第二章　气体、固体和液体　章末素养提升 学案（学生版+教师版）—2024年春高中物理人教版选择性必修三

第二章　气体、固体和液体 章末素养提升
物理观念 气体的状 态参量 (1)状态参量：温度T、压强p、体积V (2)热平衡的特点：一切达到热平衡的系统都具有相同的_______ (3)热力学温度与摄氏度的关系：T＝t＋______________
气体实 验定律 (1)玻意耳定律(等温变化) ①成立条件：_______一定 ②表达式_______ ③等温线：p－V图像是双曲线的一支，p－图像是一条_______ _______ (2)盖－吕萨克定律(等压变化) ①成立条件：_______一定 ②表达式_______ ③等压线(V－T)——_____________________ (3)查理定律(等容变化) ①成立条件：_______一定 ②表达式_______ ③等容线(p－T)——_____________________
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_______，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忽略 (3)理想气体的状态方程：_______(质量一定)
固体的 分类 (1)固体分为_______和_______ (2)晶体分为_______和_______ (3)晶体的微观结构：在各种晶体中，原子(或分子、离子)按照一定的规则排列，具有空间上的_______
液体 (1)液体的性质：①表面张力：使液体表面张紧，具有收缩的趋势，使液体表面积趋向_______；②浸润和不浸润、毛细现象 (2)液晶：既具有液体的_______，又具有某些晶体的_______
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．能用气体实验定律和理想气体状态方程解决实际问题 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　(2023·泰州市高二期中)关于固体和液体，下列说法中正确的是(　　)
A．晶体在熔化过程中，温度不变，内能不变
B．多晶体没有规则的几何形状，没有确定的熔点
C．由于液体表面分子间距离小于平衡位置间距r0，故液体表面存在表面张力
D．液晶显示不同的颜色是由于液晶中电场不同时，对不同颜色的光的吸收强度不同造成的
例2　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
例3　(2023·无锡市高二期中)如图所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立汽缸的活塞，使汽缸悬空而静止。设活塞与缸壁间无摩擦，可以在缸内自由移动，缸壁导热性良好使缸内气体的温度保持与外界大气温度相同，则下列结论中正确(　　)
A．若外界大气压增大，则弹簧将压缩一些
B．若外界大气压减小，则汽缸的上底面距地面的高度将减小
C．若气温升高，则汽缸的上底面距地面的高度将增大
D．若气温升高，则活塞距地面的高度将减小
例4　(2022·徐州市高二月考)神舟十三号航天员从天和核心舱气闸舱出舱时身着我国新一代“飞天”舱外航天服。航天服内密封了一定质量的理想气体，体积约为V1＝2 L，压强p1＝1.0×105 Pa，温度t1＝27 ℃。
(1)打开舱门前，航天员需将航天服内气压降低到p2＝4.4×104 Pa，此时密闭气体温度变为t2＝－9 ℃，则航天服内气体体积V2变为多少？
(2)为便于舱外活动，航天员出舱前还需要把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降到p3＝3.0×104 Pa。假设释放气体过程中温度保持为t3＝－9 ℃不变，体积变为V3＝2.2 L，那么航天服放出的气体与原来气体的质量比为多少？
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例5　(2022·连云港市高二月考)如图所示，总容积为3V0、内壁光滑的汽缸水平放置，一横截面积为S的轻质薄活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞左侧由跨过光滑定滑轮的细绳与一质量为m的重物相连，汽缸右侧封闭且留有抽气孔。活塞右侧气体的压强为p0，活塞左侧气体的体积为V0，温度为T0。将活塞右侧抽成真空并密封，整个抽气过程中缸内气体温度始终保持不变。然后将密封的气体缓慢加热。已知重物的质量满足关系式mg＝p0S，重力加速度为g。求：
(1)活塞刚碰到汽缸右侧时气体的温度；
(2)当气体温度达到2T0时气体的压强。
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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。
章末素养提升
物理观念 气体的状 态参量 (1)状态参量：温度T、压强p、体积V (2)热平衡的特点：一切达到热平衡的系统都具有相同的温度 (3)热力学温度与摄氏度的关系：T＝t＋273.15 K
气体实 验定律 (1)玻意耳定律(等温变化) ①成立条件：m、T一定 ②表达式pV＝C ③等温线：p－V图像是双曲线的一支，p－图像是一条过原点的直线 (2)盖－吕萨克定律(等压变化) ①成立条件：m、p一定 ②表达式＝C ③等压线(V－T)——过原点的倾斜直线 (3)查理定律(等容变化) ①成立条件：m、V一定 ②表达式＝C ③等容线(p－T)——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)
固体的 分类 (1)固体分为晶体和非晶体 (2)晶体分为单晶体和多晶体 (3)晶体的微观结构：在各种晶体中，原子(或分子、离子)按照一定的规则排列，具有空间上的周期性
液体 (1)液体的性质：①表面张力：使液体表面张紧，具有收缩的趋势，使液体表面积趋向最小；②浸润和不浸润、毛细现象 (2)液晶：既具有液体的流动性，又具有某些晶体的各向异性
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．能用气体实验定律和理想气体状态方程解决实际问题 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　(2023·泰州市高二期中)关于固体和液体，下列说法中正确的是(　　)
A．晶体在熔化过程中，温度不变，内能不变
B．多晶体没有规则的几何形状，没有确定的熔点
C．由于液体表面分子间距离小于平衡位置间距r0，故液体表面存在表面张力
D．液晶显示不同的颜色是由于液晶中电场不同时，对不同颜色的光的吸收强度不同造成的
答案　D
解析　由于晶体有固定的熔点，因此当晶体融化时温度不变，但是因为要融化，因此晶体会不断吸热，内能增大，故A错误；多晶体没有规则的几何形状，但有确定的熔点，故B错误；由于液体表面分子间距离大于平衡位置间距r0，分子力表现为引力，因此液体表面存在表面张力，故C错误；液晶具有单晶体的各向异性，显示不同的颜色是由于液晶中电场不同时，对不同颜色的光的吸收强度不同造成的，故D正确。
例2　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　(2023·无锡市高二期中)如图所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立汽缸的活塞，使汽缸悬空而静止。设活塞与缸壁间无摩擦，可以在缸内自由移动，缸壁导热性良好使缸内气体的温度保持与外界大气温度相同，则下列结论中正确(　　)
A．若外界大气压增大，则弹簧将压缩一些
B．若外界大气压减小，则汽缸的上底面距地面的高度将减小
C．若气温升高，则汽缸的上底面距地面的高度将增大
D．若气温升高，则活塞距地面的高度将减小
答案　C
解析　选择汽缸和活塞为整体，那么整体所受的大气压力相互抵消，若外界大气压增大或者气温升高，弹簧弹力仍等于整体重力，则弹簧长度不发生变化，活塞距地面的高度不变，故A、D错误；选择汽缸为研究对象，竖直向下受重力和大气压力p0S，向上受到缸内气体向上的压力p1S，汽缸竖直方向受力平衡，则有G＋p0S＝p1S，若外界大气压p0减小，p1一定减小，根据理想气体的等温变化pV＝C可知，当压强减小时，体积一定变大，所以汽缸的上底面距地面的高度将增大，故B错误；若气温升高，缸内气体做等压变化，由盖－吕萨克定律＝C可知，当温度升高时，气体体积增大，汽缸上升，则汽缸的上底面距地面的高度将增大，故C正确。
例4　(2022·徐州市高二月考)神舟十三号航天员从天和核心舱气闸舱出舱时身着我国新一代“飞天”舱外航天服。航天服内密封了一定质量的理想气体，体积约为V1＝2 L，压强p1＝1.0×105 Pa，温度t1＝27 ℃。
(1)打开舱门前，航天员需将航天服内气压降低到p2＝4.4×104 Pa，此时密闭气体温度变为t2＝－9 ℃，则航天服内气体体积V2变为多少？
(2)为便于舱外活动，航天员出舱前还需要把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降到p3＝3.0×104 Pa。假设释放气体过程中温度保持为t3＝－9 ℃不变，体积变为V3＝2.2 L，那么航天服放出的气体与原来气体的质量比为多少？
答案　(1)4 L　(2)5∶8
解析　(1)初态体积约为V1＝2 L，压强p1＝1.0×105 Pa，温度T1＝300 K，末态p2＝4.4×104 Pa，温度T2＝264 K，根据理想气体状态方程可得＝，解得V2＝4 L
(2)气体缓慢放出的过程中气体的温度不变，设需要放出的气体体积为ΔV，据玻意耳定律可得p2V2＝p3(V3＋ΔV)，航天服放出的气体与原来气体的质量比＝
联立解得航天服放出的气体与原来气体的质量比为＝。
例5　(2022·连云港市高二月考)如图所示，总容积为3V0、内壁光滑的汽缸水平放置，一横截面积为S的轻质薄活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞左侧由跨过光滑定滑轮的细绳与一质量为m的重物相连，汽缸右侧封闭且留有抽气孔。活塞右侧气体的压强为p0，活塞左侧气体的体积为V0，温度为T0。将活塞右侧抽成真空并密封，整个抽气过程中缸内气体温度始终保持不变。然后将密封的气体缓慢加热。已知重物的质量满足关系式mg＝p0S，重力加速度为g。求：
(1)活塞刚碰到汽缸右侧时气体的温度；
(2)当气体温度达到2T0时气体的压强。
答案　(1)1.5T0　(2)p0
解析　(1)当活塞右侧的气体压强为p0时，左侧气体压强为p1，对活塞受力分析，有
p1＝＋p0＝2p0，右侧抽成真空时，左侧气体压强为p2，有p2＝p0，设此时左侧气体体积为V2，由玻意耳定律有p1V0＝p2V2，解得V2＝2V0，缓慢加热气体，气体发生等压变化，活塞与汽缸右侧接触时，气体体积为V3＝3V0，气体的温度为T3，由盖－吕萨克定律有
＝，解得T3＝1.5T0
(2)气体温度升高到1.5T0之后，气体发生等容变化，由查理定律有＝，解得p4＝p0。
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。