物理选修3-3固体-液体和气体

《液体》教学设计作者：尹延生来源：《中国校外教育(中旬)》2018年第06期一、《物理课程标准》与教材分析（一）课标分析《液体》是《普通高中物理课程标准》选修模块选修3-3中二级主题“固体、液体与气体”的内容，其基本内容要求是：“通过实验，观察液体的表面张力现象，解释表面张力产生的原因，交流讨论日常生活中表面张力现象的实例。

”（二）教材分析1.教材教材选自《物理》人民教育出版社2012版选修3-3模块第九章第二节的内容。

教材主要是由“微观结构、表面张力、浸润与不浸润、毛细现象、液晶”五个问题组成。

2.地位、作用和价值液体知识点是在固体、气体之后安排的教学内容，是利用微观结构解释宏观现象的巩固和延伸。

学生将通过具体内容的探究学习，进而更好的利用微观解构解释物体的宏观现象。

本节课通过有趣的实验和生活现象进行探究，从物理来源生活的角度，培养了学生探究知识的能力和逻辑思维能力，同时提高他们的综合素质。

二、学情分析（一）学生知识基础学生是高二平行班学生，已经初步掌握了分子动理论、气体、固体的相关知识。

（二）学生学习特点平行班学生，自主学习性较差，接受知识较慢，对已有知识掌握不牢逻辑思维不强；但有一定的动手和分析能力。

（三）学生已有经验学生对液体的宏观现象有一定的了解、但不能利用微观结构进行解释。

三、教案（一）液体的微观结构1.问题引导：液体对比于气体和固体分子结构有什么不同？宏观表现有什么差别？2.学生阅读，利用白板进行知识概括：（1）液体的分子间距比气体的小，很难被压缩，具有一定的体积。

（2）液体的分子力比固体的小，具有流动性，扩散速度更快。

（二）液体的表面张力1.趣味实验，引入表面张力通过演示实验，使学生对实验现象产生质疑，并引导观察生活中（叶面上的露珠、水黾停在水面）的表面张力现象。

学生实验：利用注射器向一元硬币滴水，记录所滴水滴数量和水滴形态。

利用智能演示，实时传输学生实验画面。

学生观察实验现象。

一、选择题1．如图所示是一定质量的气体从状态A经B到状态C的V-T图象．由图象可知()A．p A>p B B．p C<p BC．p A>p C D．p C>p B2．一根一端封闭的玻璃管开口向下插入水银槽中，管中封闭一定质量的气体，管内水银面低于管外，在温度不变时，将玻璃管稍向下插入一些，下列说法正确的是（）A．玻璃管内气体体积增大B．管内外水银面高度差减小C．若将玻璃管倾斜，保持管的上端高度不变，管内外水银面高度差h减小D．若将玻璃管倾斜，保持管内水银柱长度不变，管内外水银面高度差h减小3．关于液体的表面张力，下列说法中正确的是（）A．游禽用嘴把油脂涂到羽毛上，其目的都是改变水的表面张力B．透过布制的伞面可以看见纱线缝隙，而伞面不漏雨水，这是由于表面张力的作用C．液体表面张力产生的原因是液体表面层分子间距离比较大，分子力表现为引力，故液体表面存在张力，其方向指向液体内部D．当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开，这是由于水膜具有表面张力4．关于固体和液体，下列说法正确的是（）A．毛细现象是指液体在细管中上升的现象B．晶体和非晶体在熔化过程中都吸收热量，温度不变C．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向同性的特点D．液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，产生表面张力5．下列说法正确的是（）A．在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的表面张力有关B．在完全失重的情况下气体对器壁不再产生压强C．把一枚针轻放在水面上，它会静止浮在水面，这是由于针的重力与表面张力平衡D．晶体的物理性质表现为各向异性，非晶体的物理性质表现为各向同性6．一定质量的气体在T1、T2不同温度下的等温变化图线如图所示，A、B和C、D分别为两条等温线上的点。

在下面p- -T和V- -T图象中，能表示图中气体状态变化过程的是A．甲B．乙C．丙D．丁7．如图，两个相同的导热气缸固定在地面上，内部封闭有质量相同的同种气体，两活塞质量m A>m B，现使两气缸中气体降低相同的温度，不计活塞摩擦，系统重新平衡后（）A．A活塞下降的高度比B活塞大B．A活塞下降的高度比B活塞小C．A、B活塞下降的高度相等D．以上三种情况均有可能8．下列关于分子动理论说法中正确的是()A．物体温度越高，则该物体内所有分子运动的速率都一定越大B．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大D．显微镜下观察到墨水中的小颗粒在不停的做无规则运动，这就是液体分子的运动9．某同学用同一个注射器做了两次验证玻意耳定律的实验，操作完全正确，根据实验数据却在p、V图上画出了两条不同的双曲线如图所示，造成这种情况的可能原因是（）①两次实验中空气质量不同②两次实验中温度不同③两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体压强的数据不同④两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体体积的数据不同A．①②B．②④C．②③D．①②④10．一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p－1V图线如图所示，变化顺序由a→b→c→d→a，图中ab线段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与1V轴垂直．气体在此状态变化过程中()A．a→b，压强减小、温度不变、体积增大B．b→c，压强增大、温度降低、体积减小C．c→d，压强不变、温度升高、体积减小D．d→a，压强减小、温度升高、体积不变11．现将一定质量的某种理想气体进行等温压缩．下列图象能正确表示该气体在压缩过程中的压强P和体积的倒数1V的关系的是( )A．B．C．D．12．把一块铅和一块金的接触面磨平磨光后紧紧压在一起，几年后发现金中有铅，铅中有金，对此现象的解释下列说法正确的是（）A．是由于扩散现象，原因是金分子和铅分子的运动B．是由于布朗运动，小金粒进入铅块中，小铅粒进入金块中C．是因为分子间存在引力使小铅颗粒进入了金块中D．是因为铅和金之间存在表面张力的原因13．一定质量的理想气体，保持体积不变，压强减为原来的一半，则其温度由原来的27℃变为（ ）A ．127KB ．150KC ．13.5℃D ．-23.5℃ 14．如图所示，粗细相同的导热玻璃管A 、B 底部由橡皮软管连接，一定质量的空气被水银柱封闭在A 管内，气柱长度为L （cm ）。

2 液体教材分析与整合：教科书从分子动理论出发，分析构成气体、固体、液体的分子间相互作用力的差异，引出液体微观结构的特点。

随后围绕液体表面张力、浸润和不浸润、毛细现象三个问题展开讨论。

在讨论这三个问题时教科书从生活现象，实验演示切入，再从分子动理论的角度研究液体表面张力产生的原因，从而提到浸润与不浸润以及毛细现象，这都符合学生的认识特点。

本节课教科书中也涉及到了液晶的相关知识，这部分内容安排在第2课时中讲授。

教学目标：知识与技能：（1）知道液体具有一定的体积，不易被压缩，没有固定形状，具有流动性，掌握液体的微观结构。

（2）知道液体表面有收缩的趋势，会分析表面层分子的微观结构，理解液体表面张力，会对相关现象做出解释。

（3）知道浸润和不浸润现象，会从分子微观结构对浸润与不浸润想象进行解释。

（4）知道什么是毛细现象，会进行原因分析。

过程与方法：通过演示实验和学生实验，让学生对液体的相关特殊现象产生兴趣，培养学生分析问题的方法——从现象到本质，由潜入深用分子的微观结构来分析物质的宏观特性和主动、积极的科学探究能力。

情感态度与价值观：让学生猛然发觉看似简单的液体竟会蕴含如此多的相关想象，激发了学生学习物理的兴趣和积极性，让学生体会到分子动理论不但能在微观意义上研究气体、固体，而且能研究液体。

教学重点：液体的表面张力、浸润与不浸润、毛细现象。

教学难点：对浸润与不浸润的微观解释。

实验器材：表面张力演示器、肥皂水、儿童吹泡泡液一分钱硬币、培养皿毛细现象演示脱脂棉与普通棉花新课引入：复习分子动理论：【学生汇报整理的结果】1、分子动理论：（1）物质是由大量分子构成的（2）分子做永不停息的无规则热运动（3）分子间有相互作用力2、分子间的相互作用力与分子间距离的关系：（画出分子力与分子间距的关系图）3、固体的微观结构：分子间距较小r o，分子在某一平衡位置附近做往复振动。

4、固体的宏观性质：具有固定的外形，不易被压缩，扩散速度慢。

高考物理选修3-3公式
对于涉及气体实验定律的问题，以下是一些与分子动理论、气体实验定律、固体和液体、热力学定律相关的常用公式：
1. 玻意耳-马略特定律（理想气体状态方程）：
PV = nRT
其中，P 是气体的压强，V 是气体的体积，n 是气体的物质量（摩尔数），R 是气体常数，T 是气体的绝对温度。

2. 查理定律（等压定律）：
V₁/T₁ = V₂/T₂
在恒定压力下，气体的体积与绝对温度成正比关系。

3. 盖吕落差定律（等体定律）：
P₁/T₁ = P₂/T₂
在恒定体积下，气体的压强与绝对温度成正比关系。

4. 法尔查多定律（等物质量定律）：
V₁/n₁ = V₂/n₂
在恒定物质量下，气体的体积与摩尔数成正比关系。

5. 熵变公式：
ΔS = Q/T
其中，ΔS 是系统的熵变，Q 是系统吸收或放出的热量，T 是系统的绝对温度。

6. 热力学第一定律（能量守恒定律）：
ΔU = Q - W
其中，ΔU 是系统内能的变化，Q 是系统吸收的热量，W 是系统对外界做的功。

这些公式是在研究气体实验定律、分子动理论和热力学过程时经常使用的，它们可以用来描述气体的性质、行为以及能量转化等方面的问题。

请根据具体题目要求选择适当的公式进行运用，并确保对这些公式有深入的理解和熟练的应用。

一、选择题1．下列说法不正确的是（）A．在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低这与液体的种类和毛细管的材质有关B．脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液C．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面化的蜂蜡呈椭圆形说明蜂蜡是晶体D．在空间站完全失重的环境下水滴能收缩成标准的球形是由于液体表面张力的作用2．一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其P-T图象如图所示。

下列说法正确的是（）A．A→B的过程，气体的内能减小B．A→B的过程，气体的体积减小C．B→C的过程，气体的体积不变D．B→C的过程，气体的内能不变3．一定质量的理想气体经历下列哪些过程，其压强有可能回到初始压强的是（）A．先等温压缩，后等容升温B．先等容降温，后等温膨胀C．先等容升温，后等温膨胀D．先等容升温，后等温压缩4．温度为27℃的一定质量的气体保持压强不变，把体积减为原来的一半时，其温度变为()A．127K B．150K C．13.5℃D．23.5℃5．关于热现象和热学规律，下列说法中错误的是（）A．只要知道气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，就可以算出气体分子的体积B．布朗运动是悬浮在液体中固体小颗粒的运动C．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，气体对外界做功，气体分子的平均动能减少D．水可以浸润玻璃，但是不能浸润蜂蜡和石蜡，这个现象表明一种液体是否浸润某种固体与这两种物质的性质都有关系6．如图所示，一导热良好的汽缸内用活塞封住一定量的气体（不计活塞厚度及与缸壁之间的摩擦），用一弹簧连接活塞，将整个汽缸悬挂在天花板上。

弹簧长度为L，活塞距地面的高度为h，汽缸底部距地面的高度为H，活塞内气体压强为p，体积为V，下列说法正确的是（）A．当外界温度升高（大气压不变）时，L变大、H减小、p变大、V变大B．当外界温度升高（大气压不变）时，h减小、H变大、p变大、V减小C．当外界大气压变小（温度不变）时，h不变、H减小、p减小、V变大D．当外界大气压变小（温度不变）时，L不变、H变大、p减小、V不变7．下列说法正确的是（）A．温度相同的氢气和氧气，氢气分子和氧气分子的平均动能不相同B．液体表面存在张力是因为液体表面层分子间的距离不大于液体内部分子间的距离C．晶体和非晶体可以相互转化D．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故8．如图所示，用一根竖直放置的弹簧连接一个气缸的活塞，使气缸悬空而静止。

物态变化中的能量交换知识元物态变化中的能量交换知识讲解一、物态变化中的能量交换1．熔化热熔化：（1）熔化指的是物质从固体变成液态的过程，而凝固则是熔化的逆过程，熔化过程吸热．（2）晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比，称作这种晶体的熔化热．2．汽化热汽化（1）汽化是指物质从液态变成气态的过程，而液化则是汽化的逆过程，汽化过程吸热．•（2）液体汽化成同等温度的气体时所需的能量与其质量之比，称作这种物质在这个温度下的汽化热．例题精讲物态变化中的能量交换例1.有一款新型水杯，在杯的夹层中封入适量的固态物质，实现了“快速降温”和“快速升温”的功能，使用时，将水杯上下晃动几分钟，可以将100℃的开水降温至55℃左右的温水，也可以将冷水升温到55℃左右的温水，这款水杯被广泛成称为“55°杯”。

依据以上说明“55°杯”的工作原理是（）A．首次使用时必须加注冷水；降温时利用物质凝固放热；升温时利用熔化吸热B．首次使用时加注冷热水均可；降温时利用物质熔化吸热；升温时利用凝固放热C．首次使用时必须加注热水；降温时利用物质熔化吸热；升温时利用凝固放热D．首次使用时加注冷热水均可；降温时利用物质凝固放热；升温时利用熔化吸热例2.水在不同温度下有不同的汽化热，温度升高，水的汽化热____（填“增大”或“减小”）。

水在100℃时的汽化热是2.26×106J/kg，它表示使1kg100℃的水变成100℃的水蒸气需吸热___________，这些热量完全用于增加水分子的______。

例3.'太阳与地球的距离为1.5×1011m，太阳以平行光束入射到地面．地球表面有2/3的面积被水面覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W约为1.87×1024J．设水面对太阳辐射的平均反射率为7%，而且将吸收到的35%的能量重新辐射出去．太阳辐射可将水面的水蒸发（设在常温、常压下蒸发1kg水需要2.2×106J的能量），而后凝结成雨滴降落到地面．试估算整个地球表面的年平均降雨量（以毫米表示，球面积为4πR2）。

3-3专项练习题1(1).关于固体、液体和气体，下列说法正确的是________。

A.一定质量的理想气体温度保持不变，则每个气体分子的动能也保持不变B.定质量的理想气体体积增大，气体的内能可能不变C.某个固体的物理性质表现为各向同性，这个固体不一定是非晶体D.晶体熔化过程，晶体分子总动能不变，分子势能增大E由于液体表面分子间的斥力，使得液体表面分子间距离大于平衡位置时的距离，液体表面张力是液体分子间斥力的表现1(2).如图所示，粗细均匀的U形玻璃管，左端封闭，右端开口，竖直放置。

管中有两段水银柱a、b，长分别为5cm、10cm，两水银液柱上表面相平，大气压强为75cmHg，温度为27℃，a水银柱上面管中封闭的A段气体长为15cm，U形管水平部分长为10cm，两水银柱间封闭的B段气体的长为20cm，给B段气体缓慢加热，使两水银柱下表面相平，求此时：(i)A段气体的压强；(ii)B段气体的温度为多少?2(1).如图，一定质量的理想气体，从状态a开始，经历过程①②③到达状态d，对此气体，下列说法正确的是___________。

A. 过程①中气体从外界吸收热量B. 过程②中气体对外界做功C. 过程③中气体温度升高D. 气体在状态c的内能最大E. 气体在状态a的内能小于在状态d的内能2(2).如图，横截面积分别为2S、3S的密闭导热汽缸A、B，高度相等，底部通过细管连通，汽缸B顶部旁边有一阀门K，初始时阀门关闭。

A、B底部装有水银，汽缸A中被封闭理想气体高度为h=15cm，汽缸B中被封闭理想气体高度为2h，打开阀门K，经足够长时间后两汽缸内液面高度恰好相等。

外界大气压p0=75cmHg，不考虑环境温度的变化，求打开阀门后，从阀门溢出的气体初态的体积与汽缸B内初态气体的总体积之比。

3(1).下列说法中正确的是（）A. 当两分子间距离大于平衡距离r0时，分子间的距离越大，分子势能越小B. 叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用C. 在空气中一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸汽，则吸收的热量大于增加的内能D. 对一定质量的气体做功，气体的内能不一定增加E. 热量不可以从低温物体向高温物体传递3(2).如图甲所示，粗细均匀、横截面积为S的足够长的导热细玻璃管竖直放置，管内质量为m的水银柱密封着一定质量的理想气体，当环境温度为T，大气压强为p0时，理想气体的长度为l0，现保持温度不变将玻璃管缓慢水平放置。

第一章分子动理论1、物质是由大量分子组成的（1）单分子油膜法测量分子直径（2）1mol任何物质含有的微粒数相同N A=6.02x1023mol-1（3）对微观量的估算：分子的两种模型：球形和立方体（固体液体通常看成球形，空气分子占据的空间看成立方体）利用阿伏伽德罗常数联系宏观量与微观量Ⅰ．微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0.Ⅱ．宏观量：物体的体积V、摩尔体积V m，物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ.特别提醒：1、固体和液体分子都可看成是紧密堆集在一起的。

分子的体积V0＝NA Vm ，仅适用于固体和液体，对气体不适用，仅估算了气体分子所占的空间。

2、对于气体分子，的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离.2、分子永不停息的做无规则的热运动（布朗运动 扩散现象）（1）扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象，说明了物质分子在不停地运动，同时还说明分子间有空隙，温度越高扩散越快。

可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间（2）布朗运动：它是悬浮在液体（或气体）中的固体微粒的无规则运动，是在显微镜下观察到的。

①布朗运动的三个主要特点：永不停息地无规则运动；颗粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越明显。

②产生布朗运动的原因：它是由于液体分子无规则运动对固体微小颗粒各个方向撞击的不均匀性造成的。

③布朗运动间接地反映了液体分子的无规则运动，布朗运动、扩散现象都有力地说明物体内大量的分子都在永不停息地做无规则运动。

（3）热运动：分子的无规则运动与温度有关，简称热运动，温度越高，运动越剧烈3、分子间的相互作用力（1）分子间同时存在引力和斥力，两种力的合力又叫做分子力。

（2）分子之间的引力和斥力都随分子间距离增大而减小，随分子间距离的减小而增大。

但总是斥力变化得较快。

（3）图像：两条虚线分别表示斥力和引力；实线曲线表示引力和斥力的合力(即分子力)随距离变化的情况。

r0位置叫做平衡位置，r0的数量级为10-10m。

第二章固体液体和气体【考纲知识梳理】一、固体的微观结构，晶体和非晶体固体分为晶体和非晶体，晶体又可分为单晶体和多晶体１. 晶体和非晶体的区别：由以上表格内容可知：(1)同一种物质在不同的条件下可能是晶体也可能是非晶体.(2)晶体中的单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性.2.液体(1)液体的微观结构(2)液体的表面张力①作用:液体的表面张力使液面具有收缩的趋势.②方向:表面张力跟液面相切,跟这部分液面的分界线垂直.③大小:液体的温度越高,表面张力越小；液体中溶有杂质时,表面张力变小；液体的密度越大,表面张力越大.(3)液晶①液晶的产生:具有液体的流动性具有晶体的光学各向异性②物理性质在某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的3.饱和汽湿度(1)饱和汽与未饱和汽①饱和汽:与液体处于动态平衡的蒸汽.②未饱和汽:没有达到饱和状态的蒸汽.(2)饱和汽压①定义:饱和汽所具有的压强.②特点:液体的饱和汽压与温度有关,温度越高,饱和汽压越大,且饱和汽压与饱和汽的体积无关.(3)湿度①定义：空气的干湿程度.②描述湿度的物理量a.绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强.b.相对湿度：空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压之比.c.相对湿度公式二、气体和气体分子运动的特点1.三性2.气体的压强(1)产生的原因：由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强.(2)决定因素①宏观上：决定于气体的温度和体积.②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密度.(3)常用单位：帕斯卡(Pa):1 Pa=1 N/m21 atm=760 mmHg=1.013×105 Pa(4)计算方法①系统处于平衡状态下的气体压强计算方法a.液体封闭的气体压强的确定平衡法：选与气体接触的液柱为研究对象进行受力分析，利用它的受力平衡，求出气体的压强.取等压面法：根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在连通器内灵活选取等压面，由两侧压强相等建立方程求出压强.液体内部深度为h处的总压强为p=p0+ρgh.b.固体(活塞或汽缸)封闭的气体压强的确定由于该固体必定受到被封闭气体的压力，所以可通过对该固体进行受力分析，由平衡条件建立方程来找出气体压强与其他各力的关系.②加速运动系统中封闭气体压强的计算方法：一般选与气体接触的液柱或活塞为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解.三、气体的实验定律，理想气体1. 理想气体的状态参量：理想气体：始终遵循三个实验定律（玻意耳定律、查理定律、盖·吕萨克定律）的气体。