第二章 气体、固体和液体（单元复习课件）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第三册）

第二章 气体、固体和液体 人教版 选择性必修第三册 （复习与提升） 授课人：××× 1 目录 CONTENTS 1 知识清单 2 重点突破 3 物理模型归纳 4 热学规律的选用 2 01 知识清单 3 知识清单 气体 气体的状态参量 气体实 验定律 温度T 玻意耳定律 (等温变化) 成立条件：_________ 表达式：_______ 等温线：p－V图像(双曲线的一支) p－ 图像(________________) pV＝C m、T一定 过原点的倾斜直线 热平衡的特点：一切达到热平衡的系 统都具有相同的 . 热力学温度与摄氏温度的关系：T＝t ＋ K 273.15 温度 体积V 压强p 4 知识清单 气 体 气体 实验 定律 查理定律(等容变化) 成立条件：___________ 表达式：______ 等容线：p－T图像( ) 盖－吕萨克定律(等压变化) 成立条件：__________ 表达式：_______ 等压线：V－T图像(________________) m、V一定 m、p一定 过原点的倾斜直线 过原点的倾斜直线 5 知识清单 气体 理想气体的状态方程 理想气体：严格遵从气体实验定律的气体 理想气体的特点：无分子势能，分子间无相互 作用力 理想气体状态方程的成立条件：______，理想 气体 方程：_______或__________ m一定 6 知识清单 固体 晶体 单晶体 多晶体 有规则的_________ 有确定的_____ 物理性质_________ ___规则的几何外形 ___确定的熔点 物理性质__________ 晶体的微观结构：在各种晶体中，原子(或分子、离子) 按照各自的规则排列，具有空间上的_______ 几何外形 熔点 各向异性 无 有 各向同性 周期性 7 知识清单 非晶体 无规则的_________ ___确定的熔化温度 物理性质_________ 几何外形 无 各向同性 液体 液体的性质：表面张力、浸润和不浸润、毛细现象 液晶的性质及应用 固体 8 02 重点突破 9 固体 固体可分为晶体和非晶体,晶体又可分为单晶体和多晶体。 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 外形 规则 不规则 不规则 熔点 确定 确定 不确定 物理性质 各向异性 各向同性 各向同性 原子(或分子、离子)排列 按一定的规则排列,具有空间上的周期性 由许多单晶体杂乱无章地组合 而成 排列不规则,无空间上的周期性 典型物质 单晶硅、单晶锗 蔗糖块、铜 玻璃、蜂蜡、松香 10 固体 【例题】(多选)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有(　　)A．没有固定的熔点B．天然具有规则的几何形状C．沿不同方向的导热性能相同D．分子在空间上周期性排列 解析：非晶体没有固定的熔点，A正确；根据非晶体的微观结构可知，组成非晶体的分子在空间上不是周期性排列的，所以非晶体没有天然规则的几何形状，且它的物理性质在各个方向上是相同的，故C正确，B、D错误。 AC 11 液体 1.液体表面张力的理解 形成原因 表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力 表面特性 表面层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绷紧的弹性薄膜 表面张力 的方向 和液面相切,垂直于液面上的各条分界线 表面张力 的效果 表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小 典型现象 球形液滴、肥皂泡、涟波、毛细现象、浸润和不浸润 12 液体 2.浸润和不浸润 ①当液体和与之接触的固体的相互作用比液体分子之间的相互作用强时，液体能够浸润固体。反之，液体不浸润固体。 ②毛细现象：浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降。 3.液晶 (1)液晶的物理性质 ①具有液体的流动性。 ②具有晶体的光学各向异性。 (2)液晶的微观结构 从某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的。 13 液体 【例题】“挤毛巾”和“液桥”都是我国宇航员在空间站展示的有趣实验。“挤毛巾”实验中，宇航员先将干毛巾一端沾水后使得整个毛巾完全浸湿，然后再用双手试图拧干，只见毛巾被挤出的水像一层果冻一样紧紧地吸附在毛巾的外表面，宇航员的手也粘有一层厚厚的水。2022年3月23日，我国宇航员王亚平在空间站做了“液桥”实验，如图所示。关于这两个实验的描述不正确的是(　　)A．在地球上能将湿毛巾拧干是因为水不能浸润毛巾B．干毛巾沾水变得完全浸湿是毛细现象C．水对宇航员的手和液桥板都是浸润的D．“液桥”实验装置脱手后两液桥板最终合在一起，这是水的表面张力在起作用 A 14 液体 解析　在地球上能将湿毛巾拧干是因为水的重力大于毛巾对水的吸附力，A错误；干毛巾沾水变得完全浸湿是毛细现象引起的，B正确；由水像果冻一样吸附在毛巾和手的表面，和题图实验现象可以看出，水对宇航员的手和液桥板都是浸润的，C正确；“液桥”实验装置脱手后，由于水的表面张力作用，两液桥板最终合在一起，D正确。本题选描述不正确的，故选A。 15 气体 1.气体压强 (1)定义:气体作用在器壁单位面积上的压力。 (2)产生的原因:气体中大量分子做无规则运动时对器壁频繁碰撞而形成对器壁各处均 匀、持续的压力。 (3)决定因素(一定质量的某种理想气体) ①分子的平均动能:分子的平均动能越大,单位面积上分子与器壁碰撞的作用力越大, 则压强越大。 ②分子的数密度:分子的数密度越大,单位时间内、器壁单位面积上碰撞的分子数越多,作用力越大,则压强越大。 16 气体 2.气体实验定律 (1)气体实验定律的比较 玻意耳定律 查理定律 盖-吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体,在 温度不变的情况下,压强 与体积成反比 一定质量的某种气体,在 体积不变的情况下,压强 与热力学温度成正比 一定质量的某种气体,在 压强不变的情况下,其体 积与热力学温度成正比 表达式 p1V1=p2V2  =   =  图像       17 气体 (2)气体实验定律的微观解释 ①玻意耳定律的微观解释:一定质量的某种理想气体,温度保持不变时,分子的平均动 能是一定的。在这种情况下,体积减小时,分子的密集程度增大,气体的压强就增大,反 之,压强减小。 ②查理定律的微观解释:一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的密集程度 保持不变。在这种情况下,温度升高时,分子的平均动能增大,气体的压强就增大,反之, 压强减小。 ③盖-吕萨克定律的微观解释:一定质量的某种理想气体,温度升高时,分子的平均动能 增大;只有气体的体积同时增大,使分子的密集程度减小,才可能保持压强不变。 18 气体实验定律和理想气体状态方程 1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系 2.两个重要的推论 （1）查理定律的推论： 。 （2）盖—吕萨克定律的推论： 。 气体压强的微观解释 【例题】(多选)关于对气体压强的理解,下列说法正确的是(　　) A.大气压强是由地球表面空气重力产生的,因此将开口瓶密闭后,瓶内气体脱离大气,它自身重力太小,会使瓶内气体压强远小于外界大气压强 B.密闭容器内气体压强是由气体分子不断撞击器壁而产生的 C.气体压强取决于单位体积内分子数和分子的平均速率 D.单位面积器壁受到空气分子碰撞的平均压力就是气体对器壁的压强 BCD 气体压强的微观解释 解析　大气压强是由地球表面空气重力产生的,而被密封在某种容器中的气体,其压强是大量地做无规则运动的气体分子对容器壁不断碰撞而产生的,它的大小不是由被封闭气体的重力所决定的,A项错误;密闭容器内的气体压强是由大量气体分子频繁撞击器壁而产生的,B项正确;气体压强取决于分子的密集程度与分子的平均速率,即为单位体积内分子数和分子的平均速率,C项正确;根据公式p=可知单位面积器壁受到气体分子碰撞的平均压力在数值上就等于气体压强的大小,D项正确。 气体实验定律和理想气体状态方程 【例题】某同学探究一封闭汽缸内理想气体的状态变化特性,得到压强p随温度t的变化如图所示。已知图线Ⅰ描述的是体积为V1的等容过程,当温度为t1时气体的压强为p1;图线Ⅱ 描述的是压强为p2的等压过程。取0 ℃为273 K,求 (1)等容过程中,温度为0 ℃时气体的压强; (2)等压过程中,温度为0 ℃时气体的体积。 气体实验定律和理想气体状态方程   解析    (1)在等容过程中,设0 ℃时气体压强为p0,根据查理定律有 =  解得p0= 。 (2)当压强为p2、温度为0 ℃时,设此时气体的体积为V2,则根据理想气体状态方程有  = ,解得V2= 。   答案    (1)     (2)  03 物理模型归纳 24 模型一　玻璃管-液柱模型 1、平衡状态下封闭气体压强的求法 力平 衡法 选取与气体接触的液柱为研究对象进行受力分析,得到液柱的受力平衡方程,求得气体的压强 等压 面法 在连通器中,同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。液体内深h处的总压强p=p0+ρgh,p0为液面上方的压强 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的方程,求得气体的压强 2、加速运动系统中封闭气体压强的求法 选取与气体接触的液柱为研究对象,进行受力分析,利用牛顿第二定律列方程求解。 25 模型一　玻璃管-液柱模型 【例题】若已知大气压强为p0,液体密度均为ρ,重力加速度为g,图中各装置均处于静止状态,求各装置中被封闭气体的压强。(假设每根管的横截面积均为S)  　     　       　      26 模型一　玻璃管-液柱模型 解析：力平衡法:题图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由平衡条件有p甲S+ρghS=p0S, 所以p甲=p0-ρgh。 液片法:题图乙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有p乙S+ρghS=p0S,所以p乙=p0-ρgh。 液片法:题图丙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有p丙S+ρgh sin 60°·S=p0S,所以p丙=p0-  ρgh。 液片法:题图丁中,以A液面为研究对象,由平衡条件有p丁S=p0S+ρgh1S,所以p丁=p0+ρgh1。 等压面法:题图戊中,从开口端开始计算,右端大气压强为p0,同种液体同一水平面上的 压强相同,所以b气柱的压强pb=p0+ρg(h2-h1),故a气柱的压强pa=pb-ρgh3=p0+ρg(h2-h1-h3)。 答案    甲:p0-ρgh　乙:p0-ρgh　丙:p0-  ρgh 丁:p0+ρgh1　戊:pa=p0+ρg(h2-h1-h3)    pb=p0+ρg(h2-h1) 27 模型一　玻璃管-液柱模型 【例题】如图所示,在足够长的光滑斜面上,有一端封闭的导热玻璃管。玻璃管内部液柱封闭了一定质量的理想气体,外界温度保持不变。在斜面上静止释放玻璃管,当液柱在玻璃管中相对稳定后,以下说法正确的是 (　    ) A.封闭气体的长度将变长 B.封闭气体的分子平均动能减小 C.封闭气体压强小于外界大气压 D.单位时间内,玻璃管内壁单位面积上所受气体分子撞击次数增加 28 模型一　玻璃管-液柱模型   解析    设外界大气压强为p0,液柱的质量为m,玻璃管的横截面积为S,斜面倾角为θ,重 力加速度为g。当玻璃管和液柱均处于静止状态时,对液柱有p1S=p0S+mg sin θ,解得p1= p0+ 。当液柱在玻璃管中相对稳定后,运用牛顿第二定律,对玻璃管和液柱有a= g sin θ①;对液柱有p0S+mg sin θ-p2S=ma②。联立①②解得p2=p0,C错误。玻璃管导热且 外界温度保持不变,故封闭气体温度不变,封闭气体的分子平均动能不变,B错误。由玻 意耳定律可得p1V1=p2V2,p2<p1,则封闭气体体积变大,气体柱长度变长,所以分子数密度 减小,玻璃管内壁单位面积上所受气体分子撞击次数减少,故A正确,D错误。   答案    A 29 模型二　活塞-汽缸模型 一、以气体为研究对象 1.如果气体在单个汽缸中,需明确气体的变化过程,分析清楚气体初末状态,温度、压强、体积三个物理量和初末状态之间的关系,再依据气体实验定律列出方程。 2.如果涉及两个或多个汽缸封闭着几部分气体,并且气体之间相互关联,解答时应分别研究各部分气体,找出它们各自遵循的规律,并写出相应的方程,最后联立求解。 30 模型二　活塞-汽缸模型 二、以活塞为研究对象 1.明确活塞的质量是否忽略不计,明确活塞是水平放置还是竖直放置,如果竖直放置,是否考虑活塞的重力产生的压强。 2.活塞如果处于力学平衡状态,则要对活塞进行受力分析,根据受力平衡得出气体的压强大小或活塞两端的隔离气体的压强关系。 3.活塞如果处于力学非平衡状态,则要对活塞进行受力分析,根据牛顿运动定律得出气体压强的大小或活塞两端的隔离气体的压强关系。 31 模型二　活塞-汽缸模型 【例题】如图所示,圆柱形汽缸竖直放置。质量不计、横截面积S=1.0×10-3 m2的活塞封闭某理想气体,活塞最初静止在A位置,缓慢加热气体使活塞从A位置上升到B位置。已知A、B距汽缸底面高度hA=0.5 m,hB=0.6 m,活塞在A位置时气体温度TA=300 K,压强pA=1.02×105 Pa,活塞从A运动到B的过程中气体内能增加量ΔU=100 J,外界大气压强p0=1.0×105 Pa,不计摩擦,g=10 m/s2。求: (1)活塞的质量; (2)活塞在B位置时密闭气体的温度TB; (3)上述过程中缸内气体吸收的热量Q。 32 模型二　活塞-汽缸模型   解析    (1)以活塞为研究对象 活塞最初静止在A位置,受力平衡,对活塞受力分析得pAS=mg+p0S,解得活塞的质量m= 0.2 kg。 (2)以气体为研究对象 活塞从A运动到B的过程中,对气体由盖-吕萨克定律得 = ,解得TB=360 K。 (3)活塞从A运动到B的过程中,外界对气体做功W=-p0S(hB-hA)=-10 J①; 由热力学第一定律得ΔU=W+Q②; 联立①②并代入题给数据解得Q=110 J。   答案    (1)0.2 kg    (2)360 K    (3)110 J 33 模型二　活塞-汽缸模型 【例题】水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示,汽缸中间有一固定隔板,将汽缸内一 定质量的某种理想气体分为两部分,“H”形连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿 过,连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强p0,活塞面积为S,隔板 两侧气体体积均为SL0,各接触面光滑,连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋 转至竖直方向,稳定后,上部气体的体积为原来的 。设整个过程温度保持不变,求:   (1)此时上、下两部分气体的压强; (2)“H”形连杆活塞的质量(重力加 速度大小为g)。 34 模型二　活塞-汽缸模型   解析    (1)以气体为研究对象,旋转前后,上部分气体发生等温变化,根据玻意耳定律 可知p0SL0=p1· SL0,解得旋转且稳定后,上部分气体的压强p1=2p0;旋转前后,下部分气体 发生等温变化,下部分气体体积增大为 SL0+SL0= SL0,则p0SL0=p2· SL0,解得旋转且稳 定后,下部分气体的压强p2= p0。 (2)以活塞为研究对象(点拨:“H”形活塞问题,通常都会选取活塞整体为研究对象,这 样分析问题较为简便。通常要借助活塞的受力及运动状态来分析解答),旋转且稳定 后,对“H”形连杆活塞整体受力分析,根据平衡条件可知p1S+p0S=mg+p2S+p0S,解得活 塞的质量m= 。   答案    (1)2p0     p0    (2)  35 04 热学规律的选用 36 气体实验定律的综合应用 考点一　单一气体多过程问题 【例题】(2023·安徽省皖南八校第二次联考)如图为小明同学设计的研究一定质量气体的压强、体积与温度三者关系的实验装置示意图。倒U形玻璃管M与两端均开口的直玻璃管N用橡胶管P连接，M左端封闭，M、N、P三者粗细均匀且横截面均相等。一定质量的某种气体被管内水银封闭于M内，通过调整N的高度及M中气体的温度均可改变M中气体的压强。开始时M、N内的水银面等高，M中气体总长度为54 cm，温度为T1＝300 K。现调整N的高度使M右侧水银面升高9 cm，再将M、N固定，然后使M中气体温度升高至T＝360 K，M、N、P始终在同一竖直平面内，N足够长。已知大气压强p0＝75 cmHg，求： (1)固定M、N时两玻璃管中水银面高度差； (2)M中气体温度升高至T＝360 K时，N中水银面变化的 高度。(结果可用根式表示) 答案　15 cm （9 -45 ）cm　 37 气体实验定律的综合应用 解析（1）设管的横截面积为S，调整N的高度后，M管中气体压强为p2。对M管中封闭气体有， 状态Ⅰ：p1＝75 cmHg，V1＝54 cm×S，T1＝300 K 状态Ⅱ： T2＝T1＝300 K，V2＝54 cm×S－9 cm×S＝45 cm×S 由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，解得p2＝90 cmHg 此时M、N两玻璃管中气体压强差Δp＝p2－p0＝15 cmHg，故固定M、N时两玻璃管中水银面高度差为Δh＝15 cm。 38 气体实验定律的综合应用 （2）M中气体温度升高至T＝360 K时，设N中水银面升高x，则对M管中封闭气体有 状态Ⅲ： V3＝(45 cm＋x)S，T3＝T＝360 K， p3＝p0＋pΔh＋p2x 39 气体实验定律的综合应用 考点二　关联气体问题 【例题】[2024“宜荆荆恩”起点考试]如图，绝热汽缸A与导热汽缸B均固定于地面，由刚性杆连接的横截面积相等的绝热活塞与两汽缸内壁间均无摩擦.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.缓慢加热A中气体，停止加热并达到稳定后，A中气体压强为原来的1.2倍.已知环境温度始终保持不变，求： (1)汽缸B中气体的体积VB； (2)汽缸A中气体的温度TA. 答案（1）VB＝V0　 （2） TA＝1.4T0 40 气体实验定律的综合应用 解析（1）　由题意可知停止加热并稳定后，活塞处于静止状态，则A、B中气体的压 强相等，即 pA＝pB＝1.2p0 由于环境温度始终不变且汽缸B为导热汽缸，所以B中的气体发生等温变化，由玻意 耳定律有 p0V0＝pBVB 联立解得 VB＝V0 （2）由题意可知 VA＋VB＝2V0 对A中的气体由理想气体状态方程有＝ 联立解得TA＝1.4T0. 41 理想气体的变质量问题 【例题】(2023·广东惠州市一模)某同学自行车轮胎的参数如图所示，轮胎容积V＝3 L。由于轮胎气门芯漏气，使胎内外气压相同。该同学换了气门芯后给轮胎充气，打气筒每次能将V0＝1 L的空气打入轮胎中，早晨打气时气温为27 ℃，不计充气过程中轮胎容积和气体温度的变化，空气可看成理想气体，大气压p0＝1.0×105 Pa。若中午室外气温升 到37 ℃，要保证自行车中午放置在室外时不爆胎(即不超过胎 内气压允许的最大值)，该同学早上最多能给轮胎充气多少次。 42 理想气体的变质量问题 答案　10次 解析：充气过程气体温度不变，设充了n次，此时胎内气体压强为p1，选最后胎内所有气体为研究对象。根据玻意耳定律p0(V＋nV0)＝p1V 根据题意T1＝(27＋273)K＝300 K， T2＝(37＋273)K＝310 K，pm＝4.50×105 Pa 联立解得n≈10(次)。 43 理想气体的变质量问题 A.2 B.3 C.4 D.5 C 44 理想气体的变质量问题 解析：设玻璃瓶的容积是V，抽气机的容积是V0， 气体发生等温变化，由玻意耳定律可得 由玻意耳定律可得： C正确. 45 谢谢观看 THANK YOU FOR WATCHING 46 ＝C ＝C  ＝C  ＝ ＝ 解得x＝(9－45) cm。 由理想气体状态方程得 ＝ 室温变化后，胎内气体温度升高，在室外时不爆胎，可视为气体体积不变，根据查理定律＝ 【例题】用活塞式抽气机抽气，在温度不变的情况下，从玻璃瓶中抽气，第一次抽气后，瓶内气体的压强减小到原来的，要使容器内剩余气体的压强减为原来的，抽气次数应为（ ） 设抽n次后，气体压强变为原来的， 抽一次时：pV＝p1(V＋V0)，解得p1＝p， 抽两次时：p1V＝p2(V＋V0)，解得p2＝()2p， 抽n次时：pn＝()np，又pn＝p，则n＝4， pV＝p(V＋V0)，解得V0＝V， $$