人教版(新教材)高中物理選擇性必修3第二章氣體、固體和液體章末核心素養(yǎng)提升

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE1章末核心素養(yǎng)提升eq\a\vs4\al(氣,體,、,固,體,和,液,體)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(平衡態(tài)與狀態(tài)參量\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(溫度（T）：溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,體積（V）,壓強(qiáng)（p）：由大量氣體分子對(duì)容器壁的頻繁碰撞產(chǎn)生)),溫度和溫標(biāo)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(熱平衡的特點(diǎn)：一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度,熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系：T＝t＋273.15K)),氣體\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(氣體實(shí)驗(yàn)定律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(玻意耳定律（等溫變化）\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(成立條件：m、T一定,表達(dá)式：pV＝C,等溫線：p－V圖像（雙曲線）、p－\f(1,V)圖像（過原點(diǎn)的傾斜直線）)),蓋－呂薩克定律（等壓變化）\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(成立條件：m、p一定,表達(dá)式：\f(V,T)＝C,等壓線：V－T圖像（過原點(diǎn)的傾斜直線）)),查理定律（等容變化）\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(成立條件：m、V一定,表達(dá)式：\f(p,T)＝C,等容線：p－T圖像（過原點(diǎn)的傾斜直線）)))),理想氣體的狀態(tài)方程\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(理想氣體：嚴(yán)格遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體,理想氣體的特點(diǎn)：分子間無相互作用力，無分子勢能,理想氣體狀態(tài)方程的成立條件：m一定,方程：\f(pV,T)＝C或\f(p1V1,T1)＝\f(p2V2,T2))),)),固體\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(晶體\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(單晶體\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(有規(guī)則的幾何外形,有確定的熔點(diǎn),物理性質(zhì)各向異性)),多晶體\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(無規(guī)則的幾何外形,有確定的熔點(diǎn),物理性質(zhì)各向同性)))),晶體的微觀結(jié)構(gòu)：內(nèi)部微粒按照各自的規(guī)則排列，具有空間上的周期性,非晶體\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(無規(guī)則的幾何外形,無確定的熔點(diǎn),物理性質(zhì)各向同性)))),液體\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(液體的表面張力\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(表面張力的形成,表面張力的作用)),浸潤與不浸潤現(xiàn)象\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(浸潤：液體會(huì)潤濕某種固體并附著在固體表面上的現(xiàn)象,不浸潤：液體不會(huì)潤濕某種固體，也就不會(huì)附著在固體表面上的現(xiàn)象,浸潤與不浸潤現(xiàn)象的微觀解釋)),毛細(xì)現(xiàn)象\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(毛細(xì)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因,毛細(xì)現(xiàn)象的應(yīng)用與防止)))),液晶\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定義：像液體一樣具有流動(dòng)性，而其光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向異性的化合物,液晶的微觀特點(diǎn),液晶的性質(zhì)及應(yīng)用))))

一、用“假設(shè)法”分析液柱移動(dòng)1.假設(shè)推理法：根據(jù)題設(shè)條件，假設(shè)發(fā)生某種特殊的物理現(xiàn)象或物理過程，運(yùn)用相應(yīng)的物理規(guī)律及相關(guān)知識(shí)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)赝评?，得出〖答案〗。巧用假設(shè)推理法可以化繁為簡，化難為易，簡捷解題。2.溫度不變情況下的液柱移動(dòng)問題這類問題的特點(diǎn)是在保持溫度不變的情況下改變其他題設(shè)條件，從而引起封閉氣體的液柱的移動(dòng)，或液面的升降，或氣體體積的增減。解決這類問題通常假設(shè)液柱不移動(dòng)，或液面不升降，或氣體體積不變，然后從此假設(shè)出發(fā)，運(yùn)用玻意耳定律等有關(guān)知識(shí)進(jìn)行推理，求得〖答案〗。3.溫度變化情況下液柱移動(dòng)問題此類問題的特點(diǎn)是氣體的狀態(tài)參量p、V、T都發(fā)生了變化，直接判斷液柱或活塞的移動(dòng)方向比較困難，通常先進(jìn)行氣體狀態(tài)的假設(shè)，然后應(yīng)用查理定律可以簡單地求解。其一般思路為：(1)先假設(shè)液柱或活塞不發(fā)生移動(dòng)，兩部分氣體均做等容變化。(2)對(duì)兩部分氣體分別應(yīng)用查理定律，求出每部分氣體壓強(qiáng)的變化量Δp＝eq\f(ΔT,T)p，并加以比較。①如果液柱或活塞兩端的橫截面積相等，則若Δp均大于零，意味著兩部分氣體的壓強(qiáng)均增大，則液柱或活塞向Δp值較小的一方移動(dòng)；若Δp均小于零，意味著兩部分氣體的壓強(qiáng)均減小，則液柱或活塞向壓強(qiáng)減小量較大的一方(即|Δp|較大的一方)移動(dòng)；若Δp相等，則液柱或活塞不移動(dòng)。②如果液柱或活塞兩端的橫截面積不相等，則應(yīng)考慮液柱或活塞兩端的受力變化(Δp·S)，若Δp均大于零，則液柱或活塞向Δp·S較小的一方移動(dòng)；若Δp均小于零，則液柱或活塞向|Δp·S|較大的一方移動(dòng)；若Δp·S相等，則液柱或活塞不移動(dòng)?！祭?〗如圖所示，在兩端封閉的玻璃管中間用水銀柱將其分成體積相等的左右兩部分，并充入溫度相同的氣體，若把氣體緩緩升高相同的溫度(保持管水平不動(dòng))，然后保持恒溫，則：(1)水銀柱如何移動(dòng)？(2)若氣體B初始溫度高，把氣體緩緩升高相同的溫度，然后保持恒溫，則水銀柱又如何移動(dòng)？〖答案〗(1)水銀柱不動(dòng)(2)水銀柱向B移動(dòng)〖解析〗(1)假設(shè)水銀柱不動(dòng)，兩部分氣體均做等容變化，設(shè)開始時(shí)氣體溫度為T0，壓強(qiáng)為pA和pB，升高溫度ΔT，升溫后為T1和T2，壓強(qiáng)為pA′和pB′，壓強(qiáng)變化量為ΔpA和ΔpB，分別對(duì)兩部分氣體應(yīng)用查理定律對(duì)于A：eq\f(pA,T0)＝eq\f(PA′,T1)＝eq\f(ΔpA,ΔT)ΔpA＝eq\f(pAΔT,T0)對(duì)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，故水銀柱不動(dòng)。(2)假設(shè)體積不變?chǔ)A＝eq\f(pAΔT,TA)ΔpB＝eq\f(pBΔT,TB)由于TA＜TB則ΔpA＞ΔpB，故水銀柱向B移動(dòng)?！坚槍?duì)訓(xùn)練1〗如圖所示，開口向下并插入水銀槽中的粗細(xì)均勻的玻璃管內(nèi)封閉著長為H的空氣柱，管內(nèi)水銀柱高于水銀槽h，若將玻璃管豎直向上緩慢地提起(管下端未離開槽內(nèi)水銀面)，則H和h的變化情況為()A.H和h都增大 B.H和h都減小C.H減小，h增大 D.H增大，h減小〖答案〗A〖解析〗方法一假設(shè)管內(nèi)水銀柱高度不變，由于向上提起玻璃管，封閉空氣柱變長，根據(jù)玻意耳定律，氣體體積增大，空氣柱壓強(qiáng)變小，根據(jù)p＝p0－ρgh得h增大。所以H和h都增大。方法二假設(shè)管內(nèi)封閉空氣柱長度不變，由于向上提起玻璃管，h增大，根據(jù)p＝p0－ρgh得封閉氣體的壓強(qiáng)減小，根據(jù)玻意耳定律，壓強(qiáng)減小，體積增大，所以H和h都增大。二、力、熱綜合問題的分析1.一般思路(1)確定研究對(duì)象一般地說，研究對(duì)象分兩類：一類是熱學(xué)研究對(duì)象——一定質(zhì)量的理想氣體；另一類是力學(xué)研究對(duì)象——汽缸、活塞、液柱或玻璃管等封閉氣體的裝置。(2)明確物理過程明確題目所述的物理過程。對(duì)熱學(xué)對(duì)象確定初、末狀態(tài)及狀態(tài)變化過程，選擇氣體實(shí)驗(yàn)定律列出方程；對(duì)力學(xué)研究對(duì)象要正確地進(jìn)行受力分析，根據(jù)力學(xué)規(guī)律列出方程。2.常見類型(1)力熱系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，需綜合應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律和物體的平衡條件解題。(2)力熱系統(tǒng)處于力學(xué)非平衡狀態(tài)，需要綜合應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題。(3)封閉氣體的容器(如汽缸、活塞、液柱、玻璃管等)與氣體發(fā)生相互作用的過程中，如果滿足守恒定律的適用條件，可根據(jù)相應(yīng)的守恒定律解題。(4)兩個(gè)或多個(gè)力熱系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，解答時(shí)應(yīng)分別研究各部分氣體，找出它們各自遵循的規(guī)律，并寫出相應(yīng)的方程，還要寫出各部分氣體之間壓強(qiáng)或體積的關(guān)系式，最后聯(lián)立求解?！祭?〗如圖所示，一個(gè)上下都與大氣相通的直圓筒，筒內(nèi)橫截面積S＝0.01m2，中間用兩個(gè)活塞A與B封住一定量的氣體。A、B都可以無摩擦地滑動(dòng)，A的質(zhì)量不計(jì)，B的質(zhì)量為M，并與一勁度系數(shù)k＝5×103N/m的彈簧相連，已知大氣壓強(qiáng)p0＝1×105Pa，平衡時(shí)兩活塞間距離為L0＝0.6m?，F(xiàn)用力壓A，使之緩慢向下移動(dòng)一定距離后保持平衡，此時(shí)用于壓A的力F＝500N，求活塞A向下移動(dòng)的距離(B活塞未移到小孔位置)?！即鸢浮?.3m〖解析〗先以圓筒內(nèi)封閉氣體為研究對(duì)象，初態(tài)：p1＝p0，V1＝L0S末態(tài)：p2＝？，V2＝LS對(duì)活塞A，受力情況如圖所示，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及封閉氣體系統(tǒng)整體為研究對(duì)象，則施加力F后B下移的距離Δx＝eq\f(F,k)＝0.1m故活塞A下移的距離ΔL＝(L0－L)＋Δx＝0.3m?！坚槍?duì)訓(xùn)練2〗一端封閉開口向上的玻璃管，在封閉端有l(wèi)＝10cm的水銀柱封閉著空氣柱，當(dāng)其靜止在30°斜面上時(shí)，空氣柱長l0＝20cm，如圖所示。當(dāng)此管從傾角為30°的光滑斜面上滑下時(shí)，空氣柱變?yōu)槎嚅L？已知大氣壓強(qiáng)p0＝75cmHg，玻璃管足夠長，水銀柱流不出玻璃管(過程中氣體溫度不變)?！即鸢浮絜q\f(64,3)cm〖解析〗當(dāng)玻璃管靜止在斜面上時(shí)，以水銀柱為研究對(duì)象，設(shè)水銀密