人教版(新教材)高中物理选择性必修3第二章气体、固体和液体章末核心素养提升

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1章末核心素养提升eq\a\vs4\al(气,体,、,固,体,和,液,体)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(平衡态与状态参量\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(温度（T）：温度是分子平均动能的标志,体积（V）,压强（p）：由大量气体分子对容器壁的频繁碰撞产生)),温度和温标\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(热平衡的特点：一切达到热平衡的系统都具有相同的温度,热力学温度与摄氏温度的关系：T＝t＋273.15K)),气体\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(气体实验定律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(玻意耳定律（等温变化）\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(成立条件：m、T一定,表达式：pV＝C,等温线：p－V图像（双曲线）、p－\f(1,V)图像（过原点的倾斜直线）)),盖－吕萨克定律（等压变化）\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(成立条件：m、p一定,表达式：\f(V,T)＝C,等压线：V－T图像（过原点的倾斜直线）)),查理定律（等容变化）\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(成立条件：m、V一定,表达式：\f(p,T)＝C,等容线：p－T图像（过原点的倾斜直线）)))),理想气体的状态方程\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(理想气体：严格遵从气体实验定律的气体,理想气体的特点：分子间无相互作用力，无分子势能,理想气体状态方程的成立条件：m一定,方程：\f(pV,T)＝C或\f(p1V1,T1)＝\f(p2V2,T2))),)),固体\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(晶体\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(单晶体\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(有规则的几何外形,有确定的熔点,物理性质各向异性)),多晶体\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(无规则的几何外形,有确定的熔点,物理性质各向同性)))),晶体的微观结构：内部微粒按照各自的规则排列，具有空间上的周期性,非晶体\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(无规则的几何外形,无确定的熔点,物理性质各向同性)))),液体\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(液体的表面张力\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(表面张力的形成,表面张力的作用)),浸润与不浸润现象\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(浸润：液体会润湿某种固体并附着在固体表面上的现象,不浸润：液体不会润湿某种固体，也就不会附着在固体表面上的现象,浸润与不浸润现象的微观解释)),毛细现象\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(毛细现象的产生原因,毛细现象的应用与防止)))),液晶\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性的化合物,液晶的微观特点,液晶的性质及应用))))

一、用“假设法”分析液柱移动1.假设推理法：根据题设条件，假设发生某种特殊的物理现象或物理过程，运用相应的物理规律及相关知识进行严谨地推理，得出〖答案〗。巧用假设推理法可以化繁为简，化难为易，简捷解题。2.温度不变情况下的液柱移动问题这类问题的特点是在保持温度不变的情况下改变其他题设条件，从而引起封闭气体的液柱的移动，或液面的升降，或气体体积的增减。解决这类问题通常假设液柱不移动，或液面不升降，或气体体积不变，然后从此假设出发，运用玻意耳定律等有关知识进行推理，求得〖答案〗。3.温度变化情况下液柱移动问题此类问题的特点是气体的状态参量p、V、T都发生了变化，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难，通常先进行气体状态的假设，然后应用查理定律可以简单地求解。其一般思路为：(1)先假设液柱或活塞不发生移动，两部分气体均做等容变化。(2)对两部分气体分别应用查理定律，求出每部分气体压强的变化量Δp＝eq\f(ΔT,T)p，并加以比较。①如果液柱或活塞两端的横截面积相等，则若Δp均大于零，意味着两部分气体的压强均增大，则液柱或活塞向Δp值较小的一方移动；若Δp均小于零，意味着两部分气体的压强均减小，则液柱或活塞向压强减小量较大的一方(即|Δp|较大的一方)移动；若Δp相等，则液柱或活塞不移动。②如果液柱或活塞两端的横截面积不相等，则应考虑液柱或活塞两端的受力变化(Δp·S)，若Δp均大于零，则液柱或活塞向Δp·S较小的一方移动；若Δp均小于零，则液柱或活塞向|Δp·S|较大的一方移动；若Δp·S相等，则液柱或活塞不移动。〖例1〗如图所示，在两端封闭的玻璃管中间用水银柱将其分成体积相等的左右两部分，并充入温度相同的气体，若把气体缓缓升高相同的温度(保持管水平不动)，然后保持恒温，则：(1)水银柱如何移动？(2)若气体B初始温度高，把气体缓缓升高相同的温度，然后保持恒温，则水银柱又如何移动？〖答案〗(1)水银柱不动(2)水银柱向B移动〖解析〗(1)假设水银柱不动，两部分气体均做等容变化，设开始时气体温度为T0，压强为pA和pB，升高温度ΔT，升温后为T1和T2，压强为pA′和pB′，压强变化量为ΔpA和ΔpB，分别对两部分气体应用查理定律对于A：eq\f(pA,T0)＝eq\f(PA′,T1)＝eq\f(ΔpA,ΔT)ΔpA＝eq\f(pAΔT,T0)对于B：eq\f(pB,T0)＝eq\f(pB′,T2)＝eq\f(ΔpB,ΔT)ΔpB＝eq\f(pBΔT,T0)pA＝pB，故有ΔpA＝ΔpB，故水银柱不动。(2)假设体积不变ΔpA＝eq\f(pAΔT,TA)ΔpB＝eq\f(pBΔT,TB)由于TA＜TB则ΔpA＞ΔpB，故水银柱向B移动。〖针对训练1〗如图所示，开口向下并插入水银槽中的粗细均匀的玻璃管内封闭着长为H的空气柱，管内水银柱高于水银槽h，若将玻璃管竖直向上缓慢地提起(管下端未离开槽内水银面)，则H和h的变化情况为()A.H和h都增大 B.H和h都减小C.H减小，h增大 D.H增大，h减小〖答案〗A〖解析〗方法一假设管内水银柱高度不变，由于向上提起玻璃管，封闭空气柱变长，根据玻意耳定律，气体体积增大，空气柱压强变小，根据p＝p0－ρgh得h增大。所以H和h都增大。方法二假设管内封闭空气柱长度不变，由于向上提起玻璃管，h增大，根据p＝p0－ρgh得封闭气体的压强减小，根据玻意耳定律，压强减小，体积增大，所以H和h都增大。二、力、热综合问题的分析1.一般思路(1)确定研究对象一般地说，研究对象分两类：一类是热学研究对象——一定质量的理想气体；另一类是力学研究对象——汽缸、活塞、液柱或玻璃管等封闭气体的装置。(2)明确物理过程明确题目所述的物理过程。对热学对象确定初、末状态及状态变化过程，选择气体实验定律列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力分析，根据力学规律列出方程。2.常见类型(1)力热系统处于平衡状态，需综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题。(2)力热系统处于力学非平衡状态，需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题。(3)封闭气体的容器(如汽缸、活塞、液柱、玻璃管等)与气体发生相互作用的过程中，如果满足守恒定律的适用条件，可根据相应的守恒定律解题。(4)两个或多个力热系统相关联，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解。〖例2〗如图所示，一个上下都与大气相通的直圆筒，筒内横截面积S＝0.01m2，中间用两个活塞A与B封住一定量的气体。A、B都可以无摩擦地滑动，A的质量不计，B的质量为M，并与一劲度系数k＝5×103N/m的弹簧相连，已知大气压强p0＝1×105Pa，平衡时两活塞间距离为L0＝0.6m。现用力压A，使之缓慢向下移动一定距离后保持平衡，此时用于压A的力F＝500N，求活塞A向下移动的距离(B活塞未移到小孔位置)。〖答案〗0.3m〖解析〗先以圆筒内封闭气体为研究对象，初态：p1＝p0，V1＝L0S末态：p2＝？，V2＝LS对活塞A，受力情况如图所示，有：F＋p0S＝p2S所以p2＝p0＋eq\f(F,S)由玻意耳定律得p0·L0S＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0＋\f(F,S)))·LS解得L＝0.4m以A、B及封闭气体系统整体为研究对象，则施加力F后B下移的距离Δx＝eq\f(F,k)＝0.1m故活塞A下移的距离ΔL＝(L0－L)＋Δx＝0.3m。〖针对训练2〗一端封闭开口向上的玻璃管，在封闭端有l＝10cm的水银柱封闭着空气柱，当其静止在30°斜面上时，空气柱长l0＝20cm，如图所示。当此管从倾角为30°的光滑斜面上滑下时，空气柱变为多长？已知大气压强p0＝75cmHg，玻璃管足够长，水银柱流不出玻璃管(过程中气体温度不变)。〖答案〗eq\f(64,3)cm〖解析〗当玻璃管静止在斜面上时，以水银柱为研究对象，设水银密