。 2.(多选)一定质量气体的状态变化过程的p-V图线如图所示,其中A是初始态,B、C是中间状态。A→B为双曲线的一部分,B→C与纵轴平行,C→A与横轴平行。如将上述变化过程改用p-T图线和V-T图线表示,则在下列的各图中正确的是 (　　) 【解析】选B、D。气体A→B是等温过程,且压强减小,气体体积增大;B→C是等容过程,且压强增大,气体温度升高;C→A是等压过程,且体积减小,温度降低。由此可判断在p-T图中A错误、B正确,在V-T图中C错误、D正确。 【补偿训练】 　　如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中,A→B和C→D为等温过程,B→C为等压过程。D→A为等容过程。该循环过程中,下列说法正确的是 (　　) A.A→B过程中,气体对外界做功 B.B→C过程中,气体分子的平均动能增大 C.C→D过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 D.D→A过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化 考点2 气体实验定律的综合应用 1.气体实验定律: (1)玻意耳定律(等温变化):p1V1=p2V2或pV=C(常数)。 (2)查理定律(等容变化): =C(常数)。 (3)盖-吕萨克定律(等压变化): =C(常数)。 【解析】选B。A→B过程为等温变化,则内能不变,体积减小,外界对气体做功,故A错误;B→C过程中,温度升高,则分子平均动能增大,B正确;C→D过程为等温变化,体积增大,则分子的密度减小,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少,故C错误;D→A过程中,温度降低,则气体分子的速率分布曲线发生变化,D错误。 2.玻璃管液封模型: 求液柱封闭的气体压强时,一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程,要注意: (1)液体因重力产生的压强大小为p=ρgh(其中h为液面的竖直高度)。 (2)不要漏掉大气压强,同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力。 (3)有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体,同种液体在同一水平面上各处压强相等。 (4)当液体为水银时,可灵活应用压强单位“cmHg”等,使计算过程简捷。 (3)灌气问题: 把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象,可将变质量问题转化为定质量问题。 (4)漏气问题: 选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象,便可使问题变成一定质量气体的状态变化。 3.变质量问题及处理方法: (1)打气问题: 选择原有气体和即将充入的气体作为研究对象,就可把充气过程中气体质量变化问题转化为定质量气体的状态变化问题。 (2)抽气问题: 将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象,质量不变,故抽气过程可以看成是等温膨胀过程。 4.气体实验定律的关键词转化: 【素养评价】 如图所示为一个带有阀门K、容积为2 dm3的容器(容积不可改 变),先打开阀门让其与大气连通,再用打气筒向里面打气,打 气筒活塞每次可以打进1×105 Pa、200 cm3的空气,忽略打气 和用气时气体的温度变化。(设外界大气的压强p0=1×105 Pa) (1)若要使气体压强增大到5.0×105 Pa,应打多少次气? (2)若上述容器中装的是5.0×105 Pa的氧气,现用它给容积为0.7 dm3的真空瓶充气,使瓶中的气压最终达到符合标准的2.0×105 Pa,则可充满多少瓶? 【解析】(1)设需要打气n次, 因每次打入的气体相同, 故可视n次打入的气体一次性打入, 则气体的初状态: p1=1.0×105 Pa,V1=V0+nΔV 末状态: p2=5.0×105 Pa,V2=V0 其中:V0=2 dm3,ΔV=0.2 dm3 由玻意耳定律:p1V1=p2V2 代入数据解得:n=40 (2)设气压为p3=2.0×105 Pa时氧气的体积为V3 由玻意耳定律有:p2V2=p3V3 代入数据解得:V3=5 dm3 真空瓶的容积为V瓶=0.7 dm3 因: 故可充满4瓶。 答案:(1)40次　(2)4瓶 【解析】(1)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 被压入炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为 V1′=V1-V0 ② 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 (2)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 答案:(1)3.2×107 Pa　(2)1.6×108 Pa $