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第二章 | 气体、液体和固体
第一节 气体实验定律(Ⅰ)
核心素养点击
物理观念 (1)知道气体的等温变化。
(2)知道玻意耳定律的内容和公式，知道定律的适用条件。
(3)理解气体等温变化的p-V图像的物理意义。
科学思维 能用玻意耳定律求解简单的实际问题。
科学探究 学会通过实验的方法研究问题，探究物理规律，学习用图像对实验数据进行处理与分析，体验科学探究过程。
科学态度与责任 通过对气体等温变化规律的探究，培养学生严谨的科学态度与实事求是的科学精神。
一、玻意耳定律
1．填一填
(1)等温变化：一定质量的气体，在温度不变的条件下，其_____与_____变化时的关系。
(2)实验探究
①实验装置：如图所示。
压强
体积
空气柱
乘积
压力表
⑤实验结果：压强跟体积的倒数成______，即压强与体积成_____。
正比
反比
(3)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，其压强p与体积V成_____。
②公式：____＝c或p1V1＝______。
③适用条件：气体的______不变，温度不变。
2．判一判
(1)玻意耳定律是英国科学家玻意耳和法国科学家马略特各自通过实验发现的。 ( )
(2)公式pV＝c中的c是常量，是一个与气体无关的参量。 ( )
(3)对于温度不同的同种气体，C值是相同的。 ( )
反比
pV
p2V2
质量
√
×
×
答案：D
双曲线的一支
等温线
√
√
×
3．选一选
(多选)如图所示，p表示压强，V表示体积，T为热力学温度，下图中能正确描述一定质量的气体发生等温变化的是 ( )
答案：AB
探究(一) 封闭气体压强的计算
[问题驱动]
如图所示，在温度不变的情况下，把一根上端封闭的玻璃管竖
直插入水银槽中，插入后管口到槽内水银面的距离是L，若大气压
为p0，两液面的高度差为h。
(1)利用连通器原理，同种液体在同一水平液面上的压强是相等的，则玻璃管内液面处的压强和玻璃管口处的压强分别是多少？
提示：玻璃管内液面处的压强p1＝p0＋ρgh，玻璃管口处的压强p2＝p0＋ρgL。
(2)以玻璃管内的液体为研究对象，分析气体的压强是多少？
[重难释解]
1．系统处于平衡状态时，求封闭气体的压强
(1)连通器原理：在连通器中，同种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强是相等的，如图甲连通器在同一液面的C和D两点处的压强pC＝pD。
(2)玻璃管静止开口向上，用竖直高度为h的水银柱封闭一段空气柱，如图乙，则被封闭气体的压强为p2＝p0＋ρgh。应特别注意h是表示液面间的竖直高度，不一定是液柱长度。
(3)玻璃管静止开口向下，用竖直高度为h的水银柱封闭一段空气柱，如图丙，则被封闭气体的压强为p3＝p0－ρgh。
(4)在做托里拆利实验时，由于操作不慎，玻璃管上方混入气体，水银槽液面与玻璃管内液面的竖直高度差为h，如图丁，则气体的压强为p4＝p0－ρgh。
(5)求由固体封闭(如气缸或活塞封闭)的气体压强，一般对此固体(如气缸或活塞)进行受力分析，列出力的平衡方程。
2．容器变速运动时，封闭气体压强的计算方法和步骤
(1)取封闭气体接触的液体(或活塞、气缸)为研究对象。(并不是以气体为研究对象)
(2)对研究对象进行受力分析(气体对研究对象的作用力写成F＝pS形式)。
(3)对研究对象建立直角坐标系并进行受力分解。
(4)分别在x轴和y轴上列牛顿第二定律方程。
(5)解方程，并对结果进行分析。
典例1 如图所示，竖直放置的U形管，左端开口，右端封闭，管内有
a、b两段水银柱，将A、B两段空气柱封闭在管内。已知水银柱a长10 cm。
水银柱b两个液面间的高度差为5 cm，大气压强为
75 cmHg，求空气柱A、B的压强。
[解析] 设气体A、B产生的压强分别为pA、pB，管横截面积为S，
取a液柱为研究对象进行受力分析，如图甲所示，得pAS＋mag＝p0S，
而paS＝ρgh1S＝mag，
故pAS＋paS＝p0S
所以pA＝p0－pa＝75 cmHg－10 cmHg＝65 cmHg。
取液柱b为研究对象进行受力分析，如图乙所示，同理可得pBS＋pbS＝pAS
所以pB＝pA－pb＝65 cmHg－5 cmHg＝60 cmHg。
[答案] 65 cmHg 60 cmHg
求气体压强关键是分清容器是否为平衡状态，进而选择研究对象(整体或隔离)进行受力分析，列对应的状态方程。若容器处于平衡状态，则列方程F合＝0；若容器有一定加速度，则列方程F合＝ma。在确定研究对象时，要注意整体法和隔离法交替使用。
答案：C
2．有一段12 cm长的汞柱，在均匀玻璃管中封住一定质量的气体，若开
口向上将玻璃管放置在倾角为30°的光滑斜面上(如图所示)，在下滑
过程中被封闭气体的压强为(大气压强p0＝76 cmHg) ( )
A．76 cmHg B．82 cmHg
C．88 cmHg D．70 cmHg
答案：A
3．若已知大气压强为p0，在图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭气体的压强。
?注意事项
1．本实验应用物理实验中常用的控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系。
2．为保持等温变化，实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位。同时，改变体积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度。为保证气体密闭，应在活塞与注射器壁间涂上润滑油，注射器内外气体的压强差不宜过大。
[素养训练]
1．(2023·江苏高考)在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是( )
A．把柱塞快速地向下压
B．把柱塞缓慢地向上拉
C．在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
解析：因为该实验是要探究气体等温变化的规律，实验中要缓慢推动或拉动柱塞，目的是尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变；为了方便读取封闭气体的体积不需要在橡胶套处接另一注射器。
答案：B
答案：(1)AB (2)为过坐标原点的直线
(3)传感器与注射器间有气体 压强传感器与注射器连接部分的气体体积
探究(三) 玻意耳定律的理解及应用
[问题驱动]
(1)玻意耳定律成立的条件是气体的温度不太低、压强不太大，那么为什么在压强很大、温度很低的情况下玻意耳定律就不成立了呢？
提示：当压强很大、温度很低时气体分子间的距离很小，分子间的作用力不可忽略，气体分子本身所占的体积也不可忽略，由玻意耳定律计算的结果与实际结果差别较大。
(2)气体的质量变化时，还能使用玻意耳定律吗？
提示：可以使用，可以把发生变化的所有气体作为研究对象，应用玻意耳定律列方程求解。
[重难释解]
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．常量c：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
(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舍去。
典例3 (2022·广东高考)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。
[解析] 以瓶内封闭气体为研究对象，
在水面时，p1＝p0＝1.0×105 Pa，
V1＝V总－V水＝300 mL；
在水底时，p2＝p，
V2＝V总－V水′＝150 mL；
对气体由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，
代入数据解得p＝2.0×105 Pa，
设该处水底水深为h，则p＝p0＋ρgh，
代入数据解得h＝10 m。
[答案] 2.0×105 Pa 10 m
运用玻意耳定律的解题关键
应用玻意耳定律求解时，要明确研究对象，确认温度不变，根据题目的已知条件和求解的问题，分别找出初、末状态的状态参量，其中正确确定压强是解题的关键。
[素养训练]
1．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，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制
进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气 ( )
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
解析：水位升高，封闭气体体积减小，由玻意耳定律pV＝C可知压强变大，选项B正确。
答案：B
2．(2021·广东高考) 为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示。某种药瓶的容积为0.9 mL，内装有0.5 mL的药液，瓶内气体压强为1.0×105 Pa。护士把注射器内横截面积为0.3 cm2、长度为0.4 cm、压强为1.0×105 Pa的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强。
答案：1.3×105 Pa
探究(四) 等温变化的图像及应用
[问题驱动]
(1)若实验数据呈现气体体积减小、压强增大的特点，能否断定压强
与体积成反比？
[重难释解]
1．对p-V图像的理解
一定质量的气体，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p、V坐标的乘积都是相等的，如图甲所示。
2．同一坐标系内不同p-V图线的比较
玻意耳定律pV＝C(常量)，其中常量C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C越大，等温线离坐标轴越远。如图乙所示，4条等温线的关系为T4>T3>T2>T1。
3．两种等温变化图像的比较
续表
典例4 如图所示，空的薄金属筒开口向下静止于恒温透明的
液体中，筒中液面与A点齐平。现缓慢将其压到更深处，筒中液面
与B点齐平，不计气体分子间的相互作用，且筒内气体无泄漏。下
列图像中能体现筒内气体从状态A到状态B变化过程的是 ( )
[答案] C
[素养训练]
1．(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．由图可知T1＞T2
D．由图可知T1＜T2
解析：因为等温线是双曲线的一支，说明压强与体积成反比，A正确；一定质量的气体，压强一定时，温度越高，体积越大，所以不同温度下的等温线是不同的，B、D正确，C错误。
答案：ABD
2． 如图所示，一定质量的封闭气体由状态A沿直线AB变化到状态B，
在此过程中气体温度的变化情况是 ( )
A．一直升高
B．一直降低
C．先升高后降低
D．先降低后升高
解析：由于同一等温线上的各点pV值相同，而pV值较大的点所在的双曲线离坐标原点较远，因而对应的温度也较高。由题图可知A、B两点的pV值相同，A、B两点应在同一等温线上，而AB直线中点C对应的pV值比气体在A、B状态时的pV值大，即温度比气体在A、B状态时高，故气体由状态A沿直线AB变化到状态B的过程中，温度先升高后降低，C正确。
答案：C
一、培养创新意识和创新思维
1．如图所示为中学物理课上一种演示气体定律的有趣仪器——哈勃瓶，它
是一个底部开有圆孔，瓶颈很短的平底大烧瓶。在瓶内塞有一气球，气
球的吹气口反扣在瓶口上，瓶底的圆孔上配有一个橡皮塞。在一次实验
中，瓶内由气球和橡皮塞封闭一定质量的气体，在对气球缓慢吹气过程中，当瓶内气体体积减小ΔV时，压强增大20%。若使瓶内气体体积减小2ΔV，则其压强增大 ( )
A．20% B．30%
C．40% D．50%
解析：气体做等温变化，由玻意耳定律得pV＝1.2p(V－ΔV)，pV＝p′(V－2ΔV)，解得p′＝1.5p，其压强增大50%，故D正确。
答案：D
2．一种减震垫如图所示，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内充满体积为V0、压强为p0的气体。当平板状物品平放在气泡上时，气泡被压缩。若气泡内气体温度保持不变，当体积被压缩到V时，气泡与物品接触面的面积为S。求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力。
二、注重学以致用和思维建模
1．各种卡通形状的氦气球，受到孩子们的喜欢，小孩一不小心松手，氦气球就会飞向天空，上升到一定高度会胀破，这是因为 ( )
A．球内氦气温度升高 B．球内氦气压强增大
C．球外空气压强减小 D．以上说法均不正确
解析：气球上升，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，到一定程度时，气球就会胀破，故选C。
答案：C
2．(多选)如图所示是医院给病人输液的部分装置示意图。在输液过程中，下列说法正确的是 ( )
A．A瓶中的药液先用完
B．当A瓶中液面下降时，B瓶内液面高度保持不变
C．随着液面下降，A瓶内C处气体压强逐渐增大
D．随着液面下降，A瓶内C处气体压强保持不变
解析：在药液从B瓶中流出时，B瓶中封闭气体体积增大，温度不变，根据玻意耳定律知，气体压强减小，A瓶中气体将A瓶中药液压入B瓶补充，所以B中流出多少药液，A瓶就会有多少药液流入B瓶，所以B瓶液面高度保持不变，直到A瓶药液全部流入B瓶，所以A瓶药液先用完，故A、B正确；A瓶瓶口处压强和大气压相等，但液面下降，药液产生的压强减小，因此A瓶内封闭气体压强增大，故C正确，D错误。
答案：ABC
3．(2022·河北高考)水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强p0。活塞面积为S，隔板两侧气体体积均为SL0，各接触面光滑。连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋转至竖直方向，稳定后，上部气体的体积为原来的，设整个过程温度保持不变，求：
(1)此时上、下部分气体的压强；
(2)“H”型连杆活塞的质量(重力加速度大小为g)。(共27张PPT)
第四节 液体的表面张力
核心素养点击
物理观念 (1)知道液体的表面张力，了解表面张力形成的原因。
(2)了解浸润和不浸润现象。
(3)知道毛细现象及形成的原因。
科学思维 (1)会分析浸润和不浸润产生的原因。
(2)会用分子动理论解释毛细现象。
科学探究 了解材料科学的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响。
一、表面张力
1．填一填
(1)实验：观察肥皂膜和棉线的变化
结果表明：液体的表面具有_____趋势。
收缩
(2)表面层
①定义：液体表面跟______接触的薄层。
②特点：分子比较稀疏，分子间距r略大于r0，分子间的作用力表现为______。
③表面张力：在液体表面层内的各个方向上都存在，力的方向跟液面相切，且与分界面______，使液体表面_______的力。
2．判一判
(1)表面张力的作用是使液面具有收缩的趋势。 ( )
(2)表面张力是液体表面各部分间存在的相互吸引力。 ( )
(3)水黾可以停在水面上不是表面张力引起的。 ( )
气体
引力
垂直
绷紧
√
√
×
3．想一想
慢慢向小酒杯中注水，即使水面高出杯口，为什么水仍不会流出来？
提示：慢慢向酒杯中注水，由于表面张力的作用，使液体表面呈一弧形，即使水面稍高出杯口，水也不会流出来。
二、毛细现象
1．填一填
(1)浸润：液体与固体的接触面有______的趋势，液体会附着在固体的表面上的现象。
(2)不浸润：液体与固体的接触面有______的趋势，液体不会附着在这种固体的表面上的现象。
(3)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。
(4)毛细管中，当液体上升到一定的高度时，液体所受重力与液体表面张力向上的拉力平衡时，液面稳定在一定的______。
2．判一判
(1)一种液体如果浸润某种固体，则它将浸润各种固体。 ( )
(2)液体与固体附着层之间的作用力表现为引力时，液体与固体之间浸润。 ( )
(3)毛细管中液面上升是液体浸润现象的表现。 ( )
扩张
收缩
上升
下降
×
×
√
高度
3．选一选
(多选)下列关于浸润(不浸润)现象与毛细现象的说法正确的是 ( )
A．水可以浸润玻璃但不能浸润蜂蜡
B．浸润液体和不浸润液体都有可能发生毛细现象
C．浸润液体都能发生毛细现象，不浸润液体都不能发生毛细现象
D．浸润液体和不浸润液体在细管中都上升
解析：水可以附着在玻璃表面上，即水可以浸润玻璃，但不会附着在蜂蜡上，即不浸润蜂蜡，所以同一液体对不同的固体，有的可能发生浸润现象，有的可能发生不浸润现象，这与液体和固体的分子作用力有关。浸润液体和不浸润液体都能发生毛细现象，在细管中沿管壁上升的是浸润液体，沿管壁下降的是不浸润液体。故A、B正确，C、D错误。
答案：AB
探究(一) 液体表面张力的理解及应用
[问题驱动]
为什么曲别针没有沉入到烧杯的底部？为什么水黾可以停在水面上？
提示：曲别针和水黾可以在水面上静止是由于液体表面存在表面张力的作用。
[重难释解]
1．液体表面张力的成因
(1)分子间距离特点：由于蒸发现象，液体表面分子分布比内部分子稀疏。
(2)分子力特点：液体内部分子间距离略小于r0，分子间的作用力表现为斥力，而液体表面层分子之间距离略大于r0，分子间作用力表现为引力。
(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。
(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
条分界线，如图所示。
2．表面张力及其作用
(1)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)。
(2)表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关。
典例1 液体表面具有收缩的趋势，其原因是( )
A．由于液体表面分子间距离小于平衡距离r0，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
B．由于液体表面分子间的距离大于平衡距离r0，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
C．由于液体表面的分子受到外部空气分子的吸引力，所以液体表面具有收缩的趋势
D．因液体具有流动性，所以液体表面具有收缩的趋势
[解析] 液体表面之所以具有收缩的趋势，与其结构密不可分。在液体的表面层中，液体分子的分布比较稀疏，因此分子间的距离大于平衡距离r0，故液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故选项B正确，A、C、D错误。
[答案] B
[素养训练]
1．关于液体的微观结构，下列说法正确的是 ( )
A．液体分子间距离很大，相互作用力很弱
B．液体分子在杂乱无章地运动，无任何规律性
C．液体分子在振动，但无确定的平衡位置
D．液体分子排列整齐，在确定的平衡位置附近振动
解析：液体很难压缩，说明液体分子间距较小，故A错误；液体分子在永不停息地做无规则热运动，单个分子运动无规律，但大量分子运动表现出统计规律，故B错误；液体分子在振动，由于流动性，无确定的平衡位置，故C正确，D错误。
答案：C
2．(多选)下列现象中，能说明液体存在表面张力的是 ( )
A．水黾(一种昆虫)可以停在水面上
B．叶面上的露珠呈球形
C．滴入水中的红墨水很快散开
D．悬浮在水中的花粉做无规则运动
解析：由于表面张力的存在，使得液体表面如同一张绷紧的橡皮膜，富有弹性且具有使液面收缩到最小的趋势，水黾可以停在水面上，叶面上的露珠呈球形都是由于表面张力存在造成的，故选项A、B正确；滴入水中的红墨水很快散开，悬浮在水中的花粉做无规则运动都是由于水分子在做无规则运动造成的，选项C、D错误。
答案：AB
3．如图所示，先把一个棉线圈拴在铁丝环上，再把铁丝环在肥皂液
里浸一下，使铁丝环上布满肥皂液薄膜。如果用热针刺破棉线圈
里那部分薄膜，则棉线圈将成为圆形，主要原因是 ( )
A．液体表面层分子间的斥力作用
B．液体表面受重力作用
C．液体表面的张力作用
D．棉线圈的张力作用
解析：由于液体表面层内分子间距离比较大，液体表面张力使得液体表面具有收缩的趋势，故松弛的棉线圈变为圆形，C正确。
答案：C
探究(二) 浸润、不浸润及毛细现象分析
[问题驱动]
如图所示，几根内径粗细不同的细玻璃管插入一浅水槽和水银槽中，出现了图中的几种现象。
(1)可以看到什么现象发生？
提示：管内水面高出水槽里水面，而且越细的管，水面上升得越高。管内水银面低于水银槽里水银面，而且越细的管，水银面下降得越多。
(2)这是什么物理现象？从以上实验中可以看出这种现象的明显程度与什么因素有关呢？
提示：浸润液体在细管里上升的现象和不浸润液体在细管里下降的现象，叫作毛细现象。毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管内径越小，高度差越大。
[重难释解]
1．浸润和不浸润现象成因
(1)附着层内分子受力情况：液体和固体接触时，接触的位置形成一个液体薄层，叫作附着层，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．毛细现象成因
(1)两种表现：浸润液体在细管中上升，以及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。
如图所示，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，液体会受到一向上的作用力，因而管内液面要比管外高；
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一向下的力，因而管内液面比管外低。
典例2 关于浸润和不浸润及毛细现象，下列说法中正确的是 ( )
A．水银是浸润液体，水是不浸润液体
B．在内径小的容器里，如果液体能浸润容器壁，则液面成凹形，且液体在容器内上升
C．如果固体分子对液体分子的引力较弱，就会形成浸润现象
D．两端开口、内径不同的几支细玻璃管竖直插入水中，管内水柱高度相同
[解析] 液体对固体是否发生浸润现象，是由液体和固体共同决定的，A错误；如果液体浸润容器壁就会形成凹面，且液体在容器中上升，B正确；如果固体分子对液体表面层分子的引力大于液体内部分子的引力，附着层内的分子较密，分子力表现为斥力，会看到液体的浸润现象，C错误；内径不同的几支细玻璃管，管内水柱的高度不同，管越细，高度越高，毛细现象越明显，D错误。
[答案] B
(1)对同一种固体，有些液体浸润，有些液体不浸润；同一种液体，对一些固体是浸润的，对另一些固体是不浸润的。例如，水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡；水银不能浸润玻璃，但能浸润铅。
(2)浸润情况下，管内液面呈凹形，管内液面要比管外高；不浸润情况下，管内液面呈凸形，管内液面比管外低。毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管内径越小，高度差越大。
[素养训练]
1．(多选)如图所示，液体表面跟气体接触的薄层，被称为表面层，固体与液体的表面接触的薄层，被称为附着层，对于液体在器壁附近发生弯曲的现象，下列说法正确的是 ( )
A．表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏
B．表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部密
C．附着层Ⅰ内分子的分布比液体内部密
D．附着层Ⅱ内分子的分布比液体内部疏
解析：表面层内分子比液体内部疏，表现为引力，A正确，B错误；附着层Ⅰ内液体分子比液体内部分子密集，附着层内液体分子间距离小于r0，附着层内分子间作用表现为斥力，附着层有扩散趋势，C正确；附着层Ⅱ内液体分子比液体内部分子稀疏，附着层内液体分子间距离大于r0，附着层内分子间作用表现为引力，附着层有收缩的趋势，D正确。
答案：ACD
2．(多选)同一种液体，滴在固体A的表面时，出现如图甲所示的情况；
当把毛细管B插入这种液体时，液面又出现如图乙所示的情况，若
A固体和B毛细管都很干净，则下列说法正确的是 ( )
A．固体A和B管可能是同种材料
B．固体A和B管一定是不同种材料
C．固体A的分子对液体附着层内的分子的引力比B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B有浸润现象
解析：由甲、乙两图可知：该液体对固体A不浸润，对毛细管B浸润，故A、B不是同种材料，A错误，B正确；根据对浸润和不浸润的微观解释及宏观表现，可知C、D正确。
答案：BCD
一、培养创新意识和创新思维
(选自鲁科版新教材课后练习)如图所示，通电雾化玻璃是将液晶膜固化在两片玻璃之间，未通电时，看起来像一块毛玻璃，不透明；通电后，看起来像一块普通玻璃，透明。通电雾化玻璃能满足玻璃的通透性和保护隐私的双重要求，被广泛应用于各领域。请根据液晶的特点，分析其工作原理。
提示：在未通电时，液晶膜中的液晶分子无规则排列，像一块毛玻璃，使入射光在液晶膜内发生漫反射，光线可以通过，但通过较少，不透明；通电后，弥散分布的液晶分子迅速变为有规则排列，整个液晶膜相当于一块透明玻璃。
二、注重学以致用和思维建模
1．(多选)下列说法正确的是 ( )
A．浸润液体在细管里能上升
B．不浸润液体在细管里能下降
C．建筑房屋时，在砌砖的地基上要铺一层油毡或涂过沥青的厚纸，这是为了增加毛细现象使地下水容易上升
D．农田里如果要保存地下的水分，就要把地面的土壤锄松，可以减少毛细现象的发生
解析：液体浸润管壁，沿附着层的面积有扩张趋势使液体在细管里上升，相反，不浸润液体在细管里能下降，A、B正确；农田里把地面的土壤锄松是破坏这些毛细管；建筑房屋时，在砌砖的地基上要铺一层油毡或涂过沥青的厚纸，是因为水对油和沥青不浸润，都是为了减少毛细现象的发生，C错误，D正确。
答案：ABD
2． (2021·山东德州调研)戴一次性医用防护口罩是预防流感的有效措
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，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．照片中水滴表面层分子比水的内部密集
D．水对所有材料都是不浸润的
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，A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，B正确；照片中水滴为球形，水滴表面层分子比水的内部分子间距大，分子之间的作用力表现为引力形成的，即存在表面张力，则照片中水滴表面层分子应比水的内部稀疏，C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，D错误。
答案：B(共32张PPT)
一、主干知识成体系
第二章 气体、液体和固体
二、迁移交汇辨析清
(一)气体实验定律的理解及应用
[典例1] 一个质量不计的活塞将一定质量的理想气体封闭在
上端开口的圆筒形容器内，活塞上堆放着铁砂，如图所示，最初
活塞搁置在容器内壁的固定卡环上，气柱的高度为H0，横截面积为S，压强等于大气压强p0，现对气体缓慢加热，当气体温度升高了ΔT＝60 K时，活塞及铁砂开始离开卡环而上升，继续加热直到气柱高度为H1＝1.5H0。此后，在维持温度不变的条件下逐渐取出铁砂，直到铁砂全部取走时，气柱高度为H2＝1.8H0，求此时气体的温度(不计活塞与容器之间的摩擦)。
[答案] 540 K
(二)变质量问题及处理方法
1．打气问题
选择原有气体和即将充入的气体作为研究对象，就可把充气过程中气体质量变化问题转化为定质量气体的状态变化问题。
2．抽气问题
将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程可以看成是等温膨胀过程。
3．灌气问题
把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题。
4．漏气问题
选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象，便可使问题变成一定质量气体的状态变化问题。
典例2 如图，一容器由横截面积分别为2S和S的两个气缸连通而成，容器平放在水平地面上，气缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气。平衡时，氮气的压强和体积分别为p0和V0，氢气的体积为2V0，空气的压强为p。现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两气缸的连接处，求：
(1)抽气前氢气的压强；
(2)抽气后氢气的压强和体积。
[针对训练]
2．钢瓶中装有一定质量的气体，现在用两种方法抽取钢瓶中的气体，第一种方法是用小抽气机，每次抽出1 L气体，共抽取两次，第二种方法是用大抽气机，一次性抽取2 L气体，在抽气过程中无漏气，且温度不变，则这两种抽法中，抽取气体质量较多的是 ( )
A．第一种抽法
B．第二种抽法
C．两种抽法抽出气体质量一样多
D．无法判断
答案：A
3．轮胎气压是行车安全的重要参数。某型号汽车轮胎容积V0为25 L，安全气压范围为2.4～3.0 atm。汽车行驶一段时间后，发现胎压下降到p1＝2.0 atm，用车载气泵给其充气，气泵每秒钟注入0.5 L压强为p0＝1.0 atm的空气。忽略轮胎容积与气体温度的变化。为使气压回到安全范围，求气泵工作的时间范围。
解析：外部向内部充气的过程，根据玻意耳定律有
pV0＝p1V0＋p0V
设气泵工作的时间为t，则有V＝0.5t(L)
联立两式得pV0＝p1V0＋p0×0.5t
代入数据得p＝2＋0.02t(atm)
由于2.4 atm≤p≤3.0 atm
得20 s≤t≤50 s。
答案：20 s≤t≤50 s
(三)固体和液体的性质
1．晶体和非晶体
(1)单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。
(2)只要具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。
(3)单晶体具有天然规则的几何外形，而多晶体和非晶体没有天然规则的几何外形，所以不能从形状上区分晶体与非晶体。
(4)晶体和非晶体不是绝对的，在某些条件下可以相互转化。
(5)液晶既不是晶体也不是液体。
2．液体表面张力
(1)形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间作用力表现为引力。
(2)表面特征：表面层中分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层张紧的弹性薄膜。
(3)表面张力的方向：和液面相切，垂直于液面上的各条分界线。
(4)表面张力的效果：使液体表面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形表面积最小。
典例3 (多选)关于固体、液体和气体，下列说法中正确的是 ( )
A．慢慢向小茶杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不会流下来，此现象与液体表面张力有关
B．具有各向同性的物质一定没有确定的熔点
C．某种液体和固体接触，当固体分子对液体分子的吸引力大于液体分子之间的吸引力时，该液体浸润固体
D．液晶的物理性质稳定，外界条件的变动不会引起液晶分子排列变化
[解析] 液体表面张力是液体表面层内的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大，分子力表现为引力的结果，液体的表面张力使液面具有收缩到表面积最小的趋势，慢慢向小茶杯中注水，即使水面高出杯口，水仍不会流下来，此现象与液体表面张力有关，A正确；多晶体是各向同性的，但有确定的熔点，B错误；某种液体和固体接触时存在附着层，当附着层内的分子比液体内部分子密集时，分子力表现为斥力，该液体浸润固体，C正确；液晶具有液体的流动性，其物理性质并不稳定，液晶分子的排列是不稳定的，外界的微小变动就能引起液晶分子排列的变化，D错误。
[答案] AC
[针对训练]
4．(多选)关于固体、液体的性质，下列说法正确的是 ( )
A．非晶体不可能转化为晶体
B．单晶体有确定的熔点，多晶体没有确定的熔点
C．某些细小的昆虫能够在水面上自由运动而不下沉，说明水的表面具有张力作用
D．玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，其尖端变钝，这是由于表面张力的作用
解析：有的非晶体在一定条件下可以转化为晶体，选项A错误；单晶体和多晶体都有确定的熔点，选项B错误；细小的昆虫能够在水面上自由运动而不下沉，玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，其尖端变钝，这两个实例都说明液体的表面具有张力作用，则C、D正确。
答案：CD
5．由于海水表面有表面张力的作用，水珠之间相互吸引着，这样使得风很难把水珠刮起，只能够形成海浪，所以海洋上的风中只带有少量的水沫；而沙漠中的沙子却不一样，沙粒之间几乎没有作用力，所以风很容易刮起大量的沙子……根据以上规律联系所学知识请你设想，如果玻璃杯中盛有少量水银，放在太空轨道上运行的宇宙飞船内，水银在杯子中将呈现如图所示的怎样的形状 ( )
解析：在宇宙飞船内处于完全失重的情况下，由于重力的存在而产生的一切现象随之消失，因为液体的表面张力不受失重的影响，水银不浸润玻璃，水银的形状只由表面张力来决定。在液体表面张力的作用下，水银的表面有收缩到最小的趋势，而体积一定时，球形的表面积最小，所以最终水银会呈现球形，D正确。
答案：D
三、创新应用提素养
1. (多选)如图所示，a、b是航天员在飞船实验舱做水球实验时水球中形成的两个气泡，a、b两气泡温度相同且a的体积大，气泡内的气体视为理想气体，则下列说法正确的是 ( )
A．水球呈球形是表面张力作用的结果
B．a内气体的分子平均动能比b内的小
C．a内气体的分子平均动能比b内的大
D．在水球表面滴一小滴红墨水，若水球未破，最后水球将呈红色
解析：水球呈球形是表面张力作用的结果，故A正确；温度是分子热运动的平均动能的标志，故a内气体的分子平均动能与b的等大，B、C错误；在水球表面滴一小滴红墨水，若水球未破，将发生扩散现象，最后水球将呈红色，故D正确。
答案：AD
2．容积V＝20 L的钢瓶充满氧气后，压强p ＝10 atm，打开钢瓶阀门，让氧气分装到容积为V′＝5 L的小钢瓶中去，小钢瓶已抽成真空。分装完成后，每个钢瓶的压强p′＝2 atm。在分装过程中无漏气现象，且温度保持不变，那么最多可能装的瓶数是 ( )
A．4瓶 B．10瓶
C．16瓶 D．20瓶
解析：取原来钢瓶中的所有气体为研究对象，初态p＝10 atm，V＝20 L，末态p′＝2 atm，V1＝V＋nV ′(n为瓶数)，根据玻意耳定律可得pV＝p′V1，代入数据解得n＝16，故C正确。
答案：C
3．热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13 m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10－2 m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107 Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106 Pa；室温温度为27 ℃。氩气可视为理想气体。
(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；
(2)将压入氩气后的炉腔加热到1 227 ℃，求此时炉腔中气体的压强。
解析：(1)设初始时每瓶气体的体积为V0，压强为p0；使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时，其体积膨胀为V1。由玻意耳定律
p0V0＝p1V1 ①
被压入到炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为
V1′＝V1－V0 ②
设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2，体积为V2。
由玻意耳定律
p2V2＝10p1V1′ ③
答案：(1)3.2×107 Pa (2)1.6×108 Pa (共37张PPT)
第五节 晶体
核心素养点击
物理观念 (1)知道固体分为晶体和非晶体两大类，知道它们物理性质的区别。
(2)知道晶体分为单晶体和多晶体，知道它们物理性质的异同。
(3)了解晶体的微观结构。
(4)了解液晶及其应用。
科学思维 学会用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。
科学探究 实验探究单晶体和多晶体导热、导电性能的区别。
一、晶体与非晶体
1．填一填
(1)固体分类
①晶体：如_______、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精等。
②非晶体：如______、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。
石英
玻璃
固体分类 宏观外形 物理性质
非晶体 没有规则的_____ ①没有确定的熔点
②沿各个方向的物理性质表现为_________
晶体 单晶体 有天然规则的_________ ①有确定的_____
②某些物理性质表现为_________
多晶体 没有确定的_________ ①有确定的______
②沿各个方向的物理性质表现为_________
(2)晶体与非晶体的区别
外形
各向同性
几何形状
熔点
各向异性
几何形状
熔点
各向异性
2．判一判
(1)所有晶体都具有天然规则的几何外形。 ( )
(2)没有确定熔点的固体一定是非晶体。 ( )
(3)物理性质表现为各向同性的一定是非晶体。 ( )
×
×
√
二、晶体的微观结构
1．填一填
(1)规则性：单晶体的原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的________。
(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_____。例如，石墨和金刚石。有些晶体在一定条件下可以转化为非晶体。例如，天然石英是晶体，熔化后再凝固成石英玻璃就是非晶体。
周期性
不同规则
晶体
2．判一判
(1)同一种物质只能形成一种晶体。 ( )
(2)有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体。 ( )
(3)金刚石是晶体，石墨是非晶体。 ( )
3．想一想
石墨和金刚石都是由碳原子组成的，为什么石墨很软，而金刚石却很坚硬呢？
提示：组成石墨和金刚石的碳原子在空间的排列规则不同，金刚石中碳原子的作用力很强，而石墨中网层之间的碳原子间的作用力很弱，所以金刚石很坚硬，石墨却很松软。
×
×
√
三、液晶
1．填一填
(1)液晶构成：液晶多由棒状_____分子构成。
(2)物理性质
①具有液体的_______。
②具有晶体的光学各向_____。
(3)液晶的用途
①应用于手机屏幕、平板电视等显示设备中。
②在生命科学中的应用：利用生物膜研究离子的渗透性，了解机体对药物的吸收等生理过程。
有机
流动性
异性
2．判一判
(1)液晶是一种晶体。 ( )
(2)液晶是一种液体。 ( )
(3)液晶具有晶体的光学各向异性。 ( )
3．想一想
液晶电视已经走进寻常百姓家，液晶显示器是如何显示各种颜色的呢？
提示：在液晶中渗入少量多色性染料，当液晶中电场强度不同时，它对不同颜色的光吸收强度不一样，从而显示出各种颜色。
×
×
√
探究(一) 晶体和非晶体的比较
[问题驱动]
如图所示，是我们生活中常见的固体。
(1)说明两组固体：玻璃、蜂蜡、硬塑料和盐粒、明矾、石英的外表有何不同？
提示：盐粒、明矾、石英属晶体，有规则的几何外形；玻璃、蜂蜡、硬塑料属非晶体，没有规则的几何外形。
(2)在日常生活中我们有时见到的盐粒并非有规则的几何形状，这是为什么呢？
提示：粘在一起的盐块是多晶体，不具有规则的几何外形，单个的晶体颗粒是单晶体，具有规则的几何外形。
[重难释解]
1．单晶体、多晶体及非晶体的比较
(1)区别：固体可以分为晶体、非晶体两大类，其中晶体又分为单晶体和多晶体，其区别和联系如下：
(2)联系：在一定条件下，晶体可以变为非晶体，非晶体也可以变为晶体。
2．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沿不同方向去测试单晶体的物理性能时，测试结果不同。
②通常所说的物理性质包括弹性、机械强度、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——沿不同方向热传递的快慢不同。
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。
典例1 关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是 ( )
A．可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体
B．一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片一定是非晶体
C．一个固体，如果沿其各方向的导电性不同，则该固体一定是晶体
D．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则一定是多晶体
[解析] 多晶体和非晶体都显示各向同性，只有单晶体显示各向异性，所以A错误，C正确；单晶体具有各向异性的特性，仅是指某些物理性质，并不是所有的物理性质都是各向异性的，换言之，某一物理性质显示各向同性，并不意味着该物质一定不是单晶体，所以B、D错误。
[答案] C
晶体与非晶体、单晶体与多晶体的判断
区分晶体和非晶体的方法是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，仅从各向同性或几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体。区分单晶体和多晶体的方法是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。
[素养训练]
1．判断晶体和非晶体比较准确的方法是 ( )
A．从外形判断
B．从各向异性和各向同性判断
C．从导电性判断
D．从有无确定熔点判断
解析：晶体可以分为单晶体和多晶体，其中多晶体与非晶体在外形上都是没有规则的几何形状，物理特性上都表现为各向同性，所以区分晶体和非晶体不能从外形和物理特性进行判断，但是所有的晶体都具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，所以可以从有无确定熔点来区分晶体与非晶体。
答案：D
2．(多选)关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是 ( )
A．有规则的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．非晶体在适当的条件下可能转化为晶体
D．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点
解析：外形是否规则可以用人工的方法处理，所以A选项错误；多晶体在物理性质上是各向同性的，B选项错误；实验证明非晶体在适当的条件下可以转化为晶体，C选项正确；晶体与非晶体的区别表现在是否有确定的熔点，D选项正确。
答案：CD
探究(二) 对晶体微观结构的理解
[问题驱动]
如图是食盐晶体中的氯离子和钠离子分布的示意图，氯离子和
钠离子是在图示位置静止不动吗？
提示：它们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。
[重难释解]
1．晶体的微观结构特点
(1)组成晶体的物质微粒(分子、原子或离子)，按照一定的规则在空间中整齐地排列。
(2)晶体中物质微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离。
(3)微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动。
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。
典例2 (多选)关于晶体和非晶体，正确的说法是 ( )
A．它们的微观结构不同
B．单晶体内部的物质微粒有规则地排列，而非晶体内部的物质微粒不规则地排列
C．晶体内部的物质微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着的
D．在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不相等的是非晶体
[解析] 晶体内部结构是有规则的，而非晶体内部结构是无规则的，选项A、B正确；物质微粒都是永不停息地运动着的，选项C错误；从物质微观结构看，选项D错误。
[答案] AB
解释固体宏观特征的方法
(1)物质微粒的规则排列决定了固体有规则的几何形状、各向异性、有确定熔点等性质。
(2)物质微粒的不规则排列决定了固体没有规则的几何形状、各向同性、无确定熔点等性质。
[素养训练]
1．(多选)关于石墨与金刚石的区别，下列说法中正确的是 ( )
A．石墨和金刚石是由不同物质生成的不同晶体
B．石墨和金刚石是由同种物质生成的不同微观结构的晶体
C．金刚石中原子间作用力比石墨的大，金刚石有很大的硬度
D．金刚石是单晶体，石墨是多晶体
解析：石墨和金刚石的化学成分相同，即是同种物质组成的不同晶体，即它们的微观结构不同，所以构成不同的晶体，且都是单晶体，具有不同的物理性质。故B、C正确，A、D错误。
答案：BC
2．(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，而且具有一定的熔点，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．晶体在熔化时吸收的热量，破坏空间点阵结构，增加分子势能，同时分子平均动能增加
C．晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上的物质微粒的性质不同
D．晶体在熔化时吸收热量，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
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的性质完全一样，可见其各向异性不是因为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，则A正确，C错误；晶体在熔化时吸收热量，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，分子的平均动能不变，则B错误，D正确。
答案：AD
探究(三) 液晶的特点和应用
[问题驱动]
随着人们对物质状态认识的深入，发现物质除了通常呈现的固态、
液态和气态外，还存在着一些其他的状态，如等离子态、液晶态、超导
态、中子态等。其中的液晶态具有的一些独特的光学性质，被人们不断地认识和应用。
液晶可以作为显示元件，这利用了液晶的什么性质？
提示：液晶可用作显示元件是利用了其光学性质的各向异性。液晶受外加电压的影响，会由透明状态变成混浊状态而不再透明，去掉电压，又恢复透明，当输入电信号，加上适当电压，透明的液晶变得混浊，从而显示出设定的文字或图像。
[重难释解]
1．液晶的特点
(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。通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态。
2．液晶的应用
液晶可以作为显示元件，在生物医学、电子工业、航空工业中都有重要作用。笔记本电脑、液晶电视、可视电话……液晶一步步地深入我们的生活，在显示器中扮演主要角色。
典例3 (多选)甲、乙、丙、丁四位同学组成合作学习小组，对晶体和液晶的特点展开了讨论，他们的说法正确的是 ( )
A．甲说，晶体有单晶体和多晶体，单晶体有天然规则的几何外形
B．乙说，多晶体是由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熔点
C．丙说，液晶就是液态的晶体，其光学性质与多晶体相似，具有各向异性
D．丁说，液晶是一种在分子结构上介于固体和液体之间的中间态，它具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性
[解析] 晶体分为单晶体和多晶体，单晶体有天然规则的几何外形，而多晶体是由许多单晶体杂乱无章组合而成，多晶体没有天然规则的几何外形，A选项正确；晶体有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，B选项错误；液晶是一种介于固体与液体之间的中间态，它既具有液体的流动性，又像某些晶体一样具有光学各向异性，选项C错误，D正确。
[答案] AD
[素养训练]
1．下列关于液晶的说法中正确的是 ( )
A．液晶在电压作用下的光学性质不会改变
B．液晶的状态不会受温度的影响
C．液晶和液体没有区别
D．在显示器方面的应用是液晶的主要应用方向
解析：温度、压力、电磁作用等可以改变液晶的光学性质，故A错误；液晶的状态受温度的影响，故B错误；液晶具有液体和晶体的性质，与一般的液体并不相同，故C错误；液晶由于受电压等因素的影响可以改变其光学性质，所以目前在显示器方面的应用是液晶的主要应用方向，故D正确。
答案：D
2．关于液晶，以下说法不正确的是 ( )
A．液晶既具有流动性，又具有光学性质各向异性
B．液晶分子排列的有序性介于固体和液体之间
C．当液晶中电场强度不同时，它对不同颜色的光吸收强度就不同
D．任何物质都有液晶态
解析：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各向异性，故A正确；液晶一方面像液体具有流动性，另一方面又像晶体，分子在特定方向排列比较整齐有序，具有各向异性的特点，故B正确；液晶具有各向异性，对不同颜色光的吸收强度随电场强度的变化而变化，故C正确；并不是所有物质都有液晶态，只有某些有机化合物才有液晶态，故D错误。
答案：D
一、培养创新意识和创新思维
1．(选自鲁科版新教材课后练习)晶体在熔化过程中吸收的热量主要用于书 ( )
A．增加分子动能 B．增加分子势能
C．增加分子势能和分子动能 D．不增加分子势能和分子动能
解析：晶体有确定的熔点，熔化过程中温度不变，分子平均动能不变，吸收的热量主要用于破坏空间点阵结构，增加分子势能，故选项B正确，A、C、D均错误。
答案：B
2．(多选)2020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
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。
答案：CD
二、注重学以致用和思维建模
1．(多选)在甲、乙、丙三种固体薄片的上表面涂一层很薄的石蜡，用烧热的钢针接触固体薄片的下表面，石蜡熔化的范围分别如图(a)(b)(c)所示，而甲、乙、丙在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(d)所示，下列说法正确的是( )
A．甲、乙为非晶体，丙为晶体
B．甲、丙为晶体， 乙为非晶体
C．甲、丙为非晶体，乙为晶体
D．甲可能为多晶体， 乙为非晶体，丙为单晶体
解析：由题图(d)可知，甲、丙有确定的熔点，而乙没有确定的熔点，故甲、丙为晶体，乙为非晶体，又由题图(a)、(c)可知，甲具有各向同性，而丙具有各向异性，所以甲可能为多晶体，而丙为单晶体，由上所述可知，选项B、D均正确，A、C均错误。
答案：BD
2．某实验小组想测试两种材料的导电性能，他们将这两种材料加工成厚度均匀、横截面为正方形的几何体，分别如图甲、乙所示，经测试发现，材料甲沿ab、cd两个方向的电阻相等，材料乙沿ef方向的电阻大于沿gh方向的电阻，关于这两种材料，下列说法中正确的是 ( )
A．材料甲一定是晶体 B．材料甲一定是非晶体
C．材料乙一定是单晶体 D．材料乙一定是多晶体
解析：测试发现，材料甲沿ab、cd两个方向的电阻相等，材料乙沿ef方向的电阻大于沿gh方向的电阻，说明了甲具有各向同性，而乙具有各向异性，而单晶体的物理性质是各向异性，所以乙一定是单晶体，而多晶体不显示各向异性，材料甲可能是多晶体，也可能是非晶体，故只有选项C正确。
答案：C
第六节 新材料(略)(共29张PPT)
2．利用气体实验定律解决问题的基本思路
[典例1] 如图所示，一定量气体放在体积为V0的容器中，室温
为T0＝300 K，有一光滑导热活塞C(不占体积)将容器分成A、B两室，
B室的体积是A室的两倍，A室连接一U形管(U形管内气体的体积忽略
不计)，两边水银柱高度差为76 cm，右室容器中连接有阀门K，可与外界大气相通(外界大气压等于76 cmHg)。求：
(1)将阀门K打开后，A室的体积变成多少？
(2)打开阀门K后将容器的气体从300 K分别加热到400 K和540 K，U形管内两边水银面的高度差各为多少？
(1)活塞与容器底接触之前，活塞处于动态平衡， 受力不变，气体的压强也不变。
(2)活塞与容器底接触之后，气体的体积不再变化，随着温度的继续升高，气体压强升高。
[集训提能]
1．如图，一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管A、B、C粗细均匀，
A、B两管的上端封闭，C管上端开口，三管的下端 在同一水平面内
且相互连通。A、B两管的长度分别为l1＝13.5 cm， l2＝32 cm。将水
银从C管缓慢注入，直至B、C两管内水银柱的高度差h＝5 cm。已知外界大气压为p0＝75 cmHg。求A、B两管内水银柱的高度差。
解析：对B管中的气体，水银还未上升产生高度差时，初态压强为p1B＝p0，体积为V1B＝l2S，末态压强为p2B，设水银柱离下端同一水平面的高度为h2，体积为V2B＝(l2－h2)S，由水银柱的平衡条件有p2B＝p0＋ρgh
B管中气体发生等温压缩变化过程，根据玻意耳定律有p1BV1B＝p2BV2B
联立解得h2＝2 cm
答案：1 cm
2．扣在水平桌面上的热杯盖有时会发生被顶起的现象。如图所示，截面积为S的热杯盖扣在水平桌面上，开始时内部封闭气体的温度为300 K，压强为大气压强p0。当封闭气体温度上升到303 K时，杯盖恰好被整体顶起，放出少许气体后又落回桌面，其内部气体压强立刻减为p0，温度仍为303 K。再经过一段时间，内部气体温度恢复到300 K。整个过程中封闭气体均可视为理想气体。求：
(1)当温度上升到303 K且尚未放气时，封闭气体的压强；
(2)当温度恢复到300 K时，竖直向上提起杯盖所需的最小力。
综合提能(二) 气体状态变化图像的对比应用
[知识贯通]
续表
续表
[典例2] (2023·辽宁高考)“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
关于图像转换问题的解题技巧
(1)用图像法表示物理规律能使各种物理量之间的变化关系更加形象、直观，并能形象地反映出各种物理量关系变化的趋势和一些性质，但图像中往往隐含一些物理量，这些要在图像转换中特别注意。
(2)p -V图像中重点比较气体的温度，p -T图像中重点比较气体的体积，以及V -T图像中重点比较气体的压强。掌握了图像中隐含的物理量，图像转换问题就会迎刃而解。
[集训提能]
1. 一定质量的理想气体，其状态变化过程的p -V关系图像如图所示，
则该过程对应的p -T图像应是 ( )
答案： C
2．一定质量的理想气体由状态A经一系列过程变为状态D，其有关数据如图甲所示，状态D的压强是2×104 Pa。
(1)求状态A的气体压强。
(2)请在乙图中画出该状态变化过程的p-T图像，并分别标出A、B、C、D各个状态，不要求写出计算过程。
答案：(1)4×104 Pa (2)见解析图
综合提能(三) 理想气体状态方程及其应用
[知识贯通]
1．理想气体状态方程与气体实验定律的关系
2．理想气体状态方程的应用要点
(1)选对象：根据题意，选出所研究的某一部分气体，这部分气体在状态变化过程中，其质量必须保持一定。
(2)找参量：找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的一组p、V、T数值或表达式，压强的确定往往是个关键，常需结合力学知识(如力的平衡条件或牛顿运动定律)才能写出表达式。
(3)析过程：过程表示两个状态之间的一种变化时，除题中条件已直接指明外，在许多情况下，往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析中才能确定，认清变化过程是正确选用物理规律的前提。
(4)列方程：根据研究对象状态变化的具体方式，选用理想气体状态方程或某一实验定律，代入具体数值，T必须用热力学温度，p、V的单位要统一，最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义。
典例3 (2021年1月新高考8省联考·河北卷)“天问1号”的发射开启
了我国探测火星的征程。设想将图中所示的粗细均匀、导热良好、右
端封闭有一定质量理想气体的“U”型管带往火星表面。“U”型管分别
在地球和火星表面某地竖直放置时的相关参数如下表所示。
参数 地球 火星
重力加速度 g 0.38g
环境温度 T地＝300 K T火＝280 K
大气压强 p地＝76.0 cmHg p火
封闭气柱长度 l地＝19.0 cm l火＝56.0 cm
水银柱高度差 h地＝73.0 cm h火
求：(结果保留2位有效数字)
(1)火星表面高1 m的水银柱产生的压强相当于地球表面多高水柱产生的压强。已知ρ水银＝ 13.6×103 kg/m3，ρ水＝1.0×103 kg/m3；
(2)火星表面的大气压强p火。
[解析] (1)根据液体压强公式p1＝ρgh得
ρ水银×0.38g×h0＝ρ水gh
代入数据解得h≈5.2 m。
(2)封闭气体在地球表面的压强p1＝p地－ρ水银gh地＝3 cmHg，V1＝l地S，T1＝300 K
在火星表面封闭气体的压强p2＝p火－ρ水银×0.38g×h火，V2＝l火S，T2＝280 K
又由于h地＝h火＋2(l火－l地)
[答案] (1)5.2 m (2)0.57 cmHg
应用理想气体状态方程解题的一般思路
(1)确定研究对象(某一部分气体)，明确气体所处系统的力学状态。
(2)弄清气体状态的变化过程。
(3)确定气体的初、末状态及其状态参量，并注意单位的统一。
(4)根据题意，选用适当的气体状态方程求解。若非纯热学问题，还要综合应用力学等有关知识列辅助方程。
(5)分析讨论所得结果的合理性及其物理意义。
答案：B
2． (多选)一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，ab、bc、
cd和da这四段过程在p-T图像上都是直线段，ab和cd的延长线通过
坐标原点O，bc垂直于ab，由图可以判断 ( )
A．ab过程中气体体积不断减小
B．bc过程中气体体积不断减小
C．cd过程中气体体积不断增大
D．da过程中气体体积不断增大
答案：BD (共47张PPT)
第二节 气体实验定律(Ⅱ)
核心素养点击
物理观念 (1)知道气体的等容变化，了解查理定律并能应用于简单问题。
(2)知道气体的等压变化，了解盖-吕萨克定律并能应用于简单问题
科学思维 根据查理定律和盖-吕萨克定律的内容理解p-T图像和V-T图像的物理意义
科学态度与责任 领悟物理探索的基本思路，培养科学的价值观
体积
压强
温度
压强p与热力学温度T
③等容线
④适用条件：气体的_____不变，气体的______不变。
质量
体积
2．判一判
(1)一定质量的气体做等容变化时，气体的压强与温度成正比。 ( )
(2)一定质量的气体在体积不变的情况下，压强p与摄氏温度t存在线性关系。( )
(3)一定质量的某种气体在体积不变的情况下，当气体的温度由27 ℃增加到54 ℃时，其压强将由p0增加到2p0。 ( )
×
√
×
3．选一选
描述一定质量的气体在等容变化过程的图线是图中的 ( )
解析：等容变化过程的p-t图线在t轴上的交点坐标是(－273 ℃，0)，故D正确。
答案：D
体积
温度
压强不变
体积V与热力学温度T
2．判一判
(1)气体的温度升高时，体积一定增大。 ( )
(2)一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积与温度成正比。 ( )
(3)一定质量的气体，在压强不变的情况下，其V-T图像是一条过原点的直线。( )
×
×
√
3．想一想
如图所示，用双手捂住烧瓶，发现竖直细管中的液柱上升了，试
分析烧瓶中的被封气体发生了怎样的变化？
提示：烧瓶中气体的压强不变，用双手捂住烧瓶，瓶内气体温度升高，体积增大，细管中的液柱上升。
探究(一) 查理定律的理解及应用
[问题驱动]
我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，即用一个小罐，将纸
燃烧后放入罐内，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。
(1)火罐内的气体发生了怎样的变化？
提示：火罐内的气体发生了等容变化。
(2)试解释火罐被“吸”在皮肤上的原因。
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，故在大气压力作用下被“吸”在皮肤上。
[重难释解]
1．对查理定律的理解
(1)查理定律是实验定律，是由法国科学家查理通过实验发现的。
(2)适用条件：气体质量一定，体积不变，压强不太大(小于几个大气压)，温度不太低(不低于零下几十摄氏度)。
(3)一定质量的某种气体在体积不变的情况下，升高(或降低)相同的温度，所增大(或减小)的压强是相同的。
典例1 (选自鲁科版新教材“例题”) 如图所示，固定的竖直
气缸内有一个活塞，活塞的质量为m，活塞横截面积为S，气缸内
封闭着一定质量的气体。现对缸内气体缓慢加热，并在活塞上缓
慢加沙子，使活塞位置保持不变。忽略活塞与气缸壁之间的摩擦，已知气缸内气体的初始热力学温度为T0，大气压强为p0，重力加速度大小为g。试求当所加沙子的质量为M时，气缸内气体的温度。
[迁移·发散]
(1)上述例题中是在活塞上缓慢加沙子，以确保气缸的活塞位置不变。如果活塞上方是靠一根固定的轻杆顶着，当温度升高到T时轻杆对活塞的推力为多少？
(2)在上述例题中，已知最初缸内气体的高度为h0。如果保持活塞上方所加的沙子不变，继续对气缸缓慢加热，活塞缓慢向上移动距离h，此时气缸内气体温度是多少？
1．查理定律的推论
2．应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的适用条件：质量一定，体积不变。
(3)确定初、末两个状态的温度、压强。
(4)根据查理定律列式求解。
(5)求解结果并分析、检验。
[素养训练]
1．一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度由0 ℃升高到10 ℃时，其压强的增加量为Δp1，当它由100 ℃升高到110 ℃时，其压强的增加量为Δp2，则Δp1与Δp2之比是 ( )
A．10∶1 B．373∶273 C．1∶1 D．383∶283
答案：C
2． 如图所示，A、B是两个容积相同的密闭容器，由细玻璃管连
通，管内有一段汞柱(不计细玻璃管内气体体积)。当A容器气
体温度为0 ℃，B容器内气体温度为10 ℃，汞柱在管中央静止。若分别给A、B容器加热，使它们的温度都升高10 ℃，管内汞柱将 ( )
A．向右移动 B．向左移动 C．保持不动 D．无法确定
答案：A
3．某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为27 ℃时，压强为3.0×103 Pa。
(1)当夹层中空气的温度升至37 ℃，求此时夹层中空气的压强；
(2)当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值，设环境温度为27 ℃时，大气压强为1.0×105 Pa。
探究(二) 盖 吕萨克定律的理解及应用
[问题驱动]
(1)试写出摄氏温标下，盖-吕萨克定律的数学表达式。
(2)在摄氏温标下，应该怎样表述盖-吕萨克定律？
[答案] 1.27h1
应用盖-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)分析状态变化过程，明确初、末状态，确认在状态变化过程中气体的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。
(5)分析所求结果是否合理。
答案：B
2． (多选)如图所示，在一个圆柱形导热气缸中，用活塞封闭了一部分理想
气体，活塞与气缸壁间是密封而光滑的。用一弹簧测力计挂在活塞上，
将整个气缸悬挂在天花板上，当外界温度升高(大气压不变)时 ( )
A．弹簧测力计示数变大
B．弹簧测力计示数不变
C．气缸下降
D．气缸内气体压强变大
解析：弹簧测力计上的拉力跟气缸和活塞的总重力相等，当气温升高时，不影响弹簧弹力大小，所以示数不变，故A错误，B正确；以气缸为研究对象可知，最终达到平衡时，气缸重力与气缸内气体压力之和等于大气压力，因为重力和大气压力均不变，所以气缸内气体压力不变，即气缸内气体压强不变，故D错误；温度升高，气体的体积膨胀，气缸下降，故C正确。
答案：BC
3．如图所示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。27 ℃时，被封闭的理想气体气柱长L1为20 cm，
水银柱上表面与导线下端的距离L2为5 cm。问：
(1)当温度变化时，封闭气柱的压强是否变化？(水银不会溢出试管)
(2)当温度达到多少摄氏度时，报警器会报警？
答案：(1)不变 (2)102 ℃
探究(三) p-T图像和V-T图像
[重难释解]
1．等容变化的图像
(1)一定质量的气体，其等容线在p-T图像上是一条(延长线)过原点的直线。如图甲所示。
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，即V1>V2。
(2)p-t图像(如图乙所示)：
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，即V1>V2。
2．等压变化的图像
(1)一定质量的气体等压变化的图线在V-T图上是一条(延长线)过原点的直线。如图甲所示。
①意义：反映了一定质量的气体在等压变化中体积V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，即p1>p2。
(2)一定质量的气体等压变化的图线在V-t图上是一条(延长线)过与t轴交点为－273.15 ℃的直线。如图乙所示。
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成线性关系。
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，即p1>p2。
(3)V正比于T，而不正比于t，但ΔV与摄氏温度的变化量Δt成正比，一定质量的气体发生等压变化时，升高(或降低)相同的温度，增大(或减小)的体积是相同的。
[思考探究]
(1)对于一定质量的某种气体，p-T图中的等容线是一条通过原点的倾斜直线，怎样判断各等容线代表的体积大小关系？
(2)V-T图中的等压线是一条通过原点的倾斜直线，怎样判断各等压线代表的压强大小关系？
典例3 如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。
[答案] (1)压强不变 200 K (2)见解析
[素养训练]
1．(多选)有甲、乙、丙、丁四位同学在做“研究气体实验定律”的实验，分别得到如下四幅图像(如图所示)。则下列有关说法正确的是 ( )
A．若甲研究的是查理定律，则他作的图像可能是图a
B．若乙研究的是玻意耳定律，则他作的图像是图b
C．若丙研究的是查理定律，则他作的图像可能是图c
D．若丁研究的是盖—吕萨克定律，则他作的图像是图d
解析：查理定律研究的是等容变化，压强与热力学温度成正比，且过坐标原点，故A正确，C错误；玻意耳定律研究的是等温变化，压强与体积成反比，故B正确；盖—吕萨克定律研究的是等压变化，体积与热力学温度成正比，故D正确。
答案：ABD
2．某同学利用DIS实验系统研究一定质量理想气体的状态变化，
实验后计算机屏幕显示如图的p-t图像。已知在状态B时气体
的体积VB＝3 L，求：
(1)气体在状态A的压强；
(2)气体在状态C的体积。
答案：(1)0.75 atm (2)2 L
一、培养创新意识和创新思维
1．在冬季，剩有半瓶热水的老式暖水瓶经过一个夜晚后，第二天拔瓶口的
瓶塞时觉得很紧，不易拔出来。其中主要原因是 ( )
A．瓶塞受潮膨胀
B．瓶口因温度降低而收缩变小
C．白天气温升高，大气压强变大
D．瓶内气体因温度降低而压强减小
答案：D
2．(选自鲁科版新教材“物理聊吧”)炎热的夏天，给汽车轮胎充气时(如图)，一般都不能充得太足；给自行车轮胎充气时，也不能充得太足。这是为什么呢？
提示：如果气充得太足，当温度升高时，根据查理定律，可知轮胎中气体的压强将增大，容易造成爆胎。
二、注重学以致用和思维建模
(2023·海南高考)如图所示，某饮料瓶内密封一定质量的理想气体，
t＝27 ℃时，压强p＝1.050×105 Pa，则
(1)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)相同时，气体体积变
为原来的多少？
2．小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置，如图所示。导热气缸开口向上并固定在桌面上，用质量m1＝600 g、截面积S＝20 cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点A上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相同细绳竖直悬挂一个质量m2＝1 200 g的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为600.0 g时，测得环境温度T1＝300 K。设外界大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。
(1)当电子天平示数为400.0 g时，环境温度T2为多少？
(2)该装置可测量的最高环境温度Tmax为多少？
解析：(1)整个系统处于平衡状态，气缸内的气体发生等容变化，当电子天平的示数为600.0 g时，细绳对铁块的拉力大小F1＝m2g－6 N，根据牛顿第三定律可知右端细绳对轻杆的拉力大小为F1，对轻杆根据平衡条件可得左端细绳对轻杆的拉力大小也为F1，根据牛顿第三定律可知左端细绳对活塞向上的拉力大小为F1，
对活塞根据平衡条件有F1＋p1S＝p0S＋m1g，
解得p1＝p0，
当电子天平的示数为400.0 g时，右端细绳对铁块的拉力大小F2＝m2g－4 N，
答案：(1)297 K (2)309 K(共35张PPT)
第三节 气体实验定律的微观解释
核心素养点击
一、气体压强的微观解释
1．填一填
(1)大量气体分子频繁碰撞器壁，产生持续均匀的压力，而单位面积上的压力就是气体的_____。
(2)微观角度看压强变化规律
①某容器中气体分子的_________越大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力就越大。
②若容器中气体分子的________大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，平均作用力也会较大。
压强
平均速率
数密度
2．判一判
(1)密闭气体的压强是由气体受到重力而产生的。 ( )
(2)气体的温度越高，压强就一定越大。 ( )
(3)大气压强是由于空气受重力产生的。 ( )
×
×
√
3．选一选
一房间内，上午10时的温度为15 ℃，下午2时的温度为25 ℃，假设大气压强无变化，则下午2时与上午10时相比较，房间内的 ( )
A．空气密度增大 B．空气分子的平均动能增大
C．空气的压强增大 D．空气质量增大
解析：温度升高，空气分子的平均动能增大，平均每个分子对房间内墙壁的作用力将变大，房间的空气与外界相同，气压并未改变，可见房间内单位体积内的分子数一定减小，故房间内空气密度ρ空减小，房间内空气质量m空＝ρ空·V随之减小，故B正确。
答案：B
二、气体实验定律的微观解释 理想气体
1．填一填
(1)气体实验定律的微观解释
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___________是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的________增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大
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。只有气体的体积同时增大，使分子的_______减小，才能保持______不变
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
平均动能
数密度
平均动能
数密度
压强
数密度
平均动能
压强
气体实验定律
2．判一判
(1)实际气体在常温常压下可看作理想气体。 ( )
(2)理想气体是为了研究问题的方便提出的一种理想化模型。 ( )
(3)一定质量的理想气体，体积增大，单位体积内的分子数减少，气体的压强一定减小。 ( )
√
√
×
3．想一想
如图所示的储气罐中存有高压气体，在其状态发生变化时，还遵守气
体实验定律吗？低温状态下，气体还遵守实验定律吗？为什么？
提示：在高压、低温状态下，气体状态发生改变时，将不会严格遵守
气体实验定律，因为在高压、低温状态下，气体的状态可能已接近或已达到液态，故气体实验定律将不再适用。
探究(一) 气体实验定律的微观解释
[问题驱动]
中央电视台在“科技之光”栏目中曾播放过这样一个节目，把液氮
倒入饮料瓶中，马上盖上盖子并拧紧，人立即离开现场，一会儿饮料瓶
就爆炸了。你能解释一下原因吗？
提示：饮料瓶内液氮吸热后变成氮气，分子运动加剧，氮气分子的数密度增大，使瓶内气体分子频繁持续碰撞瓶内壁产生的压强逐渐增大，当瓶内外的压强差大于瓶子所承受限度时，饮料瓶发生爆炸。
[重难释解]
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，分子的
数密度越大，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，
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，则分子的数密度不变，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)宏观表观：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，而要使压强不变，则需影响压强的另一个因素，即分子的数密度减小，所以气体的体积增大，如图所示。
典例1 (多选)对一定质量的理想气体，下列说法正确的是 ( )
A．体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大
B．温度不变，压强减小时，气体的密度一定减小
C．压强不变，温度降低时，气体的密度一定减小
D．温度升高，压强和体积都可能不变
[解析] 根据气体压强、体积、温度的关系可知，体积不变，压强增大时，气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，选项A正确；温度不变，压强减小时，气体体积增大，气体的密集程度减小，B正确；压强不变，温度降低时，体积减小，气体的密集程度增大，C错误；温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，D错误。
[答案] AB
气体实验定律的微观解释的方法
(1)宏观量温度的变化对应着微观量分子的平均动能的变化，宏观量体积的变化对应着气体分子的数密度的变化。
(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数密度，可以根据气体变化情况选择相应的实验定律加以判断。
[素养训练]
1．(多选)一定质量的气体，在温度不变的情况下，其体积增大、压强减小，或体积减小、压强增大，其原因是 ( )
A．体积增大后，气体分子的速率变小了
B．体积减小后，气体分子的速率变大了
C．体积增大后，单位体积的分子数变少了
D．体积减小后，单位时间内撞击到单位面积器壁上的分子数变多了
解析：温度不变，因此分子平均动能不变，体积增大后，单位体积的分子数变少，单位时间内器壁单位面积上所受的分子平均撞击力减小，气体压强减小；体积减小时，正好相反，即压强增大，C、D正确，A、B错误。
答案：CD
2．(多选)如图，封闭在气缸内一定质量的理想气体，如果保持体积不
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．气体分子的平均动能减小
D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多
答案：BD
解析：由题图可知B→C，气体的体积增大，密度减小，A错误；C→A为等温变化，分子平均速率vA＝vC，B错误；B→C为等压过程，pB＝pC，FB＝FC，由题图知，pA>pB，则FA>FB，C正确；A→B为等容降压过程，密度不变，温度降低，NA>NB，C→A为等温压缩过程，温度不变，分子数密度增大，应有NA>NC，D正确。
答案：CD
2．理想气体状态方程的推导
一定质量的某种理想气体由初态(p1、V1、T1)变化到末态(p2、V2、T2)，因气体遵从三个气体实验定律，我们可以从三个定律中任意选取其中两个，通过一个中间状态，建立两个方程，解方程消去中间状态参量便可得到理想气体状态方程，组合方式有6种，如图所示。
4．气体的三个实验定律是理想气体状态方程的特例
典例2 质量M＝10 kg的缸体与质量m＝4 kg的活塞，封闭一定
质量的理想气体(气体的重力可以忽略)，不漏气的活塞被一劲度系数
k＝20 N/cm的轻弹簧竖直向上举起立于空中，如图所示。环境温度为
T1＝1 500 K时被封气柱长度L1＝30 cm，缸口离地的高度为h＝5 cm，若环境温度变化时，缸体有良好的导热性能。已知活塞与缸壁间无摩擦，弹簧原长L0＝27 cm，活塞横截面积S＝2×10－3 m2，大气压强p0＝1.0×105 Pa，当地重力加速度g取10 m/s2，求环境温度降到多少时气缸着地，温度降到多少时能使弹簧恢复原长。
[答案] 1 250 K 480 K
应用理想气体状态方程解题的一般思路
(1)确定研究对象(某一部分气体)，明确气体所处系统的力学状态。
(2)弄清气体状态的变化过程。
(3)确定气体的初、末状态及其状态参量，并注意单位的统一。
(4)根据题意，选用理想气体状态方程求解。若非纯热学问题，还要综合应用力学等有关知识列辅助方程。
(5)分析讨论所得结果的合理性及其物理意义。
[集训提能]
1．一定质量的理想气体，由状态A(1,3)沿直线AB变化到C(3,1)，如图所
示，气体在A、B、C三个状态中的温度之比是 ( )
A．1∶1∶1
B．1∶2∶3
C．3∶4∶3
D．4∶3∶1
答案：C
2．(2021·广东高考)在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧。下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同。由此可判断，高空客舱内的气体压强________(选填“大于”“小于”或“等于”)机场地面大气压强；从高空客舱到机场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
答案：小于 不变
3．某同学设计了测量液体密度的装置。如图，容器左侧开口，右侧管竖直，上端封闭，导热良好，管长L0＝1 m，粗细均匀，底部有细管与左侧连通，初始时未装液体。现向左侧容器缓慢注入某种液体，当左侧液面高度为h1＝0.7 m时，右管内液柱高度h2＝0．2 m。已知右管横截面积远小于左侧横截面积，大气压强p0＝1.0×105 Pa，取 g＝10 m/s2。
(1)求此时右管内气体压强及该液体的密度；
(2)若此时右管内气体温度T＝260 K，再将右管内气体温度缓慢升高到多少K时，刚好将右管中液体全部挤出？(不计温度变化对液体密度的影响)
答案：(1)1.25×105 Pa 5×103 kg/m3 (2)351 K
一、培养创新意识和创新思维
(选自人教版新教材课后练习)一个足球的容积是2.5 L。用打气筒给这个足球打气，每打一次都把体积为125 mL、压强与大气压相同的气体打进足球内。如果在打气前足球就已经是球形并且里面的压强与大气压相同，打了20次后足球内部空气的压强是大气压的多少倍？你在得出结论时考虑到了什么前提？实际打气时的情况能够满足你的前提吗？
答案：见解析
二、注重学以致用和思维建模
1. “拔火罐”是我国传统医学的一种治疗手段。操作时，医生用点燃的
酒精棉球加热一个小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的
部位，冷却后小罐便紧贴在皮肤上(如图)。设加热后小罐内的空气温
度为80 ℃，当时的室温为20 ℃，大气压为标准大气压，小罐开口部位的直径请按照片中的情境估计。当罐内空气变为室温时，小罐对皮肤的压力大概有多大？不考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积变化的影响。
解析：“拔火罐”时气体发生等容变化
初态：p1＝p0，T1＝(80＋273)K＝353 K
末态：T2＝(20＋273)K＝293 K
答案：163 N
答案：－5.7～47.8 ℃
