第2章 固体、液体和气体 章末素养提升-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（教科版2019）

章末素养提升 物理观念 固体和固体材料 (1)固体分为晶体和非晶体，晶体分为单晶体和多晶体 (2)晶体的微观结构 (3)新材料及应用：液晶、半导体材料、纳米材料 液体 (1)表面张力：使液体表面张紧、具有收缩的趋势，使液体的表面积趋向最小 (2)浸润和不浸润、毛细现象 温度和温标 (1)热平衡的特点：一切达到热平衡的系统都具有相同的温度 (2)热力学温度与摄氏度的关系：T＝t＋273.15 K 气体实验定律 (1)等温变化的规律 ①成立条件：m，T一定 ②表达式：pV＝常量 ③等温线：p－V图像为双曲线的一支，p－图像为过原点的倾斜直线 (2)等容变化的规律 ①成立条件：m，V一定 ②表达式：＝常量 ③等容线：p－T图像为过原点的倾斜直线 (3)等压变化的规律 ①成立条件：m，p一定 ②表达式：＝常量 ③等压线：V－T图像为过原点的倾斜直线 理想气体 (1)理想气体：严格遵从气体实验定律的气体。实际气体在压强不太大，温度不太低时可以看成理想气体 (2)理想气体特点：分子间的相互作用力和分子势能忽略 (3)理想气体的状态方程：＝C(质量一定) 科学思维 1.能将一定条件下的实际气体看成理想气体，能建立理想气体模型，知道将实际气体看成理想气体的条件 2.能用气体等温变化、等容变化和等压变化规律解决常见的实际问题 3.能用分子动理论和统计观点解释气体实验定律 科学探究 1.能对“一定质量和温度不变的气体压强和体积关系”提出相关问题或猜想 2.会用图像法探究压强和体积之间的关系，并体会作p－ 图像的必要性 3.能对实验过程和结果进行反思 科学态度与责任 通过气体、固体和液体的学习和研究，领会科学、技术、社会、环境之间的密切联系，逐渐形成探索自然的内在动力 例1　(多选)关于固体、液体和气体，下列说法中正确的是(　　) A．慢慢向小茶杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不会流下来，此现象与液体的表面张力有关 B．具有各向同性的物质一定没有确定的熔点 C．某种液体与固体接触，当固体分子对液体分子的吸引力大于液体分子之间的吸引力时，该液体浸润固体 D．液晶的物理性质稳定，外界条件的变动不会引起液晶分子排列变化 答案　AC 解析　液体的表面张力是液体表面层内的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大，分子力表现为引力的结果，液体的表面张力使液面具有收缩到表面积最小的趋势，慢慢向小茶杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不会流下来，此现象与液体的表面张力有关，A正确；多晶体是各向同性的，但有确定的熔点，B错误；某种液体和固体接触时，由浸润的特点可知，C正确；液晶具有液体的流动性，其物理性质并不稳定，液晶分子的排列是不稳定的，外界的微小变动就能引起液晶分子排列的变化，D错误。 例2　(2022·聊城市高二期中)一定质量的理想气体从状态A开始，经历状态B、C、D回到状态A的p－T图像如图所示，其中BA的延长线经过原点O，BC、AD与横轴平行，CD与纵轴平行，下列说法正确的是(　　) A．A到B过程中，气体的压强变大、温度升高、体积变大 B．B到C过程中，气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数增多 C．C到D过程中，体积变大、分子热运动剧烈程度不变 D．D到A过程中，气体压强不变、内能减小、体积变大 答案　C 解析　在该图像中过原点的直线是等容线，A到B过程中，气体的体积不变，故A错误；B到C过程中，压强不变，温度升高，则分子平均动能增大，由＝C知体积变大，气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数减少，故B错误；C到D过程中，温度不变，气体分子热运动剧烈程度不变，由pV＝C知，压强减小，体积变大，故C正确；D到A过程中，气体发生等压变化，压强不变，温度降低，则气体内能减小，由＝C知体积减小，故D错误。 例3　(2022·六安市高二期中)血压仪由加压气囊、臂带、压强计等构成，如图所示。加压气囊可将外界空气充入臂带，压强计示数为臂带内气体的压强高于大气压强的数值，充气前臂带内气体压强为大气压强，体积为V，每次挤压加压气囊都能将40 cm3的外界空气充入臂带中，经5次充气后，臂带内气体体积变为5V，压强计示数为150 mmHg。已知大气压强等于750 mmHg，气体温度不变。忽略细管和压强计内的气体体积。则V等于(　　) A．30 cm3 B．40 cm3 C．50 cm3 D．60 cm3 答案　B 解析　根据气体等温变化规律可知p0V＋5p0V0＝p1×5V，已知p0＝750 mmHg，V0＝40 cm3，p1＝750 mmHg＋150 mmHg＝900 mmHg，代入数据整理得V＝40 cm3，故A、C、D错误，B正确。 例4　(2022·遂宁市高二期末)如图所示，U形管右管横截面积为左管横截面积的2倍，管内水银在左管内封闭了一段长为L＝76 cm、温度为300 K的空气柱，左右两管水银面高度差为h1＝6 cm，大气压为76 cmHg。 (1)给左管的气体加热，则当U形管两边水银面等高时，左管内气体的温度为多少？(结果保留1位小数) (2)在(1)问的条件下，保持温度不变，往右管缓慢加入水银直到左管气柱恢复原长，求此时两管水银面的高度差h2。 答案　(1)342.9 K　(2)4 cm 解析　(1)初态管内气体压强 p1＝p0－ph1＝(76－6) cmHg＝70 cmHg 当左右两管内水银面等高时，末态气体压强：p2＝76 cmHg 由于右管截面积是左管的两倍，所以左管水银面将下降4 cm，右管中水银面将上升2 cm， 末态管内气柱长度l2＝80 cm 初态：p1＝70 cmHg，V1＝76S，T1＝300 K， 末态：p2＝76 cmHg，V2＝80S，温度为T2， 根据理想气体状态方程可得 ＝ 解得T2＝342.9 K (2)设气柱恢复原长时压强为p3， 初态：p2＝76 cmHg，V2＝80S， 末态：V3＝V1＝76S，压强为p3 根据气体等温变化规律可得p2V2＝p3V3 解得p3＝80 cmHg＞76 cmHg 故右侧水银柱比左侧高， 以 cmHg为单位，根据平衡条件可得p3＝ph2＋p0 解得ph2＝4 cmHg 所以高度差为4 cm。 例5　(2023·全国乙卷)如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20 cm的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为10 cm。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变1 cm。求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强。(气体温度保持不变，以cmHg为压强单位) 答案　pA＝74.36 cmHg　pB＝54.36 cmHg 解析　设B管在上方时上部分气体压强为pB，下部分气体压强为pA，此时有pA＝pB＋20 cmHg 倒置后A管气体压强变小，即空气柱长度增加1 cm，A管中水银柱长度减小1 cm，又因为SA＝4SB 可知B管水银柱长度增加4 cm，空气柱长度减小4 cm；设此时两管的压强分别为pA′、pB′， 所以有pA′＋23 cmHg＝pB′ 倒置前后温度不变，根据玻意耳定律，对A管内空气柱有pASALA＝pA′SALA′ 对B管内空气柱有pBSBLB＝pB′SBLB′ 其中LA′＝10 cm＋1 cm＝11 cm LB′＝10 cm－4 cm＝6 cm 联立以上各式解得pA＝74.36 cmHg，pB＝54.36 cmHg。 例6　如图所示，绝热性能良好且足够长的气缸固定放置，其内壁光滑，开口向右，气缸中封闭一定质量的理想气体，活塞(绝热)通过水平轻绳跨过轻质滑轮与重物相连，已知活塞的面积S＝10 cm2，重物的质量m＝2 kg，重力加速度g＝10 m/s2，大气压强p0＝1.0×105 Pa，滑轮摩擦不计。稳定时，活塞与气缸底部间的距离为L1＝12 cm，气缸内温度T1＝300 K。 (1)通过电热丝对气缸内气体加热，气体温度缓慢上升到T2＝400 K时停止加热，求加热过程中活塞移动的距离d； (2)停止加热后，在重物的下方加挂一个2 kg的重物，活塞又向右移动4 cm后重新达到平衡，求此时气缸内气体的温度T3。 答案　(1)4 cm　(2)375 K 解析　(1)以活塞为研究对象，根据受力平衡有 加热前p1S＋FT＝p0S，FT＝mg 加热后p2S＋FT＝p0S，FT＝mg 所以p1＝p2＝0.8×105 Pa 以封闭气体为研究对象， 加热过程为等压变化，故有＝ 代入数据解得d＝4 cm。 (2)加挂重物后p3S＋FT′＝p0S，FT′＝(m＋m′)g 由理想气体状态方程得＝ 代入数据解得T3＝375 K。 解决气体实验定律与理想气体状态方程的综合问题的一般思路： (1)审清题意，确定研究对象。 (2)分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律或理想气体状态方程列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程进而求出压强。 (3)注意挖掘题目中的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程。 (4)多个方程联立求解。对求解的结果注意检验它们的合理性。 学科网（北京）股份有限公司 $$