第十一章 气体、液体和固体 小结

复习与巩固解读

1．参考解答：与表面张力有关的现象是：（1）（2）（3）。

船舶能漂浮在水面上，此现象是因为船舶排开一定量的水，受到了水的浮力，而不是水的表面张力托起了船。

命题意图：用液体表面张力知识解释生活中的现象，培养物理观念。

主要素养与水平：物质观（Ⅱ）；运动与相互作用观（Ⅱ）。

 

2．参考解答：（1）错 （2）错  （3）错  （4）对

提示：铜、冰块尽管没有规则的形状，但它们有固定的熔点，所以都是晶体；石英玻璃没有固定的熔点，所以不是晶体。

命题意图：巩固对晶体、多晶体、非晶体的认识。

主要素养与水平：物质观（Ⅱ）；科学论证（Ⅱ）。

 

3．参考解答：从微观角度看，气体的压强是由分子撞击器壁的速率和单位时间内撞击器壁单位面积的分子数共同决定的。温度恒定、一定质量的气体体积减小时，分子撞击器壁的速率保持不变，单位时间内撞击嚣壁单位面积的分子数增大，从而导致压强增大。体积恒定、一定质量的气体温度升高时，分子运动的平均速率增大，撞击器壁时的速率就会增大，同时单位时间内分子来回运动的次数增多会造成单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数增多，以上两个因素导致压强增大。

命题意图：能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。

主要素养与水平：科学推理（Ⅱ）。

 

4．参考解答：当火罐开口端紧压在皮肤上时，罐内封闭了一定质量较高温度的空气，随着温度的降低，罐内空气的压强减小，内外空气的压力差使火罐紧紧地被“吸”在皮肤上。

命题意图：能用气体实验定律解释生活中的现象。

主要素养与水平：物质观（Ⅱ）；运动与相互作用观（Ⅱ）；科学推理（Ⅱ）。

 

5．参考解答：都增大

初始状态时，汞柱受力平衡，有 p₁ = p₀ – ρgh₁。将玻璃管稍向上提起一段距离，若汞柱不动，则管内空气柱长度变大；根据玻意耳定律，管内气体压强会变小，此时汞柱受力不再平衡，向上的力大于向下的力，汞柱向上运动，有更多汞进入玻璃管，所以管内外汞面高度差会增大。重新达到平衡后，有 p₂ = p₀ – ρgh₂，因为 h₂ > h₁，所以 p₂ < p₁，根据玻意耳定律，管内空气柱长度 l 增大。

命题意图：能用玻意耳定律定性分析物理问题。

主要素养与水平：运动与相互作用观（Ⅱ）；科学推理（Ⅲ）。

 

6．参考解答：\(\frac{{{m_0}g + mg}}{{{p_9}S - mg}}\) h

初始状态时以活塞为对象讨论其受力平衡，可写出封闭气体的压强为 p₁ = p₀ + \(\frac{{{m_0}g}}{S}\)；末状态时以气缸为对象讨论其受力平衡，可得 p₂ = p₀ − \(\frac{{{m_0}g}}{S}\)。根据 p₁Sh = p₂Sh₂ 可求得末状态时活塞距离底部的距离 h₂，进一步可求出上提距离 h₂ – h。

命题意图：能结合共点力平衡的知识，用玻意耳定律解决物理问题。

主要素养与水平：运动与相互作用观（Ⅱ）；科学推理（Ⅲ）。

 

7．参考解答：为保持气体的体积不变，应向上移动 A 管；为保持气体的压强不变，应向下移动 A 管。

命题意图：能结合共点力平衡的知识，用气体实验定律解决物理问题。

主要素养与水平：运动与相互作用观（Ⅱ）；科学推理（Ⅲ）。

 

8．参考解答：标准状态时占比为 \(\frac{1}{{{{10}^5}}}\)，压强增大为原来 100 倍时占比为 \(\frac{1}{{1000}}\)，此时已不适合将气体视为理想气体。

1 个氢气分子的直径 d = 10⁻¹⁰ m，设分子为球形，其体积为  \(\frac{1}{{6}}\)πd³ ≈ 10⁻³⁰ m³，1 mol 氢气中分子的总体积为 6.02×10²³×10⁻³⁰ m³ = 6.02×10⁻⁷ m³；标准状态下 1 mol 氢气的体积为 22.4 L = 2.24×10⁻² m³，分子体积占比约为 \(\frac{1}{{{{10}^5}}}\)；当压强升至原来的 100 倍时，气体体积变为原来的 \(\frac{1}{{100}}\)，分子体积占比变为约 \(\frac{1}{{1000}}\)，此时，气体分子间距离较近，彼此间的相互作用影响变大，且相互间的碰撞变得频繁，所以与标准状态相比，已不太适合再视作理想气体。

命题意图：通过计算体会分子的体积与气体体积的差别。

主要素养与水平：物质观（Ⅱ）；模型建构（Ⅱ）；科学论证（Ⅲ）。

 

9．参考解答：（1）实验中体积的测量是通过注射器针筒上的刻度读出来的，仔细观察教材图 11 – 10 中的装置可以发现在注射器和压强传感器之间有一段软管，管内有气体，而读出的体积不包括这部分气体，即所有的体积测量值都比真实值小了 ΔV，V 轴上负截距的绝对值即 ΔV。

（2）将绿豆放入注射器，再次进行实验。按相同方法处理数据。两次图线在 V 轴上的截距变化量即绿豆的体积。

命题意图：培养分析数据、发现其中特点并用已有知识做出解释的能力。

主要素养与水平：证据（Ⅲ）；解释（Ⅲ）。

 

10．参考解答：

（1）管中水柱的高度随着温度升高而减小。

（2）温度变化时，管内水面下降会引起封闭气体的体积、压强都变化。设水面下降 Δh，体积的变化量为 ΔV = ΔhS，压强的变化量为 Δp = ρ_水gΔh。

因为玻璃泡的容积与鸡蛋大小接近，整根玻璃管长几十厘米，Δh 约为几厘米，与气体原来的体积相比，ΔV 不能忽略，因此将气体的变化看作等容过程不合适。

大气压强可以支持约 10 m 高的水柱，所以密闭气体的压强比大气压强略小，几厘米的水面下降引起的气体压强变化与密闭气体的压强相比完全可以忽略，所以可以将气体的变化视为等压过程。

因此甲同学的观点错误，乙同学的观点正确。

（3）这个温度计测量温度范围小，0 ℃ 以下就不能测量了；温度读数受大气压影响。

命题意图：让学生能从实际情境中抽象出合理的物理过程模型，能基于分析、推理获得结论，能对已有的装置提出问题或建议。

主要素养与水平：模型建构（Ⅳ）；科学思维（Ⅳ）；科学论证（Ⅳ）；质疑创新（Ⅱ）。