第二章 气体、固体和液体 章末整合提升-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步学习方案（人教版2019）

第二章 气体、固体和液体· 章末整合提升 体系构建 意义: 温度(T) 摄氏温标:单位为 温标热力学温标:单位为 [关系:T= K 成立条件;气体质量、温度一定,压强不太大,温度不太低 玻意耳定律表达式: ,V= 图像:等温线 (成立条件: ,△一 实验定律 (增量式) 图像:等容线 (成立条件: 盖-吕萨克定律表达式:VocT. ,△V一 (增量式) 图像:等压线 理想气体:严格遵循气体实验定律: .V. 长 回长长 理想气体的状态方程状态方程分态式: 对气体实验定律的微观解释 [有确定的 单晶体有确定的 物理性质 没有确定的 晶体 多晶体有确定的 物理性质 固体 晶体的微观结构;晶体内部的微粒按照一定的规则排列,具有空间上的 [没有确定的 非晶体无确定的 物理性质 分子间的距离很小 液体的微观结构分子间的相互作用力很大 分子运动特点: [表面层的特点 液体的表面张力 {表面张力的概念 液体 微观解释 浸润和不浸润 毛细现象 液晶 既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性 应用:做显示器 53 ·物理·选择性必修 第三册(配BJ版) 分项提升 (2)若在此时拔去销子K,活塞开始向上 运动,当它最后静止在某一位置时,汽缸 一、气体实验定律和理想气体状态方程的 内气体的温度为360K,则这时活塞离缸 应用[科学探究 底的距离为多少? 1.玻意耳定律、盖-吕萨克定律、查理定律可 分别看成是理想气体状态方程在T恒定。 V恒定、)恒定时的特例 2.正确确定状态参量是运用气体实验定律的 关键。 求解压强的方法; (1)在连通器内灵活选取等压面,由两侧压 强相等列方程求气体压强。 (2)也可以把封闭气体的物体(如液柱、活 塞、汽缸等)作为力学研究对象,分析受力 情况,根据研究对象所处的不同状态,运用 平衡条件或牛顿第二定律列式求解 3.注意气体实验定律或理想气体状态方程只 C针对训练 适用于一定质量的气体,对打气、抽气、灌 1.如图a所示,绝热汽缸内封闭着一定质量 气、漏气等变质量问题,可巧妙地选取研究 的理想气体,一厚度不计的绝热活塞与上、 对象,使变质量的气体问题转化为定质量 下汽缸内壁相距均为,把气体分成体积 的气体问题。 相等的M、N两部分。汽缸内壁光滑,活 例1 如图所示,足够长 塞可在汽缸内自由滑动。已知活塞的横截 的圆柱形汽缸竖直放 面积为S,质量moS. ,两部分气体的初 g 置,其横截面积为1× 12em 10m^{,汽缸内有质量 始温度均为T。,M内气体的初始压强为 D。。现把M、N两部分倒置。 一2kg的活塞,活塞与汽缸壁密封良 ⊙E1 好,不计摩擦。开始时活塞被销子K销 于图中位置,离缸底12cm,此时汽缸内 密闭气体的压强为1.5×10^{}Pa,温度为 300 K。外界大气压为1.0×10{}Pa,g= (1)倒置后,通过电热丝加热M内的气体 10m/s2。 一段时间,如图b所示,若仍要使两部分气 (1)现对密闭气体加热,当温度升到 体体积相等,则M内气体的温度需达到 400K时,其压强为多大? 多少? 54 第二章 气体、固体和液体· (2)倒置后,活塞向下移动,当两部分气体 [例2 使一定质量的理想 各自达到新的平衡,发现N内气体温度为 气体按图中箭头所示的 顺序变化,图中BC段是 010203040 以纵轴和横轴为渐近线的双曲线。 则活塞向下移动的距离是多少? (1)已知气体在状态A的温度T。一300K 求气体在状态B、C和D的温度; (2)将上述状态变化过程画成用体积V 和温度T表示的图线(图中要标明A、B. C、D四点,并且要用箭头表示变化的方 向)。说明每段图线各表示什么过程。 二、应用图像法分析气体状态变化问题 [思路点拨] 从-V 图像中可直观地看 [科学思维] 出,气体的A、B、C、D各状态下的压强和 体积分别为 =4atm,V=10L;PB= 应用图像描述气体状态及其变化规律,具 有形象、直观、物理意义鲜明等特点。因此 4 atm,V-20 L;=2atm,Vc=40L; 应用图像法分析气体状态变化问题,往往 Pn=2atm,V.-20 L。 会更方便、简捷,图像上的一个点表示一定 质量气体的一个平衡状态,它对应着三个 状态参量;图像上的某一条直线或曲线表 示一定质量气体状态变化的一个过程,分 析问题时,关键要明确图像的物理意义。 (1)一定质量气体的等温变化图像。 (如图) T7>T C针对训练 2.一定质量的理想气体,由状态A(1,3)沿直 (2)一定质量气体的等容变化图像。(如图) 线AB变化到C(3,1),如图所示,气体在 A、B、C三个状态中的温度之比是( ) platm (3)一定质量气体的等压变化图像。(如图) ## 6123vf. A.1:1:1 B.1:2:3 C.3:4:3 D.4:3:4 515 ·物理·选择性必修 第三册(配RJ版) 三、科学态度与社会责任、物理与STSE (1)求弹策原长; [科学探究] (2)如果将汽缸倒置,保持汽缸II部分 [例③ 如图所示,带有活塞的汽缸中封 的温度不变,使汽缸I部分升温,使得 闭一定质量的气体(不考虑分子势能), 活塞在汽缸内的位置不变,则汽缸I部 将一个热敏电阻(电阻值随温度升高而 分气体的温度升高多少? 减小)置于汽缸中,热敏电阳与汽针外 的欧姆表连接,汽缸和活塞均具有良好 的绝热性能,下列说法正确的是 ) 热敏电阻 2777772 A.若发现欧姆表读数变大,则汽缸内气 体压强一定增大 B.若发现欧姆表读数变大,则汽缸内气 体内能一定减小 C.若拉动活塞使汽缸内气体体积增大, 则欧姆表读数将变小 D.若拉动活塞使汽缸内气体体积增大, 则需加一定的力,说明气体分子间有 引力 C针对训练 3.如图所示,一密闭的截面 积为S的圆简形汽缸,高 为H,中间有一薄活塞,用 一劲度系数为人的轻质弹 策吊着,活塞重为G,与汽 缸紧密接触不导热,当I、I中的气体是 同种气体,且质量、温度、压强都相同时, 活塞恰好位干汽针的正中央,设活塞与汽 缸壁间的摩擦可不计,汽缸内初始压强为 p。=1.0×10{}Pa,温度为T。。 提示:[章末达标检测]请完成检测卷(二) 56⑧e 误：外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变 部水分子引力远大于外部空气分子的引力。所以，表面 化，从而改变液晶的某些性质，温度，压力、外加电压等 的水分子永远受到指向液体内部的力，总是趋向向内部 因素变化时，液晶的光学性质会发生改变，选项C,D 移动。这样，液体总是会力图缩小其表面积。而同样体 正确。 积的物体，球体的表面积最小，所以A正确：分子之间 [答案]CD 引力和斥力同时存在，B错误：温度是衡量分子平均动 [针对训练] 能的标准，因为两部分气体温度相同，所以气体的平均 1.D与气体接触的液体，其表面分子间距离大于液体内 分子动能相同，C错误：由于分子的扩散，在水球表面滴 部分子间距离，液体表面层的分子间同时存在相互作用 一小滴红墨水，若水球未破，最后水球将呈红色， 的引力和斥力，但由于分子间的距离r>r,分子间的引 D正确。 力大于分子间的斥力，分子力表现为引力，即存在表面 :5.A在水球表而层内分子力表现为引力，纸花绽放的过 程，分子力与移动方向相同，可知水面对小花做正功，故 张力，表面张力使液体表面有收编的趋势，故A、B、C错 A正确：由于液体表面层由于发等原因导致分子数较 误，D正确。 少，则表面层水分子间的平均距离比内部分子间的平均 2.D由于在失重状态下，气泡不会受到浮力，A错误：气 距离大，故水球表面上水分子间的作用力表现为引力， 泡内分子一直在做无规则的热运动，B错误；由于在失 故B、C错误：水球表面对纸花的支持力和纸花受到的 重状态下，气泡内气体在界面处存在压强，所以对水产 重力是一对平衡力，故D错误。 生压力，C错误：水与气池界面处，水分子较为稀疏，水 章末整合提升 分子间作用力表现为引力，D正确。 【体系构建】 探究点二 「例3][解析]因为水能浸润玻璃，所以A正确，B错 气体分子平均动能的标志℃K1+273.15己 误：水银不浸润玻稿，C正确，D错误。 p2V?气体质量体积一定压强不太大温度不太低 [答案]AC P2 [例4][解析]液体对固体浸润的情况下，在附着层分 Ta 卡△T气体质量压强一定压强不太大温度 子的排斥力和表面层分子的吸引力的共同作用下，液面 不太低 V2 AT无分子势能C221 将上升，所以A错，B对：毛细现象是指浸润液体在细管 T T 中上升，以及不浸涧液体在细管中下降的现象，C错：在 P2 几何形状熔点各向异性 T 液体和毛细管材料一定的情况下，管越细毛细现象越明 T P2 T2 显，D对。 几何形状熔点 各向同性周期性几何形状熔点 各向同性振动与移动相结合 [答案]BD 【分项提升】 [针对训练] [例1][解析] (1)气体体积不变，由查理定律得 3.BC水对玻璃是浸润液体，浸润液体在毛细管附着层 PLP2 内液体的分子密度较大，液体分子间距较小（小于。）分 TIT2 子相互作用表现为斥力，液面呈现扩散的趋势，即在毛 细管内上升，而且毛细管越细，浸润液体在毛细管内上 即L.5X103Pa=p2 300K 400K 升的高度越大，故A正确，B错误：水银对玻璃是不浸润 解得p2=2.0×105Pa。 液体，不浸润液体在毛细管内附着层液体的分子密度较 小，液体分子间距较大（大于。），此时附着层内的分子 (2)p=+%=1.2X10Pa,T=360K, 相互作用表现为引力，液面呈现收缩的趋势，即液面下 设气体温度为360K时活塞离缸底的距离为3， 降，故不浸润液体在毛细管内下降，而且毛细管越细，浸 由理想气体状态方程得 润液体在毛细管内下降的高度越大，故C错误，D正确。 piV1_PV3.Vi-hS.V:-lS. TT 提升案随堂演练·基础落实 解得l3=18cm。 1.ACD对任何液体，表面层的分子分布都比液体内 [答案](1)2.0×105Pa(2)18cm 部稀，故B错误，A正确：浸润液体的附着层内分子 ：[针对训练] 分布比液体内部密，而不浸润液体的附着层内分子 1.解析(1)由题意可知，例置前后N内气体的体积和温 分布比液体内部稀，故C、D正确。 度不变，由理想气体状态方程可知，V内气体的压强也 2.BD液体对固体是否发生浸润现象，是由液体和固体 共同决定的，A错误：如果液体浸润容器壁就会形成凹 不变，为p八=0十零=2。设倒置后，两年分气体体 面，且液体在容器中上升，B正确：如果因体分子对液体 积相等时M内气体的压强为p1、温度为T1, 附着层分子的引力大于液体内部分子的引力，附着层内 由题意可知m=pN十"=3： 的分子较密，分子力表现为斥力，会看到液体的浸洞现 象，C错误：在处于完全失重状态的人造卫星上，如果液 倒置前后，M内气体体积不变，由查理定律得= 体浸润器壁，液体和器壁的附着层就会扩张，沿着器壁 TT 联立以上各式解得T1=3To 流散，故必须用益子盖紧，D正确。 (2)倒置后，设活塞向下移动的距离是△h,N内气体的 3.C 4.AD液体表面张力是分子间相互作用的结果。就水来 温度TN=音T,压强为pN,M内气体的温度Tw= 说，内部的水分子处于其他水分子的包固之中，各个方 向分子的引力会相互抵消。但是表层水分子受到的内 受T压强为。 12 由题意可知p=N十爱=py十po: : [针对训练 倒置过程，由理想气体状态方程可知 2.C =C知，温度之比等于V乘积之比，故气体 对N内气体，有N·S动-PN'·Sh+△) 在A、B、C三种状态时的热力学温度之比是(3×1)： To TN (2×2):(1×3)=3:4:3,故选C。 对M内气体，有·ShP·Sh-△h) [例3][解析]欧姆表读数变大，说明气体温度降低， To TM 气压不变，根据理想气体状态方程Y=C,体积减小，故 联立以上各式解得山=冬 A错误：欧姆表读数变大，说明气体温度降低，故内能减 答案13T。(2冬 小，故B正确：若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，气体 对外界做功，温度降低，故欧姆表读数将变大，故C错 [例2][解析](1)根据理想气体状态方程， 误；若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，则需加一定的 有VV-ec-pV,则 力，是克服内外气压差做功，故D错误。故选B。 TA TB Tc Tp [答案]B TB-心T- 4×20 [针对训练 PAVA ×300K=600K, 3.解析(1)以活塞为研究对象，活塞上下气体的压力大 =pVc·TA=410×300K=6o0K, 小相等，根据平衡条件，重力和弹簧的弹力平衡，即kx= Te= PAVA G,可求弹簧的仲长=号此时弹黄的长度为1，所 TD=V·TA-4×10X300K=300K。 2×20 以弹簧的原长为-G 2k (2)在VT图像上将A、B、C、D四个状态，点依次连接， 如图所示，AB是等压膨张过程，BC是等温膨胀过程， (2)由题意知，若活塞的位置不变，那么气体的体积就不 CD是等压压缩过程。 变，此时活塞受平衡状态，对于I部分的气体压强 V/L 50 △S=2G,故1部分的气体p1=p0,T1=Tg△p=S, 2G 401 30 报据一号，可求△工三5·所以汽缸1部分气体 20 10口 2GTo 0300600TK 的温度要升高p,S [答案](1)600K600K300K 答案q)日9 (2) 2GTo (2)见解析 k PoS 第三章 热力学定律 1功、热和内能的改变 [例2][解析]因高压空气急刷外滋时，气体来不及充 预习案必备知识·问题导学 分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程，气体 一、1.答案：在绝热过程中，只要重力做功相同水温上升数 对外做功，内能减少。所以关闭开关时，筒内气体温度 值相同。 较外界偏低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同。 2.答案：内能增加和减小。 对筒内剩余气体分析，属于等容升温过程，压强要升高， 「概念·规律] 大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向 1.吸热放热 筒外。 2.(1)上升(2)热效应3.状态1、2 [答案]A 二、1.自身状态2.= [针对训练] 三、1.高温低温2.(1)内能变化(2)= [自我诊断] 1.BC“绝热容器”说明与外界没有热交换，压缩气体，外 1.B 2.(1)adf (2)bce 界对气体做功，内能增加，故A错误，B正确：对理想气 探究案关键能力·互动探究 体而言，温度升高，由气体压强的定义知，其压强必变 探究点一 大，故C正确，D错误。故正确答案为B、C。 [例1][解析]本题解题的关健是明确甲、乙两气室气 探究点二 体都历经绝热过程，内能的改变取决于做功的情况，对 [例3][解析]内能是物体内所有分子动能和势能的 甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移， 总和，宏观上看，其大小取决于物体的温度、体积、物质 压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大：对乙室 的量，温度高只能说明其分子的平均动能大，因为物质 内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界微功，内能 ! 的量不一定相同，所以并不能说明它的分子总动能大， 应减小。 更不能说明它的内能大，选项A错误：热量是一个过程 [答案]D 量，说哪个物体具有热量是毫无意义的，且温度高内能 [变式] C被封闭气体体积增大，气体对外做功，根据△U= 也不一定大，选项B错误：热传递的目的是传递内能，但 W十Q可知，内能减小，因此其温度降低，此时，甲气体 是物体之间发生热传递的条件并不是内能不相等，而是 将向乙气体传递热量，由于系统不能和外界进行热交 温度不同，热传递的最终结采也不是内能相等，而是温 换，因此最终甲、乙气体温度都降低且温度一样。两部 度相同，选项C错误：热量是热传递过程中内能转移的 分气体的内能均降低。故A、B错误，C正确：甲气体温 量度，是一个过程量，选项D正确。 度降低，体积不变，因此压强将降低，故D错误。 [答案]D 13