第2章 气体、液体和固体 章末素养提升-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第三册教师用书（粤教版2019）

章末素养提升 物理 观念 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pV=常量 (2)等容变化的规律=常量 (3)等压变化的规律=常量 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) 气体实验定律的微观解释 1.玻意耳定律的微观解释 温度不变时，平均速率一定，体积减小时，气体分子密集程度增大，气体压强增大 2.查理定律的微观解释 体积不变时，分子密集程度保持不变，温度升高时，平均速率增大，气体压强增大 3.盖-吕萨克定律的微观解释 温度升高时，平均速率增大，要保持压强不变，应使分子的密集程度减小 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 科学 思维 1.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 能对“一定质量的温度不变的气体压强和体积关系”提出相关问题或猜想 探究压强和体积之间的关系，并体会作p-图像的必要性 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　(2023·广州市高二期末)关于液体和固体的一些现象，下列说法正确的是 (　　) A.图甲中水蛭停在水面上是因为浮力作用 B.图乙中石英晶体像玻璃一样，没有固定的熔点 C.图丙中水银在玻璃上形成“圆珠状”的液滴说明水银不浸润玻璃 D.图丁中组成晶体的微粒对称排列，形成很规则的几何空间点阵，因此表现为各向同性 答案　C 解析　题图甲中水蛭停在水面上是因为水的表面张力作用，选项A错误；题图乙中石英晶体有固定的熔点，而玻璃是非晶体没有固定的熔点，选项B错误；题图丙中水银在玻璃上形成“圆珠状”的液滴说明水银不浸润玻璃，选项C正确；题图丁中组成晶体的微粒对称排列，形成很规则的几何空间点阵，因此表现为各向异性，选项D错误。 例2　(多选)如图所示是一定质量的理想气体的p-V图像，气体状态从A→B→C→D→A完成一次循环，A→B(图中实线)和C→D均为等温过程，温度分别为T1和T2。下列判断正确的是 (　　) A.D→A为等容过程，B→C为等压过程 B.T1>T2 C.A→B过程中，若VB=2VA，则pB=2pA(VA、pA、VB、pB分别为A、B两点的体积和压强) D.若气体状态沿图中虚线由A→B变化，则气体的温度先升高后降低 答案　BD 解析　由题图可知，D→A过程压强不变，为等压过程；B→C过程体积不变，为等容过程，故A项错误；D→A过程为等压变化，VA>VD，根据盖—吕萨克定律得=，则T1>T2，故B项正确；A→B过程中，温度不变，根据玻意耳定律得pAVA=pBVB，若VB=2VA，则pB=pA，故C项错误；题图中的等温线是双曲线的一支，由B项分析可知图线离原点越远，气体温度越高，A、B两点在同一条等温线上，所以从A沿虚线到B的过程中，温度先升高后降低，故D项正确。 处理图像问题应注意以下几点： (1)看清坐标轴，理解图像的意义； (2)观察图像，弄清图像中各量的变化情况，看是否属于特殊变化过程，如等温变化、等容变化或等压变化； (3)若不是特殊过程，可在坐标系中作特殊变化的图像(如等温线、等容线或等压线)，实现两个状态的比较。 例3　(2023·惠州市模拟)如图为高压锅结构示意图，气孔1使锅内气体与外界连通，随着温度升高，锅内液体汽化加剧，当温度升到某一值时，小活塞上移，气孔1封闭。锅内气体温度继续升高，当气体压强增大到设计的最大值1.4p0时，气孔2上的限压阀被顶起，气孔2开始放气。气孔2的横截面积为12 mm2，锅内气体可视为理想气体，已知大气压p0=1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。 (1)求限压阀的质量m； (2)若限压阀被顶起后，立即用夹子夹住限压阀使其放气，假设放气过程锅内气体温度不变，当锅内气压降至p0，求放出的气体与限压阀被顶起前锅内气体的质量比。 答案　(1)0.048 kg　(2) 解析　(1)当锅内气体压强增大到设计的最大值p1=1.4p0时，限压阀被顶起，设限压阀质量为m，由平衡条件可得 p1S=p0S+mg 解得m=0.048 kg (2)设气孔2放气前锅内气体体积为V1，放出的气体体积为ΔV，因锅内气体温度一定，根据玻意耳定律有p1V1=p0(V1+ΔV) 解得ΔV=0.4V1 由M=ρV 可得==。 对于变质量问题，直接应用气体实验定律或理想气体状态方程显然不合适，关键是如何灵活选择研究对象，将变质量问题转化为定质量问题，可取原有气体为研究对象，也可以选择剩余气体为研究对象，但始末状态参量必须对应为同一部分气体。可想象“放出”或“漏掉”的气体与剩余气体的状态相同，将变质量问题转化为定质量问题，然后利用理想气体的状态方程，就可以确定剩余气体与“放出”或“漏掉”气体的体积、质量关系，从而确定剩余气体和原有气体间的状态变化关系。 例4　如图所示，一端封闭粗细均匀的U形导热玻璃管竖直放置，封闭端空气柱的长度L=50 cm，管两侧水银面的高度差为h=19 cm，大气压强恒为76 cmHg。 (1)若初始环境温度为27 ℃，给封闭气体缓慢加热，当管两侧水银面齐平时，求封闭气体的温度； (2)若保持环境温度27 ℃不变，缓慢向开口端注入水银，当管两侧水银面平齐时，求注入水银柱的长度x。 答案　(1)203 ℃　(2)44 cm 解析　(1)封闭气体初状态压强 p1=p0-ph=(76-19) cmHg=57 cmHg 设玻璃管的横截面积为S，体积V1=LS=50S 温度T1=(273+27) K=300 K 封闭气体末状态压强p2=p0=76 cmHg体积V2=(L+)S=(50+)S=59.5S 对封闭气体，由理想气体状态方程得 = 代入数据解得T2=476 K，即温度为203 ℃。 (2)设注入水银后空气柱的长度为H，对封闭气体， 由玻意耳定律得p1V1=p2HS 代入数据解得H=37.5 cm 注入水银柱的长度 x=2(L-H)+h=2×(50-37.5)cm+19 cm =44 cm。 分析两部分气体相关联问题的三个关键点 1.要把两部分气体分开看待，分别分析每一部分气体的初、末状态的p、V、T情况，列出相应的方程(应用相应的气体实验定律或理想气体状态方程)。 2.要找出两部分气体之间的联系，如总体积不变，平衡时压强相等。 3.注意挖掘隐含条件，如“慢慢”“缓慢”通常隐含气体状态变化过程为等温变化或等压变化，“密闭”通常隐含气体状态变化过程中质量不变，“连通”往往隐含压强关系等。 学科网（北京）股份有限公司 $$ DIYIZHANG 第一章 章末素养提升 1 再现 素养知识 物理 观念 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_____ (2)热力学温度与摄氏度的关系：T=t+__________ 气体实验定律 (1)等温变化的规律_________ (2)等容变化的规律_________ (3)等压变化的规律__________ 273.15 K 温度 pV=常量 =常量 =常量 物理 观念 理想 气体 (1)理想气体：严格遵从________________的气体。实际气体在压强________，温度_________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_____ (3)理想气体的状态方程：(质量一定) 气体实验定律 不太大 不太低 忽略 =c 物理 观念 气体实验定律的微观解释 1.玻意耳定律的微观解释 温度不变时，平均速率______，体积减小时，气体分子密集程度_____，气体压强_____ 2.查理定律的微观解释 体积不变时，分子密集程度__________，温度升高时，平均速率_____，气体压强______ 3.盖-吕萨克定律的微观解释 温度升高时，平均速率______，要保持压强不变，应使分子的密集程度_____ 一定 增大 增大 保持不变 增大 增大 增大 减小 物理 观念 固体和固 体材料 (1)固体分为_____和________，晶体分为________和_________ (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______的趋势，使液体的表面积趋向_____ (2)浸润和不浸润、毛细现象 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 收缩 最小 科学 思维 1.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 能对“一定质量的温度不变的气体压强和体积关系”提出相关问题或猜想 探究压强和体积之间的关系，并体会作p-图像的必要性 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 　(2023·广州市高二期末)关于液体和固体的一些现象，下列说法正确的是 A.图甲中水蛭停在水面上是因为浮力作用 B.图乙中石英晶体像玻璃一样，没有固定 的熔点 C.图丙中水银在玻璃上形成“圆珠状”的 液滴说明水银不浸润玻璃 D.图丁中组成晶体的微粒对称排列，形成 很规则的几何空间点阵，因此表现为各向同性 例1 √ 提能 综合训练 题图甲中水蛭停在水面上是因为水的表面张力作用，选项A错误； 题图乙中石英晶体有固定的熔点，而玻璃是非晶体没有固定的熔点，选项B错误； 题图丙中水银在玻璃上形成“圆珠状”的液滴说明水银不浸润玻璃，选项C正确； 题图丁中组成晶体的微粒对称排列，形成很规则的几何空间点阵，因此表现为各向异性，选项D错误。 　(多选)如图所示是一定质量的理想气体的p-V图像，气体状态从A→B→C→D→A完成一次循环，A→B(图中实线)和C→D均为等温过程，温度分别为T1和T2。下列判断正确的是 A.D→A为等容过程，B→C为等压过程 B.T1>T2 C.A→B过程中，若VB=2VA，则pB=2pA(VA、pA、VB、pB 分别为A、B两点的体积和压强) D.若气体状态沿图中虚线由A→B变化，则气体的温度先升高后降低 例2 √ √ 由题图可知，D→A过程压强不变，为等压过程； B→C过程体积不变，为等容过程，故A项错误； D→A过程为等压变化，VA>VD，根据盖—吕萨克 定律得，则T1>T2，故B项正确； A→B过程中，温度不变，根据玻意耳定律得pAVA=pBVB，若VB=2VA，则pB=pA，故C项错误； 题图中的等温线是双曲线的一支，由B项分析可知图线离原点越远，气体温度越高，A、B两点在同一条等温线上，所以从A沿虚线到B的过程中，温度先升高后降低，故D项正确。 总结提升 处理图像问题应注意以下几点： (1)看清坐标轴，理解图像的意义； (2)观察图像，弄清图像中各量的变化情况，看是否属于特殊变化过程，如等温变化、等容变化或等压变化； (3)若不是特殊过程，可在坐标系中作特殊变化的图像(如等温线、等容线或等压线)，实现两个状态的比较。 　(2023·惠州市模拟)如图为高压锅结构示意图，气孔1使锅内气体与外界连通，随着温度升高，锅内液体汽化加剧，当温度升到某一值时，小活塞上移，气孔1封闭。锅内气体温度继续升高，当气体压强增大到设计的最大值1.4p0时，气孔2上的限压阀被顶起，气孔2开始放气。气孔2的横截面积为12 mm2，锅内气体可视为理想气体，已知 大气压p0=1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。 (1)求限压阀的质量m； 例3 答案　0.048 kg　 当锅内气体压强增大到设计的最大值p1=1.4p0时，限压阀被顶起，设限压阀质量为m，由平衡条件可得 p1S=p0S+mg 解得m=0.048 kg (2)若限压阀被顶起后，立即用夹子夹住限压阀使其放气，假设放气过程锅内气体温度不变，当锅内气压降至p0，求放出的气体与限压阀被顶起前锅内气体的质量比。 答案　 设气孔2放气前锅内气体体积为V1，放出的气体体积为ΔV，因锅内气体温度一定，根据玻意耳定律有p1V1=p0(V1+ΔV) 解得ΔV=0.4V1 由M=ρV 可得。 总结提升 对于变质量问题，直接应用气体实验定律或理想气体状态方程显然不合适，关键是如何灵活选择研究对象，将变质量问题转化为定质量问题，可取原有气体为研究对象，也可以选择剩余气体为研究对象，但始末状态参量必须对应为同一部分气体。可想象“放出”或“漏掉”的气体与剩余气体的状态相同，将变质量问题转化为定质量问题，然后利用理想气体的状态方程，就可以确定剩余气体与“放出”或“漏掉”气体的体积、质量关系，从而确定剩余气体和原有气体间的状态变化关系。 　如图所示，一端封闭粗细均匀的U形导热玻璃管竖直放置，封闭端空气柱的长度L=50 cm，管两侧水银面的高度差为h=19 cm，大气压强恒为76 cmHg。 (1)若初始环境温度为27 ℃，给封闭气体缓慢加热， 当管两侧水银面齐平时，求封闭气体的温度； 例4 答案　203 ℃　 封闭气体初状态压强 p1=p0-ph=(76-19) cmHg=57 cmHg 设玻璃管的横截面积为S，体积V1=LS=50S 温度T1=(273+27) K=300 K 封闭气体末状态压强p2=p0=76 cmHg体积V2=(L+)S=(50+)S=59.5S 对封闭气体，由理想气体状态方程得 代入数据解得T2=476 K，即温度为203 ℃。 (2)若保持环境温度27 ℃不变，缓慢向开口端注入水银，当管两侧水银面平齐时，求注入水银柱的长度x。 答案　44 cm 设注入水银后空气柱的长度为H，对封闭气体， 由玻意耳定律得p1V1=p2HS 代入数据解得H=37.5 cm 注入水银柱的长度 x=2(L-H)+h=2×(50-37.5)cm+19 cm=44 cm。 总结提升 分析两部分气体相关联问题的三个关键点 1.要把两部分气体分开看待，分别分析每一部分气体的初、末状态的p、V、T情况，列出相应的方程(应用相应的气体实验定律或理想气体状态方程)。 2.要找出两部分气体之间的联系，如总体积不变，平衡时压强相等。 3.注意挖掘隐含条件，如“慢慢”“缓慢”通常隐含气体状态变化过程为等温变化或等压变化，“密闭”通常隐含气体状态变化过程中质量不变，“连通”往往隐含压强关系等。 BENKEJIESHU 本课结束 $$