第2章 气体、固体和液体 章末整合提升 体系构建 素养提升（教用word）-【优学精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

该高中物理单元复习讲义以气体实验定律的STSE应用为核心，通过生产生活、现代科技、古代文化生活三大场景构建知识体系，利用考教衔接表格对比真题与教材题，结合解题通法总结盖-吕萨克定律、查理定律等应用要点，清晰呈现知识脉络与重难点内在联系。 讲义亮点在于STSE情境化练习设计，如以铝制易拉罐温度计、战国青铜汲酒器为背景的典例，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力，渗透科学态度与责任。通过选择、计算等多元题型及解题通法指导，基础学生可掌握规律应用，优秀学生能深化问题分析，助力教师实施精准分层教学。

气体实验定律中的STSE问题 　　气体实验定律在现代生产、生活、科技甚至古代文化生活中都有许多实际应用，如铝制易拉罐制作温度计问题、轮胎充气问题、月球科研观测台问题、战国青铜汲酒器原理等等。 一、气体实验定律在生产、生活中的应用 【典例1】　（2024·海南高考7题）如图为用铝制易拉罐制作的温度计，一透明薄吸管里有一段油柱（长度不计），吸管与罐连接处密封良好，罐内气体可视为理想气体，已知罐的容积为330 cm3，薄吸管横截面积为0.5 cm2，罐外吸管总长度为20 cm，当温度为27 ℃（300 K）时，油柱离罐口10 cm，不考虑大气压强变化，下列说法正确的是（　　） A.若在吸管上标注等差温度值，则刻度左密右疏 B.该装置所测温度不高于31.5 ℃ C.该装置所测温度不低于23.5 ℃ D.其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，则油柱离罐口距离增大 答案：B　 解析：温度变化时，封闭气体发生等压变化，根据盖－吕萨克定律有＝，又V0＝330 cm3＋0.5×10 cm3＝335 cm3，T0＝300 K，V＝330＋0.5x（ cm3），T＝t＋273（K），解得t＝x＋（ ℃），则吸管上标注等差温度值刻度均匀，A错误；当x＝20 cm时，所测温度最高，代入A项表达式可得t≈31.5 ℃，B正确；当x＝0时，所测温度最低，代入A项表达式可得t≈22.5 ℃，C错误；缓慢把吸管拉出来一些，封闭气体的温度和压强均不变，因此封闭气体的体积不变，则油柱离罐口距离不变，D错误。 【考教衔接】 真题探源 本题源于人教版选修第三册P30·T3的情境：3.如图2.3-5，向一个空的铝制饮料罐中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略）。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。已知罐的容积是360 cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为 0.2 cm2，吸管的有效长度为20 cm，当温度为25 ℃时，油柱离管口10 cm。若给吸管上标刻温度值，刻度是否均匀？试估算这个气温计的测量范围 衔接分析 （1）两题所述物理情境完全相同，问题设置完全相同。 （2）两题解答方法完全一致。 （3）2024年海南高考题仅将计算题改为了选择题，同时调整了体积、温度两个已知量数值，使计算更加方便 解题通法 （1）由盖－吕萨克定律结合摄氏温度与热力学温度的关系，推导质量一定的气体压强不变时温度随油柱到灌口距离x变化的t-x一次函数关系式，推断标注等差温度值刻度应该是均匀的。利用函数关系式相应算出所测温度的取值范围。 （2）利用盖－吕萨克定律T-V关系图像直接予以判定结果，再利用盖－吕萨克定律相应算出x最大、最小时所测温度的取值范围 【典例2】　（2024·安徽高考13题）某人驾驶汽车，从北京到哈尔滨，在哈尔滨发现汽车的某个轮胎内气体的压强有所下降（假设轮胎内气体的体积不变，且没有漏气，可视为理想气体）。于是在哈尔滨给该轮胎充入压强与大气压相同的空气，使其内部气体的压强恢复到出发时的压强（假设充气过程中，轮胎内气体的温度与环境相同，且保持不变）。已知该轮胎内气体的体积V0＝30 L，从北京出发时，该轮胎气体的温度t1＝－3 ℃，压强p1＝2.7×105 Pa。哈尔滨的环境温度t2＝－23 ℃，大气压强p0取1.0×105 Pa。求： （1）在哈尔滨时，充气前该轮胎气体压强的大小。 答案：2.5×105 Pa 解析：由查理定律可得＝ 其中p1＝2.7×105 Pa，T1＝273－3（K）＝270 K，T2＝273－23（K）＝250 K 代入数据解得，在哈尔滨时，充气前该轮胎气体压强的大小为p2＝2.5×105 Pa。 （2）充进该轮胎的空气体积。 答案： 6 L 解析：由玻意耳定律p2V0＋p0V＝p1V0 代入数据解得，充进该轮胎的空气体积为V＝6 L。 二、气体实验定律在现代科技中的应用 【典例3】　（2024·江苏高考13题）某科研实验站有一个密闭容器，容器内有温度为300 K、压强为105 Pa的理想气体，容器内有一个面积为0.06 m2的观测台，现将这个容器移动到月球上，容器内的温度变成240 K，整个过程可认为气体的体积不变，月球表面为真空状态。求： （1）在月球上容器内气体的压强； 答案：8×104 Pa 解析：根据题意，容器内气体发生等容变化，由查理定律有＝，代入数据解得月球上容器内气体的压强p2＝8×104 Pa。 （2）观测台所受的压力大小。 答案： 4.8×103 N 解析：观测台所受的压力大小F＝p2S＝4.8×103 N。 三、热力学定律在古代文化生活中的应用 【典例4】　（2024·山东高考16题）图甲为战国时期青铜汲酒器，根据其原理制作了由中空圆柱形长柄和储液罐组成的汲液器，如图乙所示。长柄顶部封闭，横截面积S1＝1.0 cm2，长度H＝100.0 cm，侧壁有一小孔A。储液罐的横截面积S2＝90.0 cm2、高度h＝20.0 cm，罐底有一小孔B。汲液时，将汲液器竖直浸入液体，液体从孔B进入，空气由孔A排出；当内外液面相平时，长柄浸入液面部分的长度为x；堵住孔A，缓慢地将汲液器竖直提出液面，储液罐内刚好储满液体。已知液体密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度大小g＝10 m/s2，大气压p0＝1.0×105 Pa。整个过程温度保持不变，空气可视为理想气体，忽略器壁厚度。 （1）求x； 答案：2 cm 解析：在缓慢将汲液器竖直提出液面的过程中，封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律有 p1（H－x）S1＝p2HS1 根据题意可知p1＝p0，p2＋ρgh＝p0 联立解得x＝2 cm。 （2）松开孔A，从外界进入压强为p0、体积为V的空气，使满储液罐中液体缓缓流出，堵住孔A，稳定后罐中恰好剩余一半的液体，求V。 答案： 8.92×10－4 m3 解析：对新进入的气体和原有的气体整体分析，由玻意耳定律有 p0V＋p2HS1＝p3 又p3＋ρg·＝p0 联立解得V＝8.92×10－4 m3。 【典例5】　（2024·全国甲卷33题节选）（10分）如图，一竖直放置的汽缸内密封有一定量的气体，一不计厚度的轻质活塞可在汽缸内无摩擦滑动，移动范围被限制在卡销a、b之间，b与汽缸底部的距离＝10，活塞的面积为1.0×10－2 m2。初始时，活塞在卡销a处，汽缸内气体的压强、温度与活塞外大气的压强、温度相同，分别为1.0×105 Pa和300 K。在活塞上施加竖直向下的外力，逐渐增大外力使活塞缓慢到达卡销b处（过程中气体温度视为不变），外力增加到200 N并保持不变。 （1）求外力增加到200 N时，卡销b对活塞支持力的大小； （2）再将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，求当活塞刚好能离开卡销b时气体的温度。 【教你审题】——提升破题能力 信息读取 信息加工 ①竖直放置的汽缸内密封有一定量的气体，不计厚度的轻质活塞可在汽缸内无摩擦滑动 封闭气体质量一定，符合气体实验定律的条件之一；活塞不计厚度不计质量不计摩擦——轻质活塞模型建立 ②初始时，活塞在卡销a处，在活塞上施加竖直向下逐渐增大的外力使活塞缓慢到达卡销b处（过程中气体温度视为不变） 活塞缓慢移动确保压缩过程气体温度基本不变，过程符合玻意耳定律 ③再将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，求当活塞刚好能离开卡销b时气体的温度 活塞刚好能离开卡销b，说明卡销b对活塞支持力恰好为0，气体体积不变，过程符合查理定律 【答案】　（1）100 N　（2） K 【规范解答】　（1）活塞从卡销a运动到卡销b的过程中，对密封气体由玻意耳定律有 p0V0＝p1V1（2分） 其中V1＝V0（1分） 外力增加到200 N时，对活塞，由平衡条件有 p0S＋F＝p1S＋FN（2分） 联立并代入数据解得卡销b对活塞支持力的大小为FN＝100 N。（1分） （2）当活塞刚好能离开卡销b时，对活塞有 p0S＋F＝p2S（1分） 从开始升温至活塞刚好能离开卡销b，对密封气体，由查理定律有 ＝（2分） 联立并代入数据解得活塞刚好能离开卡销b时密封气体的温度为T2＝ K。（1分） 1 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $