第二章 气体固体和液体课件（7份打包）

(共59张PPT)
第二章 气体、固体和液体
第1节 温度和温标
课标解读 课标要求
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。
课标解读 素养要求
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。
续表
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__________①能够达到__________②。这种状态叫作平衡态。
状态参量
稳定状态
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______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______④。这种平衡叫作热平衡。
改变
平衡
要点三 温度
热平衡定律表明，当两个系统、处于________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。
热平衡
① 只要温度不变，系统就一定处于平衡态，这种说法对吗？
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？
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？
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？
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？
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。
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。
探究点一 状态参量与平衡态
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？
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。
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。
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
BD
[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。
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
BC
[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
B
[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
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？
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？
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。
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
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
AD
[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。
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
C
[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
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？
[答案] 关系式为；
（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] 冰的熔点为，为；水的沸点为，即。
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： 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
CD
[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。
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
AD
[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。
1. 如果一个系统达到了平衡态，那么这个系统各处的( )
A. 温度、压强、体积都必须达到稳定的状态不再变化
B. 温度一定达到了某一稳定值，但压强和体积仍是可以变化的
C. 温度一定达到了某一稳定值，并且分子不再运动，达到了“凝固”状态
D. 温度、压强就会变得一样，但体积仍可变化
A
[解析] 如果一个系统达到了平衡态，系统内各部分的状态参量，如温度、压强和体积等不再随时间发生变化。温度达到稳定值，分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝固”状态。
2. （2021江苏如皋中学高二月考）（多选）下列说法中正确的是 ( )
A. 温度高的物体比温度低的物体热量多
B. 温度高的物体不一定比温度低的物体的内能大
C. 温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均动能大
D. 相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等
BC
[解析] 因为热量是传递的能量，是过程量，不是状态量，故项错误；内能与物体的温度、体积等因素有关，温度高的物体不一定比温度低的物体的内能大，故项正确；温度是分子平均动能的标志，则温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均动能大，项正确；相互间达到热平衡的两物体的温度一定相同，但是内能不一定相等，项错误。
3. 关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的有( )
A. 只要温度不变且处处相等，系统就一定处于平衡态
B. 两个系统在接触时，它们的状态不发生变化，说明这两个系统原来的温度是相同的
C. 热平衡就是平衡态
D. 处于热平衡的几个系统的压强一定相等
B
[解析] 一般来说，描述系统的状态参量不只一个，根据平衡态的定义知所有状态参量都不随时间变化，系统才处于平衡态，错误；根据热平衡的定义知，处于热平衡的两个系统温度相同，正确，错误；平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，错误。
4. 在某一温度计的管子上刻有150格均匀的标度。在1标准大气压下，当温度计的玻璃泡进入冰水混合物中时，水银柱位置在40刻度处；当玻璃泡进入沸水中时，水银柱的位置在90刻度处。当水银柱上升到100刻度处时，应相当于多少摄氏度？相当于热力学温度多少开？
[答案]
[解析] 摄氏温标规定：冰水混合物的温度为，标准大气压下沸水温度为，由此可见，题中所说的40刻度处就是，刻度处就是指。从40到90有50等份，每1等份表示的实际温度是。
当水银柱上升到100刻度处时，实际温度是。
由热力学温度与摄氏温度的关系式可得，相当于热力学温度：。
即该温度计100刻度处相当于，相当于。
几种常见温度计及测温原理
名称 原 理
水银温度计 根据水银的热膨胀的性质来测量温度
金属电阻温度计 根据金属铂的电阻随温度的变化来测量温度
气体温度计 根据气体压强随温度的变化来测量温度
热电偶温度计 根据不同导体因温差产生电动势的大小不同来测量温度
双金属温度计 利用热膨胀系数不同的铜和铁制成的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理来测温度
1. （★）（多选）实际应用中，常用到一种双金属温度计，它是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的，如图所示。已知左图中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙述中正确的有( )
ABC
双金属温度计
A. 该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属
B. 双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的
C. 由左图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数
D. 由右图可知，其双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁
[解析] 双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理来工作的，、项正确；如题图，加热时双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，项正确；如题右图中，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度升高时温度计指针顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，项错误。
1. 目前世界上最大的强子对撞机在法国和瑞士的边境建成，并投入使用。加速器工作时，需要注入约1万吨液氮对电路进行冷却，冷却的最低温度可达到零下271摄氏度，该温度用热力学温标表示为( )
A. B. C. D.
A
[解析] 由热力学温标与摄氏温标的关系式和得。
2. 甲、乙两物体相互接触而传热最终达到热平衡，当热从甲物体流向乙物体，这样的情况表示甲物体具有( )
A. 较高的热量 B. 较大的比热容
C. 较大的密度 D. 较高的温度
D
[解析] 甲、乙达到热平衡时温度相同，而热是从甲物体流向乙物体的，所以甲的温度高。
3. （多选）下列各个状态中处于平衡态的是( )
A. 将冰水混合物放在的房间里
B. 将铜块放在沸水中加热足够长的时间
C. 电影院开空调5分钟内放映厅内的气体
D. 一个密闭绝热匀速运动的容器突然停止时，容器内的气体
AB
[解析] 系统处于平衡态时，其状态参量都不随时间变化。分析各选项物质的温度、压强、体积是否变化即可。
4. （多选）下列说法正确的是( )
A. 放在腋下足够长时间的水银体温计中的水银与人体达到热平衡
B. 温度相同的棉花和石头相接触，需要经过一段时间才能达到热平衡
C. 若与、都达到热平衡，则、之间也达到了热平衡
D. 两物体温度相同，可以说两物体达到了热平衡
ACD
[解析] 两个物体紧密接触时，如果两者的温度有差异，它们之间就会发生热传递，高温物体将向低温物体传热，最终使二者的温度相等，即达到热平衡，故、两项正确；两个物体的温度相同时，不会发生热传递，已经达到热平衡，故项错误；若与、都达到热平衡，三者温度一定相等，所以、之间也达到了热平衡，故项正确。
5. 小明自定一种新温标，他将冰熔点与水沸点之间的温度等分为200格，且将冰熔点的温度定为（上述皆为标准大气压下），今小明测量一杯水的温度为时，则该温度用摄氏温标表示时应为( )
A. B. C. D.
C
[解析] 每格表示，比冰熔点高出的温度为，对，、、错。
A.
B.
C.
D.
6. 图是四种测液体温度的方法，其中正确的是( )
D
[解析] 用温度计测量液体温度时，温度计必须置于液体中，而且不能与器壁或容器底接触。
7. （多选）分别以摄氏温度及热力学温度为横、纵坐标表示的与的关系图，应该是( )
A. 一条直线 B. 不通过第二象限
C. 其在纵轴的截距小于横轴的截距 D. 斜率为1
AD
[解析] 根据可以知道这是一条过纵坐标轴上一点、斜率是1的倾斜直线。
8. （多选）下列关于摄氏温标和热力学温标的说法正确的是( )
A. 用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法
B. 用两种温标表示温度的变化时，两者的数值相等
C. 就是
D. 当温度变化时，也可说成温度变化
AB
[解析] 摄氏温标和热力学温标的关系是，用两者表示温度的变化时，两者的数值相等。
9. （多选）两个原来处于热平衡状态的系统，分开后，由于受外界的影响，其中一个系统的温度升高了，另一个系统的温度升高了，则下列说法正确的是( )
A. 两个系统不再是热平衡状态 B. 两个系统此时仍是热平衡状态
C. 两个系统的状态都发生了变化 D. 两个系统的状态都没有发生变化
BC
[解析] 由于两个系统原来处于热平衡状态，温度相同，当分别升高和后，温度仍相同，两个系统仍为热平衡状态，故项错误，项正确；由于温度发生了变化，系统的状态也发生了变化，故项正确，项错误。
10. 严冬，水桶里结了厚厚的冰，为了测出冰下水的温度，徐强同学在冰上打了一个洞，拿来一支实验室温度计，用下列四种方法测水温，正确的做法是( )
A. 用线将温度计拴牢从洞中放入水里，待较长时间后从水中提出，读出示数
B. 取一塑料饮水瓶，将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后取出，再用温度计测瓶中水的温度
C. 取一塑料饮水瓶，将温度计悬吊在瓶中，再将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后待较长时间，然后将瓶提出，立即从瓶外观察温度计的示数
D. 手拿温度计，从洞中将温度计插入水中，待较长时间后取出，然后读出示数
C
[解析] 要测量冰下水的温度，必须使温度计与冰下的水达到热平衡时，再读出温度计的示数。可隔着冰又无法直接读数，把温度计取出来，显示的又不是原热平衡下的温度，所以的做法不正确，的做法正确，的做法不正确，的做法也失去了原来的热平衡，水瓶提出后，再用温度计测量，这时，周围空气也参与了热交换，测出的温度不再是冰下水的温度了。
11. 实验室有一支读数不准确的温度计，在测冰水混合物的温度时，其读数为；在测一标准大气压下沸水的温度时，其读数为80 ℃，选项中分别是温度计示数为41 ℃时对应的实际温度和实际温度为时温度计的示数，其中正确的是( )
A. ， B. ，
C. ， D. ，
C
[解析] 此温度计每一刻度（设每为一个刻度）表示的实际温度为，当它的示数为时，它上升的格数为（格），对应的实际温度应为；同理，当实际温度为时，此温度计应从开始上升格数为（格），它的示数应为。故项正确。(共67张PPT)
第二章 气体、固体和液体
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。
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______①。写成公式就是：________②
反比
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？
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？
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 。
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）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。
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。
探究点一 探究气体等温变化的规律
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
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。
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
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。
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
B
[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___。
B
D.
[解析] 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。
A.
B.
C.
（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“”）
[解析] 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
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？
[答案] 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） 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] 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。
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。
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。
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
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？
[答案] 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） 图乙中，和哪一个大？
[答案] 同理图乙中有。
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。
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
BD
[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。
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.
C
[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。
1. （2021天津南开大学附属中学高三月考）（多选）如图所示，在一端封闭的玻璃管中，用一段水银将管内气体与外界隔绝，管口向下放置，若将管倾斜，待稳定后呈现的物理现象是( )
A. 封闭端内气体的压强增大
B. 封闭端内气体的压强减小
C. 封闭端内气体的压强不变
D. 封闭端内气体的体积减小
AD
[解析] 由图示可知，气体压强与外界压强间的关系为，玻璃管倾斜，变小，管中的气体压强变大，由可知，气体体积变小。
2. （多选）如图所示，一定质量的气体由状态变到状态再变到状态，、两点在同一条双曲线上，则此变化过程中( )
A. 从到的过程温度升高
B. 从到的过程温度升高
C. 从到的过程温度先降低再升高
D. 、两点的温度相等
AD
[解析] 作出过点的等温线如图所示，可知，故从到的过程温度升高，项正确；从到的过程温度降低，项错误；从到的过程温度先升高后降低，项错误；、两点在同一等温线上，项正确。
3. 跳跳球是一种锻炼身体、训练平衡的玩具。它由橡胶球、踏板和扶手构成。在人站上踏板前，橡胶球内气体压强为，体积为，当质量为的人站在跳跳球上保持平衡不动时，橡胶球内气体体积变为，若橡胶球球膜厚度和玩具的重力均忽略不计，橡胶球内气体温度保持不变，重力加速度为，则此时橡胶球和踏板的接触面积为( )
A. B. C. D.
A
[解析] 橡胶球内的气体温度不变，做等温变化，初态，；末态。根据玻意耳定律可得，解得；由平衡条件可知，解得，故项正确。
4. （2021重庆八中高三月考）生活中吸盘挂钩的使用分三步操作。第一步：先将吸盘自然扣在墙面上，此时盘内气体体积为；第二步：按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图甲）,吸盘中的空气被挤出一部分，松手稳定后，不再有气体从吸盘中逸出，剩余气体的压强为、体积为；第三步：将锁扣扳下（如图乙），让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出，能使吸盘内气体体积恢复到。三步完成后吸盘就会被牢牢地固定在墙壁上。忽略整个过程气体温度的变化，大气压为。求：
（1） 第二步后吸盘中被挤出气体占原有气体的几分之几；
[答案]
[解析] 由题意可知，由第一步到第二步的过程中，气体发生等温变化，设气体压强变为时的总体积为，由玻意耳定律可得，解得
则被挤出气体占原有气体的比值为
（2） 第三步后吸盘内气体的压强。
[答案]
[解析] 在第二步到第三步过程中，气体发生等温变化，由玻意耳定律可得
解得
“相关联气体问题”解题方法
我们在解决实际问题时，研究对象有时并不是一个热力学气体系统，而是多个相互联系的定质量气体系统。解决这类问题的一般思路是：对各系统独立进行状态分析，确定每个研究对象的参量及其变化，再分别应用相应的实验定律，并充分应用各研究对象之间的压强、体积、温度的有效关联，最后列出相应的方程求解。
（2021黑龙江哈尔滨三中高三月考）如图，导热良好的圆柱形汽缸水平放置，汽缸内可以自由移动的活塞和密封了、两部分气体，处于平衡状态。已知活塞横截面积，密封气体的长度。若用外力把活塞向右缓慢移动的距离，求活塞向右移动的距离。
[答案]
[解析] 设外界大气压为，设向右移动，
对于，，，
由于是等温变化，由玻意耳定律
对于，，，
由于是等温变化，由玻意耳定律
联立可得
1. 一定质量的气体，压强为，保持温度不变，当压强减小了，体积变化了，则该气体原来的体积为( )
A. B. C. D.
B
[解析] 设原来的体积为，则，得。
2. 如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器知管中的空气压力，从而控制进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则下列关于细管中被封闭空气的说法正确的是( )
A. 体积不变，压强变小 B. 体积变小，压强变大
C. 体积不变，压强变大 D. 体积变小，压强变小
B
[解析] 当洗衣缸内水位升高时，细管中的水位也升高，被封闭空气的体积减小，由玻意耳定律可知，压强增大。
3. （多选）下列图中，表示压强，表示体积，为热力学温度，各图中正确描述一定质量的气体是等温变化的是( )
A.
B.
C.
D.
ABC
[解析] 分析是否是等温变化时要注意图像中坐标轴的意义，再依据“一定质量的气体在温度不变的情况下，压强与体积成反比”这一规律判定。
4. （2021江苏南京师范大学附属实验学校高二月考）如图所示，把装有气体的上端封闭的玻璃管竖直插入水银槽内，管内水银面与槽内水银面的高度差为，当玻璃管缓慢竖直向下插入一些，问和气体体积怎样变化()
A. 变小，变小 B. 变大，变小
C. 不变，不变 D. 变小，变大
A
[解析] 管下插过程中，气体体积将减小，压强增大，可知减小。
5. 如图是一定质量的某种气体在图中的等温线，、是等温线上的两点，和的面积分别为和，则 ( )
A. B.
C. D. 无法比较
B
[解析] 的面积，同理，的面积，根据玻意耳定律，可知两个三角形面积相等。
6. 大气压强。某容器的容积为，装有压强为的理想气体，如果保持气体温度不变，把容器的开关打开，待气体达到新的平衡时，容器内剩下的气体质量与原来气体的质量之比为( )
A. B. C. D.
B
[解析] 由玻意耳定律得，因，则，即容器中剩余压强为的气体，而同样大气压下气体的总体积为，所以剩下气体的质量与原来气体的质量之比等于同压下气体的体积之比，即，项正确。
7. 在“研究一定质量的气体在温度不变的情况下，压强与体积的关系”的实验中：
（1） 某同学列出所需要的实验器材：带框架的注射器（有刻度），橡皮帽，钩码（若干个），弹簧测力计，天平（带砝码），铁架台（带铁夹），润滑油。
问：该同学漏选了哪些器材？
[答案] 气压计
[解析] 需要用气压计测量封闭气体的压强。
（2） 如图是甲、乙两同学在同一次实验中得到的图像。若两人实验时操作均正确无误，且选取坐标标度相同，那么两图线斜率不同的主要原因是什么？
[答案] 两人实验时，封闭气体质量不同或同质量气体在不同温度下实验
[解析] 分析图线可知，图线的斜率，甲、乙图像的斜率均保持不变，则甲、乙实验过程中，气体做等温变化，温度不同时，图线斜率不同，即使相同，若气体质量不同，图线斜率也不同。所以图线斜率不同的主要原因是研究气体质量不同或同质量气体在不同温度下实验。
8. （2021海南海口琼山华侨中学高三月考）现有一质量为的汽缸，用质量为的活塞封有一定质量的理想气体，当汽缸竖直放置时，空气柱长为（如图甲所示）。已知大气压强为，活塞的横截面积为，它与汽缸之间无摩擦且不漏气，气体温度保持不变，重力加速为。求：
（1） 图甲中气体的压强；
[答案]
[解析] 在图甲中，对活塞受力分析，根据平衡条件得
解得
（2） 汽缸按如图乙悬挂保持静止时，气体的压强及气柱长度。
[答案]
[解析] 在图乙中，对汽缸受力分析，根据平衡条件得
解得
以汽缸中的气体为研究对象，根据玻意耳定律有
解得
9. 如图所示，两端开口的均匀玻璃管竖直插入水银槽中，管中有一段长的水银柱封闭一定质量的气体，这时管下端开口处内、外水银面高度差为，若保持环境温度不变，当外界压强增大时，下列分析正确的是()
A. 变长 B. 变短
C. 水银柱上升 D. 水银柱下降
D
[解析] 被封闭气体的压强。故，随着外界压强增大，被封闭气体压强也增大，由玻意耳定律知气体的体积减小，空气柱长度变短，但、长度不变，水银液柱下降，项正确。
10. （多选）如图所示是一定质量的某气体状态变化的图像，则下列说法正确的是( )
A. 气体做的是等温变化
B. 气体的压强从到一直减小
C. 气体的体积从到一直增大
D. 气体的三个状态参量一直都在变
BCD
[解析] 一定质量的气体的等温变化过程的图像（即等温线）是双曲线中的一支，显然题图所示图线不是等温线，过程不是等温变化过程，项错误；从图线可知气体从状态变为状态的过程中，压强在逐渐减小，体积在不断增大，、项正确；又因为该过程不是等温变化过程，所以气体的三个状态参量一直在变化，项正确。
11. 活塞式抽气机汽缸容积为，用它给容积为的容器抽气，抽气机抽动两次（抽气过程可视为等温变化），容器内剩余气体压强是原来的( )
A. B. C. D.
C
[解析] 设容器内气体压强为，则气体状态参量为，，，第一次抽气过程，由玻意耳定律得，即，解得；第二次抽气过程，气体状态参量，，，由玻意耳定律得，即，解得，故项正确。
12. 如图所示，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置。玻璃管的下部封有长的空气柱，中间有一段长为的水银柱，上部空气柱的长度。已知大气压强为。现将一活塞（中未画出）从玻璃管开口处缓缓往下推，使管下部空气柱长度变为。假设活塞下推过程中没有漏气，求活塞下推的距离。
[答案]
[解析] 以为压强单位，设玻璃管的横截面积为，在活塞下推前，
玻璃管下部空气柱的压强为
①
设活塞下推后，下部空气柱的压强为，
由玻意耳定律得②
如图，设活塞下推距离为，
则此时玻璃管上部空气柱的长度为③
设此时玻璃管上部空气柱的压强为，
则④
由玻意耳定律得⑤
由①至⑤式及题给数据解得
13. （2021黑龙江大庆实验中学高三期末）某兴趣小组受潜水器“蛟龙号”的启发，设计了一测定水深的装置，该装置可通过测量活塞的移动距离间接反映出水深。如图，左端开口的汽缸Ⅰ和密闭的汽缸Ⅱ均导热，内径相同，长度均为，由一细管（容积忽略）连通。硬薄活塞、密封性良好且可无摩擦滑动，初始时均位于汽缸的最左端。已知外界大气压强为（相当于高的水柱产生的压强），水温恒定不变，汽缸Ⅰ、Ⅱ内分别封有压强为、的理想气体。
（1） 若该装置放入水面下处，求向右移动的距离；
[答案]
[解析] 若该装置放入温度为的水深处，由于相当于高的水柱产生的压强，因此此时汽缸Ⅰ中气体的压强等于，由于汽缸Ⅱ中气体的压强等于，因此活塞不动。设活塞向右移动的距离为，由于两个汽缸内径相同，则横截面积相同，设横截面积为，对汽缸Ⅰ中气体，由玻意耳定律得，解得
（2） 求该装置能测量的最大水深。
[答案]
[解析] 该装置测量的深度最大时，活塞刚好到汽缸Ⅰ的右端，设活塞向右移动的距离为，此时左侧气体的体积为
右侧气体的体积为
此时左右两部分气体的压强相等，设为，由于温度不变，对左侧气体
对右侧气体
求得
该深度处的压强等于大气压强与水产生压强之和，由于相当于高的水柱产生的压强，因此，该装置能测量的最大水深
方法感悟 分析相关联的两部分气体时的注意事项：（1）要把两部分气体分开来看，分别对每一部分气体分析初、末状态的参量，分别列出相应的方程。（2）要找出两部分气体之间的联系，如总体积不变、平衡时压强相等。(共89张PPT)
第二章 气体、固体和液体
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。 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。
课标解读 课标要求 素养要求
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。 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。
续表
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______①。
正比
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______②。
正比
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？
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？
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。
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。
探究点一 气体的等压变化
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？
[答案] 是等压变化。
（2） 此时活塞到缸底的距离是多大？
[答案] 初状态，；末状态，。由，得，即活塞到缸底的距离为。
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。
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；
[答案]
[解析] 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） 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]
[解析] 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。
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；
[答案]
[解析] 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） 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]
[解析] 加热过程是等压变化
，解得。
探究点二 气体的等容变化
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
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。
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。
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；
[答案]
[解析] 初态：，
末态：，由查理定律
得
（2） 新充入气体与车胎内原来气体的质量比。
[答案]
[解析] 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。
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
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。
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。
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。
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；
[答案]
[解析] 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） 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]
[解析] 温度不变，则即，得
所以流出水银长度
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.
C
[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
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。
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
D
[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
A
[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
B
[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。
1. （多选）一定质量的理想气体，初始状态为、、，经过一系列状态变化后，压强仍为，则下列过程中不可实现的是( )
A. 先等温膨胀，再等容降温 B. 先等温压缩，再等容降温
C. 先等容升温，再等温压缩 D. 先等容降温，再等温压缩
AC
[解析] 根据理想气体的状态方程，若经过等温膨胀，则不变，增加，减小，再等容降温，则不变，降低，减小，最后压强肯定不是原来的值，项不可实现；同理可以确定项也不可实现。
2. （2021黑龙江哈尔滨三中高三期中）如图所示，绝热汽缸与导热汽缸均固定于地面，由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦，两汽缸内装有理想气体，气体温度均等于环境温度，气体压强均等于大气压强，两汽缸的活塞到缸底距离都是，汽缸活塞的面积是汽缸活塞面积的2倍，现在缓慢加热中气体，停止加热达到稳定后，中气体温度变为环境温度的倍。设环境温度始终保持不变，求两个活塞移动的距离。
[答案]
[解析] 设大气压强为，环境温度为对于汽缸内气体，由理想气体状态方程得： 对于汽缸内气体，由玻意耳定律得：
对于两个活塞，加热稳定后由平衡条件得：
解得
3. 如图为一简易火灾报警装置。其原理是：竖直放置的试管中装有水银，当温度升高时，水银柱上升，使电路导通，蜂鸣器发出报警的响声。时，空气柱长度为，水银上表面与导线下端的距离为，管内水银柱的高度为，大气压强。
（1） 当温度达到多少摄氏度时，报警器会报警？
[答案]
[解析] 根据盖-吕萨克定律得：，
，，，
得：，则：。
（2） 如果要使该装置在时报警，则应该再往玻璃管内注入多高的水银柱？
[答案]
[解析] 设加入高的水银柱，在时会报警，根据理想气体状态方程得：，
初态：，，，
末态：，
，
，
代入数据得：。
即应再往玻璃管内注入高的水银柱。
4. （2021河北衡水中学高三月考）（★）如图所示，圆柱形绝热汽缸竖直放置，质量为、截面积为的绝热活塞将一定质量的理想气体和一形状不规则的固体封闭在汽缸内。在汽缸内距缸底处有卡环，使活塞只能向上滑动。开始时活塞搁在卡环上，缸内气体的压强等于大气压强，温度为。现通过加热电热丝使汽缸内气体温度缓慢升高，当温度为时，活塞上升了。已知重力加速度，卡环和电热丝的体积忽略不计，求：
（1） 活塞恰好离开卡环时，汽缸内气体的温度为多少；
[答案]
[解析] 设汽缸内固体的体积为，初态气体的体积
压强，温度
当活塞恰好离开卡环时，气体体积
压强
设此时气体温度为，根据查理定律得，解得
（2） 汽缸内固体的体积。
[答案]
[解析] 当气体温度时，气体压强
体积
根据盖-吕萨克定律得，解得
用假设法判断液柱的移动问题
当气体的状态参量、、都发生变化时，直接判断液柱的移动方向比较困难，通常先进行气体状态的假设，然后应用相应的物理规律可以简单地求解。其一般思路为：
（1）先假设液柱不发生移动，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的分比形式或，求出每部分气体压强的变化量，并加以比较。
（3）如果液柱两端的横截面积相等，若均大于零，意味着两部分气体的压强均增大，则液柱向值较小的一方移动；若均小于零，意味着两部分气体的压强均减小，则液柱向较大的一方移动；若相等，则液柱不移动。
（4）如果液柱两端的横截面积不相等，则应考虑液柱两端的受力变化。若均大于零，则液柱向较小的一方移动；若均小于零，则液柱向值较大的一方移动；若相等，则液柱不移动。
1. 两个容器、，用截面均匀的水平细玻璃管连通，如图所示，、内所装气体的温度分别为和，水银柱在管中央平衡，如果两边温度都升高，水银柱将( )
A. 向右移动 B. 向左移动
C. 不动 D. 条件不足，不能确定
A
[解析] 假设水银柱不动，、内气体都做等容变化，由知，因为，所以，所以水银柱向右移动。
1. （多选）关于理想气体，下列说法正确的是( )
A. 理想气体能严格遵守气体实验定律
B. 实际气体在温度不太高、压强不太大的情况下，可看成理想气体
C. 实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可看成理想气体
D. 所有的实际气体在任何情况下，都可以看成理想气体
AC
[解析] 理想气体是在任何温度、任何压强下都能遵守气体实验定律的气体。实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下可看成理想气体。
2. （2021上海交大附中高二月考）一定质量的理想气体状态发生变化，满足玻意耳定律，若气体压强增大，下列说法正确的是( )
A. 分子的平均动能增大 B. 分子的平均动能减小
C. 气体的内能增大 D. 分子之间的平均距离变小
D
[解析] 分析时不能认为气体体积变化时，分子势能发生变化。因为理想气体不考虑分子势能，气体做等温变化时，分子的平均动能不变，内能不变。气体压强增大，体积减小，分子之间的平均距离变小。
3. 一个密闭的钢管内装有空气，在温度为时，压强为，若温度上升到，管内空气的压强约为( )
A. B. C. D.
C
[解析] 由查理定律知，代入数据解得。
4. 如图所示，在坐标系中的、两点，表示一定质量的理想气体的两个状态，设气体在状态时的体积为、密度为，在状态时的体积为、密度为，则( )
A. ，
B. ，
C. ，
D. ，
D
[解析] 过、两点分别作它们的等容线，由于斜率，因此，由于密度，所以。
5. （多选）如图所示为一定质量的理想气体沿着如图所示的方向发生状态变化的过程，则该气体压强的变化是( )
A. 从状态到状态，压强减小
B. 从状态到状态，压强不变
C. 从状态到状态，压强增大
D. 从状态到状态，压强增大
AC
[解析] 在图中，等压线是延长线过原点的倾斜直线，对一定量的气体，图线的斜率表示压强的倒数，斜率大的压强小。
6. 一定质量的理想气体，在压强不变的情况下，温度由升高到，体积的增量为；温度由升高到，体积的增量为，则
( )
A. B.
C. D. 无法确定
A
[解析] 由盖-吕萨克定律，可得，即，所以，（、分别是气体在和时的体积），而，所以，项正确。
7. 一个半径为的气泡，从深的湖底上升。如果湖底水的温度是，湖面的温度是，湖面的大气压强相当于高水银柱产生的压强，即，那么气泡升至湖面时体积是多少？（，取）
[答案]
[解析] 由题意可知深处气泡体积
根据理想气体的状态方程得，得。
8. （2021陕西西安长安一中高三月考）如图所示，导热性能良好的形管竖直放置，左右两边长度相同。左端封闭，右端开口，左管被水银柱封住了一段空气柱。室温恒为，左管水银柱的长度，右管水银柱长度，气柱长度；将形管放入的恒温箱中，形管放置状态不变，状态稳定时变为。
（1） 求放入恒温箱中稳定时左端被封闭的空气柱的压强；
[答案]
[解析] 设大气压强为，对于封闭的空气柱
初态：，，
末态：，，
由理想气体状态方程得
联立解得，
（2） 若将形管移出恒温箱，仍竖直放置，冷却到室温后把右端开口封住。然后把形管缓缓转动，从而使得两管在同一个水平面内，左右两管中气体温度都不变，也没有气体从一端流入另一端，求稳定后左端液柱变为多长。
[答案]
[解析] 假设左右两管中都有水银，稳定后原左管中的水银柱长度变为，对左管气体
初态：，
末态：待求，
根据玻意耳定律有
对右管气体
初态：
末态：待求，
根据玻意耳定律有
联立解得
说明左右两管中都有水银，所以状态稳定后变为。
9. 在下列图中，不能反映一定质量的理想气体经历了等温变化→等容变化→等压变化后，又回到初始状态的图是( )
A.
B.
C.
D.
D
[解析] 根据、、图像的意义可以判断，其中项显示的是理想气体经历了等温变化→等压变化→等容变化，与题意不符。
10. 如图所示，两根粗细相同、两端开口的直玻璃管和，竖直插入同一水银槽中，各用一段水银柱封闭着一定质量同温度的空气，空气柱长度，水银柱长度，现使封闭气柱降低相同的温度（大气压保持不变)，则两管中气柱上方水银柱的移动情况是( )
A. 均向下移动，管移动较多
B. 均向上移动，管移动较多
C. 管向上移动，管向下移动
D. 无法判断
A
[解析] 封闭气柱均做等压变化，故封闭气柱下端的水银面高度不变，根据盖-吕萨克定律的分比形式，因、管中的封闭气柱，初温相同，温度的变化也相同，且，所以，即、管中气柱的体积都减小；又因为，管中气柱的体积较大，，管中气柱体积减小得较多，故、两管气柱上方的水银柱均向下移动，且管中的水银柱下移得较多，故项正确。
11. 如图甲所示，竖直放置的汽缸内壁光滑，活塞厚度与质量均不计，在处设有限制装置，使活塞只能在以上运动，以下汽缸的容积为，、之间的容积为。开始时活塞在处，温度为，大气压强为，现缓慢降低汽缸内气体的温度，直至活塞移动到、的正中间，然后保持温度不变，在活塞上缓慢加沙，直至活塞刚好移动到，然后再缓慢降低汽缸内气体的温度，直到。
（1） 求活塞刚到达处时的温度；
[答案]
[解析] 缓慢降低汽缸内气体的温度，使活塞移到、的正中间，此过程是等压过程：由盖-吕萨克定律得，代入数据得，解得
然后保持温度不变，在活塞上缓慢加沙，直至活塞刚好移动到，这个过程是等温过程，故活塞刚到达处时的温度。
（2） 求缸内气体最后的压强；
[答案]
[解析] 保持温度不变，在活塞上加沙，直至活塞刚好移动至，这个过程是等温过程：根据玻意耳定律有
解得
再接下来的等容过程，根据查理定律有
，解得。
（3） 在图乙中画出整个过程的图线。
[答案] 见解析
[解析] 整个过程的图线如图所示。
12. （2021贵州遵义第十八中学高三月考）粗细均匀的玻璃管开口朝上竖直固定放置，玻璃管总长，管内有一段高度水银柱，水银柱下端封闭空气柱的长度，管内气体温度与环境温度相同，已知大气压强，环境温度，封闭气体视为理想气体。
（1） 若缓慢加热管内封闭气体，为保证水银不溢出，气体温度不能超过多少
[答案]
[解析] 设管的横截面积为，初始状态下，封闭气体的体积为
设气体温度加热到时，水银柱上端恰好与管口齐平,此时封闭气体长度为
体积为
该过程中气体压强不变，由盖-吕萨克定律有
代入数据解得
即气体温度不能超过；
（2） 若不加热封闭气体且环境温度保持为不变，为保证水银不溢出，最多还可缓慢沿管壁向玻璃管内注入多长的水银柱
[答案]
[解析] 初始状态下，封闭气体的压强为
体积为
设注入长水银柱后，水银柱上端与管口齐平，则水银不能再注入，此时封闭气体的压强为
体积为
该过程中温度不变，由玻意耳定律有
即
代入数据解得，（舍去）
即最多还可注入水银柱的长度为。
13. （2021福建厦门一中高三月考）（★）拔火罐是传统中医理疗方式，以罐为工具，利用燃火等方法产生负压，造成局部瘀血，以达到通经活络、消肿止痛、祛风散寒等作用的疗法。如图，将一团燃烧的轻质酒精棉球（体积不计）扔到罐内，酒精棉球将要熄灭时，将罐盖于人体皮肤上，罐内密封着一定质量的气体（可看作理想气体），此时罐内温度为，之后由于罐壁导热良好，罐内温度降低，人体皮肤就会被吸起。已知火罐容积为，罐口面积为，大气压强为一个标准大气压，环境温度为。
（1） 若皮肤形状未能发生变化，求火罐对皮肤产生的最大拉力；
[答案]
[解析] 气体发生等容变化，根据查理定律得，则
火罐内外压强差为
火罐对皮肤产生的最大拉力
（2） 若罐内温度降低到室温时，进入罐内的皮肤体积为，求火罐对皮肤产生的拉力；
[答案]
[解析] 由于皮肤的形状可以发生变化而进入罐内，根据理想气体状态方程得 解得，
火罐对皮肤产生的拉力为
（3） 若标准状态下任何气体的体积为，阿伏加德罗常数为，求罐内气体的分子数。
[答案]
[解析] 设罐内气体在标准状态下体积为，根据盖-吕萨克定律得
罐内气体的分子数
解得
方法感悟 应用理想气体实验定律解题的一般步骤：
（1）明确研究对象，即一定质量的理想气体；
（2）确定气体在初、末状态的参量、、及、、；
（3）选择恰当的实验定律方程列式求解；
（4）必要时讨论结果的合理性。(共65张PPT)
第二章 气体、固体和液体
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。
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__________①。非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫作__________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。
各向异性
各向同性
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______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__________④在空间排列，可以生成不同的晶体。
规则
不同规则
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？
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？
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。
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？
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。
③ 为什么晶体有规则的几何外形？
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。
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。
（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。
2.晶体的微观结构
探究点一 晶体和非晶体
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？
[答案] 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） 没有规则几何外形的固体一定是非晶体吗？
[答案] 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。
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。
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
D
[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。
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
C
[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
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。
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。
（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。
（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。
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
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
ABD
[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。
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
CD
[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。
1. （2021黑龙江伊春伊美二中开学考试）关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是( )
A. 晶体和非晶体都有固定的熔点
B. 晶体和非晶体吸收热量时都可能变成液体
C. 晶体和非晶体熔化时都要吸收热量且温度保持不变
D. 晶体和非晶体熔化时都要先变软，然后变成黏稠体，最后变成液体
B
[解析] 晶体有固定的熔点，晶体在熔化过程中吸收热量，温度保持不变；非晶体没有固定的熔点，故项错误。非晶体在熔化过程中不断吸收热量，温度逐渐升高，非晶体熔化时要先变软，然后变成黏稠体，最后变成液体，晶体熔化时吸热直接变成液体，故项正确，、错误。
2. 下列说法错误的是( )
A. 晶体具有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的
B. 有的物质能够生成种类不同的几种晶体，因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构
C. 凡是具有各向同性的物质一定是非晶体
D. 晶体的各向异性是由晶体内部结构决定的
C
[解析] 晶体的外形、物理性质都是由晶体的微观结构决定的；不能认为各向同性的物质一定是非晶体，多晶体也具有这样的性质。
3. （多选）下列关于晶体空间点阵的说法，正确的是( )
A. 构成晶体空间点阵的物质微粒可以是分子，也可以是原子或离子
B. 晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵，是由于晶体中物质微粒之间相互作用很强，所有物质微粒被牢牢地束缚在空间点阵的结点上不动
C. 所谓空间点阵与空间点阵的结点，都是抽象的概念；结点是指组成晶体的物质微粒做永不停息的微小振动的平衡位置；物质微粒在结点附近的微小振动，就是热运动
D. 相同的物质微粒可以构成不同的空间点阵，也就是同一种物质能够生成不同的晶体，从而能够具有不同的物理性质
ACD
[解析] 组成晶体的物质微粒可以是分子、原子或离子，这些物质微粒也就是分子动理论中所说的分子，显然，组成晶体的物质微粒处于永不停息的无规则热运动之中，物质微粒之间还存在相互作用力。晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵，是由于晶体中物质微粒之间的相互作用很强，物质微粒的热运动不足以克服这种相互作用而彼此远离，而不是固定不动，故项错误，、、三项正确。
4. 如图所示，曲线、分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间，纵轴表示温度。从图中可以确定的是( )
A. 晶体和非晶体均存在固定的熔点
B. 曲线的段表示固液共存状态
C. 曲线的段、曲线的段均表示固态
D. 曲线的段、曲线的段均表示液态
B
[解析] 晶体具有固定的熔点，非晶体则没有固定的熔点，故项错误。晶体在固定的温度下熔化为液体，而非晶体随着温度的升高逐渐变成液体，则段表示晶体的固液共存状态，故项正确。曲线的段表示固态。由于非晶体没有固定熔点，逐步熔化，曲线是非晶体在一定压强下的熔化过程，所以曲线的段不表示固态，故项错误。曲线的段表示液态，曲线的段不表示液态，故项错误。
纳米晶体
纳米晶体指纳米尺寸的晶体材料，或具有晶体结构的纳米颗粒。纳米晶体具有很重要的研究价值。纳米晶体的电学和热力学性质显现出很强的尺寸依赖性，从而可以通过细致的制造过程来控制这些性质。纳米晶体能够提供单体的晶体结构，通过研究这些单体的晶体结构可以提供信息来解释相似材料的宏观样品的行为，而不用考虑复杂的晶界和其他晶体缺陷。纳米晶体材料在能源、环保、通信、航空航天、医疗、日常生活等领域都有很多重要的应用。
1. 纳米晶体材料在现代科技和国防中有很多重要的应用，下列关于晶体的说法正确的是( )
A. 晶体内的微观粒子在永不停息地做无规则热运动
B. 晶体内的微观粒子间的相互作用很强，使各粒子紧紧地靠在一起
C. 晶体的微观粒子在不同方向上排列情况不同
D. 晶体的微观粒子在空间排列上没有顺序，无法预测
C
2. （2021江苏扬州高三月考）清华大学研究团队成功制备出世界上最长的、单根长度达半米以上的碳纳米管，并在碳纳米管耐疲劳性能研究方面取得重大突破，碳纳米管有着极高的拉伸强度（大于），单位质量上的拉伸强度是钢铁的276倍，远远超过其他任何材料，其熔点是已知材料中最高的，下列说法正确的是( )
A. 碳纳米管是非晶体
B.
C. 拉伸强度可用公式表示为，其中为材料拉断时所承受的最大力，为材料原始横截面积
D. 若在地球与同步卫星之间搭建一座天梯，碳纳米管是最佳材料
D
[解析] 碳纳米管有固定的熔点，是纳米晶体，故项错误；由可知，，故项错误；由拉伸强度的单位可知，拉伸强度应该等于力与面积的比值，故项错误；因为碳纳米管单位质量上的拉伸强度是钢铁的276倍，远远超过其他任何材料，故项正确。
1. 如图所示，四块固体中属于非晶体的是( )
A. 明矾
B. 石英
C. 冰块
D. 塑料管
D
[解析] 明矾、石英、冰块为晶体，塑料为非晶体。
2. （2021河北秦皇岛一中高二月考）下列说法中正确的有( )
A. 晶体一定具有各向异性，非晶体一定具有各向同性
B. 单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点
C. 晶体熔化时吸收热量，分子平均动能一定增大
D. 常见的金属材料是多晶体
D
[解析] 单晶体一定具有各向异性，多晶体和非晶体一定具有各向同性，项错误；单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，项错误；晶体熔化时吸收热量，但是温度不变，则分子平均动能一定不变，项错误；晶体又分单晶体和多晶体，常见的金属材料是多晶体，项正确。
3. 关于石墨和金刚石的区别，下面说法正确的是( )
A. 石墨和金刚石是同种物质微粒组成的空间结构相同的晶体
B. 金刚石晶体结构紧密，所以质地坚硬，石墨晶体是层状结构，所以质地松软
C. 石墨与金刚石是不同的物质微粒组成的不同晶体
D. 石墨导电、金刚石不导电是由于组成它们的化学元素不同
B
[解析] 石墨和金刚石是碳的同素异形体，其化学性质相同。石墨中的碳原子排列为层状结构，层与层间距离很大，所以质地松软；金刚石中的碳原子排列紧密，相互间作用力很强，所以质地坚硬。
4. （2021江苏常州高二期中）2020年，“嫦娥五号”探测器顺利完成月球采样任务并返回地球。探测器上装有用石英制成的传感器，其受压时表面会产生大小相等、符号相反的电荷“压电效应”。如图所示，石英晶体沿垂直于轴晶面上的压电效应最显著。石英晶体( )
A. 没有确定的熔点 B. 具有各向同性的压电效应
C. 没有确定的几何形状 D. 是单晶体
D
[解析] 晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，石英是单晶体，有确定的熔点，有确定的几何形状，、两项错误，项正确；沿垂直于轴晶面上的压电效应最显著，其他方向不明显，故具有各向异性的压电效应，项错误。
5. （2021河北唐山第十一中学高三开学考试）下列说法正确的是( )
A. 将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体
B. 固体可以分为晶体和非晶体两类，所有晶体都具有各向异性
C. 由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
D. 在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变
C
[解析] 将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒还是晶体，项错误；固体可以分为晶体和非晶体两类，多晶体具有各向同性，项错误；由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，例如石墨和金刚石，项正确；在熔化过程中，晶体要吸收热量，虽然温度保持不变，但内能要增加，项错误。
6. （多选）如图是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线判断下列说法正确的是( )
A. 是晶体 B. 是晶体
C. 是非晶体 D. 是非晶体
AD
[解析] 晶体有固定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，加热过程，非晶体先变软，然后熔化，温度却不断上升。
7. （多选）国家游泳中心——水立方，像一个透明的水蓝色的“冰块”。这种独特的感觉源于建筑外墙采用了一种叫作（四氟乙烯和乙烯的共聚物）的膜材料。这种膜材料属于非晶体，那么它具有的特性是( )
A. 在物理性质上具有各向同性 B. 在物理性质上具有各向异性
C. 具有一定的熔点 D. 没有一定的熔点
AD
[解析] 非晶体没有一定的熔点，在物理性质上表现为各向同性。
8. 有一块长方形的铜条，有关它的三种说法：①这是一块单晶体，因为它有规则的几何形状；②这是一块多晶体，因为它内部的分子排列是不规则的；③这是一块非晶体，因为它的物理性质是各向同性的。这三种说法中
( )
A. ①②是错的 B. ②③是错的 C. ①③是错的 D. 都是错的
D
[解析] 铜条虽具有规则的几何形状，但不是天然的规则几何形状，是由许多单晶体颗粒组合而成的多晶体，每个单晶体颗粒内部分子排列是规则的，但构成多晶体的单晶体颗粒的排列是不规则的。
9. 晶体内部的分子有序排列为如图所示的空间点阵（图中的小黑点表示晶体分子），图中、、为等长的三条直线。下列说法中正确的是( )
A. 处的晶体分子可以沿三条直线发生定向移动
B. 三条直线上晶体分子的数目相同，表明晶体的物理性质是各向同性的
C. 三条直线上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的
D. 以上说法均不正确
C
[解析] 晶体中的分子只在平衡位置附近振动，不会沿三条直线发生定向移动，故项错误；三条直线上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的，故、两项错误，项正确。
10. 利用扫描隧道显微镜可以得到物质表面原子排列的图像，从而可以研究物质的构成规律。如图所示的照片是一些晶体材料表面的图像，通过观察、比较，可以看到这些材料都是由原子在空间排列而构成的，具有一定的结构特征。则构成这些材料的原子在物质表面排列的共同特点是：
[解析] 提示 从题图中可以看出，这几种材料的原子排列均有一定的规则，因此是晶体，具有晶体的特点。
（1） __________________________________________________________________；
在确定方向上原子有规律地排列，在不同方向上原子的排列规律一般不同
（2） __________________________。
原子排列具有一定的对称性
11. （多选）下列哪些现象能说明晶体与非晶体的区别( )
A. 盐粒是正方体，而蜂蜡是无规则形状
B. 石墨可导电，沥青不能导电
C. 冰熔化时，温度保持不变；松香受热熔化时，温度持续升高
D. 金刚石密度大，石墨密度小
AC
[解析] 单晶体有规则的几何外形和确定的熔点，而非晶体没有。
12. （2021黑龙江哈尔滨六中高二期中）（多选）大自然之中存在许多绚丽夺目的晶体，这些晶体不仅美丽，而且由于化学成分和结构各不相同而呈现出千姿百态；高贵如钻石，平凡如雪花，都是由无数原子严谨而有序地组成的。关于晶体与非晶体，正确的说法是( )
A. 固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体是绝对的，是不可以相互转化的
B. 多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体没有确定的几何形状
C. 晶体沿不同的方向的导热或导电性能不相同，但沿不同方向的光学性质一定相同
D. 单晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点
BD
[解析] 固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体不是绝对的，是可以相互转化的，例如天然石英是晶体，熔化以后再凝固的水晶却是非晶体，项错误；多晶体是由许许多多的单晶体集合而成，所以多晶体没有确定的几何形状，项正确；单晶体沿不同方向的导热或导电性能不相同，沿不同方向的光学性质不一定相同，项错误；单晶体和多晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，项正确。
13. 一块密度和厚度都均匀分布的矩形被测样品，长是宽的两倍，如图所示。若用多用电表沿两对称轴和测其电阻，阻值均为，则这块样品可能是( )
A. 单晶体 B. 多晶体 C. 非晶体 D. 金属
A
[解析] 沿和两对称轴测样品电阻，所得阻值相等，说明该样品沿和方向电阻率(即导电性能)不同，即表现出各向异性的物理性质。
14. 在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触固体背面上一点，蜡熔化的范围如图所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图所示，则( )
A. 甲、乙是非晶体,丙是晶体
B. 甲、丙是非晶体,乙是晶体
C. 甲、丙是多晶体,乙是晶体
D
D. 甲是晶体,乙是非晶体,丙是单晶体
[解析] 由图知甲、丙有固定的熔点，乙没有固定的熔点，所以甲和丙为晶体，乙为非晶体，丙在导热性方面具有各向异性，所以丙是单晶体。
15. 石墨是碳原子按图甲排列形成的，其微观结构为层状结构。图乙为石墨烯的微观结构，单碳层石墨烯是单层的石墨，厚1毫米的石墨包含大约三百万层石墨烯。石墨烯是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型材料。则( )
A. 石墨中的碳原子静止不动
B. 碳原子的直径大约为
C. 石墨烯碳原子间只存在分子引力
D. 石墨烯的熔解过程中，碳原子的平均动能不变
D
[解析] 石墨中的碳原子是运动的，项错误；由题意可知单层的厚度为，且层与层之间有间距，项错误；石墨烯碳原子间不仅存在分子引力，同时也存在分子斥力，项错误；石墨烯是晶体，在熔解过程中，温度不变，故碳原子的平均动能不变，项正确。
16. 如图所示是对某种合金连续不断地加热过程中，温度随时间变化的曲线，据图回答：
（1） 这种合金在固态时是不是晶体？
[解析] 图中段表示该合金的熔化过程，说明它有确定的熔点，所以这种合金处于固态时是晶体。
（2） 这种合金的熔点是多少？
[解析] 熔点为。
（3） 熔化过程用了多少时间？
[解析] 熔化过程用了。
（4） 图中段表示这种合金处于什么状态？
[解析] 段为固液共存状态。
17. 石墨和金刚石都是由碳原子构成的晶体，它们的空间点阵不同。已知碳的摩尔质量，石墨的密度，金刚石的密度，，试分别求出石墨和金刚石中相邻原子间的平均距离。
[答案]
[解析] 把碳原子简化为球体模型，两个相邻碳原子中心间的平均距离就与碳分子的直径相等
所以有
代入数据可得，(共60张PPT)
第二章 气体、固体和液体
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。 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。
课标解读 课标要求 素养要求
3.了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用。 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。
续表
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__________①。它具有使液体表面收缩的趋势。
表面张力
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______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________②。
浸润
不浸润
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__________③。
毛细现象
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？
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？
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？
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。
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。
探究点一 液体的表面张力
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？
[答案] 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？
[答案] 液体的微观结构。
（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] 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。
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）。
例 （2021江苏泰州中学高二月考）（多选）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
AC
[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。
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
ACD
[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
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？
提示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） 水银在玻璃球壳中分布的情况，可能是哪个图？
提示水银不浸润玻璃，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？
提示 游禽在用嘴把油脂涂到羽毛上，使水不能浸润羽毛。
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
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
B
[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。
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
ACD
[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
AC
[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
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？
提示 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？
提示 液晶具有光学各向异性。
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。
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
BD
[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、。
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
D
[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。
1. （2021河北秦皇岛一中高二月考）关于液体，下列说法正确的是
( )
A. 硬币能浮在水面上并非因为所受浮力等于重力
B. 水黾能静止在水面上，是因为表面张力与重力平衡
C. 液面为凸形时表面张力使表面收缩，液面为凹形时表面张力使表面伸张
D. 毛细现象只能发生在浸润的固体和液体之间
A
[解析] 硬币能浮在水面上是因为受到表面张力的作用，而不是浮力作用的结果，项正确；水黾能静止在水面上，是因为液体表面层对其的弹力与重力平衡的结果，项错误；液面为凸形时表面张力使表面收缩，液面为凹形时表面张力也使表面收缩，项错误；毛细现象可以发生在浸润的固体和液体之间，也可以发生在不浸润的固体和液体之间，项错误。
2. (多选)把极细的玻璃管分别插入水与水银中，如图所示，正确表示毛细现象的是( )
A.
B.
C.
D.
AC
[解析] 因为水能浸润玻璃，无论管内外均为浸润；水银不浸润玻璃，无论管内外均为不浸润。
3. 下列对浸润与不浸润现象的认识，正确的是( )
A. 水是浸润液体，水银是不浸润液体
B. 浸润现象中，附着层里分子分布比液体内部稀疏
C. 不浸润现象中，附着层里的分子受到固体分子的吸引比液体内部分子的吸引强
D. 不浸润现象中，附着层里分子间表现出吸引力；浸润现象中，附着层里分子间表现出排斥力
D
[解析] 一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质均有关，不能肯定哪种液体是浸润液体或不浸润液体，项错误；在浸润现象中，附着层内分子受到固体分子吸引力比液体内部分子吸引力大，分子分布比液体内部更密，因而在附着层里液体分子间表现出排斥力，附着层有扩展的趋势，、项错误，项正确。
4. 下列属于液晶分子示意图的是( )
A.
B.
C.
D.
B
[解析] 液晶态既有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质。
液晶的应用
（1）液晶显示器：用于电子手表、电子计算器、电脑等。
（2）利用温度改变时液晶颜色会发生改变的性质来探测温度。
（3）液晶在电子工业、航空工业、生物医学等领域有广泛应用。
通电雾化玻璃是将液晶膜固化在两片玻璃之间，经过特殊工艺胶合一体成型的新型光电玻璃产品，被广泛应用于高档办公室、计算机机房、医疗机构、商业展示等领域，能够实现玻璃的通透性和保护隐私的双重要求。我们将其工作原理简化为如图所示的模型，在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，玻璃呈乳白色，即不透明，像一块毛玻璃；通电以后，弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列，整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃。结合以上内容和你所学知识，关于通电雾化玻璃，你认为下列叙述中比较合理的是( )
A. 不通电时，入射光在液晶层发生了全反射，导致光线无法通过
B. 不通电时，入射光在液晶层发生了干涉，导致光线无法通过
C. 通电时，入射光在通过液晶层后方向发生了改变
D. 通电时，入射光在通过液晶层后按原有方向传播
[答案] D 由题意，在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，玻璃呈乳白色，即不透明，像一块毛玻璃，可知入射光在液晶层发生漫反射，光线可以通过，但通过量较少，而且没有规律，、项错误；由题意，通电以后，弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列，整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃，可知通电时，入射光在通过液晶层后按原有方向传播，项错误，项正确。
1. 液体表面具有收缩趋势的原因是( )
A. 液体可以流动
B. 液体表面层分子间的距离小于液体内部分子间的距离
C. 与液面接触的容器壁的分子对液体表面分子有吸引力
D. 液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离
D
[解析] 因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，所以表面层分子间的相互作用表现为引力，这种引力使液体表面层的相邻部分之间有相互吸引的力，使液体表面具有收缩的趋势。
2. （2021江苏南通高三月考）小明同学在清洗玻璃试管时发现：将盛有半管水的试管倒扣在水槽中时水并不会流入水槽中，且管内水面下凹，如图所示。他又在水槽中滴入一滴蓝色的硫酸铜溶液，一段时间后试管中的水也变蓝了。对于上述现象，下列说法中正确的是( )
A. 试管中水面下凹是由于管中气体压强引起的
B. 试管中水面下凹说明水对玻璃是不浸润的
C. 试管中的水变蓝是由于硫酸铜分子间存在斥力
D. 试管中的水变蓝是由于硫酸铜分子扩散引起的
D
[解析] 试管中水面下凹是由于水对玻璃是浸润的，水变蓝是由于硫酸铜分子扩散引起的。
3. （多选）关于液晶的特点及应用正确的是( )
A. 棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质呈液晶态
B. 利用液晶在温度变化时由透明变浑浊的特性可制作电子表、电子计算器的显示元件
C. 有一种液晶，随着温度逐渐升高，其颜色按顺序改变，利用这种性质，可用来探测温度
D. 利用液晶可检查肿瘤，还可以检查电路中的短路点
BCD
[解析] 通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态，但不是任何时候都呈液晶态。
4. （多选）在装满水的玻璃杯内，可以不断地轻轻投放一定数量的涂有油的大头针，大头针漂浮在水面上，水也不会流出，下列说法正确的是
( )
A. 大头针填充了水内分子间的空隙
B. 水分子进入了大头针内的空隙
C. 水面凸起水也不会流出，是表面张力作用的结果
D. 水的表面张力在起作用
CD
[解析] 水对涂有油的大头针是不浸润的，故水与大头针接触的表面具有收缩的趋势。随着水与大头针接触面积的增大，使得大头针附近的水面呈弯月形，大头针与水面的接触处受到弯曲水面的表面张力作用，如图：
由于表面张力的竖直分量可与大头针的重力保持平衡，故大头针可漂浮在水面上，故项正确，、项错误；水面凸起水也不会流出，是因为表面张力的作用，使水面收缩，故项正确。
5. 用内径很小的玻璃管做成的水银气压计，其读数比实际气压 ( )
A. 偏大 B. 偏小 C. 相同 D. 无法解释
B
[解析] 因为玻璃管很细，会发生毛细现象，使水银柱下降，所以气压计的读数应比实际气压偏小。
6. 戴一次性医用防护口罩是预防新冠肺炎的有效措施之一，合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，图为一滴水滴在某一次性防护口罩内侧的照片，对此以下说法正确的是( )
A. 照片中的口罩一定为不合格产品
B. 照片中附着层内分子比水的内部稀疏
C. 照片中水滴表面分子比水的内部密集
D. 水对所有材料都是不浸润的
B
[解析] 合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，照片中的口罩正好发生了不浸润现象，项错误；根据照片所示，水发生了不浸润现象，则附着层内分子比水的内部稀疏，项正确；照片中水滴为球形，水滴表面分子比水的内部分子间距大，分子之间的作用力为引力，则照片中水滴表面分子应比水的内部稀疏，项错误；水不是对所有材料都是不浸润的，比如水可以浸润玻璃，项错误。
7. （2021天津南开中学高三月考）关于固体、液体的性质，下列说法正确的是( )
A. 单晶体有确定的熔点，多晶体没有确定的熔点
B. 彩色液晶显示器利用了液晶的光学各向异性的特点
C. 玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，其尖端变钝，这是由于液体重力的作用
D. 唐诗《观荷叶露珠》中有“霏微晓露成珠颗”句，诗中荷叶和露水表现为浸润
B
[解析] 单晶体和多晶体都有确定的熔点，故项错误；彩色液晶显示器利用了液晶的光学各向异性的特点，故项正确；玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，其尖端变钝，这是由于液体表面张力的作用，故项错误；唐诗《观荷叶露珠》中有“霏微晓露成珠颗”句，诗中荷叶和露水表现为不浸润，故项错误。
8. 玻璃烧杯中盛有少许水银，在太空轨道上运行的宇宙飞船内，水银在烧杯中呈怎样的形状（如图所示）( )
[解析] 因为水银不浸润玻璃，所以在完全失重的情况下，水银的形状只由表面张力决定，因为在表面张力作用下水银的表面要收缩至最小，所以最终水银成球形。
9. （多选）同一种液体，滴在固体的表面时，出现如图甲所示的情况；当把毛细管插入这种液体中时，液面又出现图乙的情况，若固体和毛细管都很干净，则( )
A. 固体和毛细管可能是同种材料
B. 固体和毛细管一定不是同种材料
BCD
C. 固体的分子对液体附着层内的分子的引力比毛细管的分子对液体附着层内的分子的引力小些
D. 液体对毛细管能产生浸润现象
[解析] 由图可知，该液体不能附着在的表面，所以对是不浸润的；当把毛细管插入这种液体中时，液面呈现凹形说明液体对是浸润的，所以与一定不是同种材料，故错误，、正确；根据浸润与不浸润的特点可知，浸润时，附着层内的分子引力小于固体分子对附着层内分子的引力，所以的分子对液体附着层内的分子的引力比的分子对液体附着层内的分子的引力小些，故项正确。
10. 用金属丝制成一个形架，一段细长棉线两端系在形架两臂上、两点，细线中点处有一扣。将形架浸入肥皂液中再取出，形架上形成的肥皂液膜如图所示，细线被绷紧是因为表面层存在表面张力，表面张力的作用是使液面有____________（选填“扩张到最大”或“收缩到最小”）的趋势；用力拉动细线中点的扣至图中虚线位置（肥皂液膜未发生破损，忽略肥皂液膜的蒸发影响且温度不变），肥皂液膜的内能将______（选填“增大” “减小”或“不变”）。
收缩到最小
增大
[解析] 细线被绷紧是因为表面层存在表面张力，表面张力的作用是使得液面有收缩到最小的趋势；用力拉动细线中点的扣至图中虚线位置的过程中，分子间的相互作用表现的引力做负功，分子势能增大，所以肥皂液膜的内能将增大。(共46张PPT)
第二章 气体、固体和液体
章末总结
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。
[解析]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=‘=
（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）
[解析]
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） 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）
[解析]
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
1.气体压强的求解方法
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
（1）平衡状态下气体压强的求法
（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：
模型 模型分类 图示 求解方法
带活塞汽缸模型 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：
续表
模型 模型分类 图示 求解方法
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：
续表
模型 模型分类 图示 求解方法
水银柱模型 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：
续表
模型 模型分类 图示 求解方法
水银柱模型 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
续表
模型 模型分类 图示 求解方法
水银柱模型 玻璃管倾斜 沿斜面方向：，则压强：
续表
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.
B
[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. ，
D
[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。
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。
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
B
[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123到达状态3，其中23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？
[答案]
[解析] 12是等容变化
由查理定律得，解得。
（2） 在（1）的前提下，若状态3的体积，则压强是多少？
[答案]
[解析] 23是等温变化
由玻意耳定律得
解得。
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 续表
名称 图像 特点 其他图像
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 名称 图像 特点 其他图像
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 续表
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。
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( )
BD
[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。
（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。
[答案]
[解析] 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） 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；
[答案] ;
[解析] 气体等温变化：解得
隔板静止时，
气体等温变化：
（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] ;
[解析] 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，
+=2V
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. （2020江苏，13（1）（多选）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
AC
[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. ，
C
[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。(共28张PPT)
第二章 气体、固体和液体
重点加强练 气体实验定律
1. （多选）关于理想气体的状态变化，下列说法中正确的是( )
A. 一定质量的理想气体，当压强不变而温度由上升到时，其体积增大为原来的2倍
B. 一定质量的理想气体由状态1变化到状态2时，一定满足方程
C. 一定质量的理想气体体积增大到原来的4倍，可能是压强减半，热力学温度加倍
D. 一定质量的理想气体压强增大到原来的4倍，可能是体积加倍，热力学温度减半
BC
[解析] 一定质量的理想气体压强不变，体积与热力学温度成正比。温度由上升到时，体积增大为原来的倍，错误。由气体实验定律知，、正确，错误。
2. 如图所示，、两点代表一定质量理想气体的两个不同的状态，状态的温度为，状态的温度为。由图可知( )
A.
B.
C.
D.
C
[解析] 从图上可知。为确定它们之间的定量关系，可以从图上得到压强和体积的大小，代入理想气体状态方程，即，故。
3. 一定质量的气体，在体积不变的条件下，温度由升高到时，其压强的增量为，当它由升高到时，其压强的增量为，则与之比是( )
A. B.
C. D.
C
[解析] 由查理定律得，一定质量的气体在体积不变的条件下恒量，温度由升高到和由升高到，相同，故压强的增量，项正确。
4. 如图所示为的某种气体的压强和温度关系的图线，表示标准大气压，则在状态时气体的体积为( )
A. B.
C. D.
D
[解析] 此气体在时，压强为标准大气压，所以它的体积应为，根据图线所示，从到状态的，气体是等容变化，则处于状态气体的体积为。从状态到状态为等压变化，状态：气体的温度为，状态：气体的温度为，根据盖-吕萨克定律得，，项正确。
5. （多选）在室内，将装有的气体的容器的阀门打开后，下列各组数据与从容器中逸出的气体不相当的是（设室内大气压强）
( )
A. ， B. ，
C. ， D. ，
AD
[解析] 当气体从阀门逸出时，温度不变，所以，当时，得，逸出气体体积为，项正确；据得，所以逸出的气体相当于下的气体，项正确。
6. （多选）如图所示，甲、乙为一定质量的某种气体的等容或等压变化图像，关于这两个图像的说法正确的是( )
A. 甲是等压线，乙是等容线
B. 乙图中线与轴交点对应的温度是，而甲图中线与轴的交点不一定是
C. 由乙图可知，一定质量的气体，在任何情况下都是与成线性关系
D. 乙图表明温度每升高，压强增加的量相同，但甲图表明随温度的升高压强不变
AD
[解析] 由查理定律及盖-吕萨克定律可知，甲图是等压线，乙图是等容线，故项正确；由“外推法”可知两种图线的反向延长线与轴的交点温度为，即热力学温度的，故项错误；查理定律及盖-吕萨克定律是气体的实验定律，都是在温度不太低、压强不太大的条件下得出的，当压强很大，温度很低时，这些定律就不成立了，故项错误；由于图线是直线，故项正确。
7. （2021河南鹤壁高三月考）如图所示，一水平放置的薄壁汽缸，由截面积不同的两个圆筒连接而成，质量均为的活塞、用一长度为、质量不计的轻细杆连接成整体，它们可以在筒内无摩擦地左右滑动且不漏气。活塞、的横截面积分别为和，汽缸内和之间封闭有一定质量的理想气体，的左边及的右边都是大气，大气压强始终保持为，当汽缸内气体的温度为时，活塞处于图示位置，保持平衡，求：
（1） 此时汽缸内理想气体的压强多大？
[答案]
[解析] 设被封闭的理想气体压强为，轻细杆对和对的弹力为，对活塞有
对活塞有
联立解得
（2） 当汽缸内气体的温度从缓慢降至时，活塞、向哪边移动？移动的距离多大？
[答案] 右
[解析] 当汽缸内气体的温度缓慢下降时，活塞处于平衡状态，缸内气体压强不变，气体等压降温，活塞、一起向右移动。活塞最多移动至两筒的连接处。设活塞、一起向右移动的距离为，对理想气体有，，，，，，由盖－吕萨克定律得
解得
因为，表明活塞未到两筒的连接处，故活塞、一起向右移动了。
8. （多选）一定质量的气体在体积不变时，下列有关气体的状态变化的说法正确的是( )
A. 温度每升高，压强的增量是原来压强的
B. 温度每升高，压强的增量是时压强的
C. 气体的压强和热力学温度成正比
D. 气体的压强和摄氏温度成正比
BC
[解析] 根据查理定律，知正确；将代入得，升高时的压强为，所以，项正确。
9. 竖直倒立的形玻璃管一端封闭，另一端开口向下，如图所示，用水银柱封闭一定质量的理想气体，在保持温度不变的情况下，假设在管子的处钻一小孔，则管内被封闭的气体压强和气体体积变化的情况为( )
A. 、都不变 B. 减小，增大
C. 增大，减小 D. 无法确定
B
[解析] 设玻璃管两侧水银面高度差是，大气压为，封闭气体压强，在管的处钻一小孔，处压强变为，故水银向左移动，封闭气体体积变小，又气体温度不变，由玻意耳定律可知压强变大，故项正确。
10. （2021江苏盐城高三月考）农业上常用的农药喷雾器的原理示意图如图所示，喷雾器内有药液，上部封闭有的空气。关闭喷雾阀门，打气筒每次可以打进、的空气，设外界环境温度一定，忽略打气和喷药过程气体温度的变化，空气可看作理想气体。求：
（1） 要使喷雾器内气体压强增大到，打气筒应打气的次数；
[答案] 25
[解析] 设应打气次，则有，
，
根据玻意耳定律得，解得
（2） 若压强达到时停止打气，并开始向外喷药，保持喷雾口与桶内液面相平，那么当喷雾器不能再向外喷药时，桶内剩下的药液的体积。
[答案]
[解析] 由题意可知，，
根据玻意耳定律得，解得
剩下的药液体积为
11. （2021河北秦皇岛一中高二月考）（★）如图所示，一根长、一端封闭的细玻璃管开口向上竖直放置，管内用长的水银柱封闭了一段长的空气柱。已知大气压强为，玻璃管周围环境温度为。求：
（1） 若将玻璃管缓慢倒转至开口向下，玻璃管中气柱将变成多长；
[答案]
[解析] 以玻璃管内封闭气体为研究对象，设玻璃管横截面积为，初态压强、体积分别为
，
倒转后压强、体积分别为，
由玻意耳定律可得
代入数据解得玻璃管中气柱将变为
（2） 接着缓慢升高管内气体温度，温度升高到多少摄氏度时，管内水银恰好要溢出。
[答案]
[解析] 由题意知初态的温度
当水银柱与管口相平时，管中气柱长为
体积为
压强为
由理想气体状态方程可得
代入数据解得，
即温度最高升高到时，管内水银恰好要溢出。
12. 体积为的空心球带有一根有刻度的均匀长管，管上共有个刻度，设长管与球连接处为第1个刻度，以后顺序往上排列，相邻两刻度间管的体积为，水银液滴将球内空气与大气隔开，如图所示。当温度时，水银液滴在刻度为的地方。那么在此大气压下，能否用它测量温度？说明理由，若能，求其测量范围。（不计热膨胀）
[答案] 能
[解析] 因为管口和大气相通，所以球内气体的体积随温度的升高而膨胀，气体发生等压变化，根据盖-吕萨克定律：恒量，温度的增加量与体积的增加量成正比，所以可以用来测量温度。
测量温度的范围应该为气体的体积从等压变化到，这个范围所对应的气体温度之间，根据题意，当时，气体的体积。
根据盖-吕萨克定律：
所以
又，
所以，能测量温度的范围是。
特别提醒 球内气体温度升高，做等压膨胀，解题的关键是确定测量温度的最大值和最小值对应的体积。温度为时，水银液滴在刻度为的地方，此时体积。温度最低时水银液滴在刻度为的地方，此时体积；温度最高时，水银液滴在刻度为的地方，此时体积。