第1节温度和温标
课标解读 课标要求 素养要求
1.知道平衡态及系统的状态参量 2.明确温度的概念，知道热平衡定律及其与温度的关系。3.了解温度计的原理，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系。 1.物理观念：知道状态参量、平衡态、热平衡、温度、热力学温度的概念及热平衡定律。 2.科学思维：理解平衡态及热平衡定律，掌握摄氏温标与热力学温标的关系，能进行相关的计算，培养学生分析、解决问题的能力。 3.科学探究：会使用常见的温度计，在使用过程中学会与他人合作交流，提高动脑、动手能力。 4.科学态度与责任：使用温度计时，应客观记录数据，坚持实事求是的科学态度，增强学习物理的热情。
自主学习·必备知识
见学用151页
教材研习
教材原句
要点一平衡态
在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量①能够达到稳定状态②。这种状态叫作平衡态。
要点二热平衡
如果两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变③。经过一段时间，各自的状态参量就不再变化了，这说明两个系统达到了平衡④。这种平衡叫作热平衡。
要点三温度
热平衡定律表明，当两个系统、处于热平衡⑤时，它们必定具有某个共同的热学性质，我们就把表征这一“共同的热学性质”的物理量叫作温度。
自主思考
①只要温度不变，系统就一定处于平衡态，这种说法对吗？
答案：提示不对，当系统内包括温度在内的所有状态参量，即温度、体积和压强都不随时间变化时，系统才处于平衡态。
②处于平衡态的热力学系统达到稳定状态，系统内的分子一定处于静止或匀速直线运动状态吗？
答案：提示热力学的平衡态是一种动态平衡，系统内的分子仍在不停地做无规则热运动。
③用手心握住体温计的玻璃泡，体温计的示数逐渐上升，这是为什么？
答案：提示手心和玻璃泡这两个系统温度不同，相互接触后，系统状态发生改变，直到达到热平衡。
④处于平衡态的两个系统一定会处于热平衡，这种说法对吗？
答案：提示不对，各自处于平衡态的两个系统温度不一定相同，它们接触后各自的状态会发生变化，直到达到热平衡为止。
⑤把一温度计的玻璃泡放入的热水中时，会看到什么现象？经过一段时间后，二者是否达到热平衡状态？
答案：提示因为开始玻璃泡的温度与水的温度不相同，所以会发现温度计的示数上升，经过一段时间后它们的温度相同，达到了热平衡状态。
名师点睛
平衡态与热平衡的理解
（1）平衡态不是热平衡，平衡态是对某一系统而言的，热平衡是对两个接触的系统而言的。
（2）分别处于平衡态的两个系统在相互接触时，它们的状态可能会发生变化，直到二者温度相同时，两系统便达到了热平衡。达到热平衡的两个系统都处于平衡态。
互动探究·关键能力
见学用151页
探究点一状态参量与平衡态
情境探究
1.在力学中，为了确定物体运动的状态，我们使用了物体的位移和速度这两个物理量。在热学中如果我们要研究一箱气体的状态，需要哪些物理量呢？
答案：提示需要体积、压强和温度。
2.如图所示，将鸡蛋放入沸水中加热足够长的时间，鸡蛋处于平衡态吗？
答案：提示鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间其状态参量温度、压强、体积都不再变化，是平衡态。
探究归纳
1.热力学系统的状态参量
（1）体积：系统的几何参量，它可以确定系统的空间范围；
（2）压强：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质；
（3）温度：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度。
2.平衡态的特点：系统处于平衡态时,系统的状态参量温度、压强、体积都不随时间变化。
3.平衡态的理解
（1）热力学的平衡态是一种动态平衡，组成系统的分子仍在不停地做无规则运动，只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化，而力学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动状态。
（2）平衡态是一种理想情况，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的。系统处于平衡态时，仍可能发生偏离平衡态的微小变化。
（3）两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。因此，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。
探究应用
例（多选)下列说法中正确的是( )
A. 状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统的状态变化时，其各个状态参量都会改变
B. 当系统不受外界影响，且经过足够长的时间，其内部各部分状态参量将会达到稳定
C. 只有处于平衡态的系统才有状态参量
D. 两个物体间发生热传递时，它们组成的系统处于非平衡态
答案： ;
解析：由于描述系统的各种性质需要不同的物理量，只要其中某个量变化，系统的状态就会发生变化，不一定是各个状态参量都发生变化，项错误；系统处于平衡态或非平衡态都有状态参量，只是状态参量有无变化，项错误；当系统不受外界影响时，系统总要趋于平衡，其内部各部分状态参量趋于稳定，项正确；两个物体间发生热传递时，两个物体组成的系统内部仍存在温差，故系统处于非平衡态，项正确。
解题感悟
处理平衡态的问题要注意以下三点
（1）平衡态与热平衡不同，平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡。
（2）必须要经过较长一段时间，直到系统内各状态参量都不随时间变化为止。
（3）处于平衡态的系统与外界没有能量的交换。
迁移应用
1.（多选)两个处于热平衡状态的系统，由于受外界影响，状态参量发生了变化，下列关于它们后来是否能处于热平衡状态的说法正确的是( )
A. 不能
B. 可能
C. 要看它们后来的温度是否相同
D. 取决于其他状态参量是否相同
答案： ;
解析：只要两个系统的温度相同，两个系统就处于热平衡状态，而与其他参量是否相同无关。
2.下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是( )
A. 开空调内教室内的气体处于平衡态
B. 两个温度不同的物体相互接触，这两个物体组成的系统处于非平衡态
C. 的冰水混合物放入的环境中，冰水混合物处于平衡态
D. 压缩密闭容器中的空气，空气处于平衡态
答案：
解析：开空调内教室内的气体温度要变化，故不处于平衡态，项错误；两物体温度不同，接触后高温物体会向低温物体传热，处于非平衡态，项正确；的冰水混合物放入的环境中，周围环境会向冰水混合物传热，不处于平衡态，项错误；压缩密闭容器中的空气，受到外界影响，系统状态参量变化，不处于平衡态，项错误。
探究点二热平衡与温度
情境探究
1.在一个寒冷的冬天，小明同学在室外拿铁棒和木头时，感觉铁棒明显比木头凉，由于表示物体冷热程度的参量是温度，于是小明得出当时“铁棒比木头温度低”的结论，你认为他的结论对吗？
答案：提示不对。由于铁棒和木头都与周围的环境达到热平衡,故它们的温度是一样的。感觉铁棒比木头凉，是因为人在单位时间内传递给铁棒的热量比传递给木头的热量多,所以他的结论不对。
2.刀剑淬火是制作刀剑的重要过程，如图所示，是刀剑刚入水淬火的瞬间，在这一瞬间，刀剑和水组成的系统是否达到热平衡状态？经过一段时间后，是否达到热平衡状态？达到热平衡状态的标志是什么？
答案：提示淬火瞬间由于刀剑的温度高于水的温度，所以没有达到热平衡状态。当经过一段时间后，它们的温度相等，达到了热平衡状态。达到热平衡状态的标志是温度相等。
探究归纳
1.热平衡
（1）一切达到热平衡的物体（系统）都具有相同的温度。
（2）若物体与达到热平衡，它同时也与达到热平衡，则的温度等于的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理。
2.热平衡定律的意义
热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的测量提供了理论依据。因为处于热平衡的物体具有相同的温度，所以比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触，即可比较各物体温度的高低。
3.温度的理解
（1）宏观上
①温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量。
②与热平衡的关系：各自处于平衡态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态。
（2）微观上
①反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志。
②温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的。
（3）温度的两种含义
宏观角度 温度表示物体（系统）的冷热程度，这样的定义带有主观性，因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的，往往是不准确的
热平衡角度 温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的。热平衡定律指出，两个系统处于热平衡时，存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度，这样的定义更具有科学性
探究应用
例（多选）有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙接触很长一段时间后分开，再将乙和丙接触很长一段时间后分开（发生了热交换），假设只有在它们相互接触时有热传递，不接触时与外界没有热传递，则( )
A.甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态
B.只有乙、丙达到了平衡态，甲没有达到平衡态
C.乙、丙两物体都和甲达到了热平衡
D.乙、丙两物体达到了热平衡
答案： ;
解析：甲、乙、丙三个物体与外界没有热传递，所以甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态，正确，错误；甲和乙接触一段时间后分开，甲和乙达到了热平衡，但乙和丙接触一段时间后，乙的温度又发生了变化，甲和乙的热平衡被破坏，乙和丙两物体达到了热平衡，项错误，项正确。
解题感悟
判断系统达到热平衡的两个方法
（1）根据两个相接触的系统的状态参量是否发生变化判断。如果状态参量不发生变化，则处于热平衡，若状态参量发生变化则不处于热平衡。
（2）根据两个系统的温度是否相同判断。如果相同，处于热平衡；如果不相同则不处于热平衡。
迁移应用
1.下列有关热平衡的说法，正确的是( )
A. 如果两个系统在某时刻处于热平衡状态，则这两个系统永远处于热平衡状态
B. 热平衡定律只能研究三个系统的问题
C. 如果两个系统彼此接触而不发生状态参量的变化，这两个系统又不受外界影响，那么这两个系统一定处于热平衡状态
D. 两个处于热平衡状态的系统，温度可以有微小的差别
答案：
解析：处于热平衡状态的系统，如果受到外界的影响，状态参量会随之变化，温度也会变化，故项错误；热平衡定律对多个系统也适用，故项错误；由热平衡的定义可知，项正确；温度相同是热平衡的标志，必须相同，故项错误。
探究点三温度计与温标
情境探究
1.摄氏温标是由瑞典天文学家摄尔修斯提出的。在一标准大气压下，把冰的熔点定为，水的沸点定为，在这两个固定点之间共，均匀分成100等份，每等份代表1摄氏度，用表示，用℃表示的温度叫作摄氏温度，常用表示。摄氏温标的单位为摄氏度。热力学温标由英国科学家威廉·汤姆孙（开尔文）创立，它表示的温度叫热力学温度，常用表示，单位为。
（1）热力学温标与摄氏温标之间的关系是什么？
（2）如果可以粗略地取为绝对零度，在一标准大气压下，冰的熔点是多少摄氏度，为多少开？水的沸点又是多少摄氏度，为多少开
答案：提示（1）关系式为；
（2）冰的熔点为，为；水的沸点为，即。
探究归纳
1.温度计测温原理
一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。使温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体的温度相同。
2.温标
（1）温标：如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是温标。
（2）摄氏温标和热力学温标的比较
项目 摄氏温标 热力学温标
提出者 摄尔修斯 英国物理学家开尔文
零度的规定 一个标准大气压下冰水混合物的温度 绝对零度
温度名称 摄氏温度 热力学温度
温度符号
单位名称 摄氏度 开尔文
单位符号 ℃
关系 ；粗略表示：
探究应用
例（多选）下列关于热力学温标与摄氏温标的说法不正确的是( )
A. 热力学温标与摄氏温标的每一分度的大小是相同的
B. 热力学温标的对应于
C. 温度升高，在热力学温标中温度升高
D. 热力学温标是由摄氏温标导出的
答案： ;
解析：由，得知，，即热力学温标温度的变化总等于摄氏温标温度的变化，项正确；热力学温度与摄氏温度的关系是 ,可知，当时，，项正确；温度升高也就是温度升高了，项错误；摄氏温标由热力学温标导出，项错误。
解题感悟
热力学温度与摄氏温度关系的理解
（1）热力学温度与摄氏温度的关系是，因此对于同一温度来说，用不同的温标表示，数值不同，这是因为零值选取不同。
（2）在热力学温标与摄氏温标中，热力学温度升高（或降低），则摄氏温度也升高（或降低）。
（3）绝对零度是低温的极限,只能接近,永远达不到,故热力学温度不能出现负值,但摄氏温度可以出现负值。
迁移应用
1.（多选）下列有关温标的说法中正确的是( )
A. 温标不同，测量时得到同一系统的温度数值可能是不同的
B. 不同温标表示的温度数值不同，则说明温度不同
C. 温标的规定都是人为的，没有什么理论依据
D. 热力学温标是从理论上规定的
答案： ;
解析：不同温标下，同一温度在数值上可能不同，项正确；相同的冷热程度，用不同的温标表示，数值可以是不同的，项错误；热力学温标是从理论上做出的规定，项错误，项正确。
8第2节气体的等温变化
课标解读 课标要求 素养要求
1.理解一定质量的气体在温度不变的情况下压强与体积的关系。 2.学会通过实验的方法研究问题、探究物理规律，学习用电子表格与图像对实验数据进行处理与分析，体验科学探究过程。 3.理解气体等温变化的图像、图像的物理意义。 4.学会用玻意耳定律计算有关的问题。 1.物理观念：知道等温变化的概念，能通过实验得出玻意耳定律并掌握定律的内容及公式。 2.科学思维：会运用玻意耳定律进行相关的分析与计算。 3.科学探究：通过探究气体等温变化规律的实验，学会观察与探究，与他人合作交流，得出实验结论。 4.科学态度与责任：通过用表格与图像对实验数据进行处理与分析，培养实事求是的科学态度，激发探索科学的兴趣。
自主学习·必备知识
见学用152页
教材研习
教材原句
要点玻意耳定律
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比①。写成公式就是：②
自主思考
①氢气球受到孩子们的喜爱，某小孩一不小心松手，氢气球会飞向天空，上升到一定高度会胀破，这是为什么？
答案：提示氢气球上升时，可以认为温度不变，由于高空处空气稀薄，球外气体的压强减小，球内气体要膨胀，膨胀到一定程度时，气球就会胀破。
②玻意耳定律的表达式中的是一个与气体无关的常量吗？
答案：提示中的常量不是一个普适恒量，它与气体的种类、质量、温度有关。
名师点睛
1.玻意耳定律
（1）内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比。
（2）公式：（常量）或。
（3）适用条件
①气体质量不变、温度不变。
②气体温度不太低、压强不太大。
2.一定质量的气体等温变化的图像
（1）图像：一定质量的气体的图像为一条双曲线，如图甲所示。
（2）图像：一定质量的气体的图像为过原点的倾斜直线，如图乙所示。
互动探究·关键能力
见学用152页
探究点一探究气体等温变化的规律
知识深化
1.实验原理：在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下（控制变量法），通过改变密闭气体的体积，由压力表读出对应气体体积的压强值，研究在恒温条件下气体的体积和压强的关系。
2.实验装置：如图所示，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭在玻璃管中，这段空气柱就是我们研究的对象。
3.实验数据的收集：空气柱的压强可以从压力表上读出，空气柱的长度可以在玻璃管两侧的刻度尺上读出，空气柱的长度与横截面积的乘积就是它的体积。把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出空气柱长度与压强的几组数据。将相关数据记录在表中：
序号 1 2 3 4 5
压强
体积
4.实验数据的处理
（1）猜想：由实验观察及记录的数据可知，空气柱的体积越小，其压强就越大，即空气柱的压强与体积成反比。
（2）检验：以压强为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，把以上各组数据在坐标系中描点，如图所示。观察各点的位置关系，若各点位于过原点的同一直线上，就说明压强跟体积的倒数成正比，即，也就是压强与体积成反比。若各点不在同一直线上，再尝试其他关系。
5.注意事项
（1）改变气体体积时，要缓慢进行，等稳定后再读出气体压强，防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化。
（2）实验过程中，不要用手接触注射器的圆筒，以防止圆筒从手吸收热量，引起内部气体温度变化。
（3）实验中应保持气体的质量不变，故实验前应在柱塞上涂好润滑油，以免漏气。
（4）本实验中，由于气体体积与长度成正比，因此研究气体体积与压强的关系时，不用测量空气柱的横截面积。
（5）本实验测量体积时误差主要出现在长度的测量上，由于柱塞不能与刻度尺非常靠近，故读数时视线一定要与柱塞底面相平。
（6）在作图像时，应使收集的实验数据在坐标系中均匀分布。
题组过关
1.在探究气体等温变化的规律实验中，下列四个因素对实验的准确性影响最小的是( )
A. 针筒封口处漏气
B. 采用横截面积较大的针筒
C. 针筒壁与柱塞之间存在摩擦
D. 实验过程中用手去握针筒
答案：
解析：探究气体等温变化的规律实验的前提是气体的质量和温度不变，针筒封口处漏气，则气体质量变小，用手握针筒，则气体温度升高，、项错误；实验中我们只是测量空气柱的长度，不需要测量针筒的横截面积，项正确；柱塞与筒壁的摩擦对结果没有影响的前提是不考虑摩擦产生的热，但实际上由于摩擦生热，会使气体温度升高，影响实验的准确性，项错误。
2.张三同学用研究一定质量理想气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图所示。实验步骤如下：
①把注射器活塞移至注射器中间某位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；
②移动活塞，记录注射器的刻度值（不计针头部分气体体积），同时记录对应的由计算机显示的气体压强；
③用图像处理实验数据。
（1）实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气体积逐渐减小。若过程中环境温度保持不变，则实验得到的图像应是。
A. B. C. D.
（2）若张三根据记录的实验数据，作出了如图所示的图像。对图线进行分析，说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。用、分别表示、这两个状态下气体分子在单位时间内撞击容器器壁单位面积的次数，则。（填“ ”“ ”或“ ”）
答案：（1）（2）
解析：（1）实验过程中，环境温度保持不变，得到的图像应是一过原点的倾斜直线。
（2）因为，，则气体分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞次数。
探究点二玻意耳定律
情境探究
1.在一个恒温池中，一串串气泡由池底慢慢升到水面，有趣的是气泡在上升过程中，体积逐渐变大，到水面时就会破裂。
（1）上升过程中，气泡内气体的温度会发生改变吗？气泡内气体的压强怎么改变？
（2）气泡在上升过程中体积为何会变大？为什么气泡到达水面会破？
答案：提示（1）因为在恒温池中，所以气泡内气体的温度保持不变，压强逐渐变小。
（2）由玻意耳定律可知，气体的体积增大，压强变小。因为气泡内外压强不相等，所以会破。
探究归纳
应用玻意耳定律的思路和方法：
（1）确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律成立的条件。
（2）确定初、末状态及状态参量。
（3）根据玻意耳定律列方程，代入数值求解（注意各状态参量要统一单位）。
（4）注意分析题目中的隐含条件，必要时还应根据力学或几何知识列出辅助方程。
（5）有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要舍去。
探究应用
例（2021重庆云阳江口高三月考）如图所示，一根粗细均匀的长的细玻璃管开口朝上竖直放置，玻璃管中有一段长的水银柱，下端封闭了一段长的空气柱，系统温度恒定，外界大气压强恒为。现将玻璃管缓慢倒置，若空气可以看作理想气体，求倒置后密闭气体的长度（结果保留两位有效数字）。
答案：
解析：设水银密度为，玻璃管横截面积为，重力加速度为。如图所示
倒置前，下部空气压强为
倒置后，若水银没有流出玻璃管，密闭空气柱的压强为
由玻意耳定律得
解得，且，故假设成立。
解题感悟
应用玻意耳定律解题时应注意的两个问题
（1）应用玻意耳定律解决问题时，一定要先确定好两个状态的体积和压强。
（2）确定气体压强或体积时，只要初、末状态的单位统一即可，没有必要都转化成国际单位制单位。
迁移应用
1.如图所示，一个上下都与大气相通的直圆筒，内部横截面积为，中间用两个活塞和密封一定质量的气体。、都可沿圆筒无摩擦地上下滑动，且不漏气。的质量不计，的质量为，并与一劲度系数为且较长的轻弹簧相连。已知大气压强，平衡时两活塞之间的距离，现用力压，使之缓慢向下移动一段距离后，保持平衡。此时用于压的力，求活塞下移的距离。
答案：
解析：设活塞下移距离为，活塞下移的距离为，对圆筒中的气体：
初状态：，
末状态：，
由玻意耳定律得
即
根据胡克定律
代数解得。
探究点三气体等温变化的p-V图像
情境探究
1.图甲是一定质量的气体在不同温度的图线，图乙是一定质量的气体在不同温度下的图线。
（1）图甲中两条等温线表示的温度和哪一个比较高？为什么？
（2）图乙中，和哪一个大？
答案：提示（1）在两条等温线上取体积相同的两个点（即两个状态）和，可以看出因此。
（2）同理图乙中有。
探究归纳
1.图像
（1）一定质量的某种气体，其等温线是双曲线，双曲线上的每一个点均表示一定质量的气体在该温度下的一个状态，而且同一条等温线上每个点对应的、坐标的乘积都是相等的，如图甲所示。
（2）玻意耳定律（常量），其中常量不是一个普适常量，它随气体温度的升高而增大，温度越高，常量越大，等温线离坐标轴越远。如图乙所示，四条等温线的关系为。
2.图像：一定质量气体的等温变化过程，也可以用图像来表示，如图所示。等温线是一条延长线通过原点的倾斜直线，由于气体的体积不能无穷大，所以靠近原点附近处应用虚线表示，该直线的斜率，即斜率越大，气体的温度越高。
探究应用
例（多选）如图所示，是一定质量的某种气体状态变化的图像，气体由状态变化到状态的过程中，关于气体的温度和分子平均速率的变化情况，下列说法正确的是( )
A. 都一直保持不变
B. 温度先升高后降低
C. 温度先降低后升高
D. 平均速率先增大后减小
答案： ;
解析：由题图可知，，所以、两状态的温度相等，在同一等温线上，可在图像上作出几条等温线，如图所示。由于离原点越远的等温线温度越高，所以从状态到状态温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小。故、两项错误，、两项正确。
解题感悟
图像及等温线的理解要点
（1）图像上每个点都对应气体的一个确定的状态。
（2）在同一图像中等温线上每点对应的值相等。
（3）不同的等温线温度不同，越靠近原点的等温线温度越低，越远离原点的等温线温度越高。
迁移应用
1.如图所示，空的薄金属筒开口向下静止于恒温透明液体中，筒中液面与点齐平。现缓慢将其压到更深处，筒中液面与点齐平，不计气体分子间相互作用，且筒内气体无泄漏（液体温度不变）。下列图像中能体现筒内气体从状态到变化过程的是( )
A. B.
C. D.
答案：
解析：筒内气体发生等温变化，由玻意耳定律可知，气体的压强与体积成反比，金属筒内气体从到的过程中，气体体积变小，压强变大。
10第3节气体的等压变化和等容变化
课标解读 课标要求 素养要求
1.掌握盖-吕萨克定律和查理定律的内容、表达式及适用条件。 2.会用气体变化规律解决实际问题。 3.理解图像与图像的物理意义。 4.了解理想气体的模型,并知道实际气体看成理想气体的条件。 5.掌握理想气体状态方程的内容和表达式,并能应用方程解决实际问题。 6.能用分子动理论解释三个气体实验定律。 1.物理观念：知道气体的等压变化、等容变化、理想气体的概念，知道气体实验定律的微观解释。 2.科学思维：掌握盖-吕萨克定律、查理定律的内容、公式及应用，理解理想气体的状态方程并能利用其解决实际问题。 3.科学探究：理解并会推导理想气体状态方程，养成推理论证严谨、细致的习惯，在解释气体实验定律中提高分析能力。 4.科学态度与责任：通过对定律的理解及应用，学会探索科学规律的方法，坚持实事求是的科学态度，培养学习科学的兴趣。
自主学习·必备知识
见学用153页
教材研习
教材原句
要点一盖-吕萨克定律
一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比①。
要点二查理定律
一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比②。
自主思考
①如图所示，用水银柱封闭了一定量的气体，慢慢给封闭气体加热，能看到什么现象？封闭的气体发生的是什么变化？
答案：提示封闭气体在温度升高的过程中，封闭气体的压强始终等于，所以气体发生的是等压变化。看到水银柱向上移动。
②盛有半杯热水的水杯，拧上杯盖放置一段时间后，杯盖很难打开，这是为什么？
答案：提示放置一段时间后，杯内的空气温度降低，杯内封闭气体的体积不变，根据“体积不变，压强与热力学温度成正比”可知压强减小，外界的大气压强大于杯内空气的压强，所以杯盖很难打开。
名师点睛
1.盖-吕萨克定律的理解
（1）公式：或。
（2）适用条件：气体质量一定，气体压强不变。
（3）等压变化的图像：一定时，在图像中，等压线是一条延长线过坐标原点的直线，直线的斜率越大，压强越小，如图甲所示。在图像中，等压线与轴的交点总是，等压线是一条倾斜的直线，纵截距表示时气体的体积，如图乙所示。
2.查理定律的理解
（1）公式：或。
（2）适用条件：气体质量一定，气体体积不变。
（3）等容变化的图像：一定时，在图像中，等容线为一条延长线过坐标原点的直线，直线的斜率越小，体积越大，如图丙所示。在图像中，等容线与轴的交点是，等容线是一条倾斜的直线，纵截距表示气体在时的压强，如图丁所示。
互动探究·关键能力
见学用153页
探究点一气体的等压变化
情境探究
1.图中封闭着温度为的空气，一重物用绳索经滑轮跟汽缸中活塞相连接，重物和活塞都处于平衡状态，这时活塞离汽缸底的高度为，如果缸内空气温度缓慢降至。
（1）在变化过程中气体发生的是什么变化？
（2）此时活塞到缸底的距离是多大？
答案：提示（1）是等压变化。
（2）初状态，；末状态，。由，得，即活塞到缸底的距离为。
探究归纳
1.盖-吕萨克定律的推论
（1）公式推导：由得，（或，）。
（2）意义：表示一定质量的某种气体从初状态开始发生等压变化，其体积的变化量与温度的变化量成正比。
2.盖-吕萨克定律在摄氏温标下的表述
一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，温度每升高（或降低），增大（或减小）的体积等于它在时体积的，数学表达式为或。
3.图像和图像
（1）图像：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，气体的体积和热力学温度的关系图线是过原点的倾斜直线，如图甲所示，且，即斜率越小，压强越大。
（2）图像：一定质量的某种气体，在等压过程中，体积与摄氏温度是线性函数关系，不是简单的正比例关系。如图乙所示，图像纵轴的截距是气体在时的体积，等压线是一条延长线通过横轴上点的倾斜直线，且斜率越大，压强越小。
探究应用
例（2021黑龙江大庆实验中学高三月考）如图所示，汽缸长，固定在水平地面上，汽缸中有横截面积的光滑活塞，活塞封闭了一定质量的理想气体，大气压强，当温度时，气柱长度，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计。求：
（1）如果温度保持不变，将活塞缓慢拉至汽缸右端口，此时水平拉力的大小；
（2）如果汽缸内气体温度缓慢升高，求活塞移至汽缸右端口时的气体温度。
答案：（1）（2）
解析：（1）设活塞缓慢到达汽缸右端口时，被封气体压强为，则
由玻意耳定律，解得
把活塞缓慢拉至汽缸右端口处有时，解得。
（2）设汽缸内气体温度缓慢升高，使活塞移至汽缸右端口时的气体温度为，
由盖-吕萨克定律得，解得。
解题感悟
利用盖-吕萨克定律解题的一般步骤
（1）确定研究对象，即被封闭的气体。
（2）分析被研究气体在状态变化时是否符合定律成立的条件，即是不是质量和压强保持不变。
（3）分别找出初、末两状态的温度、体积。
（4）根据盖-吕萨克定律列方程求解，并对结果进行讨论。
迁移应用
1.如图所示，绝热汽缸倒扣放置，质量为的绝热活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸间摩擦可忽略不计，活塞下部空间与外界连通，汽缸底部连接一形细管（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体温度为，活塞距离汽缸底部为，细管内两侧水银柱存在高度差。已知水银密度为，大气压强为，汽缸横截面积为，重力加速度为，则：
（1）形细管内两侧水银柱的高度差；
（2）通过加热装置缓慢提升气体温度使活塞下降，求此时的温度。
答案：（1）（2）
解析：（1）设封闭气体的压强为，对活塞分析有
用水银柱表达气体的压强
解得
（2）加热过程是等压变化
，解得。
探究点二气体的等容变化
情境探究
1.我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，即先加热罐中气体，然后迅速将火罐开口端紧压在人体的皮肤上，待火罐冷却后，火罐就被紧紧地“吸”在皮肤上。你知道其中的道理吗
答案：提示火罐内的气体体积一定，冷却后气体的温度降低，压强减小，故在大气压力的作用下火罐被“吸”在皮肤上。
探究归纳
1.查理定律的推论
（1）公式推导：由得，（或，。
（2）意义：表示一定质量的某种气体从初状态开始发生等容变化，其压强的变化量与温度的变化量成正比。
2.查理定律在摄氏温标下的表述
一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，气体温度每升高（或降低），增大（或减小）的压强等于气体在时的压强的。用公式表示为或，其中是温度为时的压强，是时的压强。
3.图像和图像
（1）图像：一定质量的某种气体，在等容变化过程中，气体的压强和热力学温度的关系图线是过原点的倾斜直线，如图甲所示，且，即斜率越小，体积越大。
（2）图像：一定质量的某种气体，在等容过程中，压强与摄氏温度是线性函数关系，不是简单的正比例关系。如图乙所示，等容线是一条延长线通过横轴点的倾斜直线，且斜率越大，体积越小。图像纵轴的截距是气体在时的压强。
探究应用
例（2021广东肇庆高三一模）一辆汽车未启动时，一车胎内气体温度为，胎压监测装置显示该车胎胎压为，考虑到胎压不足，司机驾驶车辆到汽车修理店充气，行驶一段路程到汽车修理店后，胎压监测装置显示该车胎胎压为，工作人员为该车胎充气，充气完毕后汽车停放一段时间，胎内气体温度恢复到时，胎压监测装置显示该车胎胎压为，已知车胎内气体体积为且不考虑体积变化，求：
（1）车胎胎压为时轮胎内气体的温度；
（2）新充入气体与车胎内原来气体的质量比。
答案：（1）（2）
解析：（1）初态：，
末态：，由查理定律
得
（2）以车胎内原来气体为研究对象，压强，体积为，由，解得，
新充入气体与车胎内原来气体的质量比等于体积比。
解题感悟
利用查理定律解题的一般步骤
（1）确定研究对象，即被封闭的气体。
（2）分析被研究气体在状态变化时是否符合定律成立条件，即是否是初、末态的质量和体积保持不变。
（3）确定初、末两个状态的温度、压强。
（4）按查理定律公式列式求解，并对结果进行讨论。
迁移应用
1.有一上端开口、竖直放置的玻璃管，管中有一段长的水银柱将一些空气封闭在管中，如图所示，此时气体的温度为。当温度升高到时，为了使封闭气体体积不变，需要再注入长度为多少的水银？（设大气压强为且不变）
答案：
解析：设再注入的水银柱长度为，以封闭在管中的气体为研究对象，气体做等容变化。
初态：
末态：，
由查理定律得，，解得
则注入水银柱的长度为。
探究点三理想气体的状态方程
情境探究
1.电视上同学们或许看到过有人乘坐热气球在蓝天翱翔的画面，其中的燃烧器时而喷出熊熊烈焰，巨大的气球缓慢上升。如果有朝一日你乘坐热气球在蓝天旅行探险，那将是一件有趣而刺激的事情。热气球为什么能升空？请探究其中的原理。
答案：提示以热气球及其中所含空气整体为研究对象，受重力及周围空气的浮力作用，当燃烧器喷出火焰时，将气球内空气加热，温度升高，但气体压强始终等于外界大气压强，可认为是不变的。由理想气体的状态方程知，一定，增大，则增大，于是气球内热空气体积膨胀，从下面漏出，使气球内所含空气的质量减小，热气球整体的重力减小，当空气的浮力大于重力时，热气球便会上升。
探究归纳
1.理想气体
（1）定义：为了研究方便，可以设想一种气体，在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，我们把这样的气体叫作理想气体。
（2）特点
①严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程。
②理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计，分子可视为质点。
③理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力，故无分子势能，理想气体的内能等于所有分子热运动动能之和，一定质量的理想气体内能只与温度有关。
2.理想气体状态方程的理解
（1）成立条件：一定质量的理想气体。
（2）该方程表示的是气体三个状态参量的关系，与中间的变化过程无关。
（3）公式中常量仅由气体的种类和质量决定，与状态参量无关。
（4）方程应用时单位方面：温度必须是热力学温度，公式中压强和体积单位必须统一，但不一定是国际单位制中的单位。
3.理想气体状态方程与气体实验定律
由此可见，三个气体实验定律是理想气体状态方程的特例。
4.理想气体状态变化的图像
一定质量的理想气体的状态参量、、可以用图像上的点表示出来，用点到点之间的连线表示气体从一个平衡态（与点对应）到另一个平衡态的变化过程。利用图像对气体状态、状态变化及规律进行分析是常用的方法。
利用垂直于坐标轴的辅助线去分析同质量，不同温度的两条等温线、不同体积的两条等容线、不同压强的两条等压线的关系。
如图甲所示，虚线为等容线，、是与两条等温线的交点，可以认为从状态通过等容升压到状态，温度必然升高，所以。
又如图乙所示，虚线为等温线，从状态到状态压强增大，体积一定减小，所以。
探究应用
例（2021重庆育才中学高三期中）如图所示，一粗细均匀的形管竖直放置，侧上端封闭，侧上端与大气相通，下端开口处开关关闭，侧空气柱的长度为，温度为；侧水银面比侧的高。已知大气压强。为了使、两侧的水银面等高，可以用以下两种方法：
（1）开关关闭的情况，改变侧气体的温度，使、两侧的水银面等高，求此时侧气体温度；
（2）在温度不变的条件下，将开关打开，从形管中放出部分水银，使、两侧的水银面等高，再闭合开关。求形管中放出水银的长度。（结果保留一位小数）
答案：（1）（2）
解析：（1）初始状态：气体压强为
，气柱长度，
等高后：
由理想气体状态方程得，
代入数据解得
（2）温度不变，则即，得
所以流出水银长度
迁移应用
1.如图所示，、、三点表示一定质量理想气体的三个状态，则气体在、、三个状态的热力学温度之比是( )
A.
B.
C.
D.
答案：
解析：根据理想气体状态方程可知，，所以。
探究点四气体实验定律的微观解释
知识深化
1.玻意耳定律
（1）宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小。
（2）微观解释：温度不变，分子的平均动能是一定的。体积减小，分子的数密度增大，单位时间、单位面积上碰撞器壁的分子数增多，气体的压强就增大，如图所示。
2.盖-吕萨克定律
（1）宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大；温度降低，体积减小。
（2）微观解释：温度升高，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变，如图所示。
3.查理定律
（1）宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小。
（2）微观解释：体积不变，分子的数密度保持不变，温度升高，分子的平均动能增大，气体的压强就增大，如图所示。
题组过关
1.（2021山东济南外国语学校高三月考）关于一定质量的理想气体，下列说法正确的是( )
A. 当分子热运动变剧烈且分子平均间距变大时，气体压强一定变大
B. 在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
C. 一定质量的理想气体压强增大，其分子的平均动能一定增加
D. 气体在等压膨胀过程中，温度、内能一定变大
答案：
解析：当分子热运动变剧烈时，气体分子的平均动能变大，当气体间的平均距离变大时，气体分子的数密度变小，压强不知道如何变化，故项错误；气体对容器壁的压强是分子对容器壁的碰撞产生的，在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强不为零，故项错误；一定质量的理想气体压强增大，可以通过减小体积或者升高温度来实现，如果保持温度不变，减小体积的话，其分子的平均动能保持不变，故项错误；气体在等压膨胀过程中由理想气体状态方程可知，温度一定升高，内能也一定增大，故项正确。
2.在一定的温度下，一定质量的气体体积减小时，气体的压强增大，这是由于( )
A. 单位体积内的分子数增多，单位时间内、单位面积上分子对器壁碰撞的次数增多
B. 气体分子的数密度变大，分子对器壁的吸引力变大
C. 每个气体分子对器壁的撞击力都变大
D. 气体密度增大，单位体积内分子质量变大
答案：
解析：气体的温度不变，分子的平均动能不变，对器壁的平均撞击力不变；体积减小，单位体积内的分子数目增多，气体压强增大。
3.如图所示，一定质量的理想气体由状态沿平行纵轴的直线变化到状态，则对它的状态变化过程，下列说法正确的是( )
A. 气体的温度不变
B. 气体的内能增加
C. 气体的分子平均速率减小
D. 气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数不变
答案：
解析：从图像中的图线看，气体状态由变到为等容升压，根据查理定律，一定质量的气体，当体积不变时，压强跟热力学温度成正比，所以压强增大，温度升高，项错误；一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，所以气体的温度升高，内能增加，项正确；气体的温度升高，分子平均速率增大，项错误；气体体积不变，温度升高压强增大，则气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数增加，项错误。
14第4节固体
课标解读 课标要求 素养要求
1.了解固体的分类，知道晶体和非晶体的特点及区分方法。 2.知道单晶体和多晶体的区别。 3.理解单晶体的各向异性，多晶体和非晶体的各向同性。 4.了解晶体的微观结构。 1.物理观念：知道晶体.非晶体.单晶体和多晶体，了解各向异性.各向同性及晶体的微观结杓，能解释相关的现象。 2.科学思维：掌握单晶体的各向异性，理解晶体的微观结构，能够解决相关的问题。 3.科学探究：学会用实验探究晶体与非晶体物理性质的差异，学会认真观察并与他人合作，提高实验技能。 4.科学态度与责任：掌握晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别，培养严谨的科学态度，激发探索科学的兴趣。
自主学习·必备知识
教材研习
教材原句
要点一各向同性和各向异性
有些晶体沿不同方向的导热性能或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象叫作各向异性①。非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫作各向同性②。由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体是各向同性的。
要点二晶体的微观结构
在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则③排列的，具有空间上的周期性。在不同条件下，同种物质的微粒按照不同规则④在空间排列，可以生成不同的晶体。
自主思考
①晶体在各种物理性质上一定是各向异性的，这种说法对吗？
答案：提示不对，单晶体在物理性质上表现为各向异性，多晶体在物理性质上就表现为各向同性。
②具有各向同性的一定是非晶体吗？
答案：提示不一定，具有各向异性的一定是单晶体，具有各向同性的则可能是非晶体或多晶体。
③为什么晶体有规则的几何外形？
答案：提示由于晶体中的物质微粒在空间是按一定规则排列的，微粒只在一定平衡位置做微小振动，所以晶体有规则的几何外形。
④金刚石和石墨都是由碳原子构成的，但它们在硬度上差别很大，这是为什么？
答案：提示是由于它的微粒按照不同规则在空间排列分布。金刚石是网状结构，原子间的作用力强，所以金刚石的硬度大，石墨是层状结构，原子间的作用力弱，所以石墨的硬度小。
名师点睛
1.各向异性的理解
（1）在物理性质上,单晶体具有各向异性,而非晶体及多晶体则是各向同性的。
（2）通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等。
2.晶体的微观结构
（1）组成晶体的物质微粒有规则地在空间排列,呈现空间上的周期性。
（2）晶体内部各微粒之间存在很强的相互作用力,结构不同、作用力的大小也不同,微粒被相互的作用力约束在一定的位置上。
（3）微粒在各自的平衡位置附近做微小的振动。当外界干扰强烈或温度变化时,晶体结构发生变化,排列周期性被破坏,晶体可以转化为非晶体，非晶体也可以转化为晶体。
互动探究·关键能力
见学用154页
探究点一晶体和非晶体
情境探究
1.如图甲所示是日常生活中常见的几种晶体，图乙是生活中常见的几种非晶体，请在图片基础上思考以下问题：
（1）晶体与非晶体在外观上有什么不同？
（2）没有规则几何外形的固体一定是非晶体吗？
答案：（1）单晶体有规则的几何外形，多晶体和非晶体无规则的几何外形。
（2）不是，由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体也没有确定的几何外形。
2.把熔化了的蜂蜡薄薄地涂在薄玻璃片上。把一支缝衣针烧热，然后用针尖接触蜂蜡层的背面，不要移动，观察蜂蜡熔化区域的形状（如图甲所示）。把玻璃片换成单层云母片，再做以上实验（如图乙所示）。在玻璃片上和云母片上，蜂蜡熔化区域形状的不同说明了什么？
答案：玻璃是非晶体，表现为各向同性，因此各个方向上导热均匀，蜂蜡熔化区域形状为圆形；云母片为单晶体，表现为各向异性，因此不同方向上导热性能不一样，最终蜂蜡熔化区域为椭圆形。
探究归纳
1.单晶体的特征
（1）具有天然的规则外形，这种规则的外形不是人工造成的。
（2）物理性质各向异性，这是单晶体区别于非晶体和多晶体最重要的特性，是判断物质是否为单晶体最主要的依据。
（3）具有确定的熔点，单晶体在这一点上和多晶体没有区别。从宏观上区分晶体和非晶体的重要依据是看有无确定的熔点。
2.多晶体和非晶体
（1）多晶体虽无天然规则的几何形状，物理性质各向同性，但组成多晶体的晶粒都有规则的几何形状，每一个晶粒都具有单晶体的特征和物理性质，这是多晶体和非晶体在内部结构上的区别。
（2）多晶体与非晶体在宏观上的区别在于多晶体具有确定的熔点，非晶体则没有，例如很多同学认为玻璃应是多晶体，但实验证明玻璃没有确定的熔点，故应是非晶体。
3.正确理解单晶体的各向异性
（1）在物理性质上，单晶体具有各向异性。
单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上的物理性质不同，也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性质时，测试结果不同。
（2）单晶体具有各向异性，并不是说每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性，举例如下：
①云母、石膏晶体在导热性上表现出显著的各向异性——沿不同方向传热的快慢不同。
②方铅矿石晶体在导电性上表现出显著的各向异性——沿不同方向电阻率不同。
③立方体形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿不同方向的弹性不同。
④方解石晶体在光的折射性能上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同。
探究应用
例（2021河北唐山第十一中学高三开学考试）辨别物质是晶体还是非晶体，比较可靠的方法是( )
A.从外形来判断
B.从各向异性或各向同性来判断
C.从导电性能来判断
D.从是否具有确定的熔点来判断
答案：
解析：单晶体有整齐规则的几何外形，多晶体和非晶体没有规则的外形，所以不能区分，故错误；单晶体具有各向异性，多晶体和非晶体具有各向同性,所以不能区分，故错误；单晶体，导电性好，多晶体、非晶体导电性都较差，所以不能区分，故错误；不管是单晶体还是多晶体都有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点，所以能区分，故正确。
解题感悟
判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法
（1）区分晶体与非晶体的方法：看其有无确定的熔点，晶体具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，仅从各向同性或者几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体。
（2）区分单晶体和多晶体的方法：看其是否具有各向异性，单晶体表现出各向异性，而多晶体表现出各向同性。
迁移应用
1.如图所示，是一块厚度均匀的由同一种微粒构成的圆板，和是互相垂直的两条直径，把圆板从图示位置转后电流表示数发生了变化（两种情况下都接触良好），关于圆板，下列说法正确的是( )
A.圆板是非晶体
B.圆板是多晶体
C.圆板是单晶体
D.不知有无固定熔点,无法判定是晶体还是非晶体
答案：
解析：电流表示数发生变化，说明圆板沿和两个方向的导电性能不同，即各向异性，所以圆板是单晶体。
探究点二晶体的微观结构
情境探究
1.单晶体具有规则的几何外形，物理性质方面表现为各向异性，而非晶体却没有规则的几何外形，并且物理性质方面表现为各向同性，产生这些不同的根本原因是什么呢？
答案：因为它们的微观结构不同。
探究归纳
1.晶体的微观结构
（1）晶体内部的微粒是按各自的规则排列着的，具有空间上的周期性。如图所示是食盐晶体中氯离子和钠离子分布的示意图。
（2）同种元素的微粒能够按照不同规则在空间分布形成不同的物质。例如，碳原子如果按图甲那样排列，就成为石墨，而按图乙那样排列，就成为金刚石。
（3）原子（或者分子、离子）并不是像结构图上所画的那些点一样静止不动，它们时刻都在不停地振动，结构图中所画的那些点，是它们振动的平衡位置。
（4）同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是说，物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的。例如，天然石英是晶体，而熔化以后再凝固的水晶（即石英玻璃）就是非晶体。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。
2.晶体与非晶体区别的微观解释
（1）各向异性：如图所示，这是在一个平面上晶体物质微粒的排列情况。从图中可以看出，在沿不同方向所画的等长直线、、上物质微粒的数目不同。直线上物质微粒较多，直线上较少，直线上更少。正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同。
（2）熔点：晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔化，熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化。
3.单晶体、多晶体及非晶体的比较
分类 微观结构 宏观表现
外形 物理性质
晶体 单晶体 组，成晶体的物质微粒（原子、分子、离子）在空间按一定规则排列——空间点阵 几何形状天然、有规则 各向异性 有确定的熔点
多晶体 由无数的晶体微粒（小晶粒）无规则排列组成 无天然、规则的几何外形 各向同性
非晶体 内部物质微粒是无规则排列的 没有确定的熔点
探究应用
例（多选）晶体不同于非晶体，它具有规则的几何外形，在不同方向上物理性质不同，而且具有确定的熔点，下列哪些说法可以用来解释晶体的上述特性( )
A.组成晶体的物质微粒，在空间按一定的规律排成整齐的行列，构成特定的空间点阵
B.晶体在不同方向上物理性质不同，是因为不同方向上微粒数目不同，微粒间距不同
C.晶体在不同方向上物理性质不同，是因为不同方向上的物质微粒的性质不同
D.晶体在熔化时吸收的热量，全部用来瓦解晶体的空间点阵，转化为分子势能，因此，晶体在熔化过程中保持一定的温度不变，只有空间点阵完全被瓦解，晶体完全变为液体后，继续加热，温度才会升高
答案： ; ;
解析：很多晶体都是由相同的物质微粒组成的，例如，金刚石和石墨都是由碳原子组成的，不同方向上物质微粒完全一样，可见其各向异性不是由不同方向上的粒子性质不同引起的，而是粒子的数目和粒子间距不相同造成的，故项错误，、、三项正确。
解题感悟
晶体各向异性的原因
（1）单晶体的物理性质取决于其微观结构，单晶体的物质微粒按照一定的规则在空间中整齐地排列着，有规则的几何外形，在物理性质上表现为各向异性。
（2）多晶体是由许许多多晶粒组成的，晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，无规则的几何外形，多晶体在物理性质上表现为各向同性。
迁移应用
1.（多选）2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。他们通过透明胶带对石墨进行反复粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有的石墨烯，是碳的二维结构。如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法中正确的是( )
A.石墨是晶体，石墨烯是非晶体
B.石墨是单质，石墨烯是化合物
C.石墨、石墨烯与金刚石都是晶体
D.他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的
答案： ;
解析：晶体结构的特点是原子（或分子、离子）都是按照一定的规则排列的，石墨、石墨烯与金刚石都是晶体；通过透明胶带对石墨进行反复粘贴与撕开而得到石墨烯的方法是物理方法。
7第5节液体
课标解读 课标要求 素养要求
1.观察液体的表面张力现象。了解表面张力产生的原因。 2.了解液体的微观结构，了解浸润和不浸润现象及毛细现象。 3.了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用。 1.物理观念：知道表面张力、浸润、不浸润、毛细现象及液晶的概念，并能解释相关的自然现象。 2.科学思维：了解液体的微观结构，能解释表面张力、浸润与不浸润产生的原因。掌握液晶对光学具有各向异性，并能解决相关问题。 3.科学探究：掌握探究表面张力和毛细现象的实验，学会与他人交流合作，提高动手能力和观察探究能力。 4.科学态度与责任：通过对自然现象的分析，体验科学规律的应用价值，培养探索科学的兴趣。
自主学习·必备知识
教材研习
教材原句
要点一表面张力
设想在液体表面画一条线，把液体表面分为1、2两部分，两侧的液体之间存在着一对与垂直、大小相等、方向相反的作用力。这种力使液体表面绷紧，叫作液体的表面张力①。它具有使液体表面收缩的趋势。
要点二浸润和不浸润
一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作浸润②?；一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面，这种现象叫作不浸润②。
要点三毛细现象
浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象③。
自主思考
①如图，早晨的草叶上的露珠晶莹剔透，仔细观察，露珠的形状近似为球形，为什么？
答案：提示在表面张力的作用下露珠收缩液面，因为在同体积的几何体中，球体的表面积最小，所以露珠收缩为球形。
②把水或油灌入小口瓶时，常在瓶口插入一根竹筷或玻璃棒，水或油就沿着竹筷或玻璃棒流入瓶中，不致流到瓶子外面，这是什么道理？如果要将水银灌入小口瓶中，能否采用竹筷或是玻璃棒？你能想出其他的方法吗？
答案：提示水和油对竹筷或玻璃棒是浸润液体；不能；因为水银对竹筷或玻璃棒是不浸润液体，它浸润于铜或锌，所以用铜棒或锌棒引流即可。
③农民往往利用翻松地表土壤来保存土壤中的水分，这是为什么？
答案：提示把地表土壤翻松，破坏了土壤表层的毛细管，从而阻止了水分上升到地面而被蒸发掉。
名师点睛
1.表面张力的特点
（1）表面张力是液体分子间的作用力的宏观表现。
（2）表面张力的方向与液面相切，垂直于分界线。
（3）表面张力的大小由分界线的长度、液体的种类、纯净度和温度等因素来决定。
（4）表面张力的作用是使液体表面有收缩到最小的趋势。
2.浸润和不浸润及毛细现象的理解
（1）浸润与不浸润现象的实质都是分子力作用的表现。
（2）浸润和不浸润是发生在两种物质（液体与固体)之间的，与这两种物质的性质都有关系，同一种固体，对有些液体浸润，对另一些液体不浸润；同一种液体，对一些固体浸润，对另一些固体不浸润。
（3）毛细现象是浸润和不浸润及表面张力共同作用的结果，浸润液体在细管内会上升，不浸润液体在细管内会下降。
互动探究·关键能力
探究点一液体的表面张力
情境探究
如图所示是液体表面附近分子分布的大致情况。
请结合图片思考：
（1）液体表面层内的分子间距离和分子力各有什么特点？
（2）液体像气体一样没有固定的形状，具有流动性，而又像固体一样具有一定的体积，不易被压缩，液体的这些特点是由什么决定的？
（3）小昆虫、缝衣针在水面上不下沉与小木块浮在水面上的道理相同吗？
答案：提示（1）液体表面层内分子间距大于液体内部分子间距，分子力表现为引力。
（2）液体的微观结构。
（3）不同，小昆虫、缝衣针能在水面上不下沉是液体表面张力的作用。小木块浮在水面上是重力和水的浮力平衡的结果。
探究归纳
1.液体表面张力的成因分析
（1)分子间距离特点：由于蒸发现象，液体表面层分子分布比内部分子稀疏。
（2)分子力特点：液体内部分子间引力、斥力基本上相等，而液体表面层分子之间距离较大，分子力表现为引力。
（3)表面特性：表面层分子之间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面形成一层绷紧的膜。
2.表面张力及其作用
表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小。而在体积相同的条件下，球形的表面积最小。例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形（但由于受重力的影响，往往呈扁球形，在完全失重条件下才呈球形）。
探究应用
例（多选）（2021江苏泰州中学高二月考）关于液体的表面张力，下列说法中正确的是( )
A.布伞伞面的布料有缝隙但不漏雨水，是表面张力的结果
B.表面张力的方向与液面垂直
C.硬币能够静止在水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果
D.由于液体表面分子间距离小于平衡位置间距，故液体表面存在表面张力
答案： ;
解析：布伞伞面的布料有缝隙但不漏雨水，是表面张力的结果，故项正确；表面张力的方向与液面相切，而不是与液面垂直，故项错误；硬币能够静止在水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果，故项正确；由于液体表面分子间距离略大于平衡位置间距，故液体表面存在表面张力，故项错误。
迁移应用
1.（多选）下列现象中，关于液体的表面张力，说法正确的是( )
A.小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体的表面张力
B.小木块能够浮于水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果
C.缝衣针浮在水面上不下沉是水的表面张力作用的结果
D.喷泉喷射到空中形成一个个球形的小水珠是表面张力作用的结果
答案： ; ;
解析：仔细观察可以发现，小昆虫在水面上站定或行进过程中，其脚部位置比周围水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韧性非常好的膜上一样，因此，这是液体的表面张力在起作用。浮在水面上的缝衣针与小昆虫情况一样，故、项正确。小木块浮于水面上时，木块的下部实际上已经陷入水中（排开一部分水）受到水的浮力作用，是浮力与重力平衡的结果，而非表面张力在起作用，故项错误。喷泉喷到空中的水分散时，每一小部分的表面都有表面张力在起作用且水处于完全失重状态，因而形成球状水珠，故项正确。
探究点二浸润和不浸润、毛细现象
情境探究
1.两个完全相同的空心玻璃球壳，其中一个盛有一半体积的水，另一个盛有一半体积的水银，将它们封闭起来用航天飞机送到绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中，在如图所示的四个图中（图中箭头指向地球中心，阴影部分为水或水银）。
（1）水在玻璃球壳中分布的情况，可能是哪个图？
（2）水银在玻璃球壳中分布的情况，可能是哪个图？
答案：提示（1）绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中，球壳和其中的水、水银均处于完全失重状态。水浸润玻璃，附着层有扩大的趋势；水跟气体接触的表面层都有收缩（使表面积最小）的趋势，所以水在玻璃球壳中分布情况是图。
（2）水银不浸润玻璃，附着层有收缩的趋势。水银跟气体接触的表面层都有收缩（使表面积最小）的趋势，所以水银在玻璃球壳中分布情况是图。
2.日常生活中，如果你认真观察的话，会发现水中游禽会不时地用嘴抹擦身上的羽毛，这是为什么？
答案：提示游禽在用嘴把油脂涂到羽毛上，使水不能浸润羽毛。
探究归纳
1.浸润和不浸润现象成因分析
（1）附着层及分子受力情况：液体跟固体相接触的液体薄层叫附着层，液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引。
（2）浸润的成因：当固体分子对液体分子的吸引力大于液体内部分子力时，附着层内液体分子比液体内部分子稠密，附着层中分子之间表现为斥力，具有扩张的趋势，这时表现为液体浸润固体。
（3）不浸润的成因：当固体分子对液体分子的吸引力小于液体内部分子力时，附着层内液体分子比液体内部分子稀疏，附着层中分子之间表现为引力，具有收缩的趋势，这时表现为液体不浸润固体。
2.毛细现象
（1）两种表现：浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降。
（2）产生原因：毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。图甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为水的表面张力作用，液体会受到向上的作用力；图乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到向下的力。
甲乙
探究应用
例（2021江苏如皋中学高二月考）液体在器壁附近的液面会发生弯曲，如图所示，对比下列几种解释，正确的是( )
A.表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部密
B.表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部疏
C.液体在器壁Ⅰ内的高度变低
D.液体在器壁Ⅱ内的高度变高
答案：
解析：液体表面具有收缩的趋势，即液体表面表现为张力，是液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，密度较小，且液面分子间表现为引力；故表面层Ⅰ、Ⅱ内分子的分布比液体内部疏，故项错误，项正确。附着层Ⅰ内分子与器壁间引力大于内部液体分子间的引力，液体表现为浸润，在器壁Ⅰ内的高度变高，故项错误；附着层Ⅱ内分子与器壁间吸引力小于内部液体分子间的引力，液体表现为不浸润，在器壁Ⅱ内的高度变低，故项错误。
解题感悟
浸润和不浸润的分析要点
浸润是固体分子对液体分子的引力大于液体分子之间的引力，使附着层内分子的分布比液体内部更密，使液体跟固体的接触面有扩大的趋势。不浸润是固体分子对液体分子的引力小于液体分子之间的引力，使附着层内分子的分布比液体内部更稀疏，使液体跟固体的接触面有收缩的趋势。
迁移应用
1.（多选）若液体对某种固体是浸润的，当液体装在由这种固体物质做成的细管中时，则( )
A.附着层分子密度大于液体内分子的密度
B.附着层分子的作用力表现为引力
C.管中的液体表面一定是下凹
D.液体跟固体接触的面积有扩大的趋势
答案： ; ;
解析：这是浸润现象，固体分子与液体分子间的引力相当强，造成附着层内分子的分布比液体内部密，作用力表现为斥力，使液体跟固体接触的面积有扩大的趋势。
2.（多选）下列现象中，哪些是利用了毛细现象( )
A.用粉笔吸干纸上的墨汁
B.建房时，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸
C.用棉线作酒精灯的灯芯
D.想保存地下的水分，把地面的土壤锄松
答案： ;
解析：粉笔、棉线、砖和土壤内部都有许多细小的孔道，起着毛细管的作用，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸、把地面的土壤锄松均是防止毛细现象。
探究点三液晶
情境探究
如图所示，液晶是现代生活的一个重要角色，从最初的电子手表到如今的笔记本电脑、液晶电视、可视电话……液晶一步步地深入到我们的生活中。
（1）为什么“液体”和“晶体”联系在一起了？液晶到底是什么物质？
（2）液晶作为显示元件方面的用途已经深入到了生物医学、电子工业、航空工业以及生活中的各个方面，液晶显示器靠什么性质显示各种颜色？
答案：提示（1）某些物质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，人们把处于这种状态的物质叫作液晶。液晶都具有较大有机分子，大多为棒状。
（2）液晶具有光学各向异性。
探究归纳
1.定义：有些化合物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，处于这种状态的化合物叫作液晶。
2.特点
（1）液晶具有液体的流动性。
（2）液晶具有晶体的光学各向异性。
（3）液晶的物理性质很容易在外界条件（如电场、压力、光照、温度）的影响下发生改变。
（4）从某个方向上看，液晶分子的排列比较整齐；但是从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的。
（5）并不是所有物质都有液晶态。通常由棒状分子、碟状分子和平板状分子组成的物质容易具有液晶态。
探究应用
例（多选）关于液晶，下列说法正确的是( )
A.因为液晶是介于晶体与液体之间的中间态，所以液晶实际上是一种非晶体
B.液晶具有液体的流动性，是因为液晶分子尽管排列有序，但位置无序，可自由移动
C.任何物质在任何条件下都可以存在液晶态
D.天然存在的液晶很少，多数液晶是人工合成的
答案： ;
解析：液晶是一种介于晶体与液体之间的液态晶体，它不是晶体更不是非晶体；液晶分子像晶体分子一样排列有序，但是它们又像液体分子一样可以自由移动，没有固定的位置，即位置无序，所以液晶具有流动性；有些物质只有在特定的条件下才具有液晶态，并不是所有物质都具有液晶态；天然存在的液晶很少，多数液晶是人工合成的，故正确答案为、。
迁移应用
1.液晶电视不断降价，逐步走进了千家万户。液晶电视的关键部件是液晶层，下列关于液晶层的工作原理说法中正确的是( )
A.液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
B.液晶的光学性质不随温度的变化而变化
C.液晶的光学性质不随外加电压的变化而变化
D.液晶的光学性质随压力的变化而变化
答案：
解析：液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但要注意分子的排列是不稳定的。温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质。
8章末总结
体系构建
① ② ③ ④ ⑤
综合提升
提升一气体压强的计算方法
例1 （1）若已知大气压强为，图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为，重力加速度为，求被封闭气体的压强。
（2）如图，两个内壁光滑的汽缸质量均为，内部横截面积均为，两个活塞的质量均为，左边的汽缸静止在水平面上，右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下。两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气、，大气压为，求封闭气体、的压强。（重力加速度为）
（3）如图所示，光滑水平面上放有一质量为的汽缸，汽缸内放有一质量为的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为。现用水平恒力向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强。（已知外界大气压为）
答案：（1）见解析（2）见解析（3）见解析
解析：（1）在题图甲中，以高为的液柱为研究对象，
由二力平衡知
所以
在题图乙中，以液面为研究对象，
由有：
在题图丙中，仍以液面为研究对象，有
所以
（2）
甲中选活塞为研究对象受力分析如图1，由二力平衡知
得
题图乙中选汽缸为研究对象，受力分析如图2所示，由二力平衡知，
得
（3）选取汽缸和活塞整体为研究对象
相对静止时有
再选活塞为研究对象，根据牛顿第二定律有
解得
综合提升
1.气体压强的求解方法
（1）平衡状态下气体压强的求法
力平衡法 选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象进行受力分析，得到液柱（或活塞）的受力平衡方程，求得气体的压强
等压面法 在连通器中，同一种液体（中间不间断）同一深度处压强相等。液体内深处压强，为液面上方的压强
液片法 选取假想的液体薄片（自身重力不计）为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强
（2）加速运动系统中封闭气体压强的求法
恰当地选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象，进行受力分析，然后依据牛顿第二定律列式求封闭气体的压强，把压强问题转化为力学问题求解。
2.典例分析
模型 模型分类 图示 求解方法
带活塞汽缸模型 汽缸开口向上 对活塞，受力平衡：，则压强：
汽缸开口向下 对活塞，受力平衡：，则压强：
汽缸开口水平 对活塞，受力平衡：，则压强：
活塞上放置物体 以活塞为研究对象，受力如图乙所示。由平衡条件，得：，即：
水银柱模型 开口向上 对水银柱，受力平衡，类似开口向上的汽缸：。又由：，则压强：
类似开口向上的弯管 压强：
开口向下 对水银柱，受力平衡，类似开口向下的汽缸：。又由：，则压强：
类似开口向下的弯管 压强：
水平放置 对水银柱，受力平衡，类似开口水平的汽缸：
双液柱封闭气体 同种液体在同一深度的压强相等，在连通器中，灵活选取等压面，利用两侧压强相等求解气体压强。如图所示，两处压强相等。故有从右侧管看，有
玻璃管倾斜 沿斜面方向：，则压强：
迁移应用
1.如图所示，竖直放置的弯曲管端开口，端封闭，密度为的液体将两段空气封闭在管内，管内液面高度差分别为、和，则端气体的压强为（已知大气压强为，重力加速度为）( )
A.
B.
C.
D.
答案：
解析：从管口依次向左分析，中间气室压强比管口小，端气体压强比中间气室小，所以端气体压强为。
提升二应用理想气体状态方程讨论变质量问题
例2 （2021河南许昌长葛一中高二月考）一只两用活塞气筒的原理如图所示（打气时如图甲所示，抽气时如图乙所示），其筒内体积为，现将它与另一只容积为的容器相连接，开始时气筒和容器内的气体压强为，已知气筒和容器导热性良好，当分别作为打气筒和抽气筒使用时，活塞工作次后，在上述两种情况下，容器内的气体压强分别为( )
A.，
B.，
C.，
D.，
答案：
解析：打气时，活塞每推动一次，把体积为、压强为的气体推入容器内，若活塞工作次，就是把压强为、体积为的气体压入容器内，容器内原来有压强为、体积为的气体，根据玻意耳定律得：
所以
抽气时，每拉动一次，容器中气体的体积从膨胀为，而容器内气体的压强就要减小，活塞推动时将抽气筒中的气体排出，而再次拉动活塞时，将容器中剩余的气体从又膨胀到；容器内的压强继续减小，根据玻意耳定律得：
第一次抽气：，得
第二次抽气：，得
第三次抽气：，得
第次抽气完毕后，气体压强为。
综合提升
气体实验定律的适用对象都是一定质量的理想气体，但在实际问题中，常遇到气体的变质量问题；气体的变质量问题，可以通过巧妙地选择合适的研究对象，把“变质量”问题转化为“定质量”的问题，从而可以利用气体实验定律或理想气体状态方程求解，常见以下四种类型：
1.充气问题：向球、轮胎等封闭容器中充气是一个典型的“变质量”问题。只要选择容器内原有气体和即将打入的气体作为研究对象，就可把充气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量问题。
2.抽气问题：从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属于变质量问题。分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，可把抽气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量问题。
3.分装问题：将一个大容器内的气体分装到多个小容器中的问题也是一个典型的变质量问题。分析这类问题时，可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体看成整体来作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题。
4.漏气问题：容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，不能用相关方程求解。如果选漏出的气体和容器内剩余气体为研究对象，便可使问题变成定质量问题，再用相关方程求解即可。
迁移应用
1.容积为的钢瓶内，贮有压强为的氧气。打开钢瓶的阀门，让氧气分装到容积为的氧气袋中（袋都是真空的），充气后的氧气袋中氧气压强都是，设充气过程不漏气，环境温度不变，则这瓶氧气最多可分装
A.袋
B.袋
C.袋
D.袋
答案：
解析：设可分装袋，取全部气体研究，据玻意耳定律有：，代入数据得，项正确。
2.（2021山东潍坊寿光中学高三月考）随着我们国家经济的高速发展，普通人的住房条件得到不断改善，越来越多的人搬进了漂亮的楼房，但是，下水道阻塞却成了一个越来越让人头疼的问题，疏通器是解决此类问题的工具之一。在疏通管道时，疏通器气体体积需缩小到原来的才能打通堵塞的管道。疏通器如图所示，通过打气筒将气体打入储气室，拨动开关，储气室内气体喷出。若储气室体积为，初始时内部气体压强为，每次可打入压强为的气体，以上过程温度变化忽略不计，则要能疏通管道需要向储气室打气几次？
答案：12次
解析：疏通器内气体初始状态参量为、、，气体压缩后状态参量分别为、、，由题意知，、
由玻意耳定律得
即
得
设打气筒需要向储气室打气次，打气前气体状态参量分别为、、，打气后气体状态参量分别为、、，由题意知
，、、、
由玻意耳定律得
即
解得
故打气筒需要向储气室打气12次。
提升三气体状态变化的图像分析方法
例3 如图所示，1、2、3为一定质量理想气体在图中的三个状态。该理想气体由状态1经过程1 2 3到达状态3，其中2 3之间图线为双曲线。已知状态1的参量为，，。
（1）若状态2的压强，则温度是多少？
（2）在（1）的前提下，若状态3的体积，则压强是多少？
答案：（1）（2）
解析：（1）1 2是等容变化
由查理定律得，解得。
（2）2 3是等温变化
由玻意耳定律得
解得。
综合提升
1.常见气体状态变化的图像
名称 图像 特点 其他图像
等温线 （为常量），即越大的等温线对应的温度越高，离原点越远
，斜率，即斜率越大，对应的温度越高
等容线 ，斜率，即斜率越大，对应的体积越小
图线的延长线均过点（，0），斜率越大，对应的体积越小
等压线 ，斜率，即斜率越大，对应的压强越小
与成线性关系，但不成正比，图线延长线均过点（，0），斜率越大，对应的压强越小
2.解决图像问题应注意的几点
（1）看清坐标轴，理解图像的意义：图像上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态；图像上的一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程。
（2）观察图像，弄清图像中各量的变化情况，看是否属于特殊变化过程，如等温变化、等容变化或等压变化。
（3）若不是特殊过程，可在坐标系中作特殊变化的图像（如等温线、等容线或等压线）实现两个状态的比较。
（4）涉及微观量的考查时，要注意各宏观量和相应微观量的对应关系。
迁移应用
1.（多选）一定质量的理想气体的状态变化过程的图像如图所示，其中是初状态，、是中间状态，是等温变化，如将上述变化过程改用图像和图像表示，则下列各图像中正确的是
A. B. C. D.
答案： ;
解析：在图像中，由，气体经历的是等温变化过程，气体的体积增大，压强减小；由，气体经历的是等容变化过程，根据查理定律得，，则，气体的压强增大，温度升高；由，气体经历的是等压变化过程，根据盖-吕萨克定律得，，则，气体的体积减小，温度降低。项中，连线未过原点，错误；项中，体积减小，错误；、两项符合全过程。
高考体验
1.（2021全国甲，33，15分）（1）如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积-温度图上的两条直线和表示，和分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；为它们的延长线与横轴交点的横坐标，；为直线上的一点。由图可知，气体在状态和的压强之比 ;气体在状态和的压强之比。
（2）如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为、两部分；初始时，、的体积均为，压强均等于大气压。隔板上装有压力传感器和控制装置，当隔板两边压强差超过时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。气体温度始终保持不变。向右缓慢推动活塞，使的体积减小为。
（ⅰ）求的体积和的压强；
（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时的体积和的压强。
答案：（1）（2）（ⅰ） ; （ⅱ） ;
解析：（1）根据图像画出图像。
、在图线上，图线过原点，是等压线，可知，所以；、两点温度相同，根据玻意耳定律可得，由等压线知，，解得。
（2）（ⅰ）气体等温变化：解得
隔板静止时，
气体等温变化：
（ⅱ）活塞回到初始位置的过程中，气体等温变化，设的压强为，体积为
气体等温变化，设的压强为，体积为
当比大时，隔板停止运动，
联立解得，
2.（2020山东，15，7分）中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口;右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为 ,最终降到 ,因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的 ,罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。
答案：
解析：设火罐内气体初始状态参量分别为、、，温度降低后状态参量分别为、、，罐的容积为，由题意知
、、、、
由理想气体状态方程得
代入数据得
对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为、，末态气体状态参量分别为、，罐的容积为，由题意知、、
由玻意耳定律得
联立代入数据得
设抽出的气体的体积为，由题意知
故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为
联立代入数据得
3.（多选）[2020江苏，13（1）]玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有( )
A.没有固定的熔点
B.天然具有规则的几何形状
C.沿不同方向的导热性能相同
D.分子在空间上周期性排列
答案： ;
解析：根据非晶体的特点可知其分子在空间上排列无规则，天然不具有规则的几何形状，它的物理性质在各个方向上是相同的，叫“各向同性”。它没有固定的熔点。
4.（2020北京，4，3分）如图所示，一定量的理想气体从状态开始，经历两个过程，先后到达状态和。有关、和三个状态温度、和的关系，正确的是( )
A.，
B.，
C.，
D.，
答案：
解析：由图可知状态到状态是一个等压变化过程，，因为，故；而状态到状态是一个等容变化过程，有，因为，故；对状态和有，可得；综上分析，可知项正确。
15
