第2章 气体、液体和固体 水平测评+知识网络构建-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案课件PPT（粤教版2019）

第二章　水平测评 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间75分钟。 第Ⅰ卷(选择题，共50分) 一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1．下列说法中正确的是(　　) A．某固体在某物理性质上表现为各向同性，该物体一定为非晶体 B．小船能够浮在水面上不下沉是水的表面张力起了主要作用 C．用塑料细管将牛奶吸入口中利用了毛细现象 D．鸭子羽毛上有一层脂肪，使羽毛不被浸湿，因为水对脂肪不浸润的缘故 解析　多晶体和非晶体都有各向同性的特点，且某些单晶体在某种物理性质上也表现为各向同性，A错误；小船浮在水面上不下沉主要是浮力起了作用，B错误；用口吸的力量和大气压的作用将牛奶吸入嘴中，不属于毛细现象，C错误；水对鸭子羽毛上的脂肪不浸润，所以羽毛不被浸湿，D正确． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2.金属铝熔化成液体后通入氢气，在液态铝内产生大量气 泡，冷凝后得到带有微孔的泡沫铝，如图所示．下列说法中正 确的是(　　) A．泡沫铝是晶体，某些物理性质具有各向异性 B．在冷凝过程中，气泡收缩，气体分子平均速率增加 C．液态铝与氢气泡的接触面存在表面张力，将会阻碍气泡的膨胀 D．不考虑热胀冷缩的影响，与冬天相比，夏天泡沫铝内气泡的压强较小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　泡沫铝是晶体，而且是多晶体，各物理性质均表现为各向同性，A错误；在金属液体冷凝过程中，温度降低，气体分子平均速率减小，B错误；金属铝熔化成液体后通入氢气，产生大量气泡，液体表面分子间存在表面张力，液态铝表面张力将会阻碍气泡的膨胀，C正确；泡沫铝内气泡体积一定，根据查理定律可知，与冬天相比，夏天泡沫铝内气泡的温度较高，则压强较大，故D错误． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4.如图所示，一端封闭的粗细均匀的玻璃管，开口向上竖直放置，管中有两段水银柱封闭了两段空气柱，开始时V1＝2V2，现将玻璃管缓慢地均匀加热，则下述说法中正确的是(　　) A．加热过程中，始终保持V1′＝2V2′ B．加热后，V1′>2V2′ C．加热后，V1′<2V2′ D．条件不足，无法确定 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 6.如图所示，为一定质量的某种气体的等压线，等压线上的a、b两个状态比较，下列说法正确的是(　　) A．在相同时间内撞在单位面积上的分子数b状态较多 B．在相同时间内撞在单位面积上的分子数a状态较多 C．在相同时间内撞在相同面积上的分子数两状态一样多 D．单位体积的分子数两状态一样多 解析　由题图可知，一定质量气体的a、b两个状态压强相等，而a状态温度低，分子的平均速率小，平均每个分子对器壁的撞击力小，则相同时间内撞在单位面积上的分子数多，故A、C错误，B正确；一定质量的气体，分子总数不变，Vb>Va，则单位体积的分子数a状态较多，故D错误． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 8．对一定质量的气体，下列说法正确的是(　　) A．体积不变，压强增大时，气体分子的平均速率一定增大 B．温度不变，压强减小时，气体分子的密集程度一定减小 C．压强不变，温度降低时，气体分子的密集程度一定减小 D．在压强不变时，气体分子每秒对器壁单位面积平均碰撞的次数随着温度降低而增加 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　对一定质量的气体，体积不变，气体分子密集程度不变，压强增大时，气体分子的平均速率一定增大，A正确；温度不变，气体分子的平均速率不变，压强减小时，气体分子的密集程度减小，故B正确；温度降低时，气体分子的平均速率减小，压强不变，则气体分子的密集程度增大，故C错误；温度降低，气体分子的平均速率减小，单个分子每次与器壁碰撞对器壁的平均作用力减小，而压强不变，则单位时间分子对器壁单位面积平均碰撞的次数增加，故D正确． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10.如图所示，一根内径均匀、一端封闭、另一端开口的直玻璃管竖直放置，玻璃管长l＝100 cm，用一段长h＝25 cm的水银柱封闭了长l0＝62.5 cm的气体．这时外部的大气压p0＝75 cmHg，气体温度t0＝－23 ℃，给气体缓慢加热，使液柱上升到管口时，气体温度为t1，继续加热至温度为t2后使其温度保持不变，液柱恰好会自行全部离开玻璃管，则(　　) A．t1＝7 ℃ B．t1＝27 ℃ C．t2＝33.25 ℃ D．温度为t2时气柱长为86 cm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、实验题(本题共2小题，共12分) 11.(4分)如图为“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的关系”的实验装置示意图．粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入烧瓶中，B臂与玻璃管C下部用橡胶管连接，C管开口向上，一定质量的气体被水银封闭于烧瓶内．开始时，B、C内的水银面等高． (1)若气体温度降低，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B、C内的水银面再 次等高； 向上 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (2)实验中多次改变气体温度，用Δt表示气体升高的摄氏温度，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________． A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　(1)若气体温度降低，则气体压强变小，B管水银面上升，为保证气体压强不变，应适当升高C管，所以应将C管向上移动． (2)由盖－吕萨克定律知，当气体压强不变时，体积的变化与热力学温度的变化(等于摄氏温度的变化)成正比，故A正确． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 12.(8分)某小组利用如图装置进行“探究气体压强与体积的关系”实验． 如图所示，带刻度的注射器内封闭了一定质量的气体，推动活塞可以改变气体体积V.实验所用气压计较特殊，测量的是注射器内部和外部气体压强的差Δp.在多次改变体积后，得到如下数据： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (1)每次气体的状态调整后，都要等一会儿再记录数据，这是为了____________________________________． Δp/(×105 Pa) 0 0.11 0.25 0.43 0.67 V/mL 10 9 8 7 6 保持注射器内部气体温度不变 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 如图 －1×105 Pa 大气压强的负值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　(1)等一会再记录数据，是为了使注射器内气体与外界进行充分热交换，以保证温度不变． (2)如图所示． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (1)瓶内气体的压强； (2)瓶塞向瓶内缓慢蠕动受到的摩擦力． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 14．(13分)现代瓷器可采用电热窑炉烧制，电热窑炉不需要燃烧设备，窑内制品不受烟气及灰渣等影响，温度便于实现精确控制．若初始时窑炉内温度为 27 ℃，压强为大气压强p0，已知某瓷器的烧制温度约为1227 ℃. (1)窑炉不排气的情况下，求达到烧制温度时窑炉内的气体压强； (2)若窑炉内压强要控制在2.8p0～3p0之间，求达到烧制温度后排出气体质量与初始时窑炉内气体总质量的比值的范围． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 3.为防疫，学校配备了消毒用的喷壶．如图所示，喷壶的储气室内有压强为p0、体积为V0的气体．闭合阀门K，按压压杆A向储气室充气，每次充入压强为p0、体积为ΔV＝eq \f(1,10)V0的气体，多次充气后储气室内压强为1.5p0.打开阀门K，消毒液从喷嘴处喷出．假设充气过程储气室容积不变，气体温度不变，气体可视为理想气体．则按压压杆的次数是(　　) A．5次 B．7次 C．10次 D．15次 解析　设按压压杆的次数为n，以多次充气后储气室内的气体为研究对象，设在压强为p0时的体积为V1，由玻意耳定律可得p0V1＝1.5p0V0，根据题意可知V1＝V0＋n·ΔV，联立解得n＝5，A正确． 解析　在整个加热过程中，上段气柱的压强始终保持为p0＋ρgh1不变，下段气柱的压强始终为p0＋ρgh1＋ρgh2不变，所以整个过程气体压强不变，根据盖－吕萨克定律有：eq \f(V1,T)＝eq \f(V1′,T′)，eq \f(V2,T)＝eq \f(V2′,T′)，所以eq \f(V1′,V2′)＝eq \f(V1,V2)＝eq \f(2,1)，即V1′＝2V2′.故选A. 5.如图所示，在光滑水平面上，一质量为m的导热活塞将一定质量的理想气体封闭在内壁光滑的圆柱形气缸中，开始时活塞和气缸静止，此时气柱长度为l，现使气缸绕过底部的竖直轴由静止开始转动，缓慢增大转动的角速度ω，当气缸转动的角速度为ω1时，气柱长度为2l，当气缸转动的角速度为ω2时，气柱长度为3l，若外界大气压不变，则ω1与ω2的比值为(　　) A．3∶2eq \r(2) B．2eq \r(2)∶3 C．2∶3 D．3∶2 解析　活塞随气缸一起转动，大气压力与气缸内被封闭气体的压力的合力提供向心力，设大气压强为p0，活塞的横截面积为S，角速度为ω1时气缸内气体的压强为p1，角速度为ω2时气缸内气体的压强为p2，对活塞，根据牛顿第二定律有p0S－p1S＝m·2lωeq \o\al(2,1)，p0S－p2S＝m·3lωeq \o\al(2,2)，气体温度不变，根据玻意耳定律有p0lS＝p1·2lS，p0lS＝p2·3lS，解得ω1∶ω2＝3∶2eq \r(2)，A正确． 7.一定质量的理想气体沿图示状态变化方向从状态a到状态b(ba延长线过坐标原点)，到状态c再回到状态a.气体在三个状态的体积分别为Va、Vb、Vc，取T＝t＋273，则它们的关系正确的是(　　) A．Va＝Vb B．Va<Vc C．Vb＝eq \f(327,600)Va D．Vc＝eq \f(327,50)Va 解析　由题图可知，pa＝p0，pb＝pc＝2p0，Ta＝300 K，Tc＝600 K，tb＝2ta＝54 ℃，则Tb＝327 K；由理想气体状态方程得eq \f(paVa,Ta)＝eq \f(pcVc,Tc)，解得Va＝Vc，由理想气体状态方程得eq \f(paVa,Ta)＝eq \f(pbVb,Tb)，解得Vb＝eq \f(327,600)Va.故A、B、D错误，C正确． 9．在某一带有活塞的密闭容器内质量为10 g的理想气体在27 ℃时的p­V图线为图中的曲线乙．若X为此容器内充满质量为10 g的该理想气体在温度为327 ℃时的曲线；Y为此容器内充满20 g该理想气体在温度为27 ℃时的曲线．分子平均动能与热力学温度关系为eq \o(E,\s\up12(－))k＝eq \f(3kT,2)，k是一个常数；理想气体状态方程为pV＝nRT，n为气体物质的量，R为理想气体常数．下列说法中正确的有(　　) A．X、Y均为曲线丙 B．X为曲线丙，Y为曲线丁 C．在同一体积时，气体分子单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数，曲线X代表的气体较曲线Y代表的气体多 D．曲线X与曲线Y代表的气体在相同体积时，温度均加热至1200 K，则压强之比为1∶2 解析　曲线乙是质量为10 g的理想气体在27 ℃时的p­V图线，即T乙＝27 ℃＋273 K＝300 K，曲线X是质量为10 g的该理想气体在温度为327 ℃时的p­V图线，即TX＝327 ℃＋273 K＝600 K，则可知物质的量nX＝n乙，热力学温度TX＝2T乙，由理想气体状态方程pV＝nRT，可得到pXVX＝2p乙V乙，令pX＝p乙，则有VX＝2V乙，故在p­V图像中，纵轴坐标值相同时(同压强下)，曲线X横轴坐标值(体积)为曲线乙的横轴坐标值的2倍，由图可知曲线X为曲线丙；同理，曲线Y是质量为20 g的该理想气体在温度为27 ℃时的p­V图线，则可知物质的量nY＝2n乙，热力学温度TY＝T乙＝300 K，由理想气体状态方程pV＝nRT，可得到pYVY＝2p乙V乙， 故在p­V图像中，纵轴坐标值相同时，曲线Y横轴坐标值为曲线乙的横轴坐标值的2倍，则曲线Y也为曲线丙，故A正确，B错误．由以上分析知X、Y均为曲线丙，两曲线代表的气体在同一体积时，气体压强相等，而各自的温度分别为：TX＝600 K，TY＝300 K，故曲线X代表的气体较曲线Y代表的气体分子平均动能大，分子碰撞器壁一次的平均作用力较大，则气体分子单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数，曲线X代表的气体较曲线Y代表的气体少，故C错误．曲线X与曲线Y代表的气体在相同体积时，温度均加热至1200 K，即温度相同，而物质的量关系为nY＝2nX，根据理想气体状态方程pV＝nRT，可知pY＝2pX，即pX∶pY＝1∶2，故D正确． 解析　设管的横截面积为S，从气体开始升温到水银柱升到管口，气体压强不变，根据盖－吕萨克定律有：eq \f(l0S,T0)＝eq \f(l′S,T1)，整理得：T1＝eq \f(l′,l0)T0，其中：T0＝t0＋273 K＝250 K，l′＝l－h＝75 cm，l0＝62.5 cm，代入数据解得：T1＝300 K，则t1＝T1－273 K＝27 ℃，A错误，B正确．温度达到T1＝300 K时，若继续升温，水银开始溢出，设当温度升高到T′时，因水银溢出使水银柱减短了x，此过程气体的三个状态参量p、V、T均发生了变化：p1＝p0＋ρgh＝100 cmHg，V1＝l′S，T1＝300 K，p2＝p0＋ρg(h－x)，V2＝(l′＋x)S， 根据理想气体状态方程有：eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T′)，代入数据得：eq \f(100×75,300)＝eq \f(（100－x）（75＋x）,T′).根据题意，当T′＝T2时，水银柱恰好能完全自行溢出，设此时x＝x0，则有eq \f(100×75,300)＝eq \f(（100－x0）（75＋x0）,T2)，当水银柱再溢出微小量Δh时，大气压与水银柱的总压强变为(100－x0－Δh)，根据理想气体状态方程，管内气体压强变为eq \f(100×75×T2,300×（75＋x0＋Δh）)，此时水银柱会自行溢出， 则(100－x0－Δh)<eq \f(100×75×T2,300×（75＋x0＋Δh）)恒成立，即(100－x0－Δh)(75＋x0＋Δh)<eq \f(100×75×T2,300)＝(100－x0)(75＋x0)，为使此式恒成立，则当x＝x0时，(100－x)(75＋x)有最大值，根据数学知识得，当x＝x0＝12.5 cm时，T′取得最大值，且最大值Tmax′＝T2＝306.25 K，则t2＝306.25 K－273 K＝33.25 ℃，此时管内气柱长为h气＝l－(h－x)＝87.5 cm，C正确，D错误． (2)作出Δp­eq \f(1,V)图像． (3)根据你在(2)中作出的图像，图像与Δp轴的交点纵坐标为___________，物理含义是________________． (3)由Δp­eq \f(1,V)图像知，图线与Δp轴的交点纵坐标为－1×105 Pa. 由表格第一组数据可知研究气体初始压强为大气压p0，密闭气体温度不变，根据玻意耳定律得p0V0＝pV， 则Δp＝p－p0＝eq \f(p0V0,V)－p0， 可知eq \f(1,V)＝0时Δp＝－p0， 即图线与Δp轴交点纵坐标为大气压强的负值． 三、论述、计算题(本题共3小题，共38分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤．只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位) 13．(11分)暖瓶是生活中常用的保温工具．暖瓶的瓶塞是一圆台，形状如图所示．测得上下表面面积分别为12 cm2和9 cm2，圆台侧面母线和轴线的夹角为α.空暖瓶的容积2 L，现倒入温度为87 ℃的热水1 L，盖上瓶塞．盖瓶塞时将其轻轻放入瓶口，瓶塞与瓶口内侧接触良好，密封理想．随着瓶内温度缓慢降低，瓶塞会一直向瓶内缓慢蠕动(不影响瓶内容积)．瓶塞与瓶口处动摩擦因数为eq \f(1,6)，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，瓶内气体温度和水温始终相同，不考虑瓶内空气中悬浮液滴的影响，瓶塞重力不计，大气压强p0＝105 Pa.已知sinα＝eq \f(1,6)，cosα＝0.99.当瓶内温度降到47 ℃时，求： 答案　(1)×105 Pa　(2)20.1 N 解析　(1)瓶内气体初状态的温度 T0＝87 ℃＋273 K＝360 K， 末状态温度T＝47 ℃＋273 K＝320 K， 气体体积不变，由查理定律有eq \f(p0,T0)＝eq \f(p,T) 代入数据解得p＝eq \f(8,9)×105 Pa. (2)当瓶内温度降到47 ℃时，对瓶塞受力分析如图， 在竖直方向，由平衡条件得： p0S1＝FNsinα＋fcosα＋pS2 又f＝μFN 联立并代入数据解得 f＝20.1 N. 答案　(1)5p0　(2)eq \f(2,5)≤η≤eq \f(11,25) 解析　(1)初始时气体压强为p0，温度为 T0＝27 ℃＋273 K＝300 K 达到烧制温度时，压强设为p1，温度为 T1＝1227 ℃＋273 K＝1500 K 窑炉内气体在这个过程中体积不变，根据查理定律有 eq \f(p0,T0)＝eq \f(p1,T1) 解得p1＝5p0. (2)设初始时气体体积为V0，达到烧制温度且压强为2.8p0时，根据理想气体状态方程有 eq \f(p0V0,T0)＝eq \f(2.8p0V1,T1) 解得V1＝eq \f(25,14)V0 排出的气体质量与初始时总质量的比值为 η1＝eq \f(V1－V0,V1)＝eq \f(11,25) 达到烧制温度且压强为3p0时，根据理想气体状态方程有eq \f(p0V0,T0)＝eq \f(3p0V2,T1) 解得V2＝eq \f(5,3)V0 排出的气体质量与初始时总质量的比值为 η2＝eq \f(V2－V0,V2)＝eq \f(2,5) 则达到烧制温度后排出气体质量与初始时窑炉内气体总质量的比值的范围为eq \f(2,5)≤η≤eq \f(11,25). 15.(14分)如图，两气缸A、B粗细均匀、等高且内壁光滑，其下部由体积可忽略的细管连通；A的直径是B的2倍，A上端封闭，B上端与大气连通；两气缸除A顶部导热外，其余部分均绝热．两气缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b，活塞下方充有氮气，活塞a上方充有氧气．当外界大气压为p0、外界和气缸内气体温度均为7 ℃且平衡时，活塞a离气缸顶的距离是气缸高度的eq \f(1,4)，活塞b在气缸正中间．(取T＝t＋273) (1)现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞b恰好升至顶部时，求氮气的温度； (2)继续缓慢加热，使活塞a上升．当活塞a上升的距离是气缸高度的eq \f(1,16)时，求氧气的压强． 答案　(1)320 K　(2)p0 解析　(1)活塞b升至顶部的过程中，活塞a不动，活塞a、b下方的氮气经历等压过程．设气缸A的容积为V0，氮气初态体积为V1，温度为T1；末态体积为V2，温度为T2.按题意，气缸B的容积为eq \f(V0,4)，由题给数据和盖－吕萨克定律有 V1＝eq \f(3,4)V0＋eq \f(V0,8)＝eq \f(7,8)V0 T1＝7 ℃＋273 K＝280 K V2＝eq \f(3,4)V0＋eq \f(1,4)V0＝V0 eq \f(V1,T1)＝eq \f(V2,T2) 联立解得T2＝320 K. (2)活塞b升至顶部后，由于继续缓慢加热，活塞a开始向上移动，直至活塞上升的距离是气缸高度的eq \f(1,16)时，活塞a上方的氧气经历等温过程．设氧气初态体积为V1′，压强为p1′；末态体积为V2′，压强为p2′.由题给数据和玻意耳定律有V1′＝eq \f(1,4)V0，p1′＝p0，V2′＝eq \f(3,16)V0 p1′V1′＝p2′V2′ 联立解得p2′＝eq \f(4,3)p0. $$ 第二章　知识网络构建 m、T一定 p1V1= p2V2 延长线过原点的直线 m、V一定 延长线过原点的直线 m、p一定 延长线过原点的直线 2 m一定 收缩 3 几何形状 熔 点 各向异性 没有 有 各向异性 周期性 几何形状 没有 各向同性 4 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R $$