(共43张PPT)
第二章 气体、固体和液体
4 固体
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．知道各向异性和各向同性现象(重点)
3．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(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
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
知识导图
课前 自主预习
晶体和非晶体
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
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
各向同性的
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．
(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．
晶体的微观结构
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．
空间上
不同规则
在一定条件下
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．
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．
课堂 重难探究
－探究晶体和非晶体
1．晶体与非晶体的区别
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
固体分类 宏观外形 物理性质
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 一个个单晶体组合在一起，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．
对晶体和非晶体的理解
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，由烧热的针接触其上一点，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 ( )
甲 乙 丙 丁
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】由题图甲、乙、丙可知：甲、乙各向同性，丙各向异性；由题图丁可知：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．
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．
－探究晶体的微观结构
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．
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．
对晶体的微观结构的理解
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．本题选不能判断该材料为晶体的，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．单晶体物理性质的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．(多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是 ( )
A．单晶体有规则的几何形状
B．晶体在物理性质上一定是各向异性的
C．晶体熔化时具有一定的熔点
D．晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的
【答案】ACD
【解析】单晶体一定具有规则的几何形状，故A正确；多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，所以具有各向同性，故B错误；不论是单晶体还是多晶体，熔化时具有一定的熔点，故C正确；晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的，如天然石英为晶体，而人为熔化后将变成非晶体，故D正确．
4．关于晶体和非晶体，下列说法正确的是 ( )
A．有规则几何外形的固体一定是晶体
B．晶体在物理性质上一定是各向异性的
C．非晶体不可能转化为晶体
D．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点
【答案】D
【解析】因为外形可以用人工的方法处理，所以A错误；多晶体在物理性质上是各向同性的，B错误；实验证明非晶体在适当的条件下可以转化为晶体，C错误；晶体与非晶体的区别表现在是否有确定的熔点，D正确．
5．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的化学性质是不同的
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．
6．2022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．雪花熔化过程温度不变，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在10－10 m，一片雪花由远大于5 000个水分子组成，B错误；雪花融化过程温度不变，则分子动能不变，但熔化吸热，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，指雪花无规则的形状，雪花属于晶体，D错误．(共41张PPT)
第二章 气体、固体和液体
5 液体
学习目标 学法与考法
1．知道液体的微观结构
2．掌握液体表面张力的现象和产生的原因(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，理解液晶的微观结构(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．③考查液晶的特点及在实际中的应用
知识导图
课前 自主预习
液体的微观结构与表面张力
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_________．
要小
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．
(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．
浸润和不浸润、毛细现象、液晶
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．
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
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．
各向异性
温度
浓度
(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．
棒状
碟状
平板状
显示器
水滴与口罩外表面会浸润吗？两种物质是否浸润取决于什么？
【答案】不会，一种液体是否浸润某种固体取决于这两种物质的性质．
(多选)关于浸润与不浸润现象，下列说法中不正确的是 ( )
A．水是浸润液体
B．水银是不浸润液体
C．同一种液体对不同的固体，可能是浸润的，也可能是不浸润的
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
－探究液体的微观结构和表面张力
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．
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．
对液体的微观结构和表面张力的理解
例1 (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．
变式1 (多选)下列关于液体的表面张力的说法正确的是 ( )
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，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，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)，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．
－探究浸润和不浸润、毛细现象、液晶
对浸润和不浸润、毛细现象和液晶的理解
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 ( )
A．水滴呈椭球形的是液体表面张力作用的结果，与重力无关
B．照片中喷过防水剂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．照片中水滴表面的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；照片中水滴表面分子比水滴的内部稀疏，D错误．
变式2 如图是分别装有水和水银的两个玻璃杯，下列说法正确的是 ( )
A．水不浸润玻璃
B．水银浸润玻璃
C．水的表面层中的水分子之间的作用力表现为引力
D．水银的表面层中的水银分子之间的作用力表现为斥力
【答案】C
【解析】由题图知水浸润玻璃，故A错误；由题图知水银不浸润玻璃，故B错误；表面层里的分子比液体内部的分子稀疏，分子间的距离比液体内部的大，分子间作用力表现为引力，C正确，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)关于液体的表面张力，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正确．
3．(多选)把极细的玻璃管插入水中与水银中，如图所示，正确表示毛细现象的是 ( )
【答案】AC
【解析】因为水能浸润玻璃，无论管内外均为浸润，所以A正确，B错误；水银不浸润玻璃，C正确；D中外面浸润，里面不浸润，所以是不可能的．
4．下列对浸润与不浸润现象的认识中，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)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．
6．图甲是吹肥皂泡游戏的画面，表现了童年时光的美好．如图乙所示，在玻璃杯内注入肥皂水，再用铁丝做成的圆环放进玻璃杯中，沾满肥皂水后取出，可以吹出大小不一、在空中做无规则运动的肥皂泡 ，则 ( )
A．肥皂泡的无规则运动属于布朗运动
B．肥皂泡呈球状与液体表面的张力有关
C．肥皂泡表面液体分子间只存在引力，没有斥力
D．肥皂水与玻璃杯壁接触位置的分子力表现为引力
【答案】B
【解析】布朗运动是指悬浮在液体中或气体中的固体小颗粒的无规则运动，故肥皂泡的无规则运动不属于布朗运动，A错误；液体的表面张力有使液体的表面积减小到最小的趋势，所以肥皂泡在空中呈球状是由于液体表面张力的作用，B正确；分子间同时存在着相互作用的斥力和引力，它们都随分子间距离的减小而增大，C错误；肥皂水与玻璃杯壁表现为浸润，玻璃杯附着层内的液体分子由于受到固体分子的吸引，所以附着层液体分子比较密集，分子间的作用力表现为斥力，D错误．(共75张PPT)
第二章 气体、固体和液体
3 气体的等压变化和等容变化
学习目标 学法与考法
1．知道等压变化、等容变化过程，理解查理定律和盖 吕萨克定律的内容和公式(重点)
2．掌握等容变化的p－T图线和等压变化的V－T图线的物理意义并会应用(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，培养观察能力．②会用查理定律和盖 吕萨克定律解决问题
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通过图像考查对查理定律和盖 吕萨克定律的应用．③考查对理想气体模型的理解
知识导图
课前 自主预习
气体等压变化
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．
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．
(多选)对于一定质量的气体，在压强不变时，若体积增大到原来的两倍，则正确的说法是 ( )
A．气体的摄氏温度升高到原来的两倍
B．气体的热力学温度升高到原来的两倍
D．体积的变化量与温度的变化量成正比
【答案】BD
气体等容变化
1．等容变化
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：一定质量的某种气体，在____________的情况下，________与______________成正比．
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，在等容变化过程中，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．图乙坐标原点的意义为气体压强为0时，其温度为0 K．可以证明，新坐标原点对应的温度就是________．
(4)适用条件：气体的________一定，气体的_______不变．
0 K
甲 乙
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．
(多选)一定质量的气体在体积不变时，下列有关气体状态变化的说法，正确的是 ( )
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
【答案】BC
理想气体
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．
气体实验定律
温度
压强
理想气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律吗？
【答案】理想气体在温度不太低，压强不太大的情况下都遵从气体实验定律．
气体实验定律的微观解释
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_______．
密集程度
增大
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．
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．
密集程度
平均动能
压强
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，分子的平均动能增大，对容器壁的碰撞力增大，压强一定变大．
课堂 重难探究
－探究气体等压变化规律
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
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．
对盖 吕萨克定律的理解和应用
例1 一开口向上直立的汽缸，被一质量为m的活塞压住一部分气体(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时的气体体积．(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1 如图所示， 一端封闭的粗细均匀的玻璃管，开口向上竖直放置，管中用一段长度为4 cm的水银柱封闭了一段长度为50 cm的空气柱．已知环境的温度是27 ℃ ，大气压强为76 cmHg，问：
(1)空气柱的压强多大？
(2)现将玻璃管缓慢均匀地加热至87 ℃，此时空气柱的长度是多少？ (玻璃管足够长)
解：(1)设管内封闭空气压强为p1，水银柱自身高度表示液体压强，则根据液体压强平衡可得p1＝p0＋4 cmHg，
解得p1＝80 cmHg．
(2)若玻璃管缓慢地均匀加热，剩余气体变化为等压变化，设玻璃管的横截面积为S，变化后的高度为H，则可得
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．
－探究气体的等容变化规律
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
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．
对查理定律的理解和应用
例2 (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，气压是多大？
(2)保持温度不变，挤压气体，使之压强与(1)时相同时，气体体积为原来的多少倍？
解：(1)瓶内气体的始末状态的热力学温度分别为
T＝(27＋273) K＝300 K，
T′＝(37＋273) K＝310 K，
(2)保持温度不变，挤压气体，等温变化过程，由玻意耳定律pV＝p′V′，解得V′≈0.97V．
变式2 汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故，太低会造成耗油上升．已知某型号轮胎能在－40 ℃～90 ℃的环境中正常工作，为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过3.5 atm，最低胎压不低于1.6 atm，那么t＝20 ℃时给该轮胎充气，充气后的胎压在什么范围内都可以正常工作？(设轮胎容积不变，计算结果保留3位有效数字)
解：由于轮胎容积不变，轮胎内气体做等容变化．
设在T0＝293 K充气后的最小胎压为pmin，最大胎压为pmax．
依题意知，当T1＝233 K时胎压为p1＝1.6 atm．
变式3 如图所示，一开口向右的汽缸固定在水平地面上，活塞可无摩擦移动且不漏气，汽缸中间位置有一挡板，外界大气压强为p0．初始时，活塞紧压挡板处．
现缓慢升高缸内气体温度，则图中能正确反映缸内气体压强变化情况的p－T图像是 ( )
【答案】C
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，即质量和体积是否保持不变．
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．
－探究理想气体
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．
(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．
对理想气体的理解
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，B、D错误，C正确．
变式4 (多选)下列对理想气体的理解，正确的有 ( )
A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型
B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体
C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关
D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律
【答案】AD
【解析】理想气体是一种理想化模型，温度不太低，压强不太大的实际气体可视为理想气体；只有理想气体才遵循气体的实验定律，A、D正确，B错误．一定质量的理想气体的内能完全由温度决定，与体积无关，C错误．
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．
－探究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，分子的平均动能不变．体积越小，分子越密集，单位时间内撞到容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，分子撞击容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，撞击容器壁的作用力变大，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．
对气体实验定律的微观解释的理解
例4 一定质量的理想气体发生等容变化，从状态A变化到状态B，这一过程的p－t图像如图所示，AB为一条线段，图线的反向延长线与t轴相交于C点，下列说法正确的是 ( )
A．p与t成正比
B．气体的密度增大
C．气体分子的平均动能减小
D．气体从外界吸收了热量
【答案】D
【解析】一定质量的理想气体等容变化， p与热力学温度T成正比，而T＝273＋t，与t并不成正比，A错误；等质量、等容，所以密度不变，B错误；温度为分子平均动能的标志，由于A→B温度升高，则分子平均动能增大，C错误；气体发生等容变化，无做功过程，又因为温度升高，内能增大，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，则气体从外界吸收了热量，D正确．
变式5 (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，则下列对于它的状态变化过程的说法，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容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．
变式6 (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
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．宏观量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．
1．三大气体实验定律
(1)玻意耳定律(等温变化)：p1V1＝p2V2或pV＝C(常数)．
气体实验定律的综合应用
2．利用气体实验定律解决问题的基本思路
例5 (多选)(2023年莆田阶段检测)如图所示，一定质量理想气体的状态沿1→2→3→1的顺序作循环变化．若用V－T或p－V图像表示这一循环，下图中可能正确的选项是 ( )
【答案】AD
变式7 一气象探测气球，在充有压强为1.00 atm(即76.0 cmHg)、温度为27.0 ℃的氦气时，体积为3.50 m3．在上升至海拔6.50 km高空的过程中，气球内氦气的压强逐渐减小至此高度上的大气压36.0 cmHg，气球内部因启动了持续加热设备而维持其温度不变．此后停止加热，保持高度不变．已知在这一海拔高度气温为－48.0 ℃．求：(计算结果均保留3位有效数字)
(1)氦气在停止加热前的体积；
(2)氦气在停止加热较长一段时间后的体积．
解：(1)在气球上升至海拔6.50 km高空的过程中，气球内氦气经历一个等温变化过程．
根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2， ①
式中p1＝76.0 cmHg，V1＝3.50 m3，p2＝36.0 cmHg，V2是在此等温过程末氦气的体积．
由①式得V2≈7.39 m3． ②
(2)在停止加热较长一段时间后，氦气的温度逐渐从T1＝300 K下降到与外界气体温度相同，即T2＝225 K．这是一等压过程．根据盖 吕萨克定律有
式中V3是在此等压过程末氦气的体积．
由③式得V3≈5.54 m3．
小练 随堂巩固
1．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
2．如图所示，一定质量的理想气体从状态A→状态B→状态C→状态D→状态A的循环过程，A、B、C、D这四个状态，体积最大的是( )
A．状态A B．状态B
C．状态C D．状态D
【答案】C
3．(2023年南通阶段检测)如图所示，汽缸悬空而静止，设活塞和缸壁间无摩擦且可以在缸内自由移动，缸壁导热性能良好，使缸内气体温度总能与外界大气的温度相同，则 ( )
A．气温降低，汽缸的上底面距地面的高度减小
B．气温升高，汽缸中气体分子数的密度变大
C．外界大气压强减小，弹簧伸长
D．外界大气压强增大，汽缸的上底面距地面的高度增大
【答案】A
4．(2023年潮州联考)潮州素有瓷都之美誉，而现代瓷器烧制通常采用电加热式气窑．烧制过程中为避免窑内气压过高，窑上安有一个单向排气阀，当窑内气压达到2.5×105 Pa时，单向排气阀变为开通状态．某次烧制前，封闭在窑内的气体温度为27 ℃，
压强为1.0×105 Pa．已知烧制过程中窑内气体温度均匀且缓慢升高．不考虑瓷胚体积的变化，求排气阀开始排气时窑内气体的温度．
解：对封闭在气窑内的气体，排气前容积V0不变，烧制前温度为T0＝(273＋27) K＝300 K，
解得T＝750 K．
5．用易拉罐盛装碳酸饮料非常卫生和方便，但如果剧烈碰撞或严重受热会导致爆炸．我们通常用的可乐易拉罐容积V＝355 mL．假设在室温(17 ℃)时罐内装有0.9V的饮料，剩余空间充满CO2气体，气体压强为1 atm．若易拉罐承受的压强为1.2 atm，则保存温度不能超过多少？
解：取CO2气体为研究对象，则
初态：p1＝1 atm，T1＝(273＋17) K＝290 K．
末态：p2＝1.2 atm，T2＝未知量．
t＝(348－273) ℃＝75 ℃．
6．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．
甲 乙
(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．(共50张PPT)
第二章 气体、固体和液体
2 气体的等温变化
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．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) 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，学会用图像描述气体的状态变化
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
实验：探究气体等温变化规律
1．实验器材
铁架台、_________、_________、压力表(压强表)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．
注射器
橡胶塞
空气柱
2．数据收集
空气柱的压强p由上方的________读出，体积V用__________读出的空气柱的长度l乘气柱的横截面积S．用手把活塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组值．
压力表
刻度尺
正比
反比
用注射器对封闭气体做等温变化的实验时，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．
在“探究气体等温变化规律”的实验中，下列四个因素中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；活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，C错误．
玻意耳定律
1．内容
一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，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．
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．
一个气泡由湖面下20 m深处上升到湖面下10 m深处，它的体积约变为原来体积的(若湖水温度不变，水的密度为1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2) ( )
A．3倍 B．2倍
【答案】C
气体等温变化的p－V图像
1．p－V图像
一定质量的气体的p－V图像为一条__________，如图甲所示．
双曲线
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．
(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
－探究气体等温变化的规律
对气体等温变化规律实验的理解
例1 (1)在用注射器做“探究气体等温变化规律”的实验中，为了提高准确度，提出了如下几条措施：
A．注射器必须竖直固定在铁架台上，活塞表面应抹上适量的润滑油
B．实验时必须用手握住注射器以免晃动
C．实验时让活塞缓慢移动，待活塞稳定后再读数
D．计算时只需要将p、V单位分别统一，不必都化成国际制单位
E．计算得到的p、V值可能保留多位小数
其中不必要或不正确的是________．
(2)实验前，用适量的润滑油涂抹活塞，其目的是________；
检查润滑性的方法是_______________；
检查气密性的方法是_______________________________．
【答案】(1)B、E (2)密封和减小摩擦 拔去橡皮帽，注射器竖直放置时活塞自动下落 套上橡皮帽，封入一定量空气，拉压活塞释放后能自动复位
【解析】实验时应保持温度不变，所以不能用手握住注射器．保留多个小数位，误差会更大．
－玻意耳定律的理解及应用
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．
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．
玻意耳定律的理解及应用
例2 若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态，液体密度均为ρ，重力加速度为g，求各被封闭气体的压强．
甲 乙 丙 丁 戊
解：题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由受力平衡条件得
p甲S＋ρghS＝p0S，
解得p甲＝p0－ρgh．
题图乙中，由连通器原理及平衡条件知
pAS＋ρghS＝p0S，
解得p乙＝pA＝p0－ρgh．
题图丙中，以长度为h的液柱为研究对象，由平衡条件有
pA′S＋ρghsin 60°·S＝p0S，
题图丁中，由连通器原理及平衡条件得
p丁S＝p0S＋ρgh1S，
所以p丁＝p0＋ρgh1．
题图戊中，从开口端开始计算，右端大气压强为p0，同种液体同一水平面上的压强相同，
所以b气柱的压强为
pb＝p0＋ρg(h2－h1)，
故a气柱的压强为
pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)．
变式1 (2022年河北期末)水火箭可以演示反冲现象．如图所示，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．
解：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．
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．
－对气体等温变化图像的理解
对气体等温变化图像的理解及应用
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，关于气体的温度和分子平均速率的变化情况，下列说法错误的是 ( )
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．
变式2 如图所示为一定质量的理想气体的p－V图像，A、B是双曲线上的两点，△OAC和△OBD的面积分别为S1和S2，则 ( )
A．S1＜S2
B．S1＝S2
C．S1＞S2
D．S1与S2的大小无法确定
【答案】B
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．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，知压强增大，则体积减小，故B正确．
3．(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，故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．
4．(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．
5．(2023年广州阶段检测)用图甲所示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
乙
丙
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
【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，应缓慢推拉柱塞，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．
6．(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p0 V0＝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．(共46张PPT)
第二章 气体、固体和液体
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：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知道热平衡定律及温度的意义；②理解气体等温、等压、等容变化规律；③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．
1 温度和温标
学习目标 学法与考法
1．知道什么是状态参量，热平衡的概念，认识生活中的热平衡现象(重点)
2．知道温度计的构造，会使用常见温度计(重点)
3．理解温标、热力学温度的意义，掌握摄氏温度与热力学温度的区别与联系(重难点) 学法：①通过小组分析理解平衡态与热平衡态．②通过实验操作掌握使用温度计的方法，培养学生探索使用新器材的动手能力
考法：①考查对气体状态量和平衡态的理解．②考查对热平衡与温度的微观本质的理解．③考查对温度计和温标的理解
知识导图
课前 自主预习
状态参量与平衡态
1．热力学系统：由大量分子组成的____________．
2．外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体．
3．状态参量：为确定系统的状态所需要的一些物理量，如：________、________、温度等．
4．平衡态：无外界影响、________________的状态．
研究对象
体积
压强
状态参量稳定
当系统处于平衡态时，系统的所有性质都不随时间变化，是绝对不变的吗？
【答案】不是，平衡是一种理想情况，因为不受外界影响是不可能的．
(多选)下列物体中处于非平衡态的是 ( )
A．冰水混合物处在1 ℃的环境中
B．将一铝块放入沸水中加热较长的时间
C．冬天刚打开空调的教室内的气体
D．用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间
【答案】AC
【解析】冰水混合物在1 ℃的环境中要吸收热量，温度升高，不是平衡态，A符合；当铝块放在沸水中足够长的时间，铝块各部分的温度与沸水的温度相同，达到平衡态，B不符合；同理可知D也不符合；冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不同，不是平衡态，C符合．
热平衡与温度
1．热平衡：两个相互接触的系统，它们之间没有隔热材料，或通过导热性能好的材料接触，经过一段时间，这两个系统的状态参量不再发生变化，即这两个系统达到了_____________．
2．热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于__________．
3．温度：处于热平衡的系统之间有一“共同热学性质”，即________．这就是温度计能够用来测量温度的基本原理．
热平衡状态
热平衡
温度
两个相互接触的物体经过一定的时间一定能够达到热平衡吗？
【答案】不一定，如果一个物体的温度持续升高，两物体之间总存在一个温度差，此时就不是热平衡状态．
(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．不能处于热平衡状态
B．要看它们后来的温度是否相同
C．取决于其他状态参量是否相同
D．系统达到热平衡，其温度一定相同
【答案】BD
【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，故B、D正确．
温度计与温标
1．温度计
名称 原理
水银温度计 根据水银的__________的性质来测量温度
金属电阻温度计 根据金属铂的_______随温度的变化来测量温度
气体温度计 根据气体________随温度的变化来测量温度
热电偶温度计 根据不同导体因________产生电动势的大小来测量温度
热膨胀
电阻
压强
温差
2．温标：定量描述______的方法．
(1)摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为_______，水的沸点为_________．在0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成______等份，每份算作1 ℃．
(2)热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫“绝对温标”．
温度
0 ℃
100 ℃
100
(3)摄氏温度与热力学温度：
摄氏温度 摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是________，符号为 ℃
热力学温度 热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是________，符号为K
换算关系 T＝________________
摄氏度
开尔文
t＋273.15 K
物体温度由原来的温度升高了1 ℃，这个物体就是升高了273.15 K吗？
【答案】不是，只能说热力学温度也升高了1 K．
(多选)关于热力学温度，下列说法中正确的是 ( )
A．－33 ℃＝240 K
B．温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K
C．摄氏温度与热力学温度都可能取负值
D．温度由t ℃升至2t ℃，对应的热力学温度升高了273 K＋t
【答案】AB
【解析】T＝273 K＋t，由此可知－33 ℃＝240 K，A、B正确；初态热力学温度为273 K＋t，末态为273 K＋2t，温度变化t K，故D错误；对于摄氏温度可取负值的范围为0到－273 ℃，因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，故C错误．
课堂 重难探究
－对状态量和平衡态的理解
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．因此可以说，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．
对平衡态的理解
例1 (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．两个物体发生热传递时，它们组成的系统处于非平衡态
【答案】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，不一定各个状态参量都发生变化，A错误；系统处于平衡态或非平衡态，只是状态参量有无变化，因而C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，B正确；两个物体发生热传递时，状态参量不稳定，所以系统处于非平衡态，D正确．
变式1 关于热平衡，下列说法错误的是 ( )
A．用温度计测量温度是根据热平衡的原理
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a与b、c分别达到热平衡，则b、c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
【答案】B
【解析】当温度计的液泡与被测物体紧密接触时，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，最终使二者的温度达到相同，即达到热平衡，A、D正确，不符合题意；两个物体的温度相同时，不会发生热传递，B错误，符合题意；若a与b、c分别达到热平衡，三者温度一定相同，则b与c之间也达到了热平衡，C正确，不符合题意．
处理平衡态问题要注意三点
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，直到系统内所有性质都不随时间变化为止．
3．系统与外界没有能量的交换．
－对热平衡与温度、温度计和温标的理解
1．温度
(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：各自处于热平衡状态的两个系统，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，是大量分子热运动时平均动能的标志．
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．
2．热平衡
(1)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度．
(2)若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，则A的温度等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理．
3．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．因为互为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，即可比较温度的高低．
4．温标
(1)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标．
(2)比较摄氏温标和热力学温标．
比较 摄氏温标 热力学温标
提出者 摄尔修斯和施勒默尔 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 －273.15 ℃
比较 摄氏温标 热力学温标
温度名称 摄氏温度 热力学温度
温度符号 t T
单位名称 摄氏度 开尔文
单位符号 ℃ K
关系 T＝t＋273.15 K，粗略表示：T＝t＋273 K
对热平衡与温度的理解
例2 (多选)关于平衡态和热平衡，下列说法中不正确的有 ( )
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等的
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
【答案】ACD
【解析】一般来说，描述系统的状态参量不只是一个，根据平衡态的定义知所有性质都不随时间变化，系统才处于平衡态，A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，B正确、D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，C错误．
变式2 (多选)下列有关热平衡的说法，不正确的是 ( )
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】ABD
【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A错误；热平衡定律对多个系统也适用，故B错误；由热平衡的意义可知，C正确；温度相同是热平衡的标志，必须相同，故D错误．
变式3 关于热力学温度，下列说法正确的是 ( )
A．27 ℃相当于301.15 K
B．摄氏温度与热力学温度都可能取负值
C．温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K
D．温度由t升至2t，对应的热力学温度升高了273.15 K＋t
【答案】C
【解析】根据热力学温度与摄氏温度关系可T＝t＋273.15 K＝(27＋273.15) K＝300.15 K，A错误；因为绝对零度不能达到，故热力学温度不可能取负值，而摄氏温度可以取负值，B错误；由热力学温度与摄氏温度关系式T＝t＋273.15 K，可知ΔT＝Δt，所以温度变化1 ℃，也就是变化1 K，C正确；温度由t升至2t，初态温度为t＋273.15 K，末态温度为2t＋273.15 K，对应的热力学温度升高了t K，D错误．
理解热力学温度与摄氏温度的要点
1．热力学温度与摄氏温度的关系是T＝t＋273.15 K，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)1 K，则摄氏温度也升高(或降低)1 ℃．
小练 随堂巩固
1．(2022年上海质检)气体初始温度为27 ℃，升高了20 ℃．则初始温度和温度变化量用热力学温标可分别表示为 ( )
A．27 K 20 K B．300 K 20 K
C．27 K 293 K D．300 K 293 K
【答案】B
【解析】气体初始温度为27 ℃，升高了20 ℃，摄氏温度与热力学温度的关系是T＝t＋273 K，则有初始温度t＝27 ℃，用热力学温标表示为T＝t＋273 K＝(27＋273)K＝300 K，温度变化量Δt＝20 ℃＝20 K，B正确，A、C、D错误．
2．(多选)下列说法正确的是 ( )
A．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量
B．如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统也必定处于热平衡
C．温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量
D．热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理
【答案】BCD
【解析】热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度，故A错误，C正确；由热平衡定律可知，若物体与A处于热平衡，它同时也与B处于热平衡，则A的温度便等于B的温度，这也是温度计用来测量温度的基本原理，故B、D正确．
3．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
【答案】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．
4．(多选)下列物体处于热平衡状态的是 ( )
A．冰水混合物处在0 ℃的环境中
B．将一铝块放入沸水中加热足够长的时间
C．冬天刚打开空调的教室内的空气
D．一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动，容器突然停止运动时，容器内的气体
【答案】AB
【解析】冰水混合物的温度为0 ℃，和环境的温度相同，处于热平衡状态，A正确；铝块在沸水中加热足够长的时间，铝块和水的温度相同，处于热平衡状态，B正确；冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不相同，未处于热平衡状态，C错误；匀速运动的容器突然停止运动时，机械能转化为气体的内能，容器内的气体温度升高，未达到热平衡状态，D错误．
