(共45张PPT)
第二章 气体、液体和固体
第二节 气体实验定律(Ⅱ)
学习目标 学法与考法
1．知道什么是等容变化，理解查理定律的内容和公式(重点)
2．掌握等容变化的p－T图线、物理意义并会应用(重难点)
3．知道什么是等压变化，理解盖 吕萨克定律的内容和公式(重点)
4．掌握等压变化的V－T图线、物理意义并会应用(重难点) 学法：①通过演示实验，让学生理解气体的等容和等压变化，培养学生的观察能力．②会用查理定律和盖 吕萨克定律解决问题．③会运用图像这种数学语言表达查理定律和盖 吕萨克定律
考法：①考查查理定律和盖 吕萨克定律的理解和在实际中的应用．②通过图像考查查理定律和盖 吕萨克定律的应用
知识导图
课前 · 自主预习
1．等容过程
对一定质量的某种气体，在体积不变时，__________随________的变化．
2．查理定律
(1)文字表述：对于一定质量的某种气体，在____________的情况下，______________与________________成正比．
气体等容变化
压强
温度
体积不变
压强p
热力学温度T
cT
(3)图像：从图甲可以看出，在等容过程中，压强p与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系．但是，如果把图甲中的直线AB延长至与横轴相交，把交点当作坐标原点，建立新的坐标系(如图乙所示)，那么这时的压强与温度的关系就是正比例关系了．
(4)热力学温度：图乙的新温度T＝t＋273.15(通常计算时可认为T＝t＋273)，这就是热力学温度，单位为开尔文．简称开，符号为K.图乙原点温度________(绝对温度)是不可能实现的．
(5)适用条件：气体的________一定，气体的________不变．
0 K
质量
体积
查理定律适用于质量不变，温度变化的任何气体吗？
【答案】不是，查理定律只适用于温度不太低，压强不太大的气体．
微思考
【答案】BC
1．等压变化
一定质量的某种气体，在________________的条件下，体积随温度的变化．
2．盖 吕萨克定律
(1)文字表述：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比．
气体等压变化
压强不变
cT
(3)适用条件：气体__________一定；气体________不变．
(4)等压变化的图像：由V＝cT可知在V－T坐标系中，等压线是一条通过坐标原点的倾斜的直线．对于一定质量的气体，不同等压线的斜率不同．斜率越小，压强越大，如图所示，p2_______p1.(填“>”或“<”)
质量
压强
>
一定质量的某种气体，温度降得足够低时其状态是否发生变化？等压变化是否还遵守盖 吕萨克定律？
【答案】温度降得足够低时，气体变成了液体，所以盖－吕萨克定律不再适用．
微思考
【答案】BD
课堂 · 重难探究
1．查理定律的适用条件
压强不太大，温度不太低的情况．当温度较低，压强较大时，气体会液化，定律不再适用．
2．公式变式
气体的等容变化
3．等容线
(1)p－T图像．
①意义：反映了一定质量的气体在等容变化中，压强p与热力学温度T成正比．
②图像：过原点的直线．
③特点：斜率越大，体积越小．
(2)p－t图像．
①意义：反映了一定质量的气体在等容变化中，压强p与摄氏温度t的线性关系．
②图像：倾斜直线，延长线与t轴的交点为－273.15 ℃.
③特点：连接图像中的某点与(－273.15 ℃，0)连线的斜率越大，体积越小．
例1 (多选)(2023年茂名模拟)小明想用易拉罐制作一个简易装置，用来判定环境温度是否发生变化．其做法是：向空的易拉罐插入一根粗细均匀的透明吸管，接口用石蜡密封，吸管内有一液滴封闭着可看作理想气体的空气，整个装置水平放置．在忽略大气压变化的情况下，下列说法正确的是 ( )
A．易拉罐不变，吸管越细，装置越灵敏
B．当液滴向右移动时，环境温度降低
C．当液滴向左移动时，易拉罐内气体内能减少
D．液滴向右移动过程中，易拉罐内气体分子运动激烈程度增大
【答案】ACD
温度变化相同时，体积变化相同，吸管越细，液滴移动距离越大，所以装置越灵敏，A正确；当液滴向右移动时，气体的体积增大，由盖－吕萨克定律可知，环境温度升高，B错误；当液滴向左移动时，气体的体积减小，由盖－吕萨克定律可知，环境温度降低，则易拉罐内气体内能减少，C正确；液滴向右移动过程中，气体的体积增大，由盖－吕萨克定律可知，环境温度升高，则易拉罐内气体分子运动激烈程度增大，D正确．
变式1 (2023年海南卷)某饮料瓶内密封一定质量理想气体，t＝27 ℃时，压强p＝1.050×105 Pa.
(1)若温度t′＝37 ℃时，瓶内气压是多大？
(2)保持温度不变，挤压气体，使气压与(1)相同时，气体体积为原来的多少倍？
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．
1．盖 吕萨克定律的适用范围
压强不太大，温度不太低．
2．公式变式
气体等压变化的规律
3．等压线
(1)V－T图像．
①意义：反映了一定质量的气体在等压变化中体积与热力学温度T成正比．
②图像：过原点的直线．
③特点：斜率越大，压强越小．
(2)V－t图像．
①意义：反映了一定质量的气体在等压变化中体积与摄氏温度t呈线性关系．
②图像：倾斜直线，延长线与t轴的交点为－273.15 ℃.
③特点：连接图像中的某点与(－273.15 ℃，0)，连线的斜率越大，压强越小．
例2 一开口向上直立的汽缸，被一质量为m的活塞封住一部分气体(不漏气)，大气压强为p0，当密闭气体的温度由T1升高到T2时，求：
(1)温度为T2时气体的压强；
(2)温度为T2时气体的体积．(汽缸的横截面积为S，忽略活塞与汽缸间的摩擦，温度T1时气体的体积为V1)
变式2 图甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V－T图像，已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa.
(1)说出A→B过程中压强变化的情形，并根据图像提供的信息，计算图中TA的值．
(2)请在图乙所示坐标系中，作出由状态A经过状态B变为状态C的p－T图像，并在图像相应位置上标出字母A、B、C．如果需要计算才能确定有关坐标值，请写出计算过程．
利用盖 吕萨克定律解题的步骤
1．确定研究对象，即被封闭气体．
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．
小练 · 随堂巩固
1．对于一定质量的气体，在体积不变时，压强增大到原来的2倍，则气体温度的变化情况是 ( )
A．气体的摄氏温度升高到原来的2倍
B．气体的热力学温度升高到原来的2倍
C．气体的摄氏温度降为原来的一半
D．气体的热力学温度降为原来的一半
【答案】B
2．如图所示为0.3 mol的某种气体的压强和温度关系的p－t图线．p0表示标准大气压，则在状态B时气体的体积为 ( )
A．5.6 L
B．3.2 L
C．1.2 L
D．8.4 L
【答案】D
【答案】C
4. 一端开口，另一端封闭的玻璃管内用水银封住一定质量的气体，保持温度不变，将管子以封闭端为圆心，从水平位置逆时针缓慢转到开口向上的竖直位置过程中，如图所示，正确描述气体状态变化的图像是 ( )
【答案】C
【解析】玻璃管以封闭端为圆心，从水平位置逆时针转到开口向上的竖直位置过程中，理想气体的压强增大，由理想气体等温变化pV＝c，可知在温度不变的情况下，压强增大，体积会减小，故理想气体做的是等温压缩．结合图像，A、B、D都是膨胀，只有C是等温压缩．
5. (2023年江苏卷)如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，该过程中 ( )
A．气体分子的数密度增大
B．气体分子的平均动能增大
C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
【答案】B
6. “空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量．“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p－T图像如图所示．该过程对应的p－V图像可能是 ( )
【答案】B(共64张PPT)
第二章 气体、液体和固体
第三节 气体实验定律的微观解释
学习目标 学法与考法
1．理解气体压强产生的微观原因，知道影响压强的微观因素(重点)
2．学会用分子动理论和统计规律的观点解释三个气体实验定律(难点)
3．知道理想气体的特点 学法：①通过对气体压强产生的微观原因的学习，知道影响压强的微观因素．②通过对分子动理论和气体压强学习，从微观解释三个气体实验定律
考法：①考查对气体压强有关因素的理解．②考查从微观解释三个气体实验定律．③考查理想气体的特点
知识导图
课前 · 自主预习
1．产生原因
大量气体分子频繁撞击器壁，对器壁产生一个__________的压力，从而产生压强．
2．压强特点
气体内部压强____________．
3．决定因素
(1)气体的________．(2)____________内的分子数．
气体压强的微观解释
稳定
处处相等
温度
单位体积
气体压强有什么特点？气体压强大小与哪些因素有关？
【答案】气体内部压强处处相等．气体压强的大小与气体的温度、单位体积内的分子数有关．
微思考
(多选)对于气体压强的产生，下列说法正确的是 ( )
A．气体压强是气体分子之间的斥力产生的
B．气体对器壁的压强是由于气体的重力产生的
C．气体压强是大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的
D．气体压强决定于单位体积中的分子数和气体的温度
【答案】CD
【解析】决定气体压强的因素是温度和单位体积内的分子数．温度越高，分子的平均动能越大；单位体积内分子数越多，碰撞器壁的分子数越多，压强越大．另外气体分子间距大，分子力可忽略，故气体无一定形状，其体积就是容器体积．
1．玻意耳定律
一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能一定，体积减小时，分子的_______________增大，气体的压强就___________.
2．查理定律
一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的____________保持不变．在这种情况下，温度升高时，分子的____________增大，气体的________就增大．
气体实验定律的微观解释
密集程度
增大
密集程度
平均动能
压强
3．盖 吕萨克定律
一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的__________增大．只有气体的________同时增大，使分子的____________减小，才能保持压强不变．
平均动能
体积
密集程度
从微观的角度分析气体体积不变，温度升高，压强一定变大？
【答案】气体体积不变，单位体积的分子数不变，温度升高，压强一定变大．
微思考
对于一定质量的气体，下列叙述中正确的是 ( )
A．如果体积减小，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
B．如果压强增大，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
C．如果温度升高，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
D．如果分子数密度增大，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
【答案】B
【解析】气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数，是由单位体积内的分子数和分子的平均速率共同决定的．A和D都是单位体积内的分子数增多，但分子的平均速率如何变化却不知道；C由温度升高可知分子的平均速率增大，但单位体积内的分子数如何变化未知，A、C、D错误．气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数正是气体压强的微观表现，B正确．
1．理想气体
在任何温度、任何压强下都遵循________________的气体．
2．理想气体与实际气体
在____________不低于零下几十摄氏度、____________不超过大气压的几倍的条件下，把实际气体当作理想气体来处理．
3．理想气体状态方程
理想气体的压强、体积和热力学温度满足的关系式为____________.
理想气体
气体实验定律
温度
压强
理想气体在任何温度、任何压强下都遵循气体实验定律吗？
【答案】理想气体在温度不太低，压强不太大的情况下都遵循气体实验定律．
微思考
课堂 · 重难探究
1．气体压强产生的原因
大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强．单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力．所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．
对气体压强微观解释的理解
2．气体压强的决定因素
宏观因素 微观因素
温度 体积 气体分子密度 气体分子平均速率
在体积不变的情况下，温度越高，气体分子的平均速率越大，气体的压强越大 在温度不变的情况下，体积越小，气体分子的密度越大，气体的压强越大 气体分子密度 (即单位体积内气体分子的数目)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多 气体的温度高，气体分子的平均速率就大，单个气体分子与器壁的碰撞(可视作弹性碰撞)给器壁的撞击力就大；从另一方面讲，分子的平均速率大，在单位时间里器壁受气体分子撞击的次数就多，平均撞击力就大
3．气体压强与大气压强的区别与联系
比较 气体压强 大气压强
区别 (1)因密闭容器的气体分子的密集程度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生． (1)由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强．如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压强．
比较 气体压强 大气压强
区别 (2)压强大小由气体分子的密集程度和温度决定，与地球的引力无关．
(3)气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的 (2)地面大气压强的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值．
(3)大气压强最终还是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强
联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而实现的
例1 (多选)封闭在汽缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是 ( )
A．气体的密度增大
B．气体的压强增大
C．气体分子的平均速率减小
D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增加
【答案】BD
【解析】气体的体积不变，对一定质量的气体，单位体积内的分子数不变，当温度升高时，分子的平均速率增大，每秒内撞击单位面积器壁的分子数增加，撞击力增大，压强必增大．所以B、D正确，A、C错误．
变式1 (多选)在某一容积不变的容器中封闭着一定质量的气体，对此气体的压强，下列说法中正确的是 ( )
A．气体压强是由重力引起的，容器底部所受的压力等于容器内气体所受的重力
B．气体压强是由大量气体分子对器壁的频繁碰撞引起的
C．容器以9.8 m/s2的加速度向下运动时，容器内气体压强不变
D．由于分子运动无规则，所以容器内壁各处所受的气体压强相等
【答案】BCD
【解析】气体压强是由大量气体分子对器壁的频繁碰撞引起的，它由气体的温度和单位体积内的分子数决定，与容器的运动状态无关．故A错误，B、C、D正确．
气体压强的分析技巧
1．明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞．压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．
2．明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度和温度．
3．只有知道了这两个因素的变化，才能确定压强的变化，不能根据任何单个因素的变化确定压强是否变化．
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．
气体实验定律的微观解释
(2)微观解释：温度不变，分子的平均动能不变．体积越小，分子越密集，单位时间内撞到器壁单位面积上的分子数就越多，气体的压强就越大，如图所示．
2．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，则分子密度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁单位面积的作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示．
3．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，分子平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要保持压强不变，则影响压强的另一个因素需改变，即分子的密集程度减小，所以气体的体积增大，如图所示．
例2 对一定质量的气体，若用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数，则 ( )
A．当体积减小时，N必定增加
B．当温度升高时，N必定增加
C．当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化
D．当体积不变而压强和温度变化时，N可能不变
【答案】C
【解析】气体的体积减小时，压强和温度是怎样变化的并不清楚，不能判断N是必定增加的，A、B错误；当压强不变而体积和温度变化时，存在两种变化的可能性：一是体积增大时，温度升高，分子的平均动能变大，即分子对器壁碰撞的力度增大，因压强不变，因此对器壁碰撞的频繁度降低，就是N减小；二是体积减小时，温度降低，同理可推知N增大，C正确，D错误．
变式2 (多选)如图所示，一定质量的理想气体由状态A沿平行纵轴的直线变化到状态B，对于它的状态变化的说法，不正确的是 ( )
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】ACD
【解析】从p－V图像中的AB图线看，气体状态由A变到B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，A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，B正确；气体的温度升高，分子平均速率增大，C错误；气体压强增大，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，D错误．
1．宏观量——温度的变化对应着微观量——分子动能平均值的变化．体积的变化对应着气体分子密集程度的变化．
2．压强的变化可能由两个因素引起，即分子热运动的平均动能和分子的密集程度，可以根据气体变化情况选择相应的实验定律加以判断．
1．理想气体
理想气体是对实际气体的一种科学抽象，就像质点模型一样，是一种理想模型，实际并不存在．
2．特点
(1)严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程．
理想气体
(2)理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可忽略不计，分子不占空间，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．
(4)理想气体分子无分子势能，内能等于所有分子热运动的动能之和，只和温度有关．
例3 (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、压强不太小的情况下，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
【答案】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，A正确．理想气体是实际气体在温度不太低、压强不太大情况下的抽象，故B、D错误，C正确．
【答案】C
理想气体的内能仅与温度有关
1．对于一切物体而言，物体的内能包括分子动能和分子势能．
2．对于理想气体而言，其微观本质是忽略了分子力，即不存在分子势能，只有分子动能，故一定质量的理想气体的内能完全由温度决定.
气体实验定律的综合应用
3．利用气体实验定律解决问题的基本思路
变式4 (2023年洛阳联考)在洛阳古城墙上放置一种测温装置，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定量的空气．若玻璃管中水柱上升，则外界大气的变化不可能是 ( )
A．温度降低，压强增大
B．温度降低，压强不变
C．温度升高，压强减小
D．温度不变，压强增大
【答案】C
【解析】外界大气温度降低，压强增大，则玻璃泡内部气体温度降低，气体压强减小，玻璃管中水柱上升，A不满足题意要求；外界大气温度降低，压强不变，则玻璃泡内部气体温度降低，气体压强减小，玻璃管中水柱上升，B不满足题意要求；外界大气温度升高，压强减小，则玻璃泡内部气体温度升高，气体压强增大，玻璃管中水柱下降，故C满足题意要求；外界大气温度不变，压强增大，则玻璃泡内部气体温度不变，气体压强不变，玻璃管中水柱上升，D不满足题意要求．
【答案】C
小练 · 随堂巩固
1．(多选)下面对气体压强的理解，正确的是 ( )
A．气体压强是由于气体分子不断撞击器壁而产生的
B．气体压强取决于单位体积内的分子数和气体的温度
C．单位面积器壁受到大量气体分子的碰撞的作用力就是气体对器壁的压强
D．大气压强是由地球表面空气重力产生的，因此将开口瓶密闭后，瓶内气体脱离大气，它自身重力太小，会使瓶内气体压强远小于外界大气压强
【答案】ABC
2．(多选)(2023年北京模拟)如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态B和C，则下面说法正确的是 ( )
A．在过程A→B中，单位体积气体分子的个数
在增加
B．在过程B→C中，气体的温度不断变小
C．在状态A时，气体分子的平均动能最小
D．在状态A、C时，气体的温度相同
【答案】BC
【解析】在过程A→B中，气体体积变大，则单位体积气体分子的个数在减小，A错误；在过程B→C中，气体体积不变，压强减小，则气体的温度不断变小，B正确；在状态A时，气体温度最低，可知气体分子的平均动能最小，C正确；在状态A、C时，气体的pV乘积不等，则温度不相同，D错误．
3．如图所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中恰好装满水，乙中充满空气，则下列说法中正确的是(容器容积恒定) ( )
A．两容器中器壁的压强都是由于分子撞击器壁而产生的
B．两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的
C．甲容器中pA>pB，乙容器中pC＝pD
D．当温度升高时，pA、pB变大，pC、pD也要变大
【答案】C
【解析】甲容器压强产生的原因是液体受到重力的作用，而乙容器压强产生的原因是分子撞击器壁，A、B错误；液体产生的压强p＝ρgh，由hA>hB，可知pA>pB，而密闭容器中气体压强各处均相等，与位置无关，pC＝pD，C正确；温度升高时，pA、pB不变，而pC、pD增大，D错误．
4．在做托里拆利实验时，玻璃管内有些残存的空气(可视为理想气体)，此时玻璃管竖直放置．假如环境温度增加，而大气压强不变，则 ( )
A．空气柱的长度将减小
B．空气柱的压力将减小
C．空气柱的压强将减小
D．试管中水银柱的长度将减小
【答案】D
【解析】在实验中，水银柱产生的压强加上封闭空气柱产生的压强等于外界大气压．假如环境温度增加，则管内水银柱上方空气的压强增大，则管内空间的压强p＝p0－ρgh，因为管内空气压强变大，大气压不变，所以h变小，即管内水银柱长度变小，空气柱的长度将增大，故A、B、C错误，D正确．
5．如图所示，一定质量的理想气体用质量为M的活塞封闭在容器中，活塞与容器间光滑接触，在图示三种稳定状态下的温度分别为T1、T2、T3，则T1、T2、T3的大小关系为 ( )
A．T1＝T2＝T3
B．T1＜T2＜T3
C．T1＞T2＞T3
D．T1＜T2＝T3
【答案】B
6．以下为一定质量理想气体状态变化的四幅图像，其中描述正确的是 ( )
A．图甲反映了气体的等容变化规律
B．图乙反映了气体的等容变化规律
C．图丙反映了气体的等温变化规律
D．图丁反映了气体的等压变化规律
【答案】B(共39张PPT)
第二章 气体、液体和固体
第四节 液体的表面张力
学习目标 学法与考法
1．知道液体的微观结构
2．掌握液体的表面张力现象和原因(重点)
3．理解浸润和不浸润的概念，会分析其产生的原因(难点)
4．学会用分子力解释毛细现象(重点) 学法：①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，交流讨论生活中表面张力现象的实例．②通过实验，观察浸润和不浸润现象，探究浸润和不浸润现象产生的原因，交流讨论生活中浸润和不浸润现象的实例
考法：①考查对液体的微观结构和表面张力的理解．②考查对浸润和不浸润、毛细现象的理解和在实际中的应用
知识导图
课前 · 自主预习
1．微观结构
液体分子之间的距离很小，分子间作用力比固体分子间作用力______．
2．宏观性质
有一定的体积，不易________，具有______性，比固体扩散________．
物理
小
压缩
流动
速度快
3．分子力的特点
在液体内部，分子间的距离在________左右，而在表面层，分子比较________，分子间的距离大于______，因此分子间的作用表现为__________．
4．液体的表面张力
(1)定义：液体表面各部分之间相互______的力．
(2)作用效果：使液体表面具有________的趋势．
(3)表面层：液体跟气体接触的表面存在的一个______.
r0
稀疏
r0
相互吸引
吸引
收缩
薄层
木块浮在水面上是液体表面张力的原因吗？
【答案】不是，是浮力．
微思考
(多选)关于液体表面具有收缩趋势的原因，下列说法不正确的是 ( )
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
【答案】ABC
【解析】由于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(即表面张力)，表面张力使液体表面具有收缩的趋势，故D正确，A、B、C错误．
1．浸润和不浸润
(1)一种液体会____________某种固体并________在固体的表面上，这种现象叫作________；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上，这种现象叫作________．
(2)附着层：当液体与________接触时，接触的位置形成一个液体薄层，叫作附着层．
(3)浸润和不浸润是________作用的表现．
毛细现象
润湿
附着
浸润
不浸润
固体
分子力
2．毛细现象
(1)毛细现象：浸润液体在细管中________的现象，以及不浸润液体在细管中________的现象，称为毛细现象．
(2)毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管的内径越小，高度差________．
上升
下降
越大
一种液体可能浸润任何固体吗？
【答案】同一种液体对不同的固体，有的浸润，有的不浸润，一种液体是否浸润某种固体取决于这两种物质的性质．
微思考
(多选)关于浸润与不浸润现象，下面的几种说法中不正确的是 ( )
A．水是浸润液体
B．水银是不浸润液体
C．同一种液体对于不同的固体，有的是浸润的，有的是不浸润的
D．只有浸润液体在细管中才会产生毛细现象
【答案】ABD
【解析】浸润和不浸润，是指一种液体对某一种固体来说的，孤立地说某种液体浸润或不浸润都没有意义．同一种液体对不同的固体，可能浸润，也可能不浸润，例如水对玻璃浸润，而对荷叶就不浸润；浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降，都属于毛细现象，C正确．
课堂 · 重难探究
1．液体分子分布特点
由于蒸发现象，表面层分子的分布比液体内部稀疏，即表面层分子间的距离比液体内部分子间的距离大．
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．
液体的微观结构和表面张力
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，使液体表面好像一层绷紧的膜．所以说表面张力是表面层内分子力作用的结果．
4．表面张力的方向：表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条线．如图所示．
5．表面张力的作用
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，在失重条件下才呈球形．
例1 如图甲为王亚平“天宫课堂”授课的场景，水滴呈现球形，这是由于水的表面张力作用的结果，分子间作用力F与分子间距离r的关系如乙所示．水滴表面层中水分子之间的距离______(填“大于”“小于”或“等于”)r0.若空间中两个水分子间距从无限远逐渐变小，直到小于r0，则分子势能变化的趋势是____________．
【答案】大于 先减小再增大
【解析】在水滴表面层中，水分子之间的相互作用力表现为引力，所以距离大于r0；若空间中两个水分子间距从无限远逐渐变小，直到等于r0的过程中，分子力做正功，分子势能减小；当分子间距等于r0后再继续减小，分子力做负功，分子势能增加，故分子势能变化的趋势是先减小再增大．
变式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作用
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】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A、C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B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(体积一定情况下以球形表面积为最小，表面张力的作用使液体表面有收缩到最小面积的趋势)，故D正确．
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积有收缩到最小的趋势．
例2 (2023年苏州检测)喷雾型防水剂是现在市场上广泛销售的特殊防水剂．其原理是喷剂在玻璃上形成一层薄薄的保护膜，形成类似于荷叶外表的效果．水滴以椭球形分布在表面，故无法停留在玻璃上．从而在遇到雨水的时候，雨水会自然流走，保持视野清晰，如图所示．下列说法正确的是 ( )
浸润和不浸润、毛细现象
A．水滴呈椭球形的原因是液体表面张力作用的结果，与重力无关
B．照片中的玻璃和水滴发生了浸润现象
C．水滴与玻璃表面接触的那层水分子间距比水滴内部的水分子间距大
D．照片中水滴表面分子比水滴的内部密集
【答案】C
【解析】液体表面张力作用使得水滴呈球形，但是由于有重力作用使得水滴呈椭球形，A错误；照片中的玻璃和水滴不浸润，B错误；水滴与玻璃表面接触的那层水分子间距比水滴内部的水分子间距大，C正确；照片中水滴表面的分子比水滴内部的稀疏，D错误．
变式2 人们采用表面经过特殊涂层处理的织物来制成防水布料，下列说法正确的是 ( )
A．水滴因表面张力具有收缩趋势
B．水滴和防水布料发生了浸润现象
C．水滴与防水布料接触层内水分子只存在斥力
D．水滴是否浸润防水布料仅由防水布料性质决定
【答案】A
【解析】水滴因表面张力具有收缩趋势，A正确；水滴和防水布料不发生浸润现象，B错误；水滴与防水布料不发生浸润，接触层内水分子之间的作用表现为斥力，但同时存在分子间的引力，C错误；浸润与不浸润现象的本质是分子力的作用，不浸润现象的产生与液体和固体的性质都有关，D错误．
浸润现象的分析要点
1．一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系，例如：水银不浸润玻璃，但浸润铅；水浸润玻璃，但不浸润石蜡．
2．浸润和不浸润可以用附着层的液体分子的分布来解释，浸润的本质是扩展，不浸润的本质是收缩．
小练 · 随堂巩固
1．(多选)下列现象中，由液体的表面张力造成的是 ( )
A．两滴水银相接触，立即会合并到一起
B．熔化的蜡从燃烧的蜡烛上流下来，冷却后呈球形
C．用熔化的玻璃制成各种玻璃器皿
D．水珠在荷叶上呈球形
【答案】ABD
【解析】用熔化的玻璃制成各种器皿，跟各种模型有关，并非表面张力造成的，故本题选A、B、D．
2．(多选)关于液体表面的张力，下列说法正确的是 ( )
A．产生表面张力的原因是表面层内液体分子间的平均距离小于r0
B．产生表面张力的原因是表面层内液体分子间的平均距离大于r0
C．产生表面张力的原因是表面层内液体分子间只有引力没有斥力
D．表面张力使液体的表面有收缩的趋势
【答案】BD
【解析】在液体与气体接触的表面处形成一个特殊的薄层，称为表面层，在液体表面层内，分子的分布比液体内部稀疏，它们之间的距离r>r0，分子间作用力表现为引力，因此液体表面有收缩的趋势．故B、D项正确．
3．(2023年池州检测)将一洁净的细玻璃管插入某种液体中，下列示意图可能正确的是 ( )
【答案】A
【解析】浸润液体在细管中上升，由于表面张力的作用，管内液面是凹着的，管外的液面与细管接触处的液面也是向上弯曲的，若液体不浸润细玻璃管，在细玻璃管中的液面下降，并形成向上凸的形状，故选A．
4．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较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
【答案】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，A错误；在浸润现象中，附着层内分子受到固体分子吸引力较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表现出相互排斥的力，附着层有扩展的趋势，故B、C错误，D正确．
5．(多选)下列现象中与毛细现象有关的是 ( )
A．砖块吸水
B．洗净的衣服在太阳下被晒干
C．毛巾的一只角浸入水中，水会沿毛巾上升，毛巾湿润
D．自来水笔从墨水瓶里把墨水吸进笔中
【答案】AC
【解析】砖块吸水是因为砖块内部有很多细小的通道，属于毛细现象，A正确；洗净的衣服在太阳下被晒干，是汽化现象，不是毛细现象，B错误；毛巾内有很多细小的缝隙，将毛巾的一只角浸入水中，水会沿毛巾上升使毛巾浸润，是毛细现象，C正确；自来水笔从墨水瓶里把墨水吸进笔中，是大气压的作用，不是毛细现象，D错误．
6．(多选)下列说法正确的是 ( )
A．把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，这是由于针受到了浮力
B．水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，这是因为水在油脂上不浸润
C．在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果
D．在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这只与液体的种类有关，与毛细管的材质无关
【答案】BC
【解析】把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，浮力很小，可以忽略不计，故一定是因为水表面存在表面张力的缘故，故A错误；水对油脂表面是不浸润的，所以成水珠状，水对玻璃表面是浸润的，无法形成水珠，故B正确；宇宙飞船中的圆形水滴是表面张力的缘故，故C正确；毛细现象中有的液面升高，有的液面降低，这与液体种类和毛细管的材料有关，故D错误．(共57张PPT)
第二章 气体、液体和固体
①物理观念：通过对固体、液体和气体内容的学习，让学生了解固体、液体和气体的微观结构，完善学生对物质的认识，帮助学生形成相对完整、科学的物理观念．
②科学思维：能认识建构理想气体模型的必要性，能在一定条件下应用理想气体模型分析和研究实际气体的问题，能用等温、等压、等容的理想过程正确认识和分析现实生活中的气体状态变化．
③科学探究：应通过观察生活现象和实验，探究气体等温、等压、等容变化过程中其他两个状态参量的变化规律，能选用合适的器材，获得数据；能分析数据，发现规律，形成结论．
④科学态度与责任：能认识到固体、液体和气体知识在实际中的应用，能用气体实验定律解释生产、生活中的一些现象，解决一些实际问题．
本章重点①理解气体等温、等压、等容变化规律；②固体和液体的性质及微观结构．
本章难点①会用玻意耳定律、查理定律和盖 吕萨克定律解决实际问题；②根据图像分析气体状态的变化；③学会用晶体的微观结构特点来解释晶体外形的规则性和物理性质的各向异性；④理解浸润和不浸润的概念，会分析其产生的原因．
第一节 气体实验定律(Ⅰ)
学习目标 学法与考法
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(重点)
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(重点)
3．理解气体等温变化的p－V图像的物理意义(重点)
4．学会用玻意耳定律计算有关的问题(难点) 学法：①掌握控制变量法，通过实验探究气体等温变化规律了解气体实验定律．②通过作图，学会从图像上描述气体的状态变化．③通过运用气体实验定律掌握解题的基本思路
考法：①考查对气体等温变化实验的理解．②考查玻意耳定律的应用．③通过图像考查玻意耳定律
知识导图
课前 · 自主预习
1．实验器材
铁架台、________、________、压力表(气压计)等．注射器下端用橡胶塞密封，上端用活塞封闭一段空气柱，这段________是我们的研究对象．
2．数据收集
空气柱的压强p由上方的________读出，体积V等于________读出的空气柱的长度l乘以空气柱的横截面积S.用手把活塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组值．
探究气体等温变化规律
注射器
橡胶塞
空气柱
压力表
刻度尺
正比
反比
用注射器对封闭气体做等温变化实验，在改变封闭气体的体积时，为什么要缓慢进行？
【答案】防止温度变化．
微思考
在“探究气体等温变化规律”的实验中，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．针筒壁与活塞之间存在摩擦
D．实验过程中用手去握针筒
【答案】B
【解析】探究气体等温变化规律的实验前提是气体的质量和温度不变，针筒封口处漏气，则质量变小，用手握针筒，则温度升高，所以A、D错误；实验中我们只是测量空气柱的长度，不需测量针筒的横截面积，B正确；由于摩擦生热，会使气体温度升高，影响实验的准确性，C错误．
1．内容
一定质量的气体，在温度保持不变的情况下，其压强p与体积V成________．
2．公式
________(常量)或____________．
3．适用条件
(1)气体质量不变、________不变．
(2)气体温度不太低、压强不太大．
玻意耳定律
反比
pV＝c
p1V1＝p2V2
温度
玻意耳定律适用于质量不变，温度不变的任何气体吗？
【答案】还要压强不太大，温度不太低.
微思考
(2023年扬州期末)体育老师用气筒给篮球快速充气，假设充气过程中篮球的容积不变，则此过程 ( )
A．球内气体分子数密度不变
B．气体温度保持不变
C．球内所有气体分子的动能都增大
D．单位时间内碰撞单位面积内壁的分子数增大
【答案】D
1．等温过程
气体在温度不变的情况下发生的状态变化过程．
2．p－V图像
等温变化中，一定质量气体的p－V图像为一条__________________，如图甲所示．
等温图像(p－V图像)
双曲线中的一支
甲
乙
倾斜直线
一定质量的气体，在p－V图像中，等温线上不同点与两坐标轴连线形成的不同矩形的面积有什么特点？
【答案】相等．
微思考
(多选)如图所示为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线，则下列说法正确的是 ( )
A．从等温线可以看出，一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成反比
B．一定质量的气体，在不同温度下的等温线是不同的
C．一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积越小
D．由图可知T1＞T2
【答案】AB
【解析】由等温线的物理意义可知，A、B正确；对于一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积乘积越大，等温线的位置越高，C、D错误．
课堂 · 重难探究
气体等温变化的规律
例1 (2023年广州检测)用图甲所示的实验装置探究气体等温变化的规律．
(1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的________和________．
(2)关于该实验，下列说法正确的是 ( )
A．为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油
B．改变气体体积时应快速推拉柱塞
C．为方便推拉柱塞，应用手握注射器再推拉柱塞
D．注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位
A．实验过程中有漏气现象
B．实验过程中气体温度降低
C．实验过程中气体温度升高
D．漏加了注射器与压强传感器连接处的气体体积
乙
丙
【解析】(1)探究气体等温变化的规律，需要保持不变的量是气体的质量和温度．
(2)为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油，A正确；实验时为防止气体温度变化，应慢慢推拉柱塞，B错误；实验时为防止温度发生变化，则不能用手握注射器推拉柱塞，C错误；只需关注图像斜率的变化即可探究压强和体积的关系，注射器旁的刻度尺只需要刻度分布均匀即可，可以不标注单位，D正确．
【答案】(1)在注射器活塞上涂一些润滑油 手不能握住注射器的封闭气体部分 缓慢推动活塞 (2)注射器与压强传感器连接处的气体体积
1．成立条件
玻意耳定律p1V1＝p2V2是实验定律，只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立．
2．理解
玻意耳定律的数学表达式pV＝c中的常量c不是一个普适恒量，它与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该恒量c越大．
玻意耳定律的理解及应用
3．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)确定始末状态及状态参量(p1、V1；p2、V2).
(3)根据玻意耳定律列方程p1V1＝p2V2，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，必要时还应由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删去．
例2 (2022年河北期末)水火箭可以演示反冲现象．如图所示，这是一个简易的水火箭，其容积V＝4 L，现装入V0＝1 L水后用一个打气筒给其充气．已知气筒每次能够将V0′＝0.5 L的一个大气压p0的空气打入
其中，打气过程可以看成等温变化．重力加速度大小g取10 m/s2，整个过程中不考虑火箭中水的蒸发．要使水火箭内的气压达到一个标准大气压的4倍，求需要打气的次数n.
【答案】n＝18
【解析】设水火箭内气体体积为V1，则有V1＝V－V0，由玻意耳定律有p0(nV0′＋V1)＝4p0V1，解得n＝18.
变式2 (2022年广东卷)玻璃瓶可作为测量水深的简易装置．如图所示，潜水员在水面上将80 mL水装入容积为380 mL的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底，倒置瓶身，打开瓶盖，让水进入瓶中，稳定后测得瓶内水的体积为230 mL.将瓶内气体视为理想气体，全程气体不泄漏且温度不变．大气压强p0取1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2，水的密度ρ取1.0×103 kg/m3.求水底的压强p和水的深度h.
解：对瓶中所封的气体，由玻意耳定律可知
p0V0＝pV，
即1.0×105×(380－80)＝p×(380－230)，
解得p＝2.0×105 Pa.
根据p＝p0＋ρgh，
解得h＝10 m.
应用玻意耳定律的注意事项
1．压强的判断：应用玻意耳定律解题时，确定气体的压强是解题的关键，无论是液柱、活塞、汽缸，还是封闭在液面下的气柱，都不要忘记大气压强产生的影响．
2．统一单位：列方程时，由于等式两边是对应的，因此各物理量的单位可以不是国际单位，但等式两边必须统一．例如，体积可以都用L，压强可以都用cmHg.
对气体等温变化的图像的理解
例3 (多选)如图所示是一定质量的某种气体状态变化的p－V图像，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列关于气体的温度和分子平均速率的变化情况的说法，错误的是 ( )
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】AC
【解析】由图像可知，pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的温度相等，在同一等温线上，可在p－V图上作出几条等温线，如图所示．由于离原点越远的等温线温度越高，所以从状态A到状态B温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小，A、C错误，B、D正确．
变式3 (多选)如图所示是一定质量的某气体状态变化的p－V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A到B一直减小
C．气体的体积从A到B一直增大
D．气体的三个状态参量一直都在变
1．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．
2．由不同等温线的分布情况可以判断温度的高低．
小练 · 随堂巩固
1．(多选)一定质量的气体，在等温变化的过程中，下列物理量一定不发生变化的是 ( )
A．分子的平均速率 B．单位体积内的分子数
C．气体的压强 D．分子总数
【答案】AD
【解析】由于气体等温变化，温度不变，分子的平均动能不变，分子的平均速率不发生变化，A正确；由于是针对一定质量的气体，所以气体的分子总数不变，D正确；在等温变化中，p和V在发生变化，单位体积内的分子数由于体积V的变化而变化，故B、C错误．
2．(2022年上海师大附中检测)如图所示，开口向下并插入水银槽中的粗细均匀的玻璃管内封闭着长为H的空气柱，管内水银柱高于水银槽h，若将玻璃管向右旋转一定的角度(管下端未离开槽内水银面)，环境温度保持不变，则H和h的变化情况为 ( )
A．H减小，h增大
B．H增大，h减小
C．H和h都增大
D．H和h都减小
【答案】D
【解析】设大气压为p0，封闭气体压强p＝p0－ρgh，玻璃管偏离竖直方向一定角度，假设H不变，则水银柱的有效高度h变小，封闭气体压强变大，根据玻意耳定律可知，封闭气体体积减小，故水银柱会升高，即H要减小；同理假设h不变，则H会减小，根据玻意耳定律，封闭气体压强会增加，h也要减小；D正确，A、B、C错误．
3．(多选)如图所示是一定质量气体的两条等温线，则下列关于各状态温度的说法中正确的是(A、B、C、D为四种状态) ( )
A．tA＝tB B．tB＝tC
C．tC>tD D．tD>tA
【答案】AD
【解析】根据图像的变化规律可知tC＝tD>tA＝tB．故A、D正确．
4．如图，竖直放置、开口向下的试管内用水银封闭一段气体，若试管自由下落，则管内气体 ( )
A．压强增大，体积增大
B．压强增大，体积减小
C．压强减小，体积增大
D．压强减小，体积减小
【答案】B
【解析】试管竖直放置时，封闭的气体压强为p＝p0－ρgh；试管自由下落时，封闭的气体压强为p＝p0，根据玻意耳定律pV＝c，压强增大，则体积减小，故B正确．
5．(多选)如图所示，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，下列对气泡内气体分子的描述正确的有 ( )
A．气体分子的平均速率不变
B．气体分子数密度增加
C．气体分子数密度不变
D．气体分子对气泡壁单位面积的平均作用力减小
【答案】AD
【解析】在气泡缓慢浮起时，温度不变，而压强减小，气体分子对气泡壁单位面积的平均作用力减小，D正确．由玻意耳定律知，体积增大，所以分子数密度减小，B、C错误．温度不变时，分子的平均动能不变，A正确．
6．如图所示，在一根一端封闭且粗细均匀的长玻璃管中，用长为h＝10 cm的水银柱将管内一部分空气密封，当管开口向上竖直放置时，管内空气柱的长度L1＝0.3 m；若温度保持不变，玻璃管开口向下放置，水银没有溢出．待水银柱稳定后，空气柱的长度L2为多少？(大气压强p0＝76 cmHg，计算结果保留2位有效数字)(共47张PPT)
第二章 气体、液体和固体
第五节 晶体
第六节 新材料
学习目标 学法与考法
1．知道晶体和非晶体、单晶体和多晶体的异同点(重点)
2．掌握晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别(重点)
3．知道各向异性和各向同性的物理现象和性质(重点)
4．学会用单晶体的微观结构特点来解释单晶体外形的规则性和物理性质的各向异性，理解液晶的微观结构(难点) 学法：①通过阅读，能说出晶体和非晶体的特点及区分方法．②通过讨论，能说出单晶体与多晶体的区别和联系．③通过老师讲解，了解晶体的微观结构，知道晶体内部结构与性质的关系
考法：①考查单晶体、多晶体和非晶体的特点及它们之间的区别．②考查对晶体微观结构的理解．③考查液晶的特点与实际应用
知识导图
课前 · 自主预习
1．固体分类
固体可以分为________和__________两类．石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是_______，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是________.
2．晶体
单晶体具有__________的几何形状，多晶体和非晶体没有________ 的几何形状，晶体_________的熔点，非晶体________________．
晶体和非晶体
晶体
非晶体
晶体
非晶体
确定
确定
有确定
没有确定的熔点
3．晶体特点
有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象称为___________．非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫作__________.由于多晶体是许多________杂乱无章地组合而成的，所以多晶体是_________的．
各向异性
各向同性
单晶体
各向同性
可以根据各向异性或各向同性来鉴别单晶体和多晶体吗？
【答案】不能，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．
微思考
(多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是 ( )
A．有规则的几何外形的固体一定是晶体
B．只有单晶体才有天然规则的几何外形
C．晶体在物理性质上一定是各向异性的
D．晶体熔化时具有确定的熔点
【答案】BD
【解析】单晶体有规则的几何外形，多晶体与非晶体都没有规则的几何外形，如果固体有规则的几何外形但不是天然的，而是人为加工的，则其不一定是晶体，A错误，B正确；单晶体只在某些物理性质上表现为各向异性，并非所有的物理性质都表现为各向异性，多晶体在物理性质上表现为各向同性，C错误；晶体有确定的熔点，D正确．
1．规则性
单晶体的原子(分子、离子)都是按照各自的规则排列，具有____________的周期性．
2．变化或转化
在不同条件下，同种物质的微粒按照____________在空间排列，可以生成不同的晶体，例如石墨和金刚石．有些晶体__________________可以转化为非晶体，例如天然水晶熔化后再凝固成石英玻璃．
晶体的微观结构、液晶
空间上
不同规则
在一定条件下
3．液晶
(1)液晶：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__________的物质叫液晶．这是介于液态和固态间的一种中间态．
(2)出现液晶态的条件：液晶是一种特殊物质，有些物质在特定的________范围之内具有液晶态，另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定________范围内具有液晶态．
(3)液晶的微观结构：通常________分子、________分子和________分子的物质容易具有液晶态．
(4)应用：除用作__________外，在生物医学、电子工业、航空工业等领域都有重要的应用．
各向异性
温度
浓度
棒状
碟状
平板状
显示器
组成石墨和金刚石的物质微粒是按不同的规则排列的吗？
【答案】是的，同一种物质微粒可能形成不同的晶体结构，从而生成种类不同的几种晶体，金刚石与石墨是它的一个特例．
微思考
关于石墨和金刚石的区别，下列说法正确的是 ( )
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
【答案】B
【解析】由化学知识知道，石墨和金刚石是碳的同素异形体，其化学性质相同．它们的分子的空间结构不同，石墨中的碳原子排列为层状结构，层与层间距离很大，所以其质地松软；金刚石中的碳原子排列紧密，相互间作用力很强，所以其质地坚硬．显然A、C、D错误，B正确．
1．半导体材料：半导体的导电性能可通过________来控制．
2．纳米材料：纳米材料是指三维空间中至少有一维处于________尺度范围或由它们作为重要单元构成的材料．
3．超材料：典型的超材料包括____________、____________、_____________等．
新材料
掺杂
纳米
左手材料
光子晶体
超磁性材料
课堂 · 重难探究
1．晶体与非晶体的区别
探究晶体和非晶体
固体分类 宏观外形 物理性质
非晶体 没有确定的几何形状 ①没有确定的熔点
②导电、导热、光学性质表现为各向同性
晶体 单晶体 有天然规则的形状 ①有确定的熔点
②导热、导电、光学性质表现为各向异性
多晶体 一个个小晶体粒粘在一起，没有确定的几何形状 ①有确定的熔点
②导热、导电、光学等性质表现为各向同性
2．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，而非晶体则是各向同性的．
①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通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、磁性等．
(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上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同．
例1 如图所示，方解石形成的双折射现象实验的照片，下列关于方解石的说法正确的是 ( )
A．是非晶体
B．具有固定的熔点
C．所有的物理性质都是各向异性
D．是由许多单晶体杂乱无章排列组成的
【答案】B
【解析】光在晶体中的双折射现象就是光学各向异性的表现，所以图中方解石的双折射现象说明方解石是晶体，具有固定的熔点，A错误，B正确；单晶体具有规则的几何形状、各向异性和一定的熔点等性质；而多晶体是由许多小的晶体杂乱无章地排列在一起组成的，使得多晶体不再具有规则的几何外形，而且也看不出各向异性的特点，C、D错误．
变式1 在图甲、乙、丙三种固体薄片上涂蜡，由烧热的针接触蜡上的一点，蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示，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丁所示，以下说法正确的是 ( )
A．甲、乙为非晶体，丙是晶体
B．甲、乙为晶体，丙是非晶体
C．甲、丙为非晶体，乙是晶体
D．甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体
【答案】D
【解析】由图甲、乙、丙可知：甲、乙各向同性，丙各向异性；由图丁可知：甲、丙有固定熔点，乙无固定熔点，所以甲、丙为晶体，乙为非晶体，其中甲为多晶体，丙为单晶体，故D正确．
判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体
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．对单晶体各向异性的解释
如图所示，这是在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况．从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上物质微粒的数目不同．直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC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．
探究晶体的微观结构
2．对晶体具有一定熔点的解释
给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，晶体开始熔解，熔解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．对多晶体特征的微观解释
晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性．它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性．多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点，而非晶体没有．
4．对非晶体特征的微观解释
在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观点来看，在微粒非常多的情况下，沿不同方向的等长直线上，微粒的个数大致相等，也就是说，非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同，所以非晶体在物理性质上表现为各向同性．
5．同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同形态出现，晶体和非晶体可在一定条件下相互转化．
例2 (2023年上海名校期中)下列现象不能判断该材料为晶体的是 ( )
A．这种材料沿不同方向的热胀冷缩的性质不同
B．这种材料沿不同方向的热传导快慢不同
C．这种材料沿不同方向的导电性能不同
D．这种材料沿不同方向的长度不同
【答案】D
【解析】单晶体在导热、导电、热膨胀与光学性质上表现出各向异性，即沿不同方向上的性能不相同，因此A、B、C可判断该材料为晶体．D选项不能判断该材料为晶体，故选D．
变式2 (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的粘贴与撕开，使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有0.34 nm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】CD
【解析】石墨、石墨烯、金刚石都为晶体且都为单质，A、B错误，C正确；两位科学家是通过物理变化的方法获得石墨烯的，D正确．
晶体各向异性的原因
1．单晶体的物理性质不同取决于其微观结构，单晶体的物质微粒是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．
小练 · 随堂巩固
1．(多选)下列说法正确的是 ( )
A．显示各向异性的物体必定是晶体
B．不显示各向异性的物体必定是非晶体
C．具有确定熔点的物体必定是晶体
D．不具有确定熔点的物体必定是非晶体
【答案】ACD
【解析】单晶体具有各向异性，故只要具有各向异性的固体必定是晶体，故A正确；非晶体和多晶体均显示各向同性，故不显示各向异性的物体不一定是非晶体，还可能是多晶体，故B错误；晶体均具有确定的熔点，非晶体不具有确定的熔点，所以具有确定熔点的物体必是晶体，不具有确定的熔点的固体就必定是非晶体，故C、D正确．
2．(多选)如图所示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．甲是晶体
B．乙是晶体
C．甲是非晶体
D．乙是非晶体
【答案】AD
【解析】在晶体熔化过程中，不断吸热，但温度却保持不变(熔点对应的温度)，而非晶体没有确定的熔点，不断加热，非晶体先变软，然后熔化，温度却不断上升，因此甲对应的是晶体，乙对应的是非晶体．
3．下雪了，晶莹的雪花像轻盈的玉蝴蝶在翩翩起舞，雪花的形状如图所示．下列关于雪花的说法正确的是 ( )
A．是多晶体
B．是非晶体
C．具有各向异性
D．雪花飞舞时，说明分子在做无规则运动
【答案】C
【解析】单片雪花会呈现六度旋转对称结构，体现了雪花凝结时各向异性，是单晶体，A、B错误，C正确；雪花飞舞是因为空气流动大的作用，并不能说明分子在做无规则运动，D错误．
4．下列叙述中正确的是 ( )
A．明矾是多晶体，玻璃是单晶体
B．单晶体和多晶体都是各向异性的
C．同种物质的晶体形态和非晶体形态其化学性质是不同的
D．多晶体和非晶体都是各向同性，所以是否各向同性不是区别晶体和非晶体的条件
【答案】D
【解析】明矾属于单晶体，玻璃是非晶体，A错误；单晶体具有各向异性，而多晶体没有各向异性，B错误；化学性质与形态无关，与物质种类有关，C错误；多晶体和非晶体都是各向同性的，所以是否各向同性不是区别晶体和非晶体的条件，D正确．
5. 2022年北京冬奥会的雪花形主火炬由96块小雪花和6块橄榄枝组成．关于雪花，下列说法正确的是 ( )
A．雪花是水蒸气凝华时形成的晶体
B．一片雪花大约由5 000个水分子组成
C．雪花融化过程温度不变，内能不变
D．没有两片雪花是相同的，因此雪花属于非晶体
【答案】A
【解析】雪花是水蒸气凝华时形成的晶体，A正确；水分子大小的数量级为10-10 m，一片雪花由远远大于5 000个水分子组成，B错误；雪花融化过程中温度不变，则分子动能不变，但融化吸热，增加了分子势能，则内能变大，C错误；没有两片雪花是相同的，指雪花的形状，D错误．
6．(2023年潍坊期中)玻璃管裂口尖端非常尖锐如图甲所示，将其在火焰上烧熔，冷却后尖端变钝如图乙所示，该现象说明 ( )
A．玻璃在导热时具有各向异性
B．烧熔使玻璃由晶体变为非晶体
C．玻璃烧熔为液态时表面分子间的作用
力表现为斥力
D．玻璃烧熔为液态时表面存在张力
【答案】D
【解析】玻璃是非晶体，高温熔化冷却凝固后仍然是非晶体，导热性表现为各向同性，A、B错误；玻璃管裂口尖端在火焰上烧熔，冷却后尖端变钝，是表面张力的作用，因熔化后的玻璃表面分子间作用力表现为引力使其表面收缩，C错误，D正确．
7．(多选)关于液晶，下列说法中正确的有 ( )
A．液晶是一种晶体
B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
C．液晶的光学性质随温度的变化而变化
D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
【答案】CD
【解析】液晶的微观结构介于晶体和液体之间，虽然液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，A、B错误．外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，如温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，C、D正确．
8．(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，随温度的逐渐升高，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
【答案】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，A错误，B、C、D正确．
