2017_2018学年高中物理全一册教学案（打包19套）鲁科版选修3_3

实验 用油膜法测分子直径
一、实验目的
(1)估测油酸分子的大小。
(2)学会间接测量微观量的原理和方法。
二、实验原理
把事先测出的一定体积V的油酸滴在水面上形成单分子油膜，不考虑分子间的间隙，把油酸分子看成球体模型，油膜的厚度就等于油酸分子的直径，把油膜的轮廓画在玻璃板上，通过坐标纸求得单分子油膜的面积S，利用公式d＝即可求出分子直径d。
三、实验器材
酒精油酸溶液、浅水盘、注射器(或胶头滴管)、坐标纸、玻璃板、痱子粉、量筒、彩笔。
四、实验步骤
(1)配制酒精油酸溶液。体积比已知。
(2)用注射器或滴管将酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积(如1 mL)时的滴数N，由此求出一滴酒精油酸溶液的平均体积。
(3)向浅水盘中倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层痱子粉，在水面上用滴管滴一滴酒精油酸溶液。当油层不再扩散，形状稳定时，就近似形成了单分子油膜。
(4)将玻璃板盖在浅水盘上，用彩笔将油膜的形状描绘在玻璃板上。
(5)将描有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，数出轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)。
(6)根据酒精油酸溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，根据油酸的体积V和油膜的面积S算出油酸分子的直径。
五、数据处理
计算方法：
(1)一滴油酸溶液的平均体积
＝
(2)一滴溶液中含纯油酸的体积V
V＝×油酸溶液的体积比(体积比＝)
(3)油膜的面积S＝n×1 cm2(n为有效格数，小方格的边长为1 cm)
(4)分子直径d＝(代入数据时注意统一单位)
六、误差分析
产生原因
减小方法
偶然
误差
数不完整格数时，对不足半个的判断存在误差
数出全部不完整的格数n，它们相当于有个完整的格数
系统
误差
油酸分子(C17H33COOH)的形状为长链形，将其视为球体则与实际分子形体有区别，所以实验只能得到分子直径的数量级，而不能得到准确值
七、注意事项
(1)酒精油酸溶液配制好后，不要长时间放置，以免浓度改变，产生误差。酒精油酸溶液的浓度以小于为宜。
(2)实验之前应练习好滴定方法，注射器针头高出水面的高度应在1 cm之内。
(3)待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因：第一，水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩。
(4)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦拭，再用清水冲洗，这样做可保持盘的清洁。
(5)从盘的中央加痱子粉，粉自动扩散至均匀，这是由于以下两种因素所致：第一，加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开；第二，粉粒之间的排斥。这样做比将粉直接撒在水面上的效果好。
(6)本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。
对实验步骤和原理的考查
[典题例析]
1．在“用油膜法测量油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：
①往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水。待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。
②用注射器将事先配好的酒精油酸溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定。
③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。
④用注射器将事先配好的酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴酒精油酸溶液的体积。
⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。
完成下列填空：
(1)上述步骤中，正确的顺序是________。(填写步骤前面的数字)
(2)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的酒精油酸溶液；测得1 cm3的酒精油酸溶液有50滴。现取一滴该酒精油酸溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2。由此估算出油酸分子的直径为________m(结果保留1位有效数字)。
[思路点拨]　
(1)一滴酒精油酸溶液的体积是如何计算的？
提示：一般是先数出1 mL酒精油酸溶液有多少滴，再计算出1滴的体积。
(2)如何计算一滴酒精油酸溶液中含有的纯油酸的体积？
提示：根据一滴酒精油酸溶液的体积和含有的油酸的浓度就可以计算出一滴油酸溶液中含有的纯油酸的体积。
解析：(1)实验操作开始之前要先配制酒精油酸溶液，确定每一滴溶液中含有纯油酸的体积，所以步骤④放在首位。实验操作时要在浅盘放水、痱子粉，为油膜形成创造条件，然后是滴入油酸、测量油膜面积，计算油膜厚度(即油酸分子直径)，所以接下来的步骤是①②⑤③。
(2)酒精油酸溶液的体积百分比浓度是，
一滴溶液的体积是
cm3＝2×10－8m3，
所以分子直径
d＝ m＝5×10－10 m。
答案：(1)④①②⑤③　(2)5×10－10
对实验数据处理的考查
[典题例析]
2．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，酒精油酸溶液的浓度为104 mL溶液中有纯油酸6 mL。用注射器测得1 mL上述溶液有75滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘中，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，描出油酸膜形状如图实－1所示，坐标纸上正方形小方格的边长为2 cm。问：
图实－1
(1)油酸膜的面积是多少？
(2)每一滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积是多少？
(3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径是多少？(结果保留两位有效数字)
[思路点拨]
?
解析：(1)用填补法数出在油膜轮廓内的格数为60个，油膜面积约为S＝60×(2×10－2 m)2＝2.4×10－2 m2。
(2)溶液中含纯油酸的浓度为c＝×100%＝0.06%，已知75滴酒精油酸溶液体积为1 mL，则每滴酒精油酸溶液中含纯油酸的体积V0＝c＝×0.06%×10－6 m3＝8×10－12 m3。
(3)油酸分子的直径等于油酸薄膜的厚度，则油酸分子的直径d＝＝ m≈3.3×10－10 m。
答案：(1)2.4×10－2 m2　(2)8×10－12 m3　(3)3.3×10－10 m
1．用油膜法测分子大小时要满足的理想化的条件是(　　)
A．把在水面上没有散开的油膜视为单分子油膜
B．把形成单分子油膜的分子看作紧密排列的球形分子
C．将油膜视为单分子油膜，但需考虑分子间隙
D．将单分子视为立方体模型
解析：选B　用油膜法测分子大小的理想化条件是：单分子油膜、把分子看作紧密排列的球形分子。故B正确。
2．在做“用油膜法测量油酸分子的大小”的实验中，准备有以下器材：用酒精稀释过的油酸、滴管、痱子粉、浅盘及水、玻璃板、彩笔，还缺少的器材有(　　)
A．只有量筒　　　　　 B．只有坐标纸
C．量筒和坐标纸 D．不再缺仪器
解析：选C　由本实验的实验原理和实验操作步骤可知，C项正确。
3．用油膜法估测分子的直径的实验中，下列操作正确的有(　　)
A．将纯油酸直接滴在水面上
B．向量筒中滴100滴酒精油酸溶液，读出其体积
C．用试管向水面倒油酸溶液少许
D．在计算油膜面积时，凡是占到方格的一部分的都计入方格的总数
解析：选B　油酸应先稀释成酒精油酸溶液，然后取一滴溶液滴在浅盘里，目的是形成单分子油膜，故A、C错，B对；计算油膜面积时应数占到方格一半以上为一个，少于半个忽略不计，故D错。
4．在“用单分子油膜估测分子大小”实验中，
(1)某同学操作步骤如下：
①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液；
②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；
③在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；
④在蒸发皿上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积。
改正其中的错误：_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8×10－3 mL，其形成的油膜面积为40 cm2，则估测出油酸分子的直径为________m。
解析：(1)②由于一滴溶液的体积太小，直接测量时相对误差太大，应用微小量累积法减小测量误差。
③液面上不撒痱子粉时，滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜，油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至实验失败。
(2)由油膜的体积等于一滴油酸酒精溶液内纯油酸的体积可得：d＝＝ m＝1.2×10－9 m。
答案：(1)②在量筒中滴入N滴溶液
③在水面上先撒上痱子粉
(2)1.2×10－9
5．(江苏高考)某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前，查阅数据手册得知：油酸的摩尔质量M＝0.283 kg·mol－1，密度ρ ＝0.895×103 kg·m－3。若 100 滴油酸的体积为1 mL，则 1 滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少？(取 NA ＝6.02×1023 mol－1，球的体积V 与直径 D的关系为 V＝πD3，结果保留一位有效数字)
解析：一个油酸分子的体积V＝
由球的体积与直径的关系得分子直径D＝
最大面积S＝，解得S＝1×101 m2。
答案：1×101 m2
6．利用油膜法可以粗略测出阿伏伽德罗常数，把密度ρ＝0.8×103 kg/m3的某种油，用滴管滴出一滴在水面上形成油膜，已知这滴油的体积为V＝0.5×10－3 cm3，形成的油膜面积为S＝0.7 m2，油的摩尔质量M＝0.09 kg/mol。若把油膜看成单分子层，每个油分子看成球形，那么：(保留一位有效数字)
(1)油分子的直径是多少？
(2)由以上数据可粗略测出阿伏伽德罗常数NA是多少？
解析：(1)油分子的直径为
d＝＝ m≈7×10－10 m。
(2)根据＝π()3，得
NA＝≈6×1023 mol－1。
答案：(1)7×10－10 m　(2)6×1023 mol－1
第1章 分子动理论
对应学生用书P14
分子动理论
阿伏伽德罗常数的相关计算
阿伏伽德罗常数NA是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁，在已知宏观量的基础上往往可借助NA计算出某些微观物理量，有关计算主要有：
1．已知物质的摩尔质量M，借助于阿伏伽德罗常数NA，可以求得这种物质的分子质量m0＝。
2．已知物质的摩尔体积VA，借助于阿伏伽德罗常数NA，可以计算出这种物质的一个分子所占据的体积V0＝。
3．若物体是固体或液体，可把分子视为紧密排列的球体分子，可估算出分子直径d＝ 。
4．依据求得的一个分子占据的体积V0，可估算分子间距，此时把每个分子占据的空间看做一个小立方体模型，所以分子间距d＝，这对气体、固体、液体均适用。
5．已知物体的体积V和摩尔体积VA，求物体的分子数N，则N＝。
6．已知物体的质量m和摩尔质量M，求物体的分子数N，则N＝NA。
[例1]　在标准状况下，有体积为V的水和体积为V的水蒸气。已知水的密度为ρ，阿伏伽德罗常数为NA，水的摩尔质量为MA，在标准状况下水蒸气的摩尔体积为VA。
(1)说明标准状况下水分子与水蒸气分子热运动的平均动能的大小关系。
(2)它们中各有多少水分子？
(3)它们中相邻两个水分子之间的平均距离为多大？
解析：(1)在标准状况下温度相同，所以分子热运动的平均动能相同。
(2)体积为V的水，质量为m＝ρV，
分子个数为n1＝NA＝NA；
对体积为V的水蒸气，分子个数为n2＝NA。
(3)设相邻的两个水分子之间的平均距离为d，将水分子视为球形，每个水分子的体积为＝，
分子间距等于分子直径d＝ ；
设水蒸气中相邻的两个水分子之间的距离为d′，将水分子占据的空间视为正方体，则d′＝。
答案：(1)相同　(2)NA　NA　(3) 　
对分子力(F-r图像)和分子势能(Ep-r图像)的综合理解
1.分子力(F-r图像)
分子间的引力和斥力都随距离的变化而变化，但变化情况不同，如图1所示，其中虚线分别表示引力和斥力随距离的变化，实线表示分子间作用力的合力F随分子间距离r的变化。
图1
2．分子势能及势能曲线
分子间具有由它们的相对位置决定的能量，叫做分子势能。分子势能随着物体的体积变化而变化。分子间的作用力表现为引力时，分子势能随着分子间距离的增大而增大；分子间的作用力表现为斥力时，分子势能随着分子间距离的增大而减小。对实际气体来说，体积增大，分子势能增加；体积缩小，分子势能减小。
若规定两分子相距无穷远时，分子势能为零，则分子势能曲线如图2所示。
图2
[例2]　(多选)如图3所示，分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图像。由图像判断以下说法中正确的是(　　)
图3
A．当分子间距离为r0时，分子力和分子势能均最小且为零
B．当分子间距离r>r0时，分子力随分子间距离的增大而增大
C．当分子间距离r>r0时，分子势能随分子间距离的增大而增加
D．当分子间距离r解析：由题图可知，当分子间距离为r0时，分子力和分子势能均达到最小，但此时分子力为零，而分子势能不为零，是一负值，A错；当分子间距离r>r0时，分子力随分子间距离的增大，先增大后减小，此时分子力做负功，分子势能增加，B错，C对；当分子间距离r答案：CD
“用油膜法测量油酸分子的大小”实验
用油膜法估测分子直径的实验原理是：油酸是一种脂肪酸，它的分子的一部分和水分子的亲和力很强。当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，酒精溶于水或挥发，在水面上形成一层油酸薄膜，薄膜可认为是单分子油膜，如图4所示。将水面上形成的油膜形状画到坐标纸上，可以计算出油膜的面积，根据纯油酸的体积V和油膜的面积S，可以计算出油膜的厚度d＝，即油酸分子的直径。
图4
[例3]　在粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：
①取油酸1.0 mL注入250 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250 mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成酒精油酸溶液；
②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0 mL为止，恰好共滴了100滴；
③在边长约40 cm的浅盘内注入约2 cm深的水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取酒精油酸溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，可以清楚地看出油膜轮廓；
④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油酸膜的形状；
⑤将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0 cm的方格纸上，算出完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个。
(1)这种粗测方法是将每个分子视为____________，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为________________，这层油膜的厚度可视为油酸分子的________________。
(2)利用上述具体操作中的有关数据可知一滴酒精油酸溶液含油酸为________m3，油膜面积为________m2，求得的油膜分子直径为________m。(结果全部取两位有效数字)
解析：一滴酒精溶液中含有纯油酸的体积为
V＝× mL＝4×10－5mL＝4.0×10－11 m3
形成油膜的面积
S＝1×(67＋14)cm2
＝8.1×10－3 m2
油酸分子的直径
d＝＝4.9×10－9m
答案：(1)球体　单分子油膜　直径　(2)4.0×10－11　8.1×10－3　4.9×10－9
(时间：60分钟　满分：100分)
一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分。多选题全选对得6分，选不全得3分，错选不得分)
1．(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．物质是由大量分子组成的，分子直径的数量级大都是10－10 m
B．物质分子在不停地做无规则运动，布朗运动就是分子的运动
C．在任何情况下，分子间的引力和斥力是同时存在的
D．1 kg的任何物质含有的微粒数相同，都是6.02×1023个，这个数叫阿伏伽德罗常数
解析：选AC　物质是由大量分子组成的，不同分子的直径一般不同，但数量级大都是10－10 m，故A正确；布朗运动是指固体小颗粒的运动，而不是分子的运动，故B错；分子间的引力和斥力始终是同时存在的，故C正确；阿伏伽德罗常数是指1 mol任何物质含有的微粒数，故D错。
2．下列现象中，哪个不可以用分子热运动来解释(　　)
A．长期放煤的地方，地面下1 cm深处的泥土变黑
B．炒菜时，满屋子闻到香味
C．大风吹起地上的尘土到处飞扬
D．食盐粒沉在杯底，水也会变咸
解析：选C　长期放煤的地方，地面下1 cm深处的泥土变黑是分子运动的结果，A可以；炒菜时，满屋子闻到香味是分子的扩散现象，B可以；尘土飞扬是物质的运动，故C不可以；食盐粒沉在杯底，水也会变咸是由于分子的运动彼此进入对方分子间的空隙，D可以。故选C。
3．(多选)已知阿伏伽德罗常数为NA，某物质的摩尔质量为M(kg/mol)，该物质的密度为ρ(kg/m3)，则下列叙述中正确的是(　　)
A．1 kg该物质所含的分子个数是ρNA
B．1 kg该物质所含的分子个数是NA
C．该物质1个分子的质量是(kg)
D．该物质1个分子占有的空间是(m3)
解析：选BD　1 kg该物质所含的分子个数是 NA，该物质1个分子的质量是(kg)，选项B、D正确。
4．(多选)图1是某一微粒的布朗运动路线图，若t＝0时刻它在O点，然后每隔5 s记录一次微粒位置(依次为a、b、c、d、e、f)，最后将各位置按顺序连接而得到此图。下述分析中正确的是(　　)
图1
A．线段ab是微粒在第6 s初至第10 s末的运动轨迹
B．t＝12.5 s时刻，微粒应该在bc连线上
C．线段Oa的长度是微粒前5 s内的位移大小
D．虽然t＝30 s时刻微粒在f点，但它不一定是沿ef到达f点的
解析：选CD　图中直线是相邻两时刻微粒对应位置的连线，也是这段时间内微粒的位移，但不是微粒的运动轨迹，因此C、D正确。
5．下列说法中正确的是(　　)
A．气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大
B．气体体积变小时，单位体积的分子数增多，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多，从而气体的压强一定增大
C．压缩一定量的气体，气体的内能一定增加
D．有一分子a从无穷远处趋近固定不动的分子b，当a到达受b的分子力为零处时，a具有的动能一定最大
解析：选D　气体的压强与单位体积内的分子数和分子平均动能有关，温度升高，分子平均动能增大，体积变小，单位体积内的分子数增大，改变物体的内能有做功和热传递两种形式，分子a趋近分子b时，分子力先表现为引力，引力做正功，由动能定理可知动能增大，分子力为零时，动能最大，以后分子力做负功，动能减小。故D选项正确。A、B、C均不正确。
6．质量为1 kg的0 ℃的水，变成0 ℃的冰时，体积膨胀，则(　　)
A．分子平均动能减小，分子势能增加
B．分子平均动能增大，分子势能减小
C．分子平均动能不变，分子势能增大
D．分子平均动能不变，分子势能减小
解析：选D　温度是物体分子平均动能的标志，所以质量为1 kg的0 ℃的水和0 ℃的冰分子平均动能相同。水凝结成冰要放出热量、内能减少，所以同质量0 ℃的水变为0 ℃的冰，分子势能减少，故正确选项为D。
7．(多选)图2为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说法正确的是
(　　)
图2
A．当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力
B．当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力
C．当r等于r2时，分子间的作用力为零
D．在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功
解析：选BC　分子间距等于r0时分子势能最小，即r0＝r2。当r小于r1时分子力表现为斥力；当r大于r1小于r2时分子力也表现为斥力；当r大于r2时分子力表现为引力，A错B、C对。在r由r1变到r2的过程中，分子斥力做正功分子势能减小，D错误。
8．有关物体的内能，以下说法中正确的是(　　)
A．1 g 10 ℃水的内能比10 g 5 ℃水的内能大
B．电流通过电阻后电阻发热，它的内能的增加是通过“热传递”方式实现的
C．气体膨胀，它的内能一定减小
D．橡皮筋拉伸时，分子势能增加
解析：选D　水的内能由水的温度、质量等因素决定，因此，1 g 10 ℃水的内能不一定比10 g 5 ℃水的内能大，故A错；电流通过电阻后电阻发热，是电流做功，电能转化为内能的结果，不是通过热传递实现的，故B错；气体膨胀，气体对外做功，由于不知道在此过程中气体与外界有无热传递及热传递的情况如何，所以气体内能变化情况不能确定，故C错；橡皮筋被拉伸时，会产生一个弹力，该弹力有将被拉伸的橡皮筋恢复到原状的趋势，这个弹力是由分子间的引力产生的，引力势能随分子间距离的增大而增大，故D对。
二、非选择题(共4小题，共52分。把答案填在题中横线上或按要求作答，解答题应写出必要的文字说明，方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
9．(8分)将下列实验事实与产生原因对应起来。
事实：A.水与酒精混合体积变小。
B．糖在热水中溶解得快。
原因：a.分子间存在着引力。
b．分子运动的剧烈程度与温度有关。
c．分子间存在着空隙。
它们的对应关系分别是：①________；②________。(在横线上填写实验事实与产生原因前的符号)
解析：(1)水和酒精混合体积变小，说明分子间有间隙。
(2)糖在热水中溶解得快，说明分子热运动的剧烈程度与温度有关。
答案：①Ac　②Bb
10．(14分)在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每2 000 mL溶液中有纯油酸1 mL。用注射器测得1 mL上述溶液有200滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油酸膜的近似轮廓如图3所示，图中正方形小方格的边长为1 cm，则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL，油酸膜的面积是________ cm2，据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m。
图3
解析：每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
V＝× mL＝2.5×10－6 mL
由题图可知油酸膜的面积是41 cm2
由公式d＝得d＝6.1×10－10 m
答案：2.5×10－6　41　6.1×10－10
11．(14分)钻石是首饰和高强度的钻头、刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为ρ(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为g/mol)，阿伏伽德罗常数为NA，请写出a克拉钻石所含有的分子数和每个钻石分子直径的表达式。(1克拉＝0.2克)
解析：a克拉钻石的摩尔数为0.2a/M。
所含分子数为n＝NA。
钻石的摩尔体积为
V＝(单位为m3/mol)，
每个钻石分子的体积为
V0＝＝。
设钻石分子直径为d，则
V0＝π3，
联立解得d＝ (单位为m)。
答案：NA 　
12．(16分)一滴露水的体积是5.4×10－7 cm3，它含有多少个水分子？如果一只极小的昆虫每分钟喝进6×107个水分子，它需要多少时间才能喝完这滴露水？
解析：水的摩尔质量
M＝18 g/mol＝18×10－3 kg/mol，
水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，
所以水的摩尔体积：
V0＝＝18×10－6 m3/mol，
故这滴露水的物质的量为
n＝＝ mol＝0.3×10－7 mol，
所以所含有的分子数
N＝nNA＝0.3×10－7×6.02×1023个≈1.8×1016个，
小虫每分钟喝进6×107个，故喝完这滴露水的时间
t＝ min＝3×108 min≈570年。
答案：1.8×1016个　570年
第1节 分子动理论的基本观点
物体由大量分子组成
[自读教材·抓基础]
1．分子的大小
(1)一般分子直径的数量级为10－10 m。
(2)分子质量的数量级为10－27～10－25 kg范围之内。
2．阿伏伽德罗常数
(1)定义：1 mol任何物质含有分子的数目都相同，为常数。这个常数叫做阿伏伽德罗常数。
(2)数值：NA＝6.02×1023 mol－1。
(3)意义：阿伏伽德罗常数是一个重要的基本常量，通过它可以将物质的体积、质量这些宏观量与分子的大小、质量这些微观量联系起来。
3．用油膜法测量油酸分子的大小
(1)实验原理
把一定体积V的油酸滴在水面上形成单分子油膜，如图1-1-1甲，测得油膜面积S，根据V＝Sd，得d＝，d即为分子直径，如图乙所示。
图1-1-1
(2)实验器材
油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅水盘、玻璃板、彩笔、坐标纸、痱子粉。
[跟随名师·解疑难]
1．分子的两种简化模型
球形
立方体
意义
对于固体和液体，分子间距离比较小，可以认为分子是一个个紧挨着排列的，通常把分子看成球体模型，分子间的距离等于分子的直径。
对于气体，分子间距离比较大，是分子直径的数十倍甚至上百倍，此时把气体分子平均占据的空间视为正方体模型，正方体的边长即为分子间的平均距离。
图例
公式说明
由V0＝πr3和d＝2r得：d＝(式中r、d分别表示分子的半径和直径，V0表示一个固体或液体分子的体积)。
由V0＝d3得：d＝(式中d表示分子间的平均距离，V0表示一个气体分子平均所占的空间体积)。
2．阿伏伽德罗常数有哪些应用？
(1)分子的质量：m0＝(MA表示摩尔质量)。
(2)分子的体积：V0＝＝(适用于固体和液体，VA表示摩尔体积)。
(3)单位质量中所含有的分子数：n＝。
(4)单位体积中所含有的分子数：n＝＝。
(5)气体分子间的平均距离：d＝ ＝ (V0为气体分子所占据空间的体积)。
(6)固体、液体分子直径：d＝ ＝ 。
[特别提醒]　
V0＝
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
下列可算出阿伏伽德罗常数的一组数据是(　　)
A．水的密度和水的摩尔质量
B．水的摩尔质量和水分子的体积
C．水分子的体积和水分子的质量
D．水分子的质量和水的摩尔质量
解析：选D　由水的摩尔质量M除以一个水分子的质量m，即可算出1 mol水包含的水分子的个数，即阿伏伽德罗常数，故D项正确。
分子永不停息地做无规则运动
[自读教材·抓基础]
1．扩散现象
(1)定义：不同的物质彼此进入对方的现象。
(2)普遍性：气体、液体和固体都能够发生扩散现象。
(3)规律：温度越高，扩散现象越明显。
(4)意义：扩散现象表明，分子在永不停息地运动，温度越高，分子的运动越剧烈。
2．布朗运动
(1)定义：悬浮在液体(或气体)中的微粒所做的永不停息的无规则运动。
(2)产生的原因：微粒在液体中受到液体分子的撞击不平衡引起的。
(3)影响布朗运动的因素：
①颗粒大小：颗粒越小，布朗运动越明显。
②温度高低：温度越高，布朗运动越剧烈。
(4)意义：反映了分子在永不停息地做无规则运动。
3．热运动
(1)定义：分子的无规则运动。
(2)影响因素：温度越高，分子的无规则运动越剧烈。
[跟随名师·解疑难]
1．布朗运动与分子热运动的异同点？
布朗运动
热运动
不同点
研究对象
固体小颗粒(微粒)
(大量)分子
产生
各个方向液体(或气体)分子撞击悬浮微粒的不平衡引起
大量分子无规则的运动
相同点
(1)做永不停息的无规则运动
(2)运动的激烈程度都与温度有关，温度越高，运动越激烈
联系
布朗运动的无规则性间接反映了液体(或气体)分子运动的无规则性
[特别提醒]　
(1)布朗颗粒是宏观的颗粒，不是微观的分子。
(2)布朗颗粒：宏观足够小——不能用肉眼直接观察到，可在显微镜下看到；微观足够大——由成千上万个分子组成，本身并不是分子。
如：布朗颗粒大小约为10－6 m(包含约1021个分子)，而一般分子直径只约为10－10 m。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于布朗运动与分子运动(热运动)的说法中正确的是(　　)
A．微粒的无规则运动就是分子的运动
B．微粒的无规则运动就是固体颗粒分子无规则运动的反映
C．微粒的无规则运动是液体分子无规则运动的反映
D．因为布朗运动的剧烈程度跟温度有关，所以布朗运动也可以叫做热运动
解析：选C　微粒是由大量的分子组成的，它的运动不是分子的运动，A错误。布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒受到液体分子的作用而做的无规则运动，它反映了包围固体小颗粒的液体分子在做无规则运动，B错误，C正确。布朗运动的对象是固体小颗粒，热运动的对象是分子，所以布朗运动不是热运动，D错误。
分子间存在着相互作用力
[自读教材·抓基础]
1．研究表明，分子间同时存在着引力和斥力。它们的大小与分子间的距离有关。
2．分子力与分子间距离的关系：
r与r0的关系
f引与f斥的关系
分子力情况
r＝r0(平衡位置)
f引＝f斥
f为0
rf引f表现为斥力
r>r0
f引>f斥
f表现为引力
r>10r0
f引和f斥
都十分微弱
f为0
(1)若以米为单位，r0的数量级一般是10－10m。
(2)分子间的引力和斥力都随着分子间的距离的增大而减小，随着分子间距离的减小而增大，但斥力比引力变化得更快。
[跟随名师·解疑难]
1．如何用图像表示分子间作用力？
分子间的引力和斥力都随分子间距离r的变化而变化，但变化情况不同。如图1-1-2所示，其中，虚线分别表示引力和斥力随分子间距离r的变化图线，实线表示它们的合力f随分子间距离r的变化图线。
图1-1-2
2．分子力与分子间距离变化的关系
(1)当r＝r0时，f引＝f斥，f＝0。
(2)当r(3)当r>r0时，f引和f斥都随分子间距离的增大而减小，但f斥减小得更快，分子力表现为引力。
(4)当r≥10r0(10－9m)时，f引和f斥都十分微弱，可认为分子间无相互作用力(f＝0)。
[特别提醒]　
(1)平衡位置：①分子间距离等于r0(数量级为10－10)的位置叫平衡位置。②r＝r0时，分子力为零，并不是分子间无引力和斥力，也不是指分子静止不动。
(2)分子之间的引力和斥力总是同时存在的，且当分子之间距离变化时，引力和斥力同时发生变化，只是斥力变化更快一些。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
下列有关分子间相互作用力的说法中，正确的是(　　)
A．当r＝r0时，分子间没有力的作用
B．当rC．当r>r0时，分子间的作用力只有引力
D．当r>10r0时，分子间的作用力可以忽略
解析：选D　分子间的引力和斥力同时存在，当r＝r0时，分子间的引力和斥力大小相等，方向相反，合力为零，合力为零不是说分子间没有力的作用，故A错；当rr0时，合力表现为引力，也不是说分子间只有引力，故C错；当r>10r0时，分子力已减小到可以忽略，故D正确。
有关阿伏伽德罗常数的计算问题
阿伏伽德罗常数NA是联系宏观物体的质量、体积、物质的量和微观分子的质量、体积、分子数的桥梁。如下表表示：
宏观物理量
联系宏观与微观的物理量
微观分子
物体的质量m
摩尔质量ML
分子质量m0
物体的体积V
摩尔体积VL
分子体积V0
物质的量n
阿伏伽德罗常数NA
分子总个数N
物质的密度ρ
[典题例析]
1．水的摩尔质量是18 g·mol－1，水的密度是ρ＝1.0×103kg/m3，阿伏伽德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1，求：
(1)水分子的质量；
(2)100 g水中所含的水分子数。(取两位有效数字)
[思路点拨]
(1)1 mol水中含有的水分子数是多少？
提示：1 mol水中含有的水分子数为NA。
(2)求水分子的直径时可以按照怎样的思路进行分析？
提示：可以先求出1 mol水的体积，再根据阿伏伽德罗常数，计算出1个水分子的体积，进而求出水分子的直径。
解析：(1)由题意知，水的摩尔质量M＝18 g/mol，阿伏伽德罗常数
NA＝6.02×1023 mol－1
所以一个水分子的质量
m＝＝ kg＝3.0×10－26 kg。
(2)100 g水所含的水分子数为
n＝·NA＝×6.02×1023＝3.3×1024(个)
答案：(1)3.0×10－26 kg
(2)3.3×1024 个
[探规寻律]
求解与阿伏伽德罗常数有关问题的思路
[跟踪演练]
(多选)若以μ表示水的摩尔质量，V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ为标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏伽德罗常数，m、Δ分别表示每个水分子的质量和体积，下面四个关系式表示正确的是(　　)
A．NA＝　　　　　　 B．ρ＝
C．m＝ D．Δ＝
解析：选AC　NA＝＝，A对。NA＝，所以m＝，C对。而对于气体分子来说，由于其两邻近分子间距离太大，求出的是一个气体分子占据的空间，而不是单个气体分子的体积(其体积远小于该值)，所以D错，而B式是将D式代入A式和C得出的，故B错。
对布朗运动的考查
[典题例析]
2．图1-1-3是某液体中布朗运动的示意图(每隔30 s记录一次微粒的位置)，下列说法中正确的是(　　)
图1-1-3
A．图中记录的是液体分子无规则运动的情况
B．图中记录的是粒子做布朗运动的轨迹
C．粒子越大，布朗运动越明显
D．反映了液体分子运动的无规则性
[思路点拨]　
→→
解析：布朗运动不是固体分子的无规则运动，而是大量液体分子做无规则运动时与悬浮在液体中的小颗粒发生碰撞，从而使小颗粒做无规则运动，即布朗运动是固体颗粒的运动，温度越高，分子运动越激烈，布朗运动也越激烈，A错误；粒子越小，某一瞬间跟它撞击的分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，即布朗运动越显著，故C错误；图中每个拐点记录的是粒子每隔30 s的位置，而在30 s内粒子做的也是无规则运动，而不是直线运动，故B错误；布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性，D正确。
答案：D
[探规寻律]
布朗运动示意图的分析方法
布朗运动是无规则的，分析布朗运动示意图时要注意：
(1)布朗运动示意图中每个拐点记录的是微粒每隔一段时间(如30 s)的位置，可采用频闪照相的办法记录。
(2)两位置所画线段是人为画的，在30 s内，微粒仍做无规则运动。
(3)不能将示意图中的折线当做微粒的运动轨迹，每一段折线也不可认为是对应这段时间内的匀速直线运动轨迹，在这段时间内运动仍然是很复杂的。
(4)布朗运动示意图只能说明每隔一段时间微粒的位置，无法确定微粒运动的轨迹。
[跟踪演练]
(多选)(大纲版全国卷)下列关于布朗运动的说法，正确的是(　　)
A．布朗运动是液体分子的无规则运动
B．液体温度越高，悬浮粒子越小，布朗运动越剧烈
C．布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的
D．布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的
解析：选BD　布朗运动是悬浮粒子的无规则运动，不是液体分子的运动，选项A错；液体的温度越高，悬浮粒子越小，布朗运动越剧烈，选项B正确；布朗运动是由于液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的，选项C错，选项D正确。
对分子间作用力的考查
[典题例析]
3.如图1-1-4所示，关于分子间的作用力，下列说法正确的是(其中r0为分子间平衡位置之间的距离)(　　)
图1-1-4
A．当分子间距离为r0时，它们之间既没有引力，也没有斥力
B．分子间的平衡距离r0可以看作分子直径的大小，其数量级为10－10 m
C．两个分子间距离由较远减小到r＝r0过程中，分子力先减小，后增大，分子力为引力
D.两个分子间距离由极小逐渐增大到r＝r0过程中，引力和斥力都同时减小，分子力为引力
[思路点拨]　
→
解析：当分子间距离为r0时，它们之间的引力与斥力刚好大小相等，分子力为零，A项错；一般分子直径的数量级为10－10 m，跟分子间的平衡距离r0相当，B项正确；当两分子间距离在大于r0的范围内减小时，分子力先增大，后减小，C项错；两分子间距离在小于r0的范围内，分子力为斥力，D项错。
答案：B
[探规寻律]
(1)若讨论的是分子间的引力和斥力问题，应记住它们都是随分子间距离的增大而减小，斥力减小得更快些。
(2)若讨论的是分子间的相互作用力即合力时，由图像可知，当分子间的距离由0→r0增大时，分子间的相互作用力减小；当分子间的距离由r0→∞增大时，分子间的相互作用力先增大后减小。
(3)结合动力学即牛顿第二定律和运动学规律分析分子运动问题时，若乙分子由无穷远处沿直线向甲分子运动：在10r0→r0的过程中，加速度的大小是先增大后减小，方向不变，速度一直增大，过了r0后加速度反向，乙分子做减速运动，在r0→0的过程中，加速度的大小一直增大，分子速度逐渐减小。
[跟踪演练]
(广东高考)清晨，草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠，这一物理过程中，水分子间的(　　)
A．引力消失，斥力增大
B．斥力消失，引力增大
C．引力、斥力都减小
D．引力、斥力都增大
解析：选D　由水汽凝结成水珠时，分子间的距离减小，分子引力和斥力都增大，所以D正确。
[课堂双基落实]
1．(多选)关于分子，下列说法中正确的是(　　)
A．分子看成球体是对分子的简化模型，实际上，分子的形状并不真的都是球体
B．不同分子的直径一般不同，但数量级一定相同，均为10－10 m
C．在计算分子间距时，固体、液体、气体分子均可看成一个挨一个紧密排列，且均可视为球体模型
D．对于固体、液体，可较易估算出其分子间距或分子直径，但对于气体，一般不能估算出分子直径，只能估算分子间距
解析：选AD　实际上，分子的结构非常复杂，它的形状并不真的都是小球，分子直径不可能都相同，除一些有机大分子外，一般分子直径的数量级为10－10 m。在计算分子直径时，由于固体、液体分子间距较小，可认为分子是一个挨一个紧密排列的，分子可看成球体或正方体，分子间距即为分子直径大小。但对于气体，由于分子间距比其分子大得多，不能认为一个挨一个紧密排列，一般只能估算分子间距，不能估算其直径，且估算分子间距时，气体分子所占据的空间应看成立方体。
2. 关于扩散现象和布朗运动，下列说法中正确的是(　　)
A．扩散现象和布朗运动都是分子的无规则运动
B．扩散现象和布朗运动没有本质的区别
C．扩散现象可以停止，说明分子的热运动可以停止
D．扩散现象和布朗运动都与温度有关
解析：选D　扩散现象是由于分子的无规则热运动而导致的物质的群体迁移，当物质在某一能到达的空间内达到均匀分布时，这种宏观的迁移现象就结束了，但分子的无规则运动依然存在。布朗运动是由于分子热运动对悬浮微粒的不均匀撞击所致，它不会停止，这两种现象都与温度有关，温度越高，现象越明显。
3．当物体受到拉伸时，下列说法中正确的是(　　)
A．分子间的斥力增大，引力减小
B．分子间的引力增大，斥力减小
C．分子间的引力与斥力都减小，但引力比斥力减小得慢
D．分子间的引力和斥力都增大，但引力比斥力增大得快
解析：选C　分子间作用力的特点：引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力减小得快，故选项C正确。
4．水的相对分子质量是18，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，阿伏伽德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1，则：
(1)水的摩尔质量M＝____________g·mol－1或M＝__________kg·mol－1；
(2)水的摩尔体积VA＝________ m3·mol－1；
(3)一个水分子的体积V0＝________m3；
(4)将水分子看作球体，水分子的直径d＝________ m，一般分子直径的数量级是________m。
解析：(1)某种物质的摩尔质量用“g·mol－1”作单位时，其数值与该物质的相对分子质量相同，所以水的摩尔质量为18 g·mol－1或1.8×10－2 kg·mol－1。
(2)水的摩尔体积VA＝＝ m3·mol－1＝1.8×10－5 m3·mol－1。
(3)一个水分子的体积V0＝＝ m3≈3×10－29m3。
(4)将水分子视为球体模型，有d3＝V0，水分子的直径d＝ ＝ m≈3.9×10－10 m，一般分子直径的数量级为10－10 m。
答案：(1)18　1.8×10－2　(2)1.8×10－5　(3)3×10－29　(4)3.9×10－10　10－10
[课下综合检测]
一、选择题
1.(多选)下面所列举的现象，能说明分子是不断运动着的有(　　)
A．将香水瓶盖打开后能闻得到香味
B．汽车开过后，公路上尘土飞扬
C．洒在地上的水，过一段时间就干了
D．悬浮在水中的花粉做无规则的运动
解析：选ACD　扩散现象和布朗运动都能说明(直接和间接)分子在不停地做无规则运动。香水的扩散、水分子在空气中的扩散以及悬浮在水中花粉的运动都说明了分子是不断运动的，故A、C、D均正确；而尘土不是单个分子，而是颗粒，尘土飞扬不是分子的热运动。
2. (广东高考)如图1所示，两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来，下面的铅柱不脱落，主要原因是(　　)
图1
A．铅分子做无规则热运动
B．铅柱受到大气压力作用
C．铅柱间存在万有引力作用
D．铅柱间存在分子引力作用
解析：选D　下面的铅柱不脱落，说明铅柱受到一个向上的力的作用，A项错误；大气对铅柱有向上的压力，但是远远不足以抵消铅柱的重力，因此B项错误；铅柱间的万有引力太小，远小于铅柱的重力，C项错误；由于铅柱间存在着分子引力的作用，故下面的铅柱才不脱落，D项正确。
3．(北京高考)下列说法正确的是(　　)
A．液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动
B．液体分子的无规则运动称为布朗运动
C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．物体对外界做功，其内能一定减少
解析：选A　本题考查布朗运动、热力学第一定律，意在考查考生的理解能力。悬浮在液体中的小颗粒的无规则运动称为布朗运动，它反映了液体分子的无规则运动，则A项正确，B项错误；物体从外界吸收热量，由于做功情况未知，其内能不一定增加；同理，物体对外界做功，其内能不一定减少，则C、D两项错误。
4．当两个分子间的距离为r0时，正好处于平衡状态，下列关于分子间作用力与分子间距离的关系的说法正确的是(　　)
A．当分子间的距离r＜r0时，它们之间只有斥力作用
B．当分子间的距离r＝r0时，分子处于平衡状态，不受力
C．在分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都在减小，且斥力比引力减小得快
D．在分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间相互作用力的合力在逐渐减小
解析：选C　分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的，当r＝r0时，f引＝f斥，每个分子所受的合力为零，并非不受力；当rf引，合力为斥力，并非只受斥力，故A、B错误。在分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都减小，且斥力比引力减小得快，分子间作用力的合力先减小到零，再增大后减小到零，故C正确，D错误。
5．(多选)在观察布朗运动的实验过程中，每隔5 s记录下颗粒的位置，最后将这些位置用直线依次连接，如图2所示。下列说法错误的是(　　)
图2
A．由图可以看出布朗运动是无规则的
B．图中轨迹就是颗粒无规则运动的轨迹
C．若对比不同温度下的轨迹，可以看出温度高时布朗运动显著
D．若对比不同大小颗粒的轨迹，可以看出颗粒越小，布朗运动越显著
解析：选BCD　由于是每隔5 s记录下颗粒的位置，最后将这些位置用直线依次连接，但并不知道这5 s内颗粒的运动轨迹(其实这5 s内的轨迹也是无规则的)，所以记录下的并不是颗粒的实际运动轨迹。单从题图中看不出温度与颗粒大小对布朗运动的影响。
6.如图3所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小，横坐标表示两个分子间的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的交点，则下列说法正确的是(　　)
图3
A．ab为斥力曲线，cd为引力曲线，e点横坐标的数量级为10－10 m
B．ab为引力曲线，cd为斥力曲线，e点横坐标的数量级为10－10 m
C．若两个分子间距离大于e点的横坐标，则分子间作用力表现为斥力
D．若两个分子间距离越来越大，则分子力越来越大
解析：选B　分子间同时存在着引力和斥力，且都随r的增大而减小，斥力变化得比引力快，当r＝r0＝10－10 m(数量级)时引力和斥力相等，故A项错误、B项正确。当r>10－10m(数量级)时引力大于斥力，分子力表现为引力，故C项错。当rr0时，r增大，分子力先增大后减小；当r>10r0时，分子力已很微弱，可以忽略不计，故D项错。
二、非选择题
7．巴西著名足球运动员卡洛斯的肺活量能达到7 600 mL，据此估算他吸入的空气分子总数约为______个，吸入的气体分子间的平均距离为________m，依据上述条件________(选填“能”或“不能”)求得分子的直径。(取一位有效数字，NA＝6.02×1023 mol－1)
解析：标准状况下气体的摩尔体积为V0＝22.4 L·mol－1，则卡洛斯吸入的气体摩尔数为n＝，其吸入的分子总数N＝nNA＝NA＝×6.02×1023个≈2×1023个；将每个分子占用的空间体积均看成一个立方体，分子位于立方体中央，则立方体边长与分子间的平均距离等值，即d＝ ＝3×10－9 m；气体分子间距较大，无法通过已知量求得气体分子体积及分子直径。
答案：2×1023　3×10－9　不能
8．8 g氧气所含的分子个数为多少？估算在标准状况下氧气分子的平均距离约为多少？
解析：氧气的摩尔质量M＝32 g/mol，阿伏伽德罗常数为NA＝6.02×1023 mol－1，则8 g氧气所含的分子个数为
N＝NA＝×6.02×1023个＝1.5×1023个。
又1 mol任何气体在标准状况下的体积为22.4升，
每个氧气分子平均占据的空间体积
V0＝＝ m3≈3.7×10－26 m3
把每个空气分子占据的空间看成一个小立方体，则分子间平均距离d＝＝ m≈3×10－9 m。
答案：1.5×1023个　3×10－9 m
第2节 气体分子运动与压强
统计规律、气体分子速率分布规律
[自读教材·抓基础]
1．统计规律
(1)现象：某一事件的出现纯粹是偶然的，但大量的偶然事件却会表现出一定的规律。
(2)定义：大量偶然事件表现出来的整体规律。
2．气体分子速率分布规律
(1)气体分子运动的特点：气体分子都在永不停息地做无规则运动，每个分子的运动状态瞬息万变，每一时刻的运动情况完全是偶然的、不确定的。
(2)气体分子速率的分布规律：
①图像：如图1-2-1所示。
图1-2-1
②规律：在一定温度下，不管个别分子怎样运动，气体的多数分子的速率都在某个数值附近，表现出“中间多、两头少”的分布规律。当温度升高时，“中间多、两头少”的分布规律不变，气体分子的速率增大，分布曲线的峰值向速率大的一方移动。
[跟随名师·解疑难]
1．气体的微观结构有何特点？
(1)气体分子间的距离较大，大于10r0(10－9 m)，气体分子可看成无大小的质点。
(2)气体分子间的分子力很微弱，通常认为气体分子除了相互碰撞或与器壁碰撞外，不受其他力的作用。
2．气体分子运动有何规律？
(1)在一定温度下，单个气体分子的运动无规律可言，但从整体上而言，气体的多数分子的速率都在某个数值附近，当温度升高时这个数值也会变大。
(2)温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的，速率的平均值也是确定的(分子种类不同，这个平均值一般不同)。温度升高，气体分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
(多选)大量气体分子运动的特点是(　　)
A．分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外，可在空间里自由移动
B．分子的频繁碰撞致使它做杂乱无章的热运动
C．分子沿各方向运动的机会相等
D．分子的速率分布毫无规律
解析：选ABC　气体分子除碰撞外可以认为是在空间内自由移动的，因气体分子沿各方向运动的机会相等，碰撞使之做无规则运动，但气体分子速率按正态分布，即按“中间多、两头少”的规律分布，所以A、B、C正确，D错误。
气体的压强
[自读教材·抓基础]
1．产生原因
大量气体分子频繁撞击器壁，对器壁产生一个稳定的压力，从而产生压强。
2．压强特点
气体内部压强处处相等。
3．影响因素
(1)气体的温度。
(2)单位体积内的分子数。
[跟随名师·解疑难]
1．气体压强如何产生？
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，累计撞击力就大
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于密闭容器中气体的压强，下列说法中正确的是(　　)
A．是由气体受到的重力所产生的
B．容器离地面越高，容器中气体的压强越大
C．是大量气体分子频繁地碰撞器壁所产生的
D．容器运动的速度越大，容器中气体的压强越大
解析：选C　容器中气体的压强是由大量气体分子频繁地碰撞器壁所产生的，它受单位体积内气体的分子数和气体温度的影响，而与其他因素无关，因此选项C正确。
对气体分子速率分布规律的考查
[典题例析]
1.某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图1-2-2所示，图中f(v)表示v处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，则(　　)
图1-2-2
A．TⅠ>TⅡ>TⅢ　　　　 B．TⅢ>TⅡ>TⅠ
C．TⅡ>TⅠ，TⅡ>TⅢ D．TⅠ＝TⅡ＝TⅢ
[思路点拨]　明确气体分子的平均速率与温度的关系。
解析：温度越高，气体分子的平均速率就越大。由图像可以看出，大量的分子的平均速率为vⅢ>vⅡ>vⅠ，因为是同种气体，所以B正确，A、C、D错误。
答案：B
[探规寻律]
(1)在一定温度下，气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。
(2)温度越高，速率大的分子比例较多，这个规律对任何气体都是适用的。
[跟踪演练]
气体分子永不停息地做无规则运动，同一时刻都有向不同方向运动的分子，速率也有大有小。下表是氧气分别在0 ℃和100 ℃时，同一时刻在不同速率区间内的分子数占总分子数的百分比，由表得出的下列结论中正确的是(　　)
按速率大小划分的速率区间(m/s)
不同温度下各速率区间的分子数占总分子数的百分率(%)
0 ℃
100 ℃
100以下
1.4
0.7
100～200
8.1
5.4
200～300
17.0
11.9
300～400
21.4
17.4
400～500
20.4
18.6
500～600
15.1
16.7
600～700
9.2
12.9
700～800
4.5
7.9
800～900
2.0
4.6
900以上
0.9
3.9
A．气体分子的速率大小基本上是均匀分布的，每个速率区间的分子数大致相同
B．大多数气体分子的速率处于中间值，少数分子的速率较大或较小
C．随着温度升高，每个气体分子的速率都增大
D．气体分子的平均速率基本上不随温度的变化而变化
解析：选B　由表格可以看出在0 ℃和100 ℃两种温度下，分子速率在200～700 m/s之间的分子数的比例较大，由此可得出A错误，B正确。再比较0 ℃和100 ℃两种温度下，分子速率较大的区间，100 ℃的分子数所占比例较大，而分子速率较小的区间，100 ℃的分子数所占比例较小，故100 ℃的气体分子平均速率高于0 ℃的气体分子平均速率而不是每个分子的速率都增大，故 C、D错误。
对气体压强的考查
[典题例析]
2．对于一定质量的气体，下列叙述正确的是(　　)
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
[思路点拨]　→
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、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却不知道，故A、C、D都错。气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数是气体压强的微观表示，故B对。
答案：B
[探规寻律]
气体的压强是大量气体分子对器壁频繁地碰撞产生的，它是气体分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞产生的压力。(1)从微观的角度看，气体的压强大小是由气体分子无规则运动的剧烈程度和单位体积内的分子数共同决定的；(2)从宏观看，一定质量的气体的压强是由气体的温度和体积共同决定的。
[跟踪演练]
关于密闭容器中气体的压强，下列说法中正确的是(　　)
A．是由气体受到的重力所产生的
B．是由气体间的相互作用力产生的
C．是大量气体分子频繁地碰撞器壁所产生的
D．容器运动的速度越大，气体的压强也就越大
解析：选C　气体压强是大量分子频繁碰撞器壁产生的，受单位体积内气体的分子数和气体的温度影响，而与气体的重力、容器的运动等因素都无关，故C项正确，A、B、D均不正确。
[课堂双基落实]
1．在研究热现象时，我们采用统计方法，这是因为(　　)
A．每个分子的运动速率随温度的变化是有规律的
B．个别分子的运动也具有规律性，只是它对整体效果的影响不明显罢了
C．在一定温度下，大量分子的速率分布是确定的
D．在一定温度下，大量分子的速率分布也随时间而变化
解析：选C　只有大量分子运动的速率分布才是有规律的，即遵守统计规律，而个别分子的运动速率瞬息万变，没有一定的规律，故C项正确。
2．1859年，麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来有许多实验验证了这一规律。若以横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比。下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是(　　)
图1-2-3
解析：选D　大量分子速率越接近平均速率，分子数越多，故D图正确。
3．对于一定质量的气体，下列四个论述中正确的是(　　)
A．当分子热运动变剧烈时，压强必增大
B．当分子热运动变剧烈时，压强可能不变
C．当分子间平均距离变大时，压强必变大
D．当分子间平均距离变大时，压强必变小
解析：选B　一定质量的气体压强由温度和单位体积的分子数共同决定，也可以说由分子热运动的剧烈程度和分子间平均距离共同决定，故B项正确。
4．封闭在气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不变
解析：选B　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项正确，A、C、D均不正确。
[课下综合检测]
一、选择题
1.在一定温度下，某种理想气体的速率分布应该是(　　)
A．每个分子速率都相等
B．每个分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目都很少
C．每个分子速率一般都不相等，但在不同速率范围内，分子数目的分布是均匀的
D．每个分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目很多
解析：选B　由麦克斯韦气体分子速率分布规律知，气体分子速率大部分集中在某个数值附近，速率很大的和速率很小的分子数目都很少，故正确选项为B。
2.小刚同学为了表演“轻功”，用打气筒给4只相同的气球充以相等质量的空气(可视为理想气体)，然后将它们放置在水平木板上，再在气球的上方平放一块轻质塑料板，如图1所示。小刚同学在慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中，气球一直没有破裂。球内气体温度可视为不变。下列说法正确的是(　　)
图1
A．气球内气体的压强是由于气体重力而产生的
B．由于小刚同学压迫气球，球内气体分子间表现为斥力
C．气球内气体分子运动速率的分布规律不变
D．气球内气体的体积是所有气体分子的体积之和
解析：选C　气体的压强是由于气体分子频繁地碰撞器壁产生的，与分子的重力无关，故A错；因为气球内的气体是理想气体，在常温常压下，气体分子之间的距离约为10－9m，分子之间的分子力认为是零，故B错；温度不变，因此气体分子运动速率的分布规律不变，故C正确；气体分子之间的距离远大于气体分子的大小，因此气体的体积要大于所有气体分子的体积之和，故D错。
3.伽尔顿板可以演示统计规律。如图2所示，让大量小球从上方漏斗形入口落下，则能正确反映最终落在槽内小球的分布情况的是(　　)
图2
图3
解析：选C　让大量小球从上方漏斗形入口落下，显示出规律性，按正态分布，落在槽内小球的分布形状如C所示，故选C。
4.如图4所示，密闭气缸内装有某种气体，则气体对内壁A、B两点的压强pA、pB在完全失重状态下的关系是(　　)
图4
A．pA>pB　　　　 B．pAC．pA＝pB D．无法确定
解析：选C　气体压强由气体分子的平均动能和单位体积内的分子数决定，与气体的受重力情况无关，故选项C正确。
5．对一定量的气体，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．当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变
解析：选C　由于气体压强是大量气体分子对器壁的碰撞作用而产生的。其值与分子密度及分子的平均速率有关。对一定质量的气体，压强与温度和体积有关。若压强不变而温度发生变化和体积发生变化，会引起单位体积的分子数发生变化，N一定变化，故C项正确，D错。若体积减小时温度也降低，则N不一定增加，A错。当温度升高时同时体积增大，则N不一定增加，故B项错。
6．在一个水温相同的游泳池中，一个小空气泡由水底缓慢向上浮起时，下列对空气泡内气体分子的描述中正确的是(　　)
A．气体分子的平均速率不变
B．气体分子密度增加
C．气体分子单位时间内撞击气泡与液体界面单位面积的分子数增加
D．气体分子无规则运动加剧
解析：选A　气体温度不变，分子平均速率不变，故A正确，D错误。上浮过程中，气体压强减小，单位时间内与单位面积撞击的分子数减少，单位体积内分子数减少，故B、C均不正确。
二、非选择题
7．气体压强和通常所说的大气压强是不是同一回事？若不是有何区别与联系？
解析：因密闭容器中的气体密度一般很小，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，大小由气体的密度和温度决定，与地球的引力无关，气体对上下左右器壁的压强都是大小相等的。
大气压强却是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。地面大气压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，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。
答案：见解析
8．如图5所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中装有与容器容积等体积的水，乙中充满空气，试问：
5
(1)两容器各侧壁压强的大小关系及压强的大小决定于哪些因素？(容器容积恒定)
(2)若让两容器同时做自由落体运动，容器侧壁上所受压强将怎样变化？
解析：(1)对甲容器，上壁的压强为零，底面的压强最大，其数值为p＝ρgh(h为上下底面间的距离)，侧壁的压强自上而下由小变大，其数值大小与侧壁上各点距水面的竖直距离x的关系是p＝ρgx。对乙容器，各处器壁上的压强大小都相等，其大小决定于气体的密度和温度。
(2)甲容器做自由落体运动时器壁各处的压强均为零，乙容器做自由落体运动时器壁各处的压强不发生变化。
答案：见解析
第3节 温度与内能
温度与分子平均动能
[自读教材·抓基础]
1．分子动能
分子由于做热运动所具有的动能。
2．平均动能
大量分子动能的平均值。
3．温度与平均动能的关系
(1)温度升高，分子的平均动能增大；温度降低，分子的平均动能减小。
(2)分子热运动的平均动能与物体的热力学温度成正比。
(3)温度的微观本质：温度是物体内分子热运动平均动能的标志。
[跟随名师·解疑难]
1．温度的物理含义
(1)宏观上：温度表示物体的冷热程度。
(2)微观上：标志物体分子热运动的激烈程度，它是物体分子平均动能的标志。
(3)温度是一个“统计”概念，它仅对物体，即大量的分子有意义，对单个分子来说，温度是没有意义的，故“分子的温度”这种说法是不科学的。
(4)温度与物体的宏观运动状态无关。
2．单个分子的动能
由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也不相同。所以研究单个分子的动能没有意义。
3．分子的平均动能
只要温度相同，一切物体分子的平均动能就一定相同。与物质种类、质量、压强、体积无关。
[特别提醒]　在温度相同时，一切物体分子的平均动能相同，平均速率一般不相同。因为k＝m2，而不同物质的分子质量一般不同。例如，氧气和氢气在温度相同时，kO＝kH，即mO2＝mH2，因为mO>mH，所以O[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于分子动能，正确的说法是(　　)
A．某种物体的温度是0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零
B．物体温度升高时，所有分子的动能都增大
C．同种物体，温度高时分子的平均动能一定比温度低时的大
D．物体的运动速度越大，则物体的分子动能也越大
解析：选C　某种物体的温度是0 ℃，物体中分子的平均动能并不为零，因为分子在永不停息地运动，从微观上讲，分子运动快慢是有差别的，各个分子运动的快慢无法跟踪测量，而温度的概念是建立在统计规律的基础上的，在一定温度下，分子速率大小按一定的统计规律分布，当温度升高时，说明分子运动激烈，平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大；物体的运动速度越大，说明物体的动能越大，这并不能代表物体内部分子的热运动，则物体的温度不一定高，所以选C。
分子势能
[自读教材·抓基础]
1．定义
分子具有的由分子间的相对位置决定的势能。
2．分子势能的决定因素
(1)宏观上：与物体的体积有关。
(2)微观上：与分子间的距离有关。
①若r>r0，当r增大时，分子势能增加。
②若r③若r＝r0，分子势能最小。
[跟随名师·解疑难]
1．影响分子势能大小的因素
如图1-3-1所示，随着分子间距离的变化，分子力做功，分子势能发生变化，分子势能的变化微观上决定于分子间的距离，宏观上与物体的体积有关。
图1-3-1
分子间距离
r＝r0
r>r0
r分子力
等于零
表现为引力
表现为斥力
分子力做功
分子间距增大时，分子力做负功
分子间距减小时，分子力做负功
分子势能
最小
随分子间距的增大而增大
随分子间距的减小而增大
[特别提醒]　
(1)分子力做功是分子势能变化的量度。
(2)物体体积改变，分子势能必定发生改变。大多数物质是体积越大，分子势能越大；也有少数反常物质(如冰、铸铁)体积越大，分子势能反而越小。
(3)当r＝r0时，分子力为零，分子势能为最小值，分子势能最小值和分子势能为零不是一回事。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于分子势能，下列说法中正确的是(　　)
A．分子势能只由分子引力决定
B．分子势能跟物体的体积有关
C．物体体积增大时，分子势能一定增加
D．物体体积减小时，分子势能一定减小
解析：选B　物体体积发生变化时，分子势能将发生变化，但没有确定关系。当分子间距离rr0时，分子力表现为引力，分子势能随r的增大而增大；r＝r0时，分子势能最小。
物体的内能
[自读教材·抓基础]
1．定义
物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和。
2．普遍性
物体中的分子永不停息地做无规则运动、分子间有相互作用力，所以任何物体都具有内能。
3．相关因素
(1)物体含有的分子数目与物体的质量有关。
(2)分子热运动的平均动能与温度有关。
(3)分子势能与体积有关。
4．改变内能的方式
改变内能的方式有做功和热传递。
(1)做功改变内能时，可以使其他形式的能与内能发生转化，内能的变化量可用做功的多少来量度。
(2)通过热传递改变物体内能时，内能的变化量由热量来量度，热量和内能变化的过程相联系，热量是过程量。
[跟随名师·解疑难]
1．对内能的理解
(1)内能是对大量分子而言的，对单个分子来说无意义。
(2)物体内能的决定因素：
①从宏观上看，物体内能的大小由物体的质量、温度和体积三个因素决定。
②从微观上看，物体内能的大小由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。
2．改变内能的两种方式及其区别
做功
热传递
特征
有力参与做功
存在温度差
本质
内能与其他形式的能转化
内能的转移
量度
功
热量
举例
摩擦、压缩等
不同温度的物体接触
3．内能与机械能的区别和联系
项目
内能
机械能
对应的运动形式
微观分子热运动
宏观物体机械运动
能量常
见形式
分子动能、分子势能
物体动能、重力势能和弹性势能
能量存
在原因
由物体内大量分子的热运动和分子间相对位置决定
由于物体做机械运动或物体形变或被举高而具有
影响因素
物质的量、物体的温度和体积及物态
物体的机械运动的速度、离地高度或相对于零势能面的高度或弹性形变程度
是否为零
永远不能等于零
一定条件下可以等于零
联系
在一定条件下可以相互转化
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于物体的内能，以下说法正确的是(　　)
A．不同物体温度相等，内能也相等
B．所有分子的势能增大，内能也增大
C．做功和热传递都能改变物体的内能，但二者本质不同
D．只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体的内能一定相等
解析：选C　物体的内能包括所有分子动能和分子势能之和，A、B均错；通过做功改变内能，是其他形式的能与内能的转化，而通过热传递改变内能，则是内能在物体间的转移，二者有本质的不同，C项正确；两物体质量相同，但种类不一定相同，分子总数就不一定相等，即使温度、体积相等，内能也不一定相等，D项错。
对分子势能的考查
[典题例析]
1．(多选)(海南高考)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图1-3-2中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0，相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近。若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是(　　)
图1-3-2
A．在r＞r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小
B．在r＜r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小
C．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大
D．在r＝r0时，分子势能为零
E．分子动能和势能之和在整个过程中不变
[思路点拨]　
(1)分子间作用力何时表现为引力，何时表现为斥力？
提示：r>r0时，引力；r(2)分子力做正功时，分子势能如何变化？分子动能如何变化？
提示：分子势能减少，分子动能增加。
解析：在r＞r0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故选项A正确；
在r＜r0阶段，当r减小时F做负功，分子势能增加，分子动能减小，故选项B错误；
在r＝r0时，分子势能最小，动能最大，故选项C正确；
在r＝r0时，分子势能最小，但不为零，故选项D错误；
在整个相互接近的过程中分子动能和势能之和保持不变，故选项E正确。
答案：ACE
[探规寻律]
分子势能图像问题的解题技巧
(1)明确分子势能、分子力与分子间距离图像中拐点意义的不同，分子势能图像的最低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离r0，而分子力图像的最低点(引力最大值)对应的距离大于r0。
(2)分子势能图像与r轴交点表示的距离小于r0，分子力图像与r轴交点表示平衡距离r0，其次要把图像上的信息转化为分子间距离再求解其他问题。
[跟踪演练]
下列关于分子力和分子势能的说法中，正确的是(　　)
A．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大
B．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小
C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
D．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小
解析：选C　分子间作用力表现为引力时，随分子间距离增大，要克服分子引力做功，分子势能增大，但分子间作用力可能先增大后减小，也可能一直减小；分子间作用力表现为斥力时，随分子间距离减小，分子间作用力增大，克服斥力做功，分子势能增大，C正确。
对物体内能的考查
[典题例析]
2．下列关于内能的说法中，正确的是(　　)
A．不同的物体，若温度相等，则内能也相等
B．物体速度增大，则分子动能增大，内能也增大
C．对物体做功或向物体传热，都可能改变物体的内能
D．冰融化成水，温度不变，则内能也不变
[思路点拨]　
(1)物体内能的决定因素是什么？
提示：质量、温度和体积。
(2)内能与机械能有什么关系？
提示：没有必然的联系。
(3)改变物体内能的方式有哪些？
提示：做功和热传递。
解析：不同的物体，温度相同，只是分子的平均动能相同，但物质的量和分子势能两个因素不确定，故内能不一定相等，A错；物体的速度是宏观量，物体的速度增大，分子热运动的动能不一定增大，内能不一定增大，B错；改变物体内能的方式有两种即做功和热传递，对物体做功或向物体传热，都可能改变物体的内能，C对；冰融化成水，温度不变，分子的平均动能不变，体积变小，分子间距变小，分子势能增加，故内能增加，D错。
答案：C
[探规寻律]
影响物体内能的因素有温度、体积和物体的质量(或所包含分子的个数)，且内能与机械能无关。
[跟踪演练]
(四川高考)物体由大量分子组成，下列说法正确的是(　　)
A．分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大
B．分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小
C．物体的内能跟物体的温度和体积有关
D．只有外界对物体做功才能增加物体的内能
解析：选C　分子运动的剧烈程度是针对大量分子的统计规律而言，并不能说明每一个分子的运动情况，故A选项错误；根据分子间的引力大小与分子间的距离之间的关系(分子间的引力大小随分子间的距离的减小而增大)可知，B选项错误；从宏观角度看，物体的内能与物体的温度和体积有关，故C选项正确；改变物体内能的方式有两种：做功和热传递，故D选项错误。
[课堂双基落实]
1．关于温度的概念，下列说法中正确的是(　　)
A．温度是分子平均动能的标志，物体的温度越高，则分子的平均动能越大
B．温度是分子平均动能的标志，温度升高，则物体的每一个分子的动能都增大
C．某物体当其内能增大时，则该物体的温度一定升高
D．甲物体的温度比乙物体高，则甲物体分子的平均速率比乙物体分子的平均速率大
解析：选A　温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大，但有些分子的动能可能减小，A正确，B错误；内能增大，温度不一定升高，因为增加的内能可以只改变分子势能，C错误；不同种类的分子，分子质量不一定相等，因此无法比较分子的平均速率大小，D错误。
2．分子间距离增大时，分子势能将(　　)
A．增加　　　　　 B．减小
C．不变 D．不能确定
解析：选D　分子势能的变化与分子力做功紧密联系。当分子力做正功时，分子势能减小；当分子力做负功时，分子势能增大。当r>r0时，r增大，分子力做负功，分子势能增大；当r3．下列说法正确的是(　　)
A．分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能
B．物体的分子势能由物体的温度和体积决定
C．物体的速度增大时，物体的内能增大
D．物体的动能减小时，物体的温度可能增加
解析：选D　内能是对物体内所有分子而言的，单个分子无内能可言，选项A是错误的；物体的分子势能由分子间距离决定，宏观上反映为由物体的体积决定，所以选项B也是错误的；物体的内能与物体做宏观的机械运动的速度无关，故选项C也是错误的；物体的温度决定分子的平均动能，与物体宏观运动的动能无关，因此选项D是正确的。
4.如果取分子间距离r＝r0(r0＝10－10 m)时为分子势能的零势能点，则rr0时，分子势能为________值(填“正”“负”或“零”)。按规定的零势能点，试着在图1-3-3上画出Ep-r的图像。
图1-3-3
解析：当r＝r0时，分子势能最小，所以若规定此时分子势能为零，则无论rr0，分子势能均为正值。
答案：正　正　如图所示
[课下综合检测]
一、选择题
1.关于热量、内能、温度的关系，下面说法中不正确的是(　　)
A．温度是物体内能的标志
B．热量是热传递过程中物体内能转移量的量度
C．内能少的物体也可能将其部分内能转移到内能多的物体
D．内能总是从分子平均动能大的物体转移到分子平均动能小的物体上
解析：选A　温度是分子平均动能的标志，而不是物体内能多少的标志，因为决定内能的因素还有质量、体积等因素。可见选项A是错误的。选项B符合热量的定义，因此是正确的。内能少的物体若温度较高，而内能多的物体其温度较低，则根据热传递的条件和规律，知选项C正确。分子平均动能大的物体就是温度高的物体，根据热传递的条件和规律，知选项D正确。
2．关于机械能和内能，下列说法中正确的是(　　)
A．机械能大的物体，其内能一定很大
B．物体的机械能损失时，内能却可以增加
C．物体的内能损失时，机械能必然减少
D．物体的内能为零时，机械能可以不为零
解析：选B　内能和机械能是两种不同形式的能量，两者并不存在必然联系。只有在系统的能量转化形式只发生在机械能与内能之间时，机械能的损失才等于内能的增加，故A、C错，B对；因为物体分子总在不停地做无规则运动，故内能不可能为零，D错。
3．(福建高考)下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是(　　)
图1
解析：选B　本题考查分子间作用力以及分子势能随分子间距离变化关系，意在考查考生对该部分知识的了解情况。当r＝r0时，分子间作用力f＝0，分子势能Ep最小，排除A、C、D，选B。
4．对于物体的“热胀冷缩”现象，下列说法中正确的是(　　)
A．物体受热后温度升高，分子的平均动能增大；温度降低后，分子的平均动能减小，分子势能没有变化
B．受热后物体膨胀，体积增大，分子势能增大；遇冷收缩后，体积减小，分子势能减小，分子的平均动能不会改变
C．受热膨胀，温度升高，分子的平均动能增大，体积增大，分子势能也增大；遇冷收缩，温度降低，分子的平均动能减小，体积减小，分子势能也减小
D．受热膨胀，分子的平均动能增大，分子势能也增大；遇冷收缩，分子的平均动能减小，但分子势能增大
解析：选C　物体受热后温度升高，分子平均动能增大，物体膨胀，体积增大，分子势能增大，遇冷后温度降低，体积减小，分子平均动能和分子势能都减小。
5．(多选)当氢气和氧气温度相同时，下列说法中正确的是(　　)
A．两种气体分子的平均动能相等
B．氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率
C．两种气体分子热运动的总动能相等
D．两种气体分子热运动的平均速率相等
解析：选AB　因为温度是分子平均动能的标志，现在氢气和氧气温度相同，所以二者分子的平均动能相等，故A选项正确；因为氢气分子的质量较小，而氢气和氧气分子的平均动能相等，所以氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率，故B选项正确，D选项错误；因为两种气体的质量未知，所以二者的分子数目未知，故C选项错误。
6．(北京高考)下列说法中正确的是(　　)
A．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大
B．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大
C．物体温度降低，其内能一定增大
D．物体温度不变，其内能一定不变
解析：选B　根据温度是分子平均动能的标志知，温度升高，分子热运动的平均动能增大；温度降低，分子热运动的平均动能减小，选项A错误，B正确。理想气体的温度升高，内能增大；温度降低，内能减小，选项C错误。晶体熔化或凝固时温度不变，但是内能变化，熔化时吸收热量，内能增大；凝固时放出热量，内能减小，选项D错误。
7．(多选)(新课标全国卷Ⅰ)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近。在此过程中，下列说法正确的是(　　)
A．分子力先增大，后一直减小
B．分子力先做正功，后做负功
C．分子动能先增大，后减小
D．分子势能先增大，后减小
E．分子势能和动能之和不变
解析：选BCE　本题考查分子力、分子力做功和分子势能的概念，意在考查考生对分子力、分子力做功与分子势能关系的掌握情况。分子力应先增大，后减小，再增大，所以A选项错；分子力先为引力，做正功，再为斥力，做负功，B选项正确；根据动能定理可知分子动能先增大后减小，分子势能先减小后增大，分子动能和分子势能之和保持不变，所以C、E选项正确，D错误。
二、非选择题
8. (江苏高考)密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大。从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运动的________增大了。该气体在温度T1、T2时的分子速率分布图像如图2所示，则T1________(选填“大于”或“小于”)T2。
图2
解析：密闭在钢瓶中的理想气体的体积不变，当温度升高时，分子的平均动能增大，单位面积受到撞击的分子数不变，但每次撞击的作用力变大，所以压强增大；当温度升高时，气体分子的平均速率会增大，大多数分子的速率都增大，所以波峰应向速率大的方向移动，即T2>T1。
答案：平均动能　小于
9．1 g 100 ℃的水和1 g 100 ℃的水蒸气相比较，下列说法是否正确？
(1)分子的平均动能和分子的总动能都相同。
(2)它们的内能相同。
解析：(1)温度相同，分子的平均动能就相同，又因为质量同为1 g且都由水分子组成，所以分子的总动能也相同，故该说法正确。
(2)当100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气时，该过程吸收热量，内能增加，所以1 g 100 ℃的水的内能小于1 g 100 ℃的水蒸气的内能，故该说法错误。
答案：见解析
10．用质量为0.5 kg的铁锤去打击质量为50 g的铁钉，已知铁锤打击铁钉时的速度为12 m/s，且每次打击后铁锤不再弹起。如果在打击时有80%的能量变成内能，并且这些能量有50%被铁钉吸收，现要使铁钉温度升高10℃，问要打多少次铁钉？[不计铁钉的体积变化，铁的比热容为460 J/(kg·℃)]
解析：这是一个铁锤对铁钉做功使铁钉内能增加的过程，由于不计铁钉的体积变化，所以铁钉的内能增加将完全表现为铁钉分子动能的变化，即反映在铁钉的温度变化上。
铁锤每次打击铁钉后不再弹起，表明其全部的机械能Ek＝m1v2将完全损失，其中有η1＝80%将变为内能，并有η2＝50%被铁钉吸收。
设铁钉温度升高Δt＝10℃需要打击n次，则有
n×η1×η2×m1v2＝cm2Δt
代入已知数据可解得打击次数为
n＝≈16次。
答案：16次
第2章 固体
对应学生用书P22
单晶体、多晶体和非晶体的区别及微观解释
单晶体
多晶体
非晶体
外形
有规则的
几何形状
没有规则的
几何形状
没有规则的
几何形状
物理
性质
各向异性
各向同性
各向同性
熔点
有固定的熔点
有固定的熔点
无固定的熔点
典型
物质
盐、味精、雪花
金属、岩石
玻璃、橡胶、沥青
微观
解释
内部物质微粒的排列有一定规律，在不同方向上的微粒排列及物质结构情况不一样
大量小晶粒的排列没有一定规律，在不同方向上的小晶粒排列及物质结构情况基本相同
内部物质微粒的排列没有一定规律，在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同
[例1]　下列说法中正确的是(　　)
A．晶体的任何物理性质都是和方向有关的
B．不具有确定几何形状的物体就一定不是晶体
C．金属整体表现为各向同性，但多数金属属于多晶体
D．若物体整体表现为各向同性，就一定是非晶体
解析：单晶体在某些物理性质上表现为各向异性，多晶体没有确定的几何形状，在物理性质上表现为各向同性。
答案：C
如何理解晶体有确定的熔点而非晶体没有确定的熔点
　
1.固体熔化吸热的原因
由于固体分子间的强大作用，使得固体分子只能在各自的平衡位置附近振动，对固体加热，在其开始熔化之前，获得的能量主要转化为分子的动能，使物体温度升高，当温度升高到一定程度时，一部分分子的能量足以克服其他分子的束缚，从而可以在其他分子间移动，固体开始熔化。
2．晶体有确定熔点的原因
晶体熔化过程，当温度达到熔点时，吸收的热量全部用来破坏空间点阵结构，增加分子势能，而分子的平均动能却保持不变，所以晶体有固定的熔点。
3．非晶体没有确定熔点的原因
由于非晶体没有空间点阵结构，熔化时不需要去破坏空间点阵结构，吸收的热量主要转化为分子的动能，不断吸热，温度就不断上升，所以非晶体没有固定的熔点。
[例2]　如图1所示，曲线M、N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t，纵轴表示温度T，从图中可以确定的是(　　)
图1
A．晶体和非晶体均存在固定的熔点T0
B．曲线M的bc段表示固液共存状态
C．曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态
D．曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态
解析：只有晶体存在固定的熔点T0，曲线M的bc段表示固液共存状态，曲线M的ab段表示固态，曲线N的ef段不表示固态，曲线N的fg段不表示液态，选项B正确，A、C、D错误。
答案：B
(时间：60分钟　满分：100分)
一、选择题(共8个小题，每小题6分，共48分。多选题全选对得6分，选不全得3分，错选不得分)
1．下列有关晶体的结构叙述正确的是(　　)
A．在晶体内部，组成晶体的物质微粒是无规则排列的
B．晶体的微观结构不具有周期性
C．在晶体内部，组成晶体的物质微粒可以自由运动
D．晶体内部微粒间存在着很强的作用力
解析：选D　在单晶体的内部，组成单晶体的物质微粒是规则排列的，A错误；晶体的微观结构具有周期性，且微粒间存在着很强的作用力，B错误，D正确；在晶体内部，组成晶体的物质微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动，而不能自由运动，C错误。
2．下列说法中不正确的是(　　)
A．常见的金属材料都是多晶体
B．只有非晶体才显示各向同性
C．凡是具有规则的天然几何形状的物体必定是单晶体
D．多晶体不显示各向异性
解析：选B　常见的金属：金、银、铜、铁、铝、锡、铅等都是多晶体，选项A正确；因为非晶体和多晶体的物理性质都表现为各向同性，所以选项B错误，选项D正确；有天然的规则的几何形状的物体一定是单晶体，选项C正确。
3．关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是(　　)
A．同种物质不可能呈现晶体和非晶体两种不同的形态
B．单晶体中原子(或分子、离子)按照一定规则排列，具有空间上的周期性
C．单晶体和多晶体都具有各向异性的物理性质
D．非晶体也可表现出各向异性的物理性质
解析：选B　同种物质可能呈现晶体和非晶体两种形态，如天然水晶是晶体，在它熔化以后再凝固起来，就成了石英玻璃，是非晶体，所以A错误；在晶体内部，分子、原子或离子按一定规则排列，呈现空间点阵结构，B正确；单晶体具有各向异性，多晶体、非晶体具有各向同性，所以C、D错误。
4．(多选)国家游泳中心——水立方，像一个蓝色透明的“冰块”，透过它，游泳中心内部设施尽收眼底。这种独特的感觉就源于建筑外墙采用了一种叫做ETFE(四氟乙烯和乙烯的共聚体)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
解析：选AD　非晶体没有一定的熔点，在物理性质上表现为各向同性。
5．(多选)下列关于白磷与红磷的说法中，正确的是(　　)
A．它们是由不同的物质微粒组成的
B．它们有不同的晶体结构
C．它们具有相同的物理性质
D．白磷的燃点低，红磷的燃点高
解析：选BD　白磷和红磷是同一种物质微粒在不同条件下生成的不同晶体，它们有着不同的微观结构，故表现在宏观上的物理性质不一样，白磷的燃点低，红磷的燃点高，故B、D选项正确。
6．(多选)新型金属材料有铝合金、镁合金、钛合金以及稀有金属，以下关于它们的说法正确的是(　　)
A．铝合金密度小，导电性好，可代替铜用作导电材料
B．镁合金既轻又强，被誉为“未来的钢铁”，可制造超音速飞机和宇宙飞船
C．稀有金属能改善合金性能，用于制造光电材料、磁性材料等
D．钛合金是制造直升机某些零件的理想材料
解析：选AC　被誉为“未来的钢铁”的是钛合金，可用于制造超音速飞机和宇宙飞船；而镁合金既轻又强，可用来制造直升机的某些零件，故只有选项A、C正确。
7．(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．晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上微粒数目不同，微粒间距离不相同
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，转化为分子间势能，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：选ABD　晶体有规则的几何外形是因为微粒按一定规律排列，呈现各向异性是因为不同方向上微粒数目不同，有固定熔点是因为其熔化时先要破坏点阵结构，之后温度才升高。综上所述，A、B、D正确。
8．一块密度和厚度都均匀分布的矩形被测样品，长AB是宽BC的两倍，如图1所示。若用多用电表沿两对称轴O1O1′和O2O2′测其电阻阻值均为R，则这块样品可能是(　　)
图1
A．单晶体　　　　　　　　 B．多晶体
C．非晶体 D．金属
解析：选A　该样品沿两对称轴O1O1′和O2O2′的长度、横截面积均不同，而电阻相同，表现出导电性能各向异性，单晶体物理性质表现为各向异性。非晶体和多晶体物理性质表现为各向同性，故该样品可能为单晶体。
二、非选择题(共4小题，共52分，把答案填在题中横线上或按要求作答，解答题应写出必要的文字说明，方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
9．(12分)常见的固体中：(1)________是晶体；(2)________是非晶体。(填选项前字母)
A．玻璃 　B．云母　C．水晶石　D．沥青　E．食盐
(3)下列物质：云母、食盐、蜂蜡、橡胶、铜，具有固定熔化温度的有________________；物理性质表现为各向同性的有________________。
解析：云母、食盐、铜都是晶体，故具有固定的熔化温度，蜂蜡、橡胶属于非晶体，没有固定的熔化温度；云母、食盐为单晶体，铜为多晶体。
答案：(1)B、C、E
(2)A、D
(3)云母、食盐、铜　蜂蜡、橡胶、铜
10．(12分)有一块物质薄片，某人为了检验它是不是晶体，做了一个实验。他以薄片的正中央O为坐标原点，建立xOy平面直角坐标系，在两个坐标轴上分别取两点x1和y1，使x1和y1到O点的距离相等。在x1和y1上分别固定一个测温元件，再把一个针状热源放在O点，发现x1和y1点的温度都在缓慢升高。
甲同学说：若两点温度的高低没有差异，则该物质薄片一定是非晶体。
乙同学说：若两点温度的高低有差异，则该物质薄片一定是晶体。
请对两位同学的说法作出评价。
(1)甲同学的说法是________(选填“对”或“错”)的；理由是_____________________。
(2)乙同学的说法是________(选填“对”或“错”)的；理由是_____________________。
解析：单晶体中，物质微粒的排列顺序及物质结构在不同方向上是不一样的，因此单晶体表现出各向异性。而非晶体中，物质微粒排列顺序及物质结构在不同方向是
一样的，因此非晶体表现出各向同性。对于多晶体，由于其中小晶粒是杂乱无章地排列的，因此也表现出各向同性。由此可知，表现出各向同性的不一定是非晶体，而表现出各向异性的一定是晶体。
答案：(1)错　因为有些晶体在导热性上也有可能是各向同性的(或两个特定方向上的同性并不能说明各个方向上都同性)
(2)对　因为只有晶体才具有各向异性
11．(12分)地矿工作者在野外考察时发现了一种矿石，该矿石具有某种规则的外形，当沿某一方向敲击时，比较容易将其一层层剥离，而沿其他方向敲击则不然，你对该矿石可做出怎样的判断？
解析：由于该矿石具有规则外形，且不同方向具有不同的力学性质，可知该矿石为单晶体。
答案：见解析
12．(16分)如图2所示，试说明晶体从开始加热到全部熔化为液体的过程中能的转化情况(分熔化前、熔化时、熔化后三个阶段说明)。
图2
解析：(1)熔化前，晶体从外界吸收能量，主要用来增加组成点阵结构的微粒的平均动能，使物体的温度升高，其体积一般也有所增大，也有小部分能量用来增加微粒的势能。
(2)熔化时，当温度升高到熔点时，点阵结构中的一部分微粒已有足够的动能，能够克服其他微粒的束缚离开平衡位置，破坏点阵结构，开始熔化。继续加热，微粒所吸收的热量不再用来增加其平均动能，而完全消耗在破坏点阵结构所需的能量上，即用来增加势能，故温度保持不变。
(3)熔化后，液体吸收的能量主要转变为分子动能，只要继续加热，温度就会升高。
答案：见解析
第1节 晶体和非晶体
固体及其分类
1.分类
固体通常可分为晶体和非晶体两大类。晶体具有固定的熔点和沸点，分子排列有规律；非晶体没有固定的熔点和沸点，分子排列无规律。
2．实例
(1)晶体包括糖、食盐、味精、冰、雪、金、银、铜、铁等。
(2)非晶体包括玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
大部分的晶体具有规则的几何形状，那么(　　)
A．玻璃砖是晶体　　　　　　 B．细盐是非晶体
C．云母片是晶体 D．新买的橡皮擦是晶体
解析：选C　玻璃砖、橡皮擦是非晶体，它们的形状是加工而成的，不是晶体的规则形状，而细盐、云母片均有规则的几何形状，属晶体，故C正确。
单晶体与多晶体、晶体与非晶体
[自读教材·抓基础]
1．晶体的分类
晶体可分为单晶体和多晶体两类。
2．单晶体
(1)定义：外形都是由若干个平面围成的多面体，具有规则几何形状的晶体。
(2)结构特点：同种物质的单晶体都具有相同的基本形状，表面个数、各相应平面间的夹角恒定不变。
(3)宏观特征：①具有规则的几何形状；②物理性质表现为各向异性；③具有固定的熔点。
3．多晶体
(1)定义：由大量小晶粒杂乱无章地排列在一起构成的没有规则几何形状的晶体。
(2)宏观特征：①没有规则的几何形状；②物理性质表现为各向同性；③具有固定的熔点。
4．非晶体
(1)结构特点：没有规则的几何形状。
(2)物理性质：①各向同性；②没有固定的熔点；③有的晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化。
[跟随名师·解疑难]
1．对各向异性与各向同性的理解
(1)在物理性质上，单晶体具有各向异性，而多晶体和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能时测试结果不同。
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在各种物理性质上都表现出各向异性，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。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
如果某个固体显示出各向同性，那么下述结论中哪个是正确的(　　)
A．它一定是单晶体　　　　 B．它一定是多晶体
C．它一定是非晶体 D．它不一定是非晶体
解析：选D　晶体中的单晶体显示出各向异性，故A错误；多晶体与非晶体都表现出各向同性，故B、C错误，D正确。
对单晶体、多晶体及非晶体的考查
[典题例析]
1．下列关于晶体和非晶体的说法正确的是(　　)
A．所有的晶体都表现为各向异性
B．晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体
C．大粒盐磨成细盐，就变成了非晶体
D．所有晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点
[思路点拨]　
(1)多晶体有规则的几何外形吗？
提示：没有。多晶体是由多个小晶粒黏合在一起所组成的晶体。
(2)物理性质表现为各向异性一定是晶体吗？
提示：一定是晶体中的单晶体。
解析：由于多晶体表现为各向同性，故A错误；单晶体具有天然规则的几何外形，而多晶体具有无规则的外形，固体金属属于多晶体，B错误；大粒盐磨成细盐是通过加工的方法失去规则的几何外形，而非自然的结果，C错误；因为所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，D正确。
答案：D
[探规寻律]
单晶体、多晶体及非晶体的区别
分类
几何形状
物理性质
晶体
单晶体
具有规则的形状
①具有固定的熔点
②物理性质表现为各向异性
多晶体
没有规则的形状　
①具有固定的熔点
②物理性质表现为各向同性
非晶体
没有规则的形状
①没有固定的熔点
②物理性质表现为各向同性
[跟踪演练]
下列说法中正确的是(　　)
A．黄金可以切割加工成任意形状，所以是非晶体
B．同一种物质只能形成一种晶体
C．单晶体的所有物理性质都是各向异性的
D．玻璃没有确定的熔点，也没有规则的几何形状
解析：选D　所有固体金属都是晶体，因而黄金也是晶体，只是因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形状，A错误；同一种物质在不同条件下可以形成多种晶体，B错误；单晶体的物理性质各向异性是某些物理性质各向异性，有些物理性质各向同性，C错误；玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，D正确。
对固体物理性质的理解
[典题例析]
2．(多选)如图2-1-1所示，ABCD是一厚度均匀的由同一种微粒构成的圆形板。AB和CD是互相垂直的两条直径，把圆形板从图示位置转90°后电流表读数发生了变化(两种情况下都接触良好)。关于圆形板，下列说法正确的是(　　)
图2-1-1
A．圆形板是非晶体
B．圆形板是多晶体
C．圆形板是单晶体
D．圆形板在各个方向导电性不同
[思路点拨]　→→
解析：由题图知，两种情况下长度相同，横截面积相同，但两种情况下电流表的读数发生了变化，即电流表的读数不相同，说明了圆形板在各个方向上导电性不同，表现为各向异性，所以圆形板是单晶体，故C、D正确，A、B错误。
答案：CD
[探规寻律]
(1)在物理性质上表现为各向异性的固体，则一定是单晶体；
(2)物体具有各向同性，则可能是非晶体或多晶体。
[跟踪演练]
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区分晶体和非晶体
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．一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则该球一定是单晶体
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：选C　多晶体和非晶体都表现为各向同性，只有单晶体表现为各向异性，所以A、B错，C对。晶体具有各向异性的特性，仅是指某些物理性质，并不是所有单晶体的物理性质都表现各向异性，换言之，某一物理性质表现为各向同性，并不意味着该物质一定不是单晶体，所以D错。
[课堂双基落实]
1．关于晶体和非晶体的下列说法中，正确的是(　　)
A．凡是晶体，都具有天然的几何外形
B．金属整体表现为各向同性，故金属是非晶体
C．化学成分相同的物质，只能生成同一晶体
D．无规则几何外形的不一定是非晶体
解析：选D　单晶体有天然的几何形状而多晶体没有，所以选项A不正确；金属是多晶体，多晶体的物理性质也是各向同性，所以选项B不正确；化学成分相同的物质可生成多种晶体，例如，碳能生成石墨和金刚石，磷能生成白磷和红磷等，所以选项C不正确；多晶体没有规则的几何外形，D对。
2．某球形固体物质，其各向导热性能相同，则该物体(　　)
A．一定是非晶体
B．可能具有确定的熔点
C．一定是单晶体，因为它有规则的几何外形
D．一定是多晶体，因为它具有各向同性的物理性质
解析：选B　导热性能各向相同的物体可能是非晶体，也可能是多晶体，因此A选项错误；多晶体虽具有各向同性但具有确定的熔点，因此B选项正确；物体外形是否规则不是判断它是否是单晶体的依据，应该说，单晶体具有规则的几何外形是“天生”的，而多晶体和非晶体也可以有规则的几何外形，当然，这只能是“后天”人为加工的，因此C选项错误；非晶体和多晶体都具有各向同性的物理性质，故D选项错误。
3．下列图像中，表示晶体凝固图像的是(　　)
图2-1-2
解析：选C　物体在凝固过程中，温度越来越低，故A、B错误。晶体凝固过程中有一定的凝固点，而非晶体没有，故C正确，D错误。
4．(多选)关于晶体和非晶体的几种说法中，正确的是(　　)
A．不具有规则形状的物体一定不是晶体
B．单晶体的物理性质与方向有关，这种特性叫做各向异性
C．若物体表现为各向同性，它就一定是非晶体
D．晶体有一定的熔化温度，非晶体没有一定的熔化温度
解析：选BD　单晶体物理性质表现为各向异性，多晶体和非晶体物理性质都表现为各向同性，单晶体有规则的几何外形，多晶体和非晶体没有规则的外形。晶体与非晶体的区别在于有无确定的熔点。
[课下综合检测]
一、选择题
1.(多选)关于晶体的说法正确的是(　　)
A．单晶体有确定的几何形状
B．晶体的物理性质全部表现为各向同性
C．晶体只有单晶体
D．多晶体有固定的熔点
解析：选AD　单晶体有确定的几何形状，选项A正确；晶体的物理性质并不一定全部表现为各向同性，选项B错误；晶体分为单晶体和多晶体，选项C错误；晶体都有固定的熔点，选项D正确。
2．如图1所示，四块固体中，属于晶体的是(　　)
图1
解析：选B　石英为晶体，橡胶、魔方、塑料管为非晶体，B正确，A、C、D错误。
3．(多选)有一块长方体的铁块，下列说法正确的是(　　)
A．这是一块单晶体，因为它有规则的几何外形
B．这是一块晶体，因为它有固定的熔点
C．这是一块多晶体，因为它是由许多小晶粒杂乱无章地排列而成的
D．这是一块非晶体，因为它表现为各向同性
解析：选BC　事实上铁块的长方体形状是人为锻造而成的，金属铁本身无固定的形状，有确定的熔点，属于多晶体，A错，B正确；对于多晶体，由于它是由许多小晶粒杂乱无章地排列组合而成的，故多晶体表现为各向同性，C正确，D错。
4．下列现象能说明晶体与非晶体区别的是(　　)
A．食盐粒是立方体，蜂蜡无规则外形
B．金刚石的密度大，石墨的密度小
C．冰融化时温度保持不变，松香熔化时温度可不断升高
D．石墨可导电，沥青不导电
解析：选C　晶体有确定的熔点，非晶体则没有，C项正确。
5．在云母片a、薄玻璃片b、薄铁片c上各涂上一层石蜡，然后用烧热的钢针去接触它们的反面，则熔化了的石蜡分别呈圆形或椭圆形，其中(　　)
图2
A．呈圆形的有a、b，是晶体的有a、b
B．呈圆形的有b、c，是晶体的有a
C．呈圆形的有b、c，是晶体的有a、c
D．呈圆形的有b，是晶体的有a
解析：选C　云母片和薄铁片为晶体，且薄铁片为多晶体，云母片是单晶体，薄玻璃片为非晶体，单晶体表现为各向异性，多晶体和非晶体均表现为各向同性，故C选项正确。
6．(多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是(　　)
A．晶体可以变为非晶体，但非晶体不可以转变为晶体
B．同种物质可以生成不同的晶体，它们的物理性质不同，但化学性质相同
C．具有各向异性的物体，可以断定它一定是单晶体
D．具有确定熔点的物体，可以断定它一定是单晶体
解析：选BC　物质是晶体还是非晶体并不是绝对的，与它的微观结构有关，在一定条件下可以相互转化，故A错。组成物质的微粒能够按照不同的规则在空间分布，可以形成不同的晶体，如碳可以形成石墨和金刚石，故B对。单晶体在物理性质上具有各向异性，而多晶体和非晶体具有各向同性，故C对。单晶体和多晶体都具有确定的熔点，故D错。
二、非选择题
7．用沥青铺成的路面，冬天变硬，夏天变软，请问沥青是晶体材料还是非晶体材料？列举生活中的晶体和非晶体例子。
解析：沥青冬天变硬，夏天变软，说明它没有固定的熔点，所以沥青是非晶体。食盐、味精、冰糖为晶体，蜡烛、玻璃为非晶体。
答案：见解析
8．一电炉的功率P＝200 W，将质量m＝240 g的固体样品放在炉内，通电后电炉内的温度变化如图3所示。设全部电能转化为热能并全部被样品吸收，试问：该固体样品的熔点和熔化热为多大？(熔化热指单位质量的某种物质在熔化过程中吸收的热量)
图3
解析：由熔化曲线上温度不变的部分可找出熔点为60 ℃，根据熔化时间和电炉功率可计算电流做功的多少，这些电能全部转化为内能并全部用于样品的熔化。熔化时间t＝2 min，电流做功W＝Pt。
设样品的熔化热为λ，
样品熔化过程中共吸收热量Q＝λm。
由W＝Q，即Pt＝λm，得
λ＝＝ J/kg＝1×105 J/kg。
答案：60 ℃　1×105 J/kg
第2、3节 固体的微观结构__材料科技与人类文明
晶体的结构与结合类型
[自读教材·抓基础]
1．晶体的结构
(1)组成晶体的物质微粒有规则地在空间排成阵列，呈现周而复始的有序结构，说明晶体的微观结构具有周期性特点。
(2)晶体内部各微粒之间存在着很强的相互作用力，微粒被约束在一定的平衡位置上。热运动时，这些微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动。
2．晶体的结合类型
构成微粒
结合键
举例
离子晶体
正、负离子
离子键
NaCl、AgBr
原子晶体
原子
共价键
SiO2、碳、锗
金属晶体
物质微粒
金属键
铜、银、铝
[跟随名师·解疑难]
三类晶体结构与性质的比较
离子晶体
原子晶体
金属晶体
构成微粒
正、负离子
原子
物质微粒
粒子间作用
离子键
共价键
金属键
熔、沸点
较高
很高
较高
硬度
较大
很大
较大
导电性
熔化或溶于水时导电
一般不导电
导电
溶解性
多数溶于极性溶剂
不溶
不溶
实例
多数盐、强碱、
多数金属氧化物
金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅
金属单质
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
下列哪些不属于晶体的结合类型(　　)
A．金属晶体　　　　　 B．离子晶体
C．多晶体 D．原子晶体
解析：选C　晶体的结合类型有：离子晶体、原子晶体和金属晶体。
固体特征的微观解释
[自读教材·抓基础]
1．几何外形解释
(1)晶体内部物质微粒的排列有一定规律，在宏观上具有规则的几何外形。
(2)非晶体内部物质微粒的排列没有一定规律，在宏观上没有规则的几何外形。
2．物理性质解释
(1)在单晶体内部，沿不同方向的等长直线上，微粒个数通常是不相等的，这说明单晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况是不一样的，故单晶体在物理性质上表现为各向异性。
(2)在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计观点来看，沿不同方向的等长直线上，微粒个数大致相等，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，故非晶体在物理性质上表现为各向同性。
3．同一种物质微粒在不同的条件下有可能形成不同的晶体，虽然构成这些晶体的物质微粒都相同，但是由于它们的排列形式不同，物理性质也不同。
[跟随名师·解疑难]
1．对同素异形体的解释
有的物质有几种晶体，是因为它们的物质微粒能形成不同的晶体结构。例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石，二者在物理性质上有很大差别。白磷和红磷的化学成分相同，但白磷具有立方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构，二者在物理性质上也有很大差别。
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。
[特别提醒]　非晶体内部的物质微粒和构成多晶体的大量小晶粒的排列都是杂乱无章的，没有一定的规律，在物理性质上都具有各向同性，都没有规则的几何外形。但小晶粒内部的物质微粒排列是有序的，具有一定的规律，因此，多晶体具有固定的熔点和沸点。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
单晶体具有各向异性的特征是由于(　　)
A．单晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同
B．单晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同
C．单晶体内部结构有规则性
D．单晶体内部结构无规则性
解析：选AC　组成单晶体的物质微粒的有序排列使得不同方向上的物理性质不同，形成各向异性，由此可知A、C正确。
材料科技与人类文明
[自读教材·抓基础]
1．材料种类
(1)按照材料的特性，可以把材料分为结构材料和功能材料两类。
(2)按照材料的应用领域，可以把材料分为信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等。
(3)按照习惯，把材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。
2．新材料及应用
材料科学是研究材料的制造、结构与性能三者之间相互关系的科学。材料、信息、能源被当今国际社会公认为现代文明的三大支柱。
(1)发生形变后几乎能100%恢复原状的材料称为形状记忆合金。主要应用于工程机械、航空航天、医疗卫生等。
(2)微电子材料：半导体。主要应用于通信卫星、电视卫星接收机、移动通信、高清晰度电视以及军用电子装备等。
(3)在力、热、声、光、磁等方面的某些性能会发生突变的是纳米材料。主要应用于医药、电子、生物、航空等方面。
[跟随名师·解疑难]
1．新材料及其应用
新材料有优异的性能和广阔的应用前景，在航空航天、卫生医疗、微电子等领域都有广泛的应用。
(1)记忆合金：含镍55%、含钛45%的“镍钛诺”合金丝加热并弯成各种复杂的形状，然后冷却并拉直，当再次加热时，拉直的合金丝又恢复原来的形状。
(2)半导体材料：主要是硅和砷化镓，在电子工业和微电子技术中有广泛的应用。
(3)纳米材料：粒度在1～100 nm之间的材料称为纳米材料。1 nm＝10－9 m。
纳米材料的发现和应用为新型材料的发明开辟了一个崭新的天地，显示了强大的生命力。
2．纳米材料的奇特效应
(1)量子尺寸效应：如银的超细微粒在温度为1 K时，会由导体变为绝缘体。
(2)小尺寸效应：如当材料超细微粒的尺寸与光波波长相当或更小时，将由超导状态变为正常状态。
(3)表面和界面效应：如纳米材料活性极高，极不稳定，很容易与其他原子结合。
(4)宏观量子隧道效应：如低于某一临界温度时，其微观粒子的运动速度基本上与温度无关。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
下列认识不正确的是(　　)
A．纳米是一种尺寸很小的材料，是纳米材料的简称
B．纳米技术就是重新排列原子而制造具有新分子结构的技术
C．纳米是一个长度单位
D．纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统材料的良好性能
解析：选A　纳米是一个长度单位，故A错，C对。纳米技术是原子的重新排列，纳米材料的制造是在纳米技术的基础上，故B、D正确。
微观结构对固体特征的解释
[典题例析]
1．下列叙述中正确的是(　　)
A．单晶体的各向异性是由于它的内部微粒的排列是杂乱无章的
B．单晶体具有规则的几何外形是由于它的内部微粒按一定规律排列
C．非晶体有规则的几何形状和固定的熔点
D．石墨的硬度比金刚石差得多，是由于它的微粒没有按空间结构分布
[思路点拨]　
→→
解析：单晶体的各向异性是由于在不同方向上，单晶体内部物质微粒的排列情况不同导致的，非晶体内部物质微粒的排列没有一定规律，杂乱无章，故它没有规则的几何形状，也没有固定的熔点，金刚石与石墨物理性质差别很大，是由于内部微粒的排列组合结构不同造成的。故A、C、D均不对，B选项正确。
答案：B
[探规寻律]
根据固体的微观结构分析其特点
在理解晶体的宏观特性时，应从组成晶体的物质微粒，按照一定的规律排列，形成一定的空间点阵结构的理论去分析、研究晶体特性。晶体的物质分子决定了物质的化学性质，晶体的微观结构决定了其物理性质。非晶体不具有晶体的微观结构，也就有不同于晶体的物理性质。
[跟踪演练]
关于晶体和非晶体的内部结构，正确的说法是(　　)
A．它们内部的物质微粒都有规则的空间分布
B．单晶体内部的物质微粒是有规则排列的，而非晶体内部物质微粒排列是不规则的
C．晶体内部的微粒是静止的，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，数量不等的是非晶体
解析：选B　单晶体内部微粒排列规则，而非晶体内部微粒排列不规则，晶体与非晶体内部的微粒都在不停地运动着。无法依据物质内部的各个平面上微粒数是否相等来区分晶体与非晶体。
新材料的特性及其应用
[典题例析]
2．(多选)纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统材料的良好性能，以下关于纳米材料的性能的说法中，正确的是(　　)
A．在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性
B．在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多
C．在电学性能方面，纳米金属在低温时会呈现超导电性
D．在化学性能方面，纳米材料化学活性低，因此化学稳定性强
[思路点拨]　解答本题时应注意纳米材料的良好性能主要表现在：
(1)力学性能：高强、高硬和良好的塑性。
(2)热学性能：熔点较低。
(3)电学性能：低温时会呈现电绝缘性。
(4)化学性能：具有相当高的化学活性。
解析：纳米材料具有良好的性能，在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性，A正确；在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多，B正确；在电学性能方面，纳米材料在低温时会呈现电绝缘性；而在化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性，故选项C、D错误。
答案：AB
[探规寻律]
纳米材料用途
依据不同材料各自性能的不同，在许多领域都有它们不同的应用。例如：不锈钢材料在制造餐具、手术器械、化工设备等方面得以广泛应用；氮化硅制成的高温陶瓷在现代工业和航空航天领域得到广泛应用；人工合成的有机玻璃可用于制造飞机的座舱盖及车的挡风玻璃，还可用于制造文具和工艺品等。
[跟踪演练]
下列说法中不正确的是(　　)
A．不锈钢具有很强的耐腐蚀性，广泛应用于制造餐具、外科手术器械及化工设备
B．有机高分子材料是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素的有机化合物构成的材料
C．复合材料则是由几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料
D．玻璃钢不是复合材料
解析：选D　玻璃钢、碳纤维和陶瓷复合材料等都是新型的复合材料，D错。故选D。
[课堂双基落实]
1．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
解析：选C　晶体的外形、物理性质都是由晶体的微观结构决定的，A、B、D正确，各向同性的物质不一定是非晶体，多晶体也具有这样的性质，C错误。
2．下列关于晶体的结合类型说法正确的是(　　)
A．不同晶体内部，物质微粒之间结合方式都相同
B．由正、负离子通过离子键结合而成的晶体叫做原子晶体
C．相邻原子之间通过共价键结合而成的晶体叫做离子晶体
D．物质微粒通过金属键结合而成的晶体叫做金属晶体
解析：选D　不同晶体内部，物质微粒之间结合方式不相同，选项A错误；由正、负离子通过离子键结合而成的晶体叫做离子晶体，选项B错误；相邻原子之间通过共价键结合而成的晶体叫做原子晶体，选项C错误；物质微粒通过金属键结合而成的晶体叫做金属晶体，选项D正确。
3．晶体熔化过程中所吸收的热量，主要用于(　　)
A．破坏空间点阵结构，增加分子势能
B．破坏空间点阵结构，增加分子动能
C．破坏空间点阵结构，增加分子势能，同时增加分子动能
D．破坏空间点阵结构，增加分子势能，但不增加分子动能和内能
解析：选A　晶体有固定的熔点，熔化过程吸收的热量用于破坏空间点阵结构，因温度不变，所以分子动能不变，吸收的热量用于增加分子势能，内能增加，所以A选项正确。
4．(多选)有关晶体的排列结构，下列说法正确的是(　　)
A．同种元素原子按不同结构排列有相同的物理性质
B．同种元素原子按不同结构排列有不同的物理性质
C．同种元素形成晶体只能有一种排列规律
D．同种元素形成晶体可能有不同的排列规律
解析：选BD　同种元素的原子可按不同规则在空间分布(如金刚石和石墨)形成不同的晶体，由于它的微观结构不同，也就有不同的物理性质，故应选B、D。
[课下综合检测]
一、选择题
1.在晶体中，原子(或分子、离子)都是按照各自的规律排列的，具有空间上的周期性。晶体的这种微观结构可用来解释(　　)
A．单晶体具有规则的几何形状，非晶体没有
B．许多晶体能溶于水，非晶体不能
C．晶体的导电性比非晶体强
D．晶体的机械强度不如非晶体
解析：选A　单晶体内的原子按一定规律排列，因此具有规则的几何外形，在物理性质上有各向异性，A正确；这种微观结构不能解释晶体能溶于水，晶体的导电性、机械强度，B、C、D错误。
2．下列说法中正确的是(　　)
A．化学成分相同的物质只能生成同一种晶体
B．因为石英是晶体，所以由石英制成的玻璃也是晶体
C．普通玻璃是非晶体
D．一块铁具有各向同性，它是非晶体
解析：选C　同一种物质，如果它们的内部微粒的排列不同，也能生成不同晶体，故A错误。石英是晶体，但由石英制成的玻璃具有各向同性且没有一定的熔点，故玻璃是非晶体，B错误，C正确。铁虽具有各向同性，但它是多晶体，故D错误。
3．日本一位材料研究所的科学家发明了一种“碳纳米管温度计”，这种温度计被认定是世界上最小的温度计。研究人员在长约10－6 m，直径为10－7 m的碳纳米管中充入液态的金属镓。当温度升高时，管中的镓就会膨胀，通过电子显微镜就能读取温度值。这种温度计测量的范围可以从18 ℃到490 ℃，精确度较高，可用于检查电子线路是否异常、测定毛细血管的温度等许多方面，由以上信息判断下列推测中不正确的是(　　)
A．碳纳米管的体积在10 ℃至500 ℃之间随温度变化很小，可忽略不计
B．金属镓的体积在10 ℃至500 ℃之间随温度变化很小，可忽略不计
C．金属镓的体积在10℃至500℃之间随温度变化比较均匀
D．金属镓的熔点很低，沸点很高
解析：选B　由题意知这种温度计测温范围为18～490 ℃，精确度高，可以推断，在测温范围内，碳纳米管体积变化很小，可忽略不计，而金属镓的体积随温度均匀变化(18～490 ℃)，变化不可忽略，故选项B错误，A、C、D正确。
4．(多选)半导体就是导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，以下关于其导电性能的说法中正确的是(　　)
A．半导体导电性能介于导体和绝缘体之间，性能稳定
B．在极低的温度下，纯净的半导体像绝缘体一样不导电
C．在较高温度时，半导体的导电性能会大大增强，甚至接近金属的导电性能
D．半导体中掺入杂质后，其导电性能会减弱
解析：选BC　半导体的导电性能受温度、光照及掺入杂质的影响，故A错误。掺入杂质后半导体的导电性能会大大增强，故D错误。
5．(多选)关于石墨与金刚石的区别，下列说法正确的是(　　)
A．它们是由不同物质微粒组成的不同晶体
B．它们是由相同物质微粒组成的不同晶体
C．金刚石是晶体，石墨是非晶体
D．金刚石比石墨原子间作用力大，金刚石有很大的硬度
解析：选BD　金刚石与石墨是同一种物质微粒(碳原子)在不同条件下生成的不同晶体，它们有着不同的微观结构，故表现在宏观上的物理性质不一样，但它们二者都属于晶体，因此B、D正确。
6．(多选)如图1所示是某种晶体加热熔化时，它的温度T随时间t的变化图线，由图可知(　　)
图1
A．该种晶体的熔点是60 ℃
B．图线中间平坦的一段，说明这段时间晶体不吸收热量
C．这种晶体熔化过程所用时间是6 min
D．A、B点对应的物态分别是固态和液态
解析：选AD　从该种晶体熔化时的变化曲线可知，该晶体从20 ℃开始加热，随着时间的增长而温度升高，经过2 min后达到60 ℃，此时已经达到晶体熔点，晶体开始熔化，但物体还是处在固态。A、B平坦的一段线段说明晶体吸收了热量，但温度并没有升高，这些热量全部用来破坏晶体的规则结构，增大分子间的势能，此段时间是固态和液态共存。熔化过程共用了4 min，图线的B点说明晶体全部熔化，变成液态。所以A、D正确。
二、非选择题
7．利用扫描隧道显微镜(STM)可以得到物质表面原子排列的图像(如图2所示)，从而可以研究物质的构成规律，下面的照片是一些晶体材料表面的STM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：
图2
(1)________________________________________________________________________；
(2)________________________________________________________________________；
(3)________________________________________________________________________。
答案：(1)在确定方向上原子有规律地排列
(2)在不同方向上原子的排列规律一般不同
(3)原子排列具有一定对称性
8．如图3所示为食盐晶体结构示意图，食盐的晶体是由钠离子(图中)和氯离子(图中)组成的，这两种离子在空间中三个互相垂直的方向上，都是等距离地交错排列的。已知食盐的摩尔质量是58.5 g/mol，食盐的密度是2.2 g/cm3，阿伏伽德罗常数为6.0×1023 mol－1，试估算食盐晶体中两个最近的钠离子中心间的距离。
图3
解析：1 mol食盐中有NA个氯离子和NA个钠离子，离子总数为2NA，因而摩尔体积V与摩尔质量M和物质密度ρ的关系为V＝，
所以一个离子所占的体积为
V0＝＝
由题图可知V0就是图中每四个离子所夹的正方体的体积，此正方体的边长
d＝ ＝
而最近的两个钠离子中心间的距离
r＝d＝
＝1.41× m
≈4×10－10 m。
答案：4×10－10 m
第3章 液体
对应学生用书P28
液　体
液体表面张力、浸润和不浸润及毛细现象的比较
　 名称
项目 　
表面张力
浸润和不浸润
毛细现象
定义
如果在液体表面任意画一条线，线两旁的液体之间的作用力是引力，它的作用效果是使液体表面绷紧，所以叫做液体的表面张力
液体附着在固体的表面上的现象叫浸润。液体不附着在固体的表面的现象叫做不浸润
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，都称为毛细现象
现象
举例
荷叶上的小水滴呈球形，缝衣针能漂浮在水面上，吹出的肥皂泡成球形
鸭的羽毛上有一层薄的脂肪，使水不能浸润羽毛
水笔中的墨水自动流到笔尖，水从植物根部被输送到枝叶上，粉笔吸干纸上的墨汁
形成
原因
液体、空气的交界处分子因为蒸发而变得稀疏，分子间表现为引力，使整个液面有收缩的趋势
液体与固体相接触形成附着层，若附着层内分子力表现为引力，这样的液体与固体之间表现为不浸润，如果附着层内液体分子力表现为斥力，这样的液体与固体之间表现为浸润
毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。浸润时，管内液面比管外高，不浸润时，管内液面比管外低，且管的内径越小，管内外液面的高度差越大
说明
液体的表面张力使液面具有收缩的趋势。在体积相等的各种形状的物体中，球形表面积最小
一种液体能否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系。浸润和不浸润是相对的
对于一定的液体和一定材质的管壁，管的内径越细，毛细现象越明显
[例1]　下面说法正确的是(　　)
A．鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿——毛细现象
B．细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后尖端变成球形——表面张力
C．粉笔能吸干纸上的墨水迹——浸润现象
D．布做的雨伞，虽然纱线间有空隙，却不漏雨水——毛细现象
解析：A是不浸润现象，B是表面张力，C是毛细现象，D是表面张力。
答案：B
液　晶
　
　液晶是介于晶体和液体之间的中间态物质(化合物)，它既具有液体的流动性和连续性，又具有晶体的各向异性。
液晶具有两个熔点、电光效应、温度效应、压电效应、化学效应、辐射效应，这些奇特的效应，使液晶有着广泛应用。(液晶的显示原理是利用了液晶的电光效应，即液晶分子在电场的作用下其取向将发生变化，继而引起其光学特性的变化)
[例2]　下列叙述中不正确的是(　　)
A．按分子排列情况，液晶可分为向列型、胆甾型和近晶型三种类型
B．利用液晶在温度变化时由混浊变透明可制作电子手表、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．利用液晶可以检查电路中的短路点
解析：由液晶的分类可知A正确，由液晶的用途可知B错误，C、D正确。
答案：B
(时间：60分钟　满分：100分)
一、选择题(共8个小题，每小题6分，共48分。多选题全选对得6分，选不全得3分，错选不得分)
1．(上海高考)液体与固体具有的相同特点是(　　)
A．都具有确定的形状
B．体积都不易被压缩
C．物质分子的位置都确定
D．物质分子都在固定位置附近振动
解析：选B　液体没有确定的形状，不易被压缩，物质分子的位置不确定；固体有确定的形状，不易被压缩，物质分子在固定位置附近振动。因此液体与固体具有的相同特点是体积都不易被压缩，选项B正确。
2．(多选)人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程，以下说法正确的是
(　　)
A．液体的分子势能与体积有关
B．晶体的物理性质都是各向异性的
C．温度升高，每个分子的动能都增大
D．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
解析：选AD　液体体积与分子间相对位置相联系，从宏观上看，分子势能与体积有关，A正确；多晶体表现各向同性，B错误；温度升高，分子平均速率增大，遵循统计规律，C错误；露珠表面张力使其表面积收缩到最小，呈球状，D正确。
3．关于液晶，下列说法中不正确的是(　　)
A．所有物质都有液晶态，天然存在的液晶并不多
B．液晶可以从动植物体内用化学方法提取，也可以进行人工合成
C．从某个方向看，液晶的分子排列比较整齐，有特殊的取向，这是其物理性质各向异性的主要原因
D．外界条件的微小变化，就会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，因此，液晶有着广泛的应用
解析：选A　不是所有的物质都有液晶态，天然存在的液晶并不多，故A错误；液晶可以从动植物体内用化学方法提取，也可以进行人工合成，故B正确；从某一方向看液晶分子排列有序，所以表现出各向异性，故C正确；外界条件变化会引起液晶分子排列变化，从而改变液晶的某些性质，因此液晶应用广泛，故D正确。
4．如图1所示，对于液体在器壁附近发生的弯曲现象，下列说法中不正确的是(　　)
图1
A．表面层1内分子的分布比液体内部疏
B．表面层2内分子的分布比液体内部密
C．附着层1内分子的分布比液体内部密
D．附着层2内分子的分布比液体内部疏
解析：选B　表面层1、2内的分子分布都比液体内部疏，分子引力起主要作用，出现表面张力。而附着层1内分子的分布比液体内部密，出现浸润现象，附着层2内分子的分布比液体内部疏，出现不浸润现象，故A、C、D正确，B错误。
5．关于液体，下列说法不正确的是(　　)
A．液体分子间的距离介于气体和固体之间
B．液体都表现出各向异性
C．液体分子间的相互作用力比固体分子间的作用力要小
D．相同温度下，液体间的扩散现象比固体间的扩散现象快
解析：选B　由液体的特点可知A、D正确；液体的微观结构与非晶体非常相似，所以表现为各向同性，B错误；液体分子间的作用力比固体分子间的作用力要小些，C正确。
6．(多选)用干净的玻璃毛细管做毛细现象的实验时，可以看到(　　)
A．毛细管插入水中，管越细，管内水面越高，管越粗，管内水面越低
B．毛细管插入水银中，管越细，管内水银面越高
C．毛细管插入跟它浸润的液体中时，管内液面上升，插入跟它不浸润的液体中时，管内液面降低
D．毛细管插入跟它不浸润的液体中时，管内液面上升，插入跟它浸润的液体中时，管内液面下降
解析：选AC　水浸润玻璃，附着层内分子之间表现为斥力，附着层扩张，液面上升，且管越细，液面上升越高；水银不浸润玻璃，附着层内分子之间表现为引力，附着层收缩，毛细管中液面下降，故A、C正确，B、D错误。
7．(多选)(江苏高考)下列现象中，说明液体存在表面张力的有(　　)
A．水黾可以停在水面上
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：选AB　水黾可以停在水面上，是由于水的表面张力，A正确；叶面上的露珠呈球形也是由于水的表面张力，B正确；滴入水中的墨水很快散开是扩散现象，C错误；悬浮在水中的花粉由于水分子撞击的不平衡性做布朗运动，D错误。
8．下列说法错误的是(　　)
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．在建筑房屋时，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：选C　毛细现象和液体的浸润、不浸润相联系。浸润液体在细管中能上升，不浸润液体在细管中下降，故A、B正确。建筑房屋的时候，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸，防止地下的水分沿着夯实的地基以及砖墙的毛细管上升，以使房屋保持干燥。土壤里有很多毛细管，地下的水分可以沿着它们上升到地面。如果要保存地下的水分，就要把地面的土壤锄松，破坏这些土壤里的毛细管，相反，如果想把地下的水分引上来，就不仅要保护土壤里的毛细管，而且还要使它们变得更细，这时就要用磙子压紧土壤。所以C错，D对。
二、非选择题(共4小题，共52分。把答案填在题中横线上或按要求作答，解答题应写出必要的文字说明，方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
9. (8分)如图2所示，一根竖直滴管的出口处附着一个小液滴，许久也不掉落，好像它被一个看不见的“弹性橡皮袋”兜住了，我们知道液体是没有固定形状的，液体的形状就是盛液体的容器的形状，但这小液滴没有容器却好像有着固定的形状。原因是________。
图2
解析：小液滴的表面存在表面张力，像张紧的橡皮膜，将内部液体兜住，流不下来；同时表面张力有使液面收缩到最小表面积的趋势，因而液滴呈球形。
答案：液体表面存在表面张力
10．(12分)新棉布落水时要收缩，这是因为____________；黑布伞的纱线间虽有间隙却不漏水，这是因为________________。当液体与固体接触时，液体与固体的接触面有收缩的趋势，称为________现象；若液体与固体接触面有扩大趋势，称为________现象。
毛细管插入浸润液体时，管中液面将________；若液体不浸润毛细管时，管中液面将________。
解析：新棉布吸收了水分，而水具有表面张力；布伞的纱线间因雨水的表面张力而使伞面显得致密而不漏水；液体与固体接触面的收缩现象，是两者不浸润造成的；反之则是浸润；当毛细管插入浸润液体时，跟固体接触的液面有扩展的趋势，管中液面将上升；反之液面将下降。
答案：表面张力　表面张力　不浸润　浸润　上升　下降
11．(16分)在“匚”形铁丝框架上有一可以自由滑动的细铁丝ab，如图3所示，铁丝长L＝20 cm，框上分布着液膜。使液膜表面积增加ΔS＝200 cm2，需要做多少功？(液体表面在单位长度上的表面张力α＝72×10－3 N/m，摩擦可以不计)
图3
解析：液膜形成表面张力，使液膜有收缩趋势，要使液膜增大，必须是外力克服表面张力做功。由于液膜是两个液面，所以作用在ab杆上的表面张力F＝72×10－3·L·2＝0.144L，克服表面张力做功W＝Fs′＝0.144Ls′＝0.144·ΔS＝2.88×10－3 J。
答案：2.88×10－3 J
12. (16分)把一根弯成如图4所示形状的金属丝悬挂在灵敏弹簧测力计的下端，然后将盛着液体的容器放在金属丝下面，使金属丝垂直地浸入液体中，这时如果把灵敏弹簧测力计慢慢地向上移动，让金属丝水平的从液体里露出来，就可以看到金属丝和液面之间出现了一层液体的薄膜，同时金属丝本身也被薄膜包围着，由于表面张力的作用，薄膜向下拉引金属丝，而使测力计的弹簧伸长，继续移动测力计，直到金属丝和液面之间的薄膜刚要断开为止。设此时测力计的读数为F，金属丝的重量为mg，求薄膜每一面上平行于金属丝的分界线上的表面张力的大小。
图4
解析：设液体表面张力为F1 ，
由平衡条件mg＋2F1－F＝0。
解得F1＝(F－mg)。
答案：(F－mg)
第1节 液体的表面张力
液体表面的收缩趋势
1.实验：回形针、硬币漂在水面上
(1)现象：当回形针或硬币漂浮在水面上时，托起回形针或硬币的水面稍有弯曲，就像放有圆形小物品的橡皮膜稍有弯曲一样。
(2)结论：液面给回形针或硬币等小物品施加了向上的支持力。
2．实验：观察肥皂膜的变化
(1)现象：
①铁丝框上的肥皂膜会把滑棍拉回。
②肥皂膜里的棉线圈，当刺破圈内肥皂膜，棉线圈外的肥皂膜使棉线张紧，形成圆形。
(2)结论：
液体的表面类似于张紧的弹性薄膜，具有收缩的趋势。
3．实验结论
液体表面有一种收缩的趋势。正是这种收缩的趋势使露珠、乳滴等变为球形。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
如图3-1-1所示，先把一个棉线圈拴在铁丝环上，再把环在肥皂水里浸一下，使环上布满肥皂的薄膜。如果用热针刺破棉线圈里那部分薄膜，则棉线圈将成为(　　)
图3-1-1
A．椭圆形　　　　　　　　 B．长方形
C．圆形 D．任意形状
解析：选C　由于表面张力的作用，当刺破棉线圈里的薄膜时，棉线圈外的薄膜就会收缩，使棉线圈张紧成圆形。
表面张力及其微观解释
[自读教材·抓基础]
1．表面层
(1)定义：
液体与气体接触的表面存在的一个薄层。
(2)特点：
表面层分子的分布比液体内部稀疏。
2．表面张力
(1)定义：
液体表面各部分间相互吸引的力。
(2)作用效果：
由于表面张力的作用，液体表面总要收缩到尽可能小的面积。而体积相等的各种形状的物体中，球形物体的表面积最小。因此小水珠、小露珠等都呈现球形。若露珠过大，重力影响不能忽略，则呈椭球形，完全失重环境下，可形成标准的球形。
[跟随名师·解疑难]
1．液体表面张力的形成
(1)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)分子力的特点：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分界线。如图3-1-2所示。
图3-1-2
2．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。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，在失重条件下才呈标准球形。
3．表面张力的大小
除了跟分界线长度有关外，还跟液体的性质和温度有关。一般情况下，温度越高，表面张力就越小。液体中溶有杂质时，表面张力变小，液体的密度越大，表面张力越大。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
(多选)关于液体的表面张力，下列说法正确的是(　　)
A．表面张力是液体内部各部分之间的相互作用力
B．表面张力是液体表面各部分之间的相互吸引力
C．不论是水还是水银，表面张力都会使表面收缩
D．表面张力的方向与液面垂直
解析：选BC　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作用力表现为引力，这种力使液体表面层的相邻部分之间相互吸引，产生的吸引力即为表面张力；表面张力使液体表面有收缩的趋势；表面张力处于液体表面，而不是与液面垂直。故B、C正确。
有关表面张力现象的考查
(1)表面张力仅是产生向上的力的原因，表面张力不是向上的力，是表面各部分相互吸引的力。
(2)液体表面施加的向上的力属弹力范畴，是由表面要恢复形变引起的(恢复形变的力源于表面张力)，不同于浮力；浮力是浸入液体中的物体上、下表面的压强差产生的。
[典题例析]
1．(多选)对下列现象的分析正确的是(　　)
A．小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体表面的张力作用
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重力和水的浮力平衡的结果
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
[思路点拨]　要正确区分表面张力和液面弹力、浮力等的不同；要注意结合平衡条件，求解液面上的平衡问题；要熟悉表面张力的大小和特点并能解释一些现象。
解析：仔细观察可以发现，小昆虫在水面上停留或行进过程中，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选项正确，C选项错误。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，因此，B选项错误。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又处于失重状态，因而形成球状水珠(体积一定的情况下球形表面积最小，表面张力使液体表面有收缩到最小面积的趋势)，故D选项正确。
答案：AD
[探规寻律]
表面张力问题的分析方法
(1)产生条件：存在液体与空气相接触的表面。
(2)产生原因：表面层中液体分子之间距离较大，整体表现为引力，形成各部分相互吸引的特点。
(3)现象：有使液体的表面收缩到最小的趋势。
[跟踪演练]
下列现象中，是由于液体的表面张力造成的有________。
A．船浮于水面上
B．硬币或钢针浮于水面上
C．肥皂泡呈球形
D．游泳时弄湿了的头发粘在一起
E．熔化的铁水注入内空且为球形的沙箱，冷却后铸成一个铁球
F．脱湿衣服感觉很费劲
G．绸布伞有缝隙但不漏雨水
H．锋利的玻璃片，用酒精灯烧一定时间后变钝了
解析：选项A中船浮于水面是浮力造成的；选项E中铁球的形状决定于沙箱的形状；选项F中脱湿衣服费劲是附着力造成的。
答案：BCDGH
对表面张力微观解释的考查
[典题例析]
2．关于液体表面的收缩趋势，正确的说法是(　　)
A．因为液体表面分子的分布比内部密集，所以有收缩趋势
B．液体表面分子的分布和内部相同，所以有收缩趋势
C．因为液体表面分子的分布比内部稀疏，所以有收缩趋势
D．液体表面分子受到与其接触的气体分子的斥力作用，使液体表面有收缩趋势
[思路点拨]　→
解析：液体表面层内分子比液体内部分子分布稀疏。在液体内部分子间的距离是r＝r0，分子引力和分子斥力相等，对外表现的分子力为零。在表面层，分子间的距离是r>r0，分子间的作用力表现为相互吸引，它的作用是使液体表面绷紧，有收缩的趋势，A、B错误，C正确；表面层上方的气体分子对液体表面分子的吸引力很小，可以忽略，不是使液体表面收缩的原因，故D错误。
答案：C
[探规寻律]
液体表面层与液体内部分子分布特点
表面层
液体内部
分子密度
稀疏
密集
分子间距d
10－10 md＝10－10 m
分子力
表现为引力(合力)
斥力与引力平
衡(合力为零)
表现
表面有收缩趋势
不易被压缩
[跟踪演练]
液体表面张力产生的原因是(　　)
A．液体表面层分子较紧密，分子间斥力大于引力
B．液体表面层分子较紧密，分子间引力大于斥力
C．液体表面层分子较稀疏，分子间引力大于斥力
D．液体表面层分子较稀疏，分子间斥力大于引力
解析：选C　在液体的表面层，时刻进行的蒸发现象，使得其内的分子比较稀疏，分子距离比较大，分子间的引力和斥力都较小，但斥力小得更多一些，因此，分子间引力大于斥力，故C正确。
[课堂双基落实]
1．关于液体的表面张力现象，下列说法正确的是(　　)
A．液体表面层的分子分布比内部密
B．液体有使其体积收缩到最小的趋势
C．液体表面层分子之间只有引力而无斥力
D．液体有使其表面积收缩到最小的趋势
解析：选D　液体表面层的分子分布比内部疏，故A错误；液体表面层分子间既有引力又有斥力，但引力大于斥力，即分子力为引力，此引力有使其表面积收缩到最小的趋势，故B、C错误，D正确。
2．液体表面张力产生的原因是(　　)
A．在液体的表面层，分子间距过大，分子之间斥力消失，只有引力
B．由于气体分子对表面层液体分子的吸引
C．在液体的表面层里，由于分子间距比液体内部分子间距大，分子间引力占优势
D．由于受到指向液体内部的吸引力的作用
解析：选C　在液体的表面层，分子间距比液体内部分子间距大，分子间的引力大于斥力，对外表现为引力，A错误，C正确。气体分子对表面层液体分子的吸引力非常小，可以忽略，B错误。表面张力与液面相切，D错误。
3.如图3-1-3所示，金属框上阴影部分表示肥皂膜。它被棉线分割成a、b两部分。若将肥皂膜的a部分用针刺破，棉线的形状是图3-1-4中的(　　)
图3-1-3
图3-1-4
解析：选D　刺破后，由于表面张力使液面收缩，故图中D正确。
4.如图3-1-5所示，金属框abcd水平放置，ab边能在框架上无摩擦地左右滑动。让金属框布满肥皂膜，那么，ab边将向________滑动，做________运动。
图3-1-5
解析：由于ab边能在框架上无摩擦地左右滑动，而肥皂膜的表面张力为ab边提供了向右的拉力，使它向右做加速运动。
答案：右　加速
[课下综合检测]
一、选择题
1.关于液体的表面张力，下列说法正确的是(　　)
A．液体的表面张力使表面层内液体分子间的平均距离小于r0
B．液体的表面张力使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
解析：选D　由于表面层内分子间的距离大于r0，分子间的作用力表现为引力，即为表面张力，A、B错误；产生表面张力的原因是表面层内液体分子间引力大于斥力，表现为引力，C错误；表面张力有使液体表面积收缩到最小的趋势，D正确。
2．关于液体的表面张力，下列说法中不正确的是(　　)
A．表面张力方向与液面垂直
B．表面张力是液体表面层中任一分界线两侧大量分子相互作用力的宏观表现
C．表面层里的分子分布要比液体内部稀疏些，分子力表现为引力
D．表面层里的分子距离比液体内部大些，分子力表现为引力
解析：选A　表面层里的分子距离比液体内部大些，即表面层里的分子分布要比液体内部稀疏些，分子力表现为引力，表面张力就是表面层分子引力的宏观表现，表面张力方向与液面相切，因此B、C、D正确，A错误。
3．(多选)关于液体表面现象的说法中正确的是(　　)
A．把缝衣针小心地放在水面上，针可以把水面压弯而不沉没，是因为针受到的重力小，又受液体的浮力
B．在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会呈球状，是因为液体表面分子间有相互吸引力
C．玻璃管的裂口放在火上烧熔，它的尖端就变圆，是因为熔化的玻璃，在表面张力的作用下，表面要收缩到最小
D．漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴呈各向同性
解析：选BC　液体表面分子间距离较大，表现为引力，使液体的表面积有收缩到最小的趋势，于是形成一层水膜，使针受到向上的支持力，而不是浮力，故A错；水银呈球状，熔化的玻璃变圆，都是由液体表面张力造成的，故B、C正确；油滴呈圆形是因为漂浮在热菜汤上的油滴由于液体的表面张力的作用，其表面积要收缩到最小，因此呈圆形，故D错。
4．我们在河边会发现有些小昆虫能静止于水面上，这是因为(　　)
A．小昆虫的重力可以忽略
B．小昆虫的重力与浮力平衡
C．小昆虫的重力与表面张力平衡
D．表面张力使水面收缩成“弹性薄膜”，对小昆虫产生一个向上的支持力，小昆虫的重力和支持力平衡
解析：选D　小昆虫静止在水面上是因为小昆虫所受的合外力为零；表面张力不是作用于小昆虫上的力，而是产生于液体表面层中的力。
5．在以下事例中，不能用液体表面张力来解释的是(　　)
A．草叶上的露珠呈球形
B．油滴在水面上会形成一层油膜
C．用湿布不易擦去纱窗上的灰尘
D．太空中的大水滴呈球形
解析：选B　表面张力是使液面收缩，小露珠呈球形；由于表面张力的作用，水不易通过纱窗，所以用湿布不易擦去纱窗上的灰尘；太空中完全失重，大水滴在表面张力作用下呈球形。
6.在天平的左盘挂一根铁丝，右盘放一砝码，且铁丝浸于液体中，此时天平平衡，如图1所示，现将左端液体下移使铁丝刚刚露出液面，则(　　)
图1
A．天平仍然平衡
B．由于铁丝离开水面沾上液体，重量增加而使天平平衡破坏，左端下降
C．由于铁丝刚离开液面，和液面间生成一液体膜，此液体膜的表面张力使天平左端下降
D．以上说法都不对
解析：选C　铁丝在刚离开液面时，和液面之间形成一层膜，膜中分子密度小，分子稀疏，分子力表现为引力，对铁丝产生向下的拉力作用，使天平左端下降。
二、非选择题
7．水的密度比沙的密度小，为什么沙漠中风能刮起大量沙子，而海洋上的风却只能刮起少量的水珠？
解析：由于海水水面有表面张力的作用，水珠之间相互吸引着，风很难把水珠刮起，只能形成海浪，所以海洋上的风只能刮起少量的水珠，而沙漠中的沙子却不一样，沙粒之间作用力很小，几乎为零，所以风很容易刮起大量沙子。
答案：见解析
8.如图2所示，在培养皿内注入清水，让两根细木杆相互平行地浮在水面上，再在细木杆之间轻轻地滴入几滴酒精，细木杆会“自动”散开，请你解释这一现象。
图2
解析：漂浮在水面上的细木杆原来在水平方向上两边受到大小相等、方向相反的表面张力作用，细木杆处于平衡状态。滴入酒精后，细木杆之间液体的表面张力减小，使得内侧的表面张力比外侧的小，细木杆就散开了。
答案：见解析
第2、3节 毛细现象__液晶
浸润与不浸润
[自读教材·抓基础]
1．浸润：液体附着在固体表面上的现象。
2．不浸润：液体不附着在固体表面上的现象。
3．附着层：液体跟固体接触时，在接触处形成的液体薄层。
4．内聚力：附着层中的液体分子受到的液体内部分子的吸引力。
5．附着力：附着层中的液体分子受到的固体分子的吸引力。
[跟随名师·解疑难]
1．液体浸润或不浸润固体的原因是什么？
(1)若内聚力大于附着力，附着层的分子比液体内部稀疏，附着层内出现与液体表面张力相似的收缩力，此时跟固体接触的液体表面有缩小的趋势，形成不浸润。
(2)若内聚力小于附着力，附着层中的分子比液体内部更密，附着层中出现液体相互排斥的力，此时跟固体接触的液面有扩展的趋势，形成浸润。
2．浸润和不浸润现象的微观解释
(1)不浸润现象的微观解释：
当液体与固体接触时，附着层中的液体分子受固体分子的吸引比内部液体分子弱，结果附着层中的液体分子比其内部稀疏，这时在附着层中就出现跟表面张力相似的收缩力，使跟固体接触的液体表面有缩小的趋势，因而形成不浸润现象。
(2)浸润现象的微观解释：
如果受到固体分子的吸引相对强，附着层里的分子就比液体内部更密，在附着层里就出现液体分子互相排斥的力，这时跟固体接触的表面有扩展的趋势，从而形成浸润现象。
总之，浸润和不浸润现象是分子力作用的宏观表现。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于浸润和不浸润，下列说法正确的是(　　)
A．液体跟固体接触的面积有缩小的趋势时，液体对固体是浸润的
B．如果固体分子跟液体分子间的引力比较强，就会形成不浸润现象
C．如果固体分子跟液体分子间的引力比较弱，就会形成浸润现象
D．鸭子的羽毛上有一层很薄的脂肪，使羽毛不被水浸润
解析：选D　与固体的接触面有扩张趋势的是浸润液体，选项A错误。固体分子与液体分子间的引力较强时，会形成浸润现象，选项B错误。固体分子与液体分子间的引力较弱时，会形成不浸润现象，选项C错误。脂肪与水是不浸润的，选项D正确。
毛细现象
[自读教材·抓基础]
1．定义：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。
2．毛细管：能够发生毛细现象的管。
3．特点：水在玻璃管中会出现凹形弯月面；水银在玻璃管中则会出现凸形弯月面。且管的内径越小，前者水面越高，后者水银面越低。
[跟随名师·解疑难]
毛细现象是如何形成的？
(1)浸润液体与毛细管内壁接触时，液体表面发生弯曲，呈凹形，表面张力的收缩作用总是力图使凹形表面的面积缩小，对表面下的液体产生向上的提拉作用，管内液面上升，直到表面张力向上的提拉作用与管内升高的液柱所受的重力达到平衡时，管内液体停止上升，稳定在一定的高度。
(2)不浸润液体则与浸润液体情况相反，如图3-2-1所示。
图3-2-1
[特别提醒]　
(1)毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。
(2)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。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
对毛细管的有关说法，正确的是(　　)
A．毛细管越细，产生的毛细现象就越显著
B．毛细管必须用玻璃材料制作
C．毛细管的形状必须是直的，不能有弯曲
D．如果毛细管足够细，则管内液面一定升得更高
解析：选A　毛细管越细，毛细现象越明显，但管内液面有的升、有的降，A正确，D错；对毛细管的要求是细到明显发生毛细现象，跟毛细管的材料与曲直无关，B、C错。
液　晶
[自读教材·抓基础]
1．定义
既具有像液体那样的流动性和连续性，又具有晶体那样的各向异性特点的流体。
2．分类
向列型、胆甾型、近晶型。
3．性质
外界条件的微小变化，会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器的表面差异等都可以改变液晶的光学性质。
4．应用
(1)液晶显示器，(2)液晶测温。
[跟随名师·解疑难]
1．液晶的主要性质
(1)液晶具有晶体的各向异性的特点。原因是在微观结构上，从某个方向看，液晶的分子排列比较整齐，有特殊的取向。
(2)液晶分子排列是杂乱的，因而液晶又具有液体的性质，具有一定的流动性。
2．液晶的主要应用
(1)向列型液晶在外加电压影响下，液晶的分子排列会发生改变，使液晶由透明变为不透明，去掉电压又恢复透明，利用向列型液晶的这种性质可以制成各种液晶显示器。
(2)胆甾型液晶在温度改变时会改变颜色。随着温度的升高，色彩按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序变化，温度下降时又按相反顺序变色，而且灵敏度很高，在不到1℃的温差内就可以显出整个色谱，利用液晶的这种温度效应可以探测温度。
[特别提醒]　液晶既具有液体的特点，也具有晶体的特点，但它既不是液体，也不是晶体，它是独立于液体和晶体之外的一种特殊流体。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
下列说法正确的是(　　)
A．液晶是晶体　　　　 B．液晶是液体
C．液晶是固体 D．液晶既不是固体也不是液体
解析：选D　液晶是一类特殊的物质，介于固体与液体之间，既不是固体，也不是液体，A、B、C错误，D正确。
对毛细现象的分析
[典题例析]
1．(多选)下列现象中与毛细现象有关的是(　　)
A．砖块吸水
B．毛巾的一只角浸入水中，水会沿毛巾上升，使毛巾湿润
C．洗净的衣服在太阳下被晒干
D．钢笔从墨水瓶里把墨水吸入笔中
[思路点拨]　
(1)毛细现象是浸润和不浸润的一种体现。
(2)毛细管越细，毛细现象越明显。
(3)会解释生活中常见的毛细现象。
解析：砖块、毛巾、棉花、木材、粉笔等物体内部有许多细小的孔道，可起到毛细管的作用，水会在这些细小的管道中上升。故A、B正确。洗净的衣服在太阳下被晒干，这是蒸发现象，故C错。钢笔是靠大气压强把墨水吸入笔中的，故D错。
答案：AB
[探规寻律]
毛细现象问题的分析方法
(1)成因：由于液体对毛细管材料表现出浸润或不浸润现象，导致液体在毛细管中上升或下降。
(2)现象：浸润时液面上升，不浸润时液面下降。
(3)影响因素：液面在毛细管中上升或下降的高度与液体和固体的材料有关，也和毛细管的粗细有关。
[跟踪演练]
在水中浸入两个同样细的毛细管，一个是直的，另一个是弯的，如图3-2-2所示，水在直管中上升的高度比在弯管中的最高点还要高，那么弯管中的水将(　　)
图3-2-2
A．不断地流出
B．不会流出
C．不一定会流出
D．无法判断会不会流出
解析：选B　因为水滴从弯管口N处落下之前，弯管口的水面在重力作用下要向下凸出，这时表面张力的合力竖直向上，使水不能流出，选项B正确。
对液晶的考查
[典题例析]
2．关于液晶，下列说法中正确的是(　　)
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．液晶的光学性质不随外加电压的变化而变化
[思路点拨]　解此题的关键是把握液晶的主要性质及物理性质改变的影响因素。
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，选项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。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，选项C正确，D错误。
答案：C
[探规寻律]
(1)液晶既有液体的流动性和连续性，表现不够稳定，又具有晶体的一些各向异性特点，是某些特殊的有机化合物。
(2)液晶的物理性质很容易在外界的影响(如电场、压力、光照、温度)下发生改变。
[跟踪演练]
下列说法正确的是(　　)
A．液晶态的分子排列与固态相同
B．液晶态的分子排列与液态相同
C．液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变
D．所有物质都具有液晶态
解析：选C　由于液晶态是介于固态和液态之间的中间态，其分子排列介于二者之间，并且排列是不稳定的，容易在外界影响下发生改变。经研究发现，不是所有物质都具有液晶态，显然选项A、B、D错误，选项C正确。
[课堂双基落实]
1．有的液体和固体接触时，附着层具有缩小的趋势，这是因为(　　)
A．附着层里分子比液体内部分子密集
B．附着层里分子的相互作用表现为斥力
C．附着层里分子的相互作用表现为引力
D．固体分子对附着层里液体分子的引力比液体分子间的引力强
解析：选C　附着层有缩小的趋势，说明不浸润，是因为附着层里分子比液体内部分子稀疏，固体分子对附着层里液体分子的引力比液体分子间的引力弱。故C正确，A、B、D错误。
2．(多选)下列事件中属于毛细现象的是(　　)
A．水银温度计中液柱的升高
B．水分从植物根部被输送到枝叶上
C．人体中血管里的血液循环
D．用棉线作酒精灯的灯芯
解析：选BD　通过以下表格进行逐项分析：
选项
情景与过程分析
判断
A
水银温度计中的液柱升高是由于水银受热膨胀，不是毛细现象
×
B
植物从土壤中吸收水分和养分是依靠植物中的一些细管，是利用了毛细现象
√
C
人体中的血液在血管中循环是由于心脏的作用，给血液提供动力，不是毛细现象
×
D
酒精对棉线是浸润的，酒精通过棉线中的小孔由下往上缓慢输送，使酒精灯燃烧，利用了毛细现象
√
3．把极细的玻璃管插入水中与水银中，如图3-2-3所示，正确表示毛细现象的是(　　)
图3-2-3
解析：选A　因为水能浸润玻璃，所以A正确，B错误。水银不能浸润玻璃，C错误，D项中外面浸润里面不浸润，这是不可能的，故D错。
4．电子手表中常用的液晶显示元件是在两块透明的电极板上刻着组成数字的若干笔画，在两电极板间充有一层________，当在两电极板间加上适当________时，透明的________变得浑浊了，文字或数码就显示出来了。
解析：液晶具有光学各向异性，且受若干外界条件的影响较大，其中电压的改变会明显改变其光学性质，没有电压，电场为0时，能使光线通过，有电场时不能通过。因此，两极间将液晶涂成文字或数码，加上适当电压，则透明的液晶变浑浊。
答案：液晶　电压　液晶
[课下综合检测]
一、选择题
1.(多选)若一种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．附着层分子密度小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．管中的液体一定是凹弯月面的
D．液体跟固体接触的面积有扩大的趋势
解析：选CD　浸润现象中固体分子与液体分子间引力相当强，造成附着层内分子的分布比液体内部更密，附着层内分子之间表现为斥力，使液体跟固体接触的面积有扩大的趋势。
2．(多选)下列有关液晶的一些性质的说法中，正确的是(　　)
A．液晶分子的空间排列是稳定的
B．液晶的光学性质随温度的变化而变化
C．液晶的光学性质随所加电场的变化而变化
D．液晶的光学性质随所加压力的变化而变化
解析：选BCD　液晶分子既排列的有序，又可以自由移动，故A错误，B、C、D均正确。
3．下列有关浸润和不浸润现象的解释不正确的是(　　)
A．在夏季，人穿棉线衣服感觉舒适是因为汗水对棉线是浸润物体
B．单杠、双杠运动员上杠表演前，手及杆上涂镁粉，是因为水对镁粉是浸润物体
C．布制的雨伞伞面能明显看到线的缝隙，但雨伞不漏雨水是因为水对伞面不浸润
D．酒精灯的灯芯经常是用棉线做成，因为酒精对棉线是浸润物体
解析：选C　雨伞不漏雨水是因为水浸润伞面后水的表面张力作用，C错；酒精灯灯芯经常用棉线做成，酒精对棉线是浸润物体，A、B、D对。
4．洗涤剂能除去衣服上的污垢，其原因是(　　)
A．降低了水的表面张力，使水和洗涤剂容易进入被洗物质的纤维和附着的污垢粒子之间
B．增加了水的表面张力，使水和洗涤剂容易进入被洗物质的纤维和附着的污垢粒子之间
C．洗涤剂分子的吸引力将污垢粒子吸入水中
D．洗涤剂的分子斥力将污垢粒子推离衣物表面
解析：选A　洗涤剂能除去衣服上的污垢，一个重要原因是洗涤剂内有能够降低水的表面张力、浸润油污的物质，故选项A正确。
5．用内径很细的玻璃管做成的水银气压计，其读数比实际气压(　　)
A．偏高　　　　　　　　　　 B．偏低
C．相同 D．无法判断
解析：选B　水银对玻璃是不浸润的，由于内径很细，则可发生毛细现象，对液柱起压低作用，所以水银柱高度降低，示数偏低，则B正确。
6.在水中浸入两个同样细的毛细管A、B，上端均开口，如图1所示，A管较长，水在A管中上升的高度超过B管上端的高度，那么B管中的水(　　)
图1
A．会不断地喷出
B．不会喷出
C．不一定喷出
D．无法判断是否喷出
解析：选B　水在A端中维持较高的原因是由于水对A管浸润，附着层内的水沿管壁上移，使表面积变大，而表面张力又使表面积趋于最小，因此水面升高。当稳定后，水面的表面张力的合力向上，与升高的水柱重力平衡。在B中假若水到端口喷出，水表面失去它的凹面，失去了向上的表面张力的合力，水柱也就不可能喷出，而是稳定在管口附近，B正确。
二、非选择题
7．两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去，如图2所示的四个图中(图中箭头指向地球中心，阴影部分代表所盛液体)：
图2
(1)水在玻璃球壳中分布的情况，可能是________。
(2)水银在玻璃球壳中分布的情况，可能是________。
解析：在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，最终水的表面积尽可能伸展到球壳上，故(1)选C；水银不浸润玻璃，附着层有收缩的趋势，只有当它成为一个球形时表面积最小，故(2)选B。
答案：(1)C　(2)B
8．简要回答下列问题：
(1)农民用水浇地后，在地面将要晾干时，用锄锄地(就是把地面土弄松)，这起什么作用？
(2)砖铺的地面为什么容易返潮？
解析：(1)土壤中有很多小缝隙如同毛细管，会把深层的水分输送到土壤表面，锄地可以破坏土壤中的毛细管，从而使土壤中的水分得到保持。
(2)因为土壤和砖块里都有许多细小孔道，这些细小孔道起着毛细管的作用，土壤的水可以通过这些毛细管上升到地面上来，所以容易返潮。
答案：见解析
第4章 气体
对应学生用书P42
气　体
气体实验定律的归纳应用
1.理想气体状态方程
理想气体：严格遵守三个实验定律的气体
公式：＝
T一定时，pV＝CT＝C1(玻意耳定律)；
V一定时，＝＝C2(查理定律)；
p一定时，＝＝C3(盖·吕萨克定律)。
2．解题要点
(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，其质量必须保持不变。
(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，需结合力学知识(如受力平衡条件或牛顿运动定律)才能写出表达式。
(3)认过程——过程表示两个状态之间的一种变化方式，认清变化过程是正确选用物理规律的前提。另外，要弄清气体状态变化过程是单一过程变化还是多过程变化，是否会出现临界状态或极值问题。
(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)列方程。代入具体数值时，T必须用热力学温度，p、V的单位要统一。
(5)验结果——解答出结果后，不要急于下结论。要分析讨论所得结果的合理性及其是否有实际的物理意义。
[例1]　(上海高考)如图1，柱形容器内用不漏气的轻质绝热活塞封闭一定量的理想气体，容器外包裹保温材料。开始时活塞至容器底部的高度为H1，容器内气体温度与外界温度相等。在活塞上逐步加上多个砝码后，活塞下降到距容器底部H2处，气体温度升高了ΔT；然后取走容器外的保温材料，活塞位置继续下降，最后静止于距容器底部H3处；已知大气压强为p0。求：气体最后的压强与温度。
图1
解析：设外界温度为T0, 加砝码前后，根据理想气体状态方程，有＝。取走保温材料，最后气体温度等于外界温度T0，气体压强为p2，气体为等压变化，有＝，联立以上两式得T0＝ΔT，p2＝p0。
答案：p0　ΔT
气体实验定律三种图线的对比
定律
变化过程
同一气体的两条图线
图线特点
玻意耳定律
等温变化
(1)在p -V图中是双曲线，远离原点的等温线温度较高，即T2>T1。
(2)在p -图中是通过原点的倾斜直线，由＝C得p＝斜率大T大，T2>T1。
查理定律
等容变化
(1)在p -t图中是通过t轴上－273.15 ℃的直线，由于在同一温度(如0 ℃)下同一气体的压强大时，体积小，所以V1>V2。
(2)由p -T图中是通过原点的倾斜直线，由＝C得p＝T可见体积V大时斜率小，所以V1>V2。
盖·吕萨克定律
等压变化
(1)在V -t图中是通过t轴上－273.15 ℃的直线，由于在同一温度(如0 ℃)下同一气体的体积大时，压强小，所以p1>p2。
(2)在V -T图中是通过原点的倾斜直线，由＝C得V＝·T，可见压强p大时斜率小，所以p1>p2。
[例2]　一定质量的理想气体经过一系列过程，如图2所示。下列说法中正确的是(　　)
图2
A．a→b过程中，气体体积增大，压强减小
B．b→c过程中，气体压强不变，体积增大
C．c→a过程中，气体压强增大，体积减小
D．c→a过程中，气体温度升高，体积不变
解析：由p-T图像知，a→b为等温过程。根据p1V1＝p2V2，气体压强减小，则体积增大，A正确。b→c为等压过程，根据＝，温度降低，则体积减小，B错误。c→a为等容过程，根据＝，气体压强增大，温度升高。C错误，D正确。
答案：AD
液柱移动问题的分析
1.液柱问题的特点：
(1)当封闭气体温度T变化时，其p、V都发生变化，液柱的平衡状态被打破，液柱就发生移动。
(2)由于p、V、T三个量相互制约，当p、V、T都发生变化时，直接判断液柱移动的方向比较困难，关键是判断封闭气体的体积V如何变化。
2.判断方法：以如图3所示的装置为例。两端封闭、粗细均匀、竖直放置的玻璃管内有一段长为h的水银柱，将管内气体分为两部分。若使两部分气体同时升高相同的温度，管内水银柱将如何运动？(设原来温度相同)
图3
(1)假设法：假设水银柱不动，则上、下两部分气体发生等容变化，对上部气体＝，压强变化量Δp2＝p2，同理，下部气体压强变化量Δp1＝p1，由于开始时，p1＞p2，故Δp1＞Δp2，水银柱向上移动。
(2)图像法：判断液柱移动还可用p -T法，在同一p -T坐标系中画出两段气柱的等容线，如图4所示，在温度相同时p1＞p2，得气柱l1等容线的斜率较大，当两气柱升高相同的温度ΔT时，其压强的增量Δp1＞Δp2，水银柱上移。
图4
(3)极限法：由于管上段气柱压强p2较下段气柱压强p1小，设想p2→0，即管上部认为近似为真空，于是立即得到温度T升高，水银柱向上移动。
[例3]　如图5所示，A、B两容器容积相等，用粗细均匀的细玻璃管相连，两容器内装有不同气体，细管中央有一段水银柱，在两边气体作用下保持平衡时，A中气体的温度为0℃，B中气体温度为20℃，如果将它们的温度都降低10℃，则水银柱将(　　)
图5
A．向A移动　　　　 　B．向B移动
C．不动 D．不能确定
解析：假定降温后气体体积保持不变，由查理定律得＝，则Δp＝·p0，降温前两边气体压强相等，但A容器的温度低，所以ΔpA>ΔpB，A容器压强减小得多，所以水银柱向A移动。
答案：A
变质量问题的求解方法
分析变质量问题时，可以通过巧妙地选择研究对象，使问题转化为一定质量的气体问题，再用相关规律求解。
1．充气问题
向球、轮胎中充气是典型的变质量的气体问题。只要选择球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，质量不变，故抽气过程可看成是等温膨胀过程。
3．分装问题
把一个大容器里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，运用相关规律求解。
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。如果选择容器内剩余气体为研究对象，便可使问题变成关于一定质量的气体状态变化的问题，再用相关方程求解。
[例4]用来喷洒农药的压缩喷雾器的结构如图6所示，A的容积为7.5 L，装入药液后，药液上方空气为1.5 L。关闭阀门K，用打气筒B每次打进1×105 Pa的空气250 cm3。求：
图6
(1)要使药液上方气体的压强为4×105 Pa，应打气几次？
(2)当A中有4×105 Pa的空气后，打开阀门K可喷洒药液，直到不能喷洒时，喷雾器内剩余多少体积的药液？(忽略喷管中药液产生的压强)
[解析]　(1)设原来药液上方空气体积为V，每次打入空气的体积为V0，打n次后压强由p0变为p1，以A中原有空气和n次打入A中的全部气体为研究对象，由玻意耳定律得：p0(V＋nV0)＝p1V，
故n＝
＝＝18。
(2)打开阀门K，直到药液不能喷洒，忽略喷管中药液产生的压强，则A容器内的气体压强应等于外界大气压强，以A中气体为研究对象，p1V＝p0V′，
V′＝＝×1.5 L＝6 L，
因此A容器中剩余药液的体积为
7．5 L－6 L＝1.5 L。
答案：(1)18次　(2)1.5 L
(时间：60分钟　满分：100分)
一、选择题(共8个小题，每小题6分，共48分。多选题全选对得6分，选不全得3分，错选不得分)
1．一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，体积增大，则(　　)
A．气体分子的平均动能增大
B．气体分子的平均动能减小
C．气体分子的平均动能不变
D．条件不足，无法判定气体分子平均动能的变化
解析：选A　一定质量的理想气体，在压强不变时，由盖·吕萨克定律＝C可知，气体压强不变时，体积增大，则温度升高，所以气体分子的平均动能增大，故A项正确。
2．关于饱和汽，下列说法不正确的是(　　)
A．在稳定情况下，密闭容器中如有某种液体存在，其中该液体的蒸气一定是饱和的
B．密闭容器中有未饱和的水蒸气，向容器内注入足够量的空气，加大气压可使水汽饱和
C．随着液体的不断蒸发，当液化和汽化速率相等时，液体和蒸气达到的一种平衡状态叫动态平衡
D．对于某种液体来说，在温度升高时，由于单位时间内从液面汽化的分子数增多，所以其蒸气饱和所需要的压强增大
解析：选B　在饱和状态下，汽化和液化达到动态平衡，即达到稳定状态，所以A、C正确。液体的饱和汽压与其温度有关，即温度升高饱和汽压增大，所以D正确。饱和汽压是指液体蒸气的分气压，与其他气体的压强无关，所以B错误。
3．如图1中A、B两点代表一定质量理想气体的两个不同的状态，状态A的温度为TA，状态B的温度为TB；由图可知(　　)
图1
A．TB＝2TA　　　　　　　 　B．TB＝4TA
C．TB＝6TA D．TB＝8TA
解析：选C　对于A、B两个状态应用理想气体状态方程＝可得：＝＝＝6，即TB＝6TA，C项正确。
4.如图2是一定质量的某种气体的等压线，等压线上的a、b两个状态比较，下列说法正确的是(　　)
图2
A．在相同时间内撞在单位面积上的分子数，b状态较多
B．在相同时间内撞在单位面积上的分子数，a状态较多
C．在相同时间内撞在相同面积上的分子数，两状态一样多
D．单位体积的分子数，两状态一样多
解析：选B　b状态比a状态体积大，故单位体积分子数b状态比a状态少，D错；b状态比a状态温度高，其分子平均动能大，而a、b状态压强相等，故相同时间内撞到单位面积上的分子数a状态较多，B正确，A、C错误。
5．(上海高考)已知湖水深度为20 m，湖底水温为4 ℃，水面温度为17 ℃，大气压强为1.0×105 Pa。当一气泡从湖底缓慢升到水面时，其体积约为原来的(取g＝10 m/s2，ρ水＝1.0×103 kg/m3)
A．12.8倍　　　　　　　　 　B．8.5倍
C．3.1倍 D．2.1倍
解析：选C　湖底压强大约为p0＋ρ水gh，即3个大气压，由气体状态方程，＝，当一气泡从湖底缓慢升到水面时，其体积约为原来的3.1倍，选项C正确。
6.如图3所示，A、B是两个装有气体的气缸，它们的横截面积之比是1∶5，活塞C可以在两个气缸内无摩擦地左右滑动。大气压为1 atm，整个装置保持静止。已知这时A气缸内封闭气体的压强是6 atm，则B气缸内封闭气体的压强是(　　)
图3
A．6 atm　　　　　　　 　B．1.2 atm
C．1.5 atm D．2 atm
解析：选D　活塞C在A、B气缸内的气体和大气压力作用下保持平衡，则平衡方程为
pASA＋p0(SB－SA)＝pBSB
即6SA＋1×(5SA－SA)＝pB×5SA，得pB＝2 atm。
7．(多选)一定质量理想气体的状态经历了如图4所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体体积在(　　)
图4
A．ab过程中不断增加
B．bc过程中保持不变
C．cd过程中不断增加
D．da过程中保持不变
解析：选AB　因为bc的延长线通过原点，所以bc是等容线，即气体体积在bc过程中保持不变，B正确；ab是等温线，压强减小则体积增大，A正确；cd是等压线，温度降低则体积减小，C错误；连接aO交cd于e，则ae是等容线，即Va＝Ve，因为Vd8.粗细均匀、两端封闭的细长玻璃管中，有一段水银柱将管中气体分为A和B两部分，如图5所示。已知两部分气体A和B的体积关系是VB＝3VA，将玻璃管中两部分气体均升高相同温度的过程中，水银柱将(　　)
图5
A．向A端移动
B．向B端移动
C．始终不动
D．以上三种情况都有可能
解析：选C　由于玻璃管中两边气体初状态的温度和压强相同，所以升温后，增加的压强也相同，因此，水银柱不移动。
二、非选择题(共4小题，共52分。将答案填在题中横线上或按要求作答，解答题应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
9．(10分)图6为一种测定“肺活量”(标准大气压下人一次呼出气体的体积)的装置，A为开口薄壁圆筒，排尽其中的空气，倒扣在水中。测量时，被测者尽力吸足空气，再通过B管用力将气体吹入A中，使A浮起。设整个过程中呼出气体的温度保持不变。
图6
(1)呼出气体的分子热运动的平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)设圆筒A的横截面积为S，大气压强为p0，水的密度为ρ，桶底浮出水面的高度为h，桶内外水面的高度差为Δh，则被测者的“肺活量”，即V0＝________。
解析：(1)由于温度是分子热运动的平均动能大小的标志，因为气体温度不变，所以分子热运动的平均动能不变。
(2)设A中气体压强为p，该部分气体在标准大气压下的体积为V0，由于整个过程中温度不变，由玻意耳定律可得p0V0＝pV，
即p0V0＝(p0＋ρgΔh)·(h＋Δh)S，
则被测者的肺活量
V0＝。
答案：(1)不变　(2)
10．(12分)(浙江高考)如图7所示，内壁光滑的圆柱形金属容器内有一个质量为m、面积为S的活塞。容器固定放置在倾角为θ的斜面上。一定量的气体被密封在容器内，温度为T0，活塞底面与容器底面平行，距离为h。已知大气压强为p0，重力加速度为g。
图7
(1)容器内气体压强为________；
(2)由于环境温度变化，活塞缓慢下移h/2时气体温度为________；此过程中容器内气体________(填“吸热”或“放热”)，气体分子的平均速率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
解析：(1)容器内气体的压强与大气压和活塞的重力有关。活塞对气体产生的压强为p'＝，则容器内气体的压强p＝p0＋p'＝p0＋。
(2)环境温度变化，活塞缓慢下移，可认为是等压变化，则＝，且V0＝2V1，解得T1＝。
在此等压变化过程中，气体温度降低，内能减少；气体体积减小，外界对气体做功，由热力学第一律ΔU＝W＋Q知气体放出热量，气体分子的平均速率减小。
答案：(1)p0＋　(2)　放热　减小
11．(14分)如图8所示，水平放置的气缸内壁光滑，活塞厚度不计，在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动，B左面气缸的容积为V0，A、B之间的容积为0.1V0。开始时活塞在B处，缸内气体的压强为0.9p0(p0为大气压强)，温度为297 K，现缓慢加热气缸内气体，直至399.3 K。求：
图8
(1)活塞刚离开B处时的温度TB；
(2)缸内气体最后的压强p；
(3)在图中画出整个过程的p -V图线。
图9
解析：(1)＝，TB＝330 K
(2)＝，p＝1.1p0
(3)如图
答案：(1)330 K　(2)1.1p0　(3)见解析
12．(16分)(新课标全国卷Ⅰ)如图10，两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置，气缸底部和顶部均有细管连通，顶部的细管带有阀门K。两气缸的容积均为V0，气缸中各有一个绝热活塞(质量不同，厚度可忽略)。开始时K关闭，两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体)，压强分别为p0和；左活塞在气缸正中间，其上方为真空； 右活塞上方气体体积为。现使气缸底与一恒温热源接触，平衡后左活塞升至气缸顶部，且与顶部刚好没有接触；然后打开K，经过一段时间，重新达到平衡。已知外界温度为T0，不计活塞与气缸壁间的摩擦。求：
图10
(1)恒温热源的温度T；
(2)重新达到平衡后左气缸中活塞上方气体的体积Vx。
解析：本题考查理想气体状态方程，意在考查考生对理想气体状态方程的灵活运用。
(1)与恒温热源接触后，在K未打开时，右活塞不动，两活塞下方的气体经历等压过程，由盖·吕萨克定律得
＝　①
由此得
T＝T0　②
(2)由初始状态的力学平衡条件可知，左活塞的质量比右活塞的大。打开K后，左活塞下降至某一位置，右活塞必须升至气缸顶，才能满足力学平衡条件。
气缸顶部与外界接触，底部与恒温热源接触，两部分气体各自经历等温过程，设左活塞上方气体最终压强为p，由玻意耳定律得
pVx＝·　③
(p＋p0)(2V0－Vx)＝p0·V0　④
联立③④式得
6V－V0Vx－V＝0
其解为
Vx＝V0
另一解Vx＝－V0，不合题意，舍去。
答案：(1)T0　(2)V0
第1节 气体实验定律
第1课时　玻意耳定律
气体的状态
[自读教材·抓基础]
1．状态参量：物理学中研究气体的性质时，通常用气体的压强、温度和体积这三个物理量来描述气体的状态。
2．研究方法：控制一个参量不变，研究另外两个变量之间关系，这种方法叫做控制变量法。
[跟随名师·解疑难]
1．温度：热力学温度的单位是开尔文，与摄氏温度的关系：T＝t＋273。
2．如何确定封闭气体的压强？
(1)液体封闭气体模型：
①直玻璃管中液体封闭气体的压强：设气体压强为p，大气压强为p0，液体产生的压强为ph，则
图4-1-1
②“U形管”中封闭气体的压强：
图4-1-2
(2)气缸活塞模型：设活塞质量为m，重力加速度为g，活塞面积为S，气缸质量为M，则
图4-1-3
③气缸在光滑水平面上
图4-1-4
　p＝
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
在标准大气压(相当于76 cm水银柱产生的压强)下做托里拆利实验时，由于管中混有少量空气，水银柱上方有一段空气柱，如图4-1-5所示。这时管中稀薄气体的压强相当于下列哪个高度的水银柱产生的压强(　　)
图4-1-5
A．0　　　　　　　　　 B．60 cm
C．30 cm D．16 cm
解析：选D　气体压强p＝p0－ph＝76 cmHg－60 cmHg＝16 cmHg。
玻意耳定律
[自读教材·抓基础]
1．等温变化
一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，研究压强和体积之间的关系。
2．实验装置
图4-1-6
3．探究过程
实验器材
针筒、气压计等
研究对象(系统)
针筒内封闭的空气
数据收集
压强由气压计读出，气体体积(长度)由针筒本身的刻度读出
数据处理
以压强p为纵坐标，以体积倒数为横坐标作出p-图像
图像结果
p -图像是一条过原点的直线
实验结论
温度恒定时，气体的压强跟体积的倒数成正比，即气体的压强与体积成反比
4．玻意耳定律
(1)内容：一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比。
(2)公式：pV＝C或p1V1＝p2V2。
[跟随名师·解疑难]
1．对玻意耳定律的理解
(1)适用条件：
一定质量的某种气体，温度不太低，压强不太大。
(2)定律也可以表述为pV＝常量或p1V1＝p2V2，其中的常量与气体所处温度高低有关，温度越高，常量越大。
2．p-V图像与p-图像
(1)一定质量的气体的p -V图像如图4-1-7甲所示，图线为双曲线的一支，且温度t1图4-1-7
(2)一定质量的气体p -图像如图乙所示，图线的延长线为过原点的倾斜直线，且温度t1[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
(多选)一定质量的气体，在做等温变化的过程中，下列物理量发生变化的有(　　)
A．气体的体积
B．单位体积内的分子数
C．气体的压强
D．分子总数
解析：选ABC　等温过程中，p、V发生相应变化，单位体积内的分子数也随之发生相应变化。
对玻意耳定律的考查
[典题例析]
1．(海南高考)如图4-1-8，一气缸水平固定在静止的小车上，一质量为m、面积为S的活塞将一定量的气体封闭在气缸内，平衡时活塞与气缸底相距L。现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动，稳定时发现活塞相对于气缸移动了距离d。已知大气压强为p0，不计气缸和活塞间的摩擦；且小车运动时，大气对活塞的压强仍可视为p0；整个过程中温度保持不变。求小车加速度的大小。
图4-1-8
[思路点拨]　
(1)小车向右加速运动时活塞相对气缸的运动方向？封闭气体体积如何变化？
提示：活塞相对气缸向左运动。体积减小。
(2)当小车以水平恒定加速度向右运动时，如何求出被封闭气体的压强？
提示：选活塞为研究对象，将压强转换为压力，对活塞列牛顿第二定律方程。
解析：选气缸内被封闭的气体为研究对象
小车静止时为状态1，
系统处于平衡状态，p1S＝p0S
气体的压强p1＝p0，
气体的体积V1＝SL
设小车加速度为a时为状态2，
由牛顿第二定律得p2S－p0S＝ma
气体的压强p2＝p0＋，
气体的体积V2＝S(L－d)
由玻意耳定律得p1V1＝p2V2
联立各式得a＝。
答案：
[探规寻律]
应用玻意耳定律解题的一般步骤
(1)首先确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律适用的条件；
(2)然后确定始末状态及状态参量(p1、V1，p2、V2)；
(3)最后根据玻意耳定律列方程求解(注意p1和p2、V1和V2统一单位)；
(4)注意分析隐含的已知条件，必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程。
[跟踪演练]
一个气泡由湖面下深20 m处上升到湖面下深10 m处，它的体积约变为原来体积的(温度不变，大气压p0的值相当于10 m深的水产生的压强)(　　)
A．3倍　　　　　　　　　 B．2倍
C．1.5倍 D．0.7倍
解析：选C　大气压p0的值相当于10 m深的水产生的压强，所以p1＝p0＋ph1＝p0＋2p0＝3p0，p2＝p0＋ph2＝p0＋p0＝2p0，根据玻意耳定律得p1V1＝p2V2，得＝＝＝1.5。
对p -V图像和p-图像的考查
[典题例析]
2．(多选)如图4-1-9所示为一定质量的气体在不同温度下的两条等温线，则下列说法中正确的是(　　)
图4-1-9
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[思路点拨]　
(1)p-V图像中等温线为双曲线。
(2)会比较两条等温线对应温度的高低。
解析：一定质量的气体的等温线为双曲线，由等温线的物理意义可知，压强与体积成反比，且在不同温度下等温线是不同的，所以A、B正确。对于一定质量的气体，温度越高，等温线离坐标原点的位置就越远，故C错误，D正确。
答案：ABD
[探规寻律]
解决图像类问题的应用技巧
(1)首先区分是p -V图像还是p-图像。
(2)在p -V图像中离原点远的等温线温度高，在p -图像中斜率大的等温线温度高。
(3)在分析过程时要先分析过程中的特殊点再分析过程。
[跟踪演练]
(多选)如图4-1-10所示为一定质量的气体在不同温度下的两条p -图线。由图可知
(　　)
图4-1-10
A．一定质量的气体在发生等温变化时，其压强与体积成正比
B．一定质量的气体在发生等温变化时，其p-图线的延长线是经过坐标原点的
C．T1>T2
D．T1解析：选BD　由玻意耳定律pV＝C知，压强与体积成反比，故A错误。p∝，所以p -图线的延长线经过坐标原点，故B正确。p -图线的斜率越大，对应的温度越高，所以T1[课堂双基落实]
1．一定质量的气体发生等温变化时，若体积增大为原来的n倍，则压强变为原来的倍数为(　　)
A．2n　　　　　　　　　　 B．n
C. D.
解析：选C　设气体原来体积为V，气体质量一定、温度不变，由玻意耳定律知p1V＝p2nV，解得p2＝，故C正确。
2．在验证“玻意耳—马略特定律”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
解析：选B　玻意耳定律成立的前提条件是质量一定、温度不变的气体，A会造成气体的质量发生变化，会对实验的准确性造成很大的影响，故A错；D会造成温度发生变化，也会对实验的准确性造成很大的影响，故D错；针筒壁与活塞之间存在的摩擦越大，对压强的读数造成的偏差就会越大，故C错；本实验与针筒的横截面积无关，因此只能选B。
3.如图4-1-11所示，竖直放置的弯曲管A端开口，B端封闭，密度为ρ的液体将两段空气封闭在管内，管内液面高度差分别为h1、h2、h3，则B端气体的压强为(已知大气压强为p0)(　　)
图4-1-11
A．p0－ρg(h1＋h2＋h3)
B．p0－ρg(h1＋h3)
C．p0－ρg(h1＋h3－h2)
D．p0－ρg(h1＋h2)
解析：选B　求B端气体的压强，要从管口开始依次向里进行分析。中间密封气体的压强p等于外界大气压p0和h3高的液柱产生的压强差，即p＝p0－ρgh3，而B端气体的压强pB等于中间气体的压强和h1高的液柱产生的压强差，即pB＝p－ρgh1，由以上两式可得：pB＝p0－ρg(h1＋h3)。
4.体检已经越来越受到人们的重视，在体检中抽血化验是常规项目，将有针头的一端插入胳膊上的静脉，将另一端通过胶管与封闭的抽血化验用容器相连，如图4-1-12为抽血化验时用的容器，封闭容器使用前气压为0.9 atm，当容器内气压变为1 atm时，抽血过程完毕。若容器的容积为50 mL，抽血过程中认为容器内气体的温度不发生变化，则此容器可以抽多少静脉血？
图4-1-12
解析：设化验用容器的容积为V，使用前气压为0.9 atm时为状态1，p1＝0.9 atm，V1＝50 mL。当容器内气压变为1 atm，抽血过程完毕时为状态2，p2＝1 atm，气体温度不变，由玻意耳定律知p1V1＝p2V2得V2＝45 mL，故此容器可以抽50 mL－45 mL＝5 mL静脉血。
答案：5 mL
[课下综合检测]
一、选择题
1．描述气体状态的参量是指(　　)
A．质量、温度、密度　　　　　 B．温度、体积、压强
C．质量、压强、温度 D．密度、压强、温度
解析：选B　气体状态参量是指温度、压强和体积，B对。
2．放飞的氢气球上升到一定高度会胀破，这是因为(　　)
A．球内氢气温度升高 B．球内氢气压强增大
C．球外空气压强减小 D．以上说法都不对
解析：选C　大气压强随着高度的升高而减小，氢气球上升过程中可看做温度不变。由玻意耳定律p1V1＝p2V2知，当一定质量的气体压强减小时，体积增大，最终会超过气球的弹性限度，从而胀破，故C正确。
3.图1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，气体分子热运动的平均速率的变化情况是(　　)
图1
A．一直保持不变　　　 B．一直增大
C．先减小后增大　　　 D．先增大后减小
解析：选D　温度越高，分子热运动的平均动能越大，当质量一定时，平均速率越大。在题图中，A、B两点在同一条等温线上，而等温线离原点越远，温度越高，由此可知，温度先升高后降低，D正确。
4.如图2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(　　)
图2
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：选B　由题图可知，空气被封闭在细管内，水面升高时，气体体积减小，根据玻意耳定律知，气体压强增大，B选项正确。
5. (多选)内径均匀两端开口的V形管如图3所示，支管B竖直插入水银槽中，支管A与支管B之间的夹角为θ，支管A中有一段长为h的水银柱保持静止，下列说法中正确的是(　　)
图3
A．B管内水银面比管外水银面高h
B．B管内水银面比管外水银面高hcos θ
C．B管内水银面比管外水银面低hcos θ
D．管内封闭气体的压强比大气压强小hcos θ高的水银柱产生的压强
解析：选BD　支管A中的水银柱呈倾斜状态，所能产生的压强相当于竖直方向上hcos θ高的水银柱产生的压强，管中封闭的气体压强比大气压小hcos θ高的水银柱产生的压强，故D正确。从竖直支管B分析，管内外水银面存在高度差，由于管内气体压强比大气压小hcos θ高的水银柱产生的压强，所以管内水银面比管外高hcos θ，故B正确。
6．(福建高考)某自行车轮胎的容积为V，里面已有压强为p0的空气，现在要使轮胎内的气压增大到p，设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，轮胎容积保持不变，则还要向轮胎充入温度相同，压强也是p0，体积为多少的空气。(　　)
A.V B.V
C.V D.V
解析：选C　本题考查理想气体状态关系，意在考查考生对理想气体状态的理解。设所求体积为Vx，由玻意耳定律，p0(Vx＋V)＝pV，可得Vx＝V，C正确。
二、非选择题
7．(重庆高考)如图4为一种减震垫，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。若气泡内气体可视为理想气体，其温度保持不变，当体积压缩到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。
图4
解析：设压力为F，压缩后气体压强为p
由p0V0＝pV和F＝pS，得F＝p0S
答案：p0S
8．(山东高考)一种水下重物打捞方法的工作原理如图5所示。将一质量M＝3×103 kg、体积V0＝0.5 m3的重物捆绑在开口朝下的浮筒上。向浮筒内充入一定量的气体，开始时筒内液面到水面的距离h1＝40 m，筒内气体体积V1＝1 m3。在拉力作用下浮筒缓慢上升。当筒内液面到水面的距离为h2时，拉力减为零，此时气体体积为V2，随后浮筒和重物自动上浮。求V2和h2。
图5
已知大气压强p0＝1×105Pa，水的密度ρ＝1×103 kg/m3，重力加速度的大小g＝10 m/s2。不计水温变化，筒内气体质量不变且可视为理想气体，浮筒质量和筒壁厚度可忽略。
解析：当F＝0时，由平衡条件得
Mg＝ρg(V0＋V2) ①
代入数据得V2＝2.5 m3 ②
设筒内气体初态、末态的压强分别为p1、p2，由题意得
p1＝p0＋ρgh1 ③
p2＝p0＋ρgh2 ④
在此过程中筒内气体温度和质量不变，由玻意耳定律得
p1V1＝p2V2 ⑤
联合②③④⑤式，代入数据得
h2＝10 m。 ⑥
答案：见解析
第2课时　查理定律和盖·吕萨克定律
查理定律
[自读教材·抓基础]
1．实验探究气体的等容变化
图4-1-13
(1)实验装置：主要有烧瓶、气压计、温度计和加热装置(如图4-1-13所示)。
(2)研究对象：烧瓶内的封闭气体，其特点是质量一定，体积不变，故气体发生等容变化。
(3)探究过程：①加热烧杯，待气压计示数稳定后，记下气体的压强和温度。
②按步骤①的方法继续做实验，测出几组对应的压强和温度值。
③处理数据，作p -T图像，为过原点的斜线。
(4)探究结果：一定质量的气体，在体积保持不变的条件下，压强与热力学温度成正比。
2．查理定律
(1)内容：一定质量的气体，在体积保持不变的条件下，压强与热力学温度成正比。
(2)公式：＝C或＝。
[跟随名师·解疑难]
1．对查理定律的理解
(1)适用条件：气体的质量一定，体积保持不变。
(2)公式中的温度为热力学温度。T＝t＋273。
图4-1-14
2．等容过程的p-T和p-t的图像
(1)p-T图像：一定质量的某种气体，在等容过程中，气体的压强p和热力学温度T的关系图线的延长线是过原点的倾斜直线，如图4-1-14所示，且V1图4-1-15
(2)p-t图像：一定质量的某种气体，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，如图4-1-15所示，等容线是一条延长线通过横轴－273.15 ℃的点的倾斜直线，且斜率越大，体积越小。图像纵轴的截距p0是气体在0 ℃时的压强。
[特别提醒]　查理定律的分比形式Δp＝ΔT，即一定质量的气体在体积不变的条件下，压强的变化量与热力学温度的变化量成正比。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
一定质量的气体，体积保持不变，当其热力学温度由T变成3T时，其压强由p变成(　　)
A．3p　　　　　　　　　 　B．6p
C. D.
解析：选A　气体发生等容变化，由＝得p2＝3p1。
盖·吕萨克定律
[自读教材·抓基础]
1．实验探究气体的等压变化
图4-1-16
(1)实验装置：(如图4-1-16所示)
主要有毛细管、温度计和直尺，以及加热装置等。
(2)研究对象：毛细管中被水银柱封闭的气体，其特点是质量一定，压强不变，故气体发生等压变化。
(3)探究过程：①加热烧杯，待温度计示数稳定后，记下气体的温度和体积。
②按步骤①的方法继续做实验，求出几组对应的温度和体积。
③处理数据，作V-T图像，为过原点的斜线。
(4)探究结果：一定质量的气体，在压强保持不变的条件下，体积与热力学温度成正比。
2．盖·吕萨克定律
(1)内容：一定质量的气体，在压强保持不变的条件下，体积与热力学温度成正比。
(2)公式：＝C或＝。
[跟随名师·解疑难]
1．对盖·吕萨克定律的理解
(1)适用条件：气体的质量一定，压强保持不变。
(2)＝中T为热力学温度。
2．V-T和V-t图像
(1)V-T图像：一定质量的某种气体，在等压过程中，气体的体积V和热力学温度T图线的延长线是过原点的倾斜直线，如图4-1-17甲所示，且p1图4-1-17
(2)V-t图像：一定质量的某种气体，在等压过程中，体积V与摄氏温度t是一次线性函数，不是简单的正比例关系，如图4-1-17乙所示，图像纵轴的截距V0是气体在0 ℃时的体积，等压线是一条延长线通过横轴上t＝－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，压强越小。
[特别提醒]　盖·吕萨克定律的分比形式ΔV＝ΔT，即一定质量的气体在压强不变的条件下，体积的变化量与热力学温度的变化量成正比。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
一定质量的气体，压强保持不变，当其热力学温度由T变成3T时，其体积由V变成(　　)
A．3V　　　　　　　 　B．6V
C. D.
解析：选A　气体发生等压变化，由＝得V2＝＝＝3V1。
对查理定律的考查
[典题例析]
1．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＝335 mL。假设在室温(17 ℃)下罐内装有0.9V的饮料，剩余空间充满CO2气体，气体压强为1 atm。若易拉罐能承受的最大压强为1.2 atm，则保存温度不能超过多少？
[思路点拨]　
→→
解析：本题为一定质量的气体发生等容变化，取CO2气体为研究对象。
初态：p1＝1 atm，T1＝(273＋17)K＝290 K，
末态：p2＝1.2 atm，T2待求。
由查理定律＝得T2＝＝ K＝348 K。t＝(348－273)℃＝75 ℃。
答案：75 ℃
[探规寻律]
利用查理定律解题的一般步骤
(1)明确研究对象，并判断是否满足其适用条件。
(2)确定始末状态参量(p1、T1，p2、T2)。
(3)根据查理定律列方程求解(注意p1和p2、T1和T2统一单位)。
[跟踪演练]
一定质量的气体在保持密度不变的情况下，把它的温度由原来的27 ℃升到127 ℃，这时该气体的压强是原来的(　　)
A．3倍　　　　　　　　　 　B．4倍
C.倍 D.
解析：选C　一定质量的气体，密度不变即体积不变，发生等容变化，有＝，其中T1＝(27＋273) K＝300 K，T2＝(127＋273) K＝400 K，所以p2＝p1。
对盖·吕萨克定律的考查
[典题例析]
2．一端封闭的均匀玻璃管，开口向上竖直放置，管中有两段水银柱封闭了两段空气柱，开始时V1＝2V2。现将玻璃管缓慢地均匀加热，下列说法中正确的是(　　)
图4-1-18
A．加热过程中，始终有V1′＝2V2′
B．加热后V1′>2V2′
C．加热后V1′<2V2′
D．条件不足，无法判断
[思路点拨]　
→→
解析：加热前后，上段气体的压强保持p0＋ρgh1不变，下段气体的压强保持p0＋ρgh1＋ρgh2不变，整个过程为等压变化，根据盖·吕萨克定律得＝，＝，所以＝＝，即V1′＝2V2′，故A正确。
答案：A
[探规寻律]
盖·吕萨克定律解题的一般步骤
(1)明确研究对象，并判断是否满足适用条件。
(2)确定始末状态参量(V1、T1，V2、T2)。
(3)根据盖·吕萨克定律列方程求解(注意V1和V2，T1和T2统一单位)。
[跟踪演练]
一定质量的气体，如果保持它的压强不变，降低温度，使它的体积为0 ℃时体积的倍，则此时气体的温度为(　　)
A．－ ℃ B．－ ℃
C．－ ℃ D．－273n(n－1) ℃
解析：选C　根据盖·吕萨克定律，在压强不变的条件下V1＝V0(1＋)，即根据题意＝V0(1＋)，整理后得t＝－ ℃。
图像问题的分析与应用
[典题例析]
3．图4-1-19甲为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的温度值。
(2)请在图乙所示的坐标系中，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，请根据实际情况写出计算过程。
图4-1-19
[思路点拨]　
(1)明确V-T图像和p-T图像的物理意义、图像特点。
(2)知道图线上的一个点表示的是一定质量气体的一个平衡状态，知道其状态参量：p、V、T。
(3)知道图线上的某一线段表示的是一定质量的气体由一个平衡状态(p、V、T)转化到另一个平衡状态(P′、V′、T′)的过程；并能判断出该过程是等温过程、等容过程还是等压过程。
(4)从图像中的某一点(平衡状态)的状态参量开始，根据不同的变化过程。先用相对应的规律计算出下一点(平衡状态)的状态参量，逐一分析计算出各点的p、V、T。
解析：(1)由图甲可以看出，A与B连线的延长线过原点O，所以A→B是等压变化过程，即pB＝pA，
根据盖·吕萨克定律可得＝，
得TA＝TB＝×300 K＝200 K。
(2)由图甲可知，由B→C是等容变化过程，根据查理定律得＝，
故pC＝pB＝pB＝pB＝pA＝×1.5×105 Pa＝2.0×105 Pa。
则可画出A→B→C过程中的p-T图像，如图所示。
答案：(1)200 K　(2)见解析
[探规寻律]
图像的分析方法及其应用
(1)图像上的某一点表示一定质量气体的一个平衡状态；图像上的某一线段，表示一定质量气体的状态变化的一个过程。
(2)应用图像解决问题时，要注意数学公式与图像的转换，图像与物理过程、物理意义之间的关系。
(3)在图形转换时，关键是要明确状态的各个参量，并正确分析出各过程的性质及图像特点。
[跟踪演练]
(福建高考)图4-1-20为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图像，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C，设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则下列关系式中正确的是(　　)
图4-1-20
A．TA＜TB，TB＜TC B. TA＞TB，TB＝TC
C. TA＞TB，TB＜TC D. TA＝TB，TB＞TC
解析：选C　由状态A到状态B过程中，气体体积不变，由查理定律可知，随压强减小，温度降低，故TA＞TB，A、D项错；由状态B到状态C过程中，气体压强不变，由盖·吕萨克定律可知，随体积增大，温度升高，即TB＜TC，B项错，C项对。
[课堂双基落实]
1．下列说法正确的是(　　)
A．玻意耳定律对任何压强都适用
B．盖·吕萨克定律对任意温度都适用
C．常温、常压下的各种气体，可以当做理想气体
D．一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积跟温度成正比
解析：选C　气体实验定律只有在压强不太大、温度不太低的条件下才能成立，同时这样的气体称理想气体，故A、B错误，C正确。根据盖·吕萨克定律知体积与热力学温度成正比，D错误。
2.对于一定质量的气体，在体积不变时，压强增大到原来的两倍，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两倍
B．气体的热力学温度升高到原来的两倍
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
解析：选B　由查理定律＝知，一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比，注意公式中T为热力学温度。
3.如图4－1－21所示，上端开口的圆柱形气缸竖直放置，截面积为5×10－3 m2，一定质量的气体被质量为2.0 kg的光滑活塞封闭在气缸内，其压强为________ Pa(大气压强取1.01×105 Pa，g取10 m/s2)。若从初温27 ℃开始加热气体，使活塞离气缸底部的高度由0.5 m缓慢变为0.51 m，则此时气体的温度为________℃。
图4-1-21
解析：由活塞受力平衡，得p＝p0＋＝1.05×105 Pa。
又气体做等压变化，由盖·吕萨克定律得＝，
故T2＝T1＝×300 K＝306 K。
即：t2＝T2－273＝33 ℃。
答案：1.05×105　33
4.有人设计了一种测温装置，其结构如图4-1-22所示，玻璃泡A内封有一定量的气体，与A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x就可以反映玻璃泡内气体的温度，即环境温度，并可由B管上的刻度直接读出。设B管的体积与A玻璃泡的体积相比可忽略不计。在1个标准大气压下对B管进行温度刻度(1个标准大气压相当于76 cmHg的压强，等于101 kPa)。已知当温度t1＝27 ℃时，管内水银面高度x1＝16 cm，此高度即为27 ℃的刻度线，求t＝0 ℃的刻度线在何处。
图4-1-22
解析：
答案：21.4 cm
[课下综合检测]
一、选择题
1.(多选)下列过程可能发生的是(　　)
A．气体的温度变化，但压强、体积保持不变
B．气体的温度、压强保持不变，而体积发生变化
C．气体的温度保持不变，而压强、体积发生变化
D．气体的温度、压强、体积都发生变化
解析：选CD　p、V、T三个量中，可以两个量发生变化，一个量恒定，也可以三个量同时发生变化，只有一个量变化的情况是不存在的，故C、D选项正确。
2．(多选)如图1，p表示压强，V表示体积，T表示热力学温度，t表示摄氏温度，下列各图中正确描述一定质量气体等压变化规律的是(　　)
图1
解析：选AC　等压变化中，气体的压强保持不变，故A正确。再根据盖·吕萨克定律，＝C，故C正确。而B中压强明显发生变化。D中随温度升高压强增大，故B、D错误。
3.如图2所示，一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，在此过程中，其压强
(　　)
图2
A．逐渐增大
B．逐渐减小
C．始终不变
D．先增大后减小
解析：选A　在V-T图像表示的a→b变化的过程中，气体的体积减小，温度升高，压强逐渐增大。
4.如图3所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M。通过弹簧吊在天花板上，气缸内封有一定质量的气体。缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S。大气压强为p0。则封闭气体的压强为(　　)
图3
A．p＝p0＋mg/S
B．p＝p0＋(M＋m)g/S
C．p＝p0－Mg/S
D．p＝mg/S
解析：选C　
对缸套进行受力分析，如图所示。
由平衡条件可得pS＋Mg＝p0S
所以p＝p0－
5．民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上。其原因是，当火罐内的气体(　　)
A．温度不变时，体积减小，压强增大
B．体积不变时，温度降低，压强减小
C．压强不变时，温度降低，体积减小
D．质量不变时，压强增大，体积减小
解析：选B　火罐内的气体开始温度较高，紧压在皮肤上，当火罐内的气体体积不变时，气体温度降低，对应气体的压强减小，从而使火罐紧紧地“吸”在皮肤上。
6．(重庆高考)图4为伽利略设计的一种测温装置示意图，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。若玻璃管内水柱上升，则外界大气的变化可能是(　　)
图4
A．温度降低，压强增大
B．温度升高，压强不变
C．温度升高，压强减小
D．温度不变，压强减小
解析：选A　若玻璃管中的水柱上升，说明外界大气压增大，只有A选项正确。
二、非选择题
7．一定质量的空气，27 ℃时的体积为1.0×10－2 m3，在压强不变的情况下，温度升高100 ℃时体积是多大？
解析：由题意知，空气的变化过程为等压变化。
方法一：空气的初、末状态参量分别为初状态：
T1＝(273＋27) K＝300 K，V1＝1.0×－2 m3；
末状态：T2＝(273＋27＋100) K＝400 K。
由盖·吕萨克定律＝得气体温度升高100 ℃时的体积为V2＝V1＝×1.0×10－2m3≈1.33×10－2 m3。
方法二：设空气在27 ℃时的体积为V1，在升高100 ℃时的体积为V2,0 ℃时的体积为V0。
由盖·吕萨克定律Vt＝V0得
]V1＝V0，V2＝V0，
由以上两式解得V2≈1.33×10－2 m3。
答案：1.33×10－2 m3
8.一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0。经过太阳暴晒，气体温度由T0＝300 K升至T1＝350 K。
图5
(1)求此时气体的压强。
(2)保持T1＝350 K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0。求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值。
解析：(1)设升温后气体的压强为p1，由查理定律得
＝①
代入数据得p1＝p0②
(2)抽气过程可视为等温膨胀过程，设膨胀后的总体积为V，由玻意耳定律得p1V0＝p0V③
联立②③式解得V＝V0④
设剩余气体的质量与原来气体的总质量之比为K，由题意得K＝⑤
联立④⑤式解得K＝
答案：(1)p0　(2)
第2节 气体实验定律的微观解释
　　　　　　　　　　　　　　　 　　　
1.严格遵从3个实验定律的气体称为理想气体，其分子大小与分子间距相比可忽略，没有相互作用力，不存在分子势能。实际气体在压强不太大、温度不太低的情况下可看成理想气体。
2．理想气体的压强与单位体积内的分子数和分子的平均动能有关，宏观上表现为体积和温度。
3．一定质量的气体，温度不变，体积减小，单位体积内分子数增加；体积不变，温度升高，分子平均动能增大；压强不变，温度升高，体积增大，分子平均动能增大，单位体积内分子数减少。
理想气体
[自读教材·抓基础]
1．定义：严格遵从3个实验定律的气体。
2．特点：
(1)理想气体的分子大小和分子间的距离相比可以忽略不计。
(2)除碰撞外，分子间的相互作用可以忽略不计。
(3)不存在分子势能，其内能只是所有分子热运动动能的总和。
3．理想气体的压强
(1)从分子动理论和统计观点看，理想气体的压强是大量气体分子不断碰撞容器壁的结果，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。
(2)微观上，理想气体压强与单位体积的分子数和分子的平均动能有关。
(3)宏观上，一定质量的理想气体压强与体积和温度有关。
[跟随名师·解疑难]
理想气体的性质
(1)理想气体是一种理想化模型，是对实际气体的科学抽象。
(2)宏观上：理想气体是严格遵从气体实验定律的气体。
(3)微观上：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。
(4)从能量上看，理想气体的微观本质是忽略了分子力，所以其状态无论怎么变化都没有分子力做功，即没有分子势能的变化，于是理想气体的内能只有分子动能，即一定质量的理想气体的内能完全由温度决定，而与气体的体积无关。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于理想气体，下列说法正确的是(　　)
A．当把实际气体抽象成理想气体后，它们便不再遵守气体实验定律
B．温度极低、压强太大的气体虽不能当做理想气体，但仍然遵守实验定律
C．理想气体分子间的平均距离约为10－10 m，故分子力为零
D．理想气体是对实际气体抽象后形成的理想模型
解析：选D　理想气体遵守气体实验定律，A错；实际气体在温度极低和压强太大时，不能很好地遵守气体实验定律，B错；理想气体分子间的平均距离超过10－9 m，分子间的斥力和引力都可忽略不计，而在平均距离为10－10 m时，分子间的斥力和引力是不能忽略的，C错；由题意知，D项正确。
气体实验定律的微观解释
1.玻意耳定律的微观解释：一定质量(m)的理想气体，其分子总数(N)是一个定值，当温度(T)保持不变时，则分子的平均速率(v)也保持不变。当其体积(V)增大为原来的几倍时，则单位体积内的分子数(n)变为原来的几分之一，因此气体的压强变为原来的几分之一；反之，若体积减小为原来的几分之一，则压强增大为原来的几倍，即压强与体积成反比。这就是玻意耳定律。
2．查理定律的微观解释：一定质量(m)的气体的总分子数(N)是一定的，体积(V)保持不变时，其单位体积内的分子数(n)也保持不变。当温度(T)升高时，其分子运动的平均速率(v)增大，则气体压强(p)增大；反之，当温度(T)降低时，气体压强(p)减小。
3．盖·吕萨克定律的微观解释：一定质量(m)的理想气体的总分子数(N)是一定的，要保持压强(p)不变，当温度(T)升高时，全体分子运动的平均速率v会增加，那么单位体积内的分子数(n)一定要减小(否则压强不可能不变)，因此气体体积(V)一定增大；反之，当温度降低时，气体体积一定要减小，才能保持压强(p)不变。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是(　　)
A．当分子热运动变得剧烈时，压强必变大
B．当分子热运动变得剧烈时，压强可以不变
C．当分子间平均距离变大时，压强必变小
D．当分子间平均距离变大时，压强必变大
解析：选B　决定压强的微观因素有两个：一是分子的平均动能，二是分子的密度；当分子热运动变得剧烈时，分子的平均动能变大，由于分子的密度大小不确定，压强就不确定，故A错B对；当分子间的平均距离变大时，分子的密度减小，由于分子的平均动能大小不确定，故压强的变化不确定，故C、D错。
对理想气体压强的考查
[典题例析]
1．(多选)一定质量的理想气体，在状态变化后密度增大为原来的4倍，气体的压强和热力学温度与原来相比可能是(　　)
A．压强是原来的4倍，温度是原来的2倍
B．压强和温度都为原来的2倍
C．压强是原来的8倍，温度是原来的2倍
D．压强不变，温度是原来的
[思路点拨]　气体压强的决定因素是温度和体积，因此解答本题采用以下思路：
解析：密度增大为原来的4倍，则体积变为原来的，根据＝C，A、B错误，C、D正确。
答案：CD
[探规寻律]
用微观理论判定压强变化的方法
(1)根据条件判定分子的密度是否发生变化。
(2)根据条件判定分子的平均动能是否发生变化。
(3)比较判定每秒内单位面积上分子作用于容器壁的力是否发生变化。
(4)明确常用说法。温度的微观常用说法是分子的平均动能、分子热运动的剧烈程度、分子运动的平均速率等；体积的微观常用说法是分子密度、分子之间的距离。通过各个微观量来反映气体的实验定律。
[跟踪演练]
(多选)(大纲全国卷)对于一定量的稀薄气体，下列说法正确的是(　　)
A．压强变大时，分子热运动必然变得剧烈
B．保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈
C．压强变大时，分子间的平均距离必然变小
D．压强变小时，分子间的平均距离可能变小
解析：选BD　根据理想气体的状态方程＝C，当压强变大时，气体的温度不一定变大，分子热运动也不一定变得剧烈，选项A错误；当压强不变时，气体的温度可能变大，分子热运动也可能变得剧烈，选项B正确；当压强变大时，气体的体积不一定变小，分子间的平均距离也不一定变小，选项C错误；当压强变小时，气体的体积可能变小，分子间的平均距离也可能变小，选项D正确。
气体实验定律的微观解释
[典题例析]
2．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，气体的密度一定增大
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
[思路点拨]　解此题的关键有两点：
(1)理想气体压强的形成原因及决定因素。
(2)气体状态变化的规律及微观原因。
解析：根据气体的压强、体积、温度的关系可知，体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大，选项A正确；温度不变，压强减小时，气体体积增大，气体的密度减小；压强不变，温度降低时，体积减小，气体密度增大；温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变。故正确选项为A。
答案：A
[探规寻律]
对气体实验定律解释时，要注意是对一定质量的理想气体。气体的体积决定单位体积内气体的分子数，温度决定气体分子的平均动能。压强由分子的平均动能和单位体积内的气体分子数共同决定。即在宏观上压强由温度和体积决定。
[跟踪演练]
如图4-2-1所示，一定质量的理想气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B，则它的状态变化过程是(　　)
图4-2-1
A．气体的温度不变
B．气体的内能增加
C．气体分子的平均速率减小
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
解析：选B　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，压强跟热力学温度成正比，选项A中温度不变是错误的，应该是压强增大、温度升高，内能增加，选项B正确；气体的温度升高时，分子平均速率增大，故选项C错；气体压强增大，温度升高，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，故选项D错。
[课堂双基落实]
1．(多选)关于理想气体，下列说法中哪些是正确的(　　)
A．严格遵守气体三定律的气体称为理想气体
B．理想气体客观上是不存在的，它只是实际气体在一定程度上的近似
C．低温和高压条件下的实际气体都可以看成理想气体
D．和质点的概念一样，理想气体是一种理想化的模型
解析：选ABD　理想气体严格遵守气体三定律，客观上不存在，它是一种理想化的模型。在温度不太低，压强不太大时，实际气体可以看成理想气体。
2．对一定质量的理想气体，用p、V、T分别表示气体压强、体积和温度，则有(　　)
A．若T不变，p增大，则分子热运动的平均动能增大
B．若p不变，V增大，则分子热运动的平均动能减小
C．若p不变，T增大，则单位体积中的分子数减少
D．若V不变，p减小，则单位体积中的分子数减少
解析：选C　分子平均动能只与温度有关，A错；若p不变，V增大，则T升高，B错；若p不变，T增大，则V增大，C正确；若V不变，单位体积内的分子数不变，D错。
3．有关气体压强，下列说法正确的是(　　)
A．气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定增大
B．气体分子的密集程度增大，则气体的压强一定增大
C．气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大
D．气体分子的平均动能增大，气体的压强有可能减小
解析：选D　气体的压强与两个因素有关，一是气体分子的平均动能，二是气体分子的密集程度，或者说，一是温度，二是体积。密集程度或平均动能增大，都只强调问题的一方面，也就是说，平均动能增大的同时，气体的体积可能也增大，使得分子密集程度减小，所以压强可能增大，也可能减小，还有可能不变。同理，当分子的密集程度增大时，分子平均动能也可能减小，压强的变化不能确定。
4．(多选)一定质量的气体，在温度不变的条件下，将其压强变为原来的2倍，则(　　)
A．气体分子热运动的平均动能增大
B．气体的密度变为原来的2倍
C．气体的体积变为原来的一半
D．气体的分子总数变为原来的2倍
解析：选BC　温度是分子热运动的平均动能的标志，由于温度不变，故分子热运动的平均动能不变，据玻意耳定律得p1V1＝2p1V2，解得V2＝V1，又ρ1＝，ρ2＝，可得ρ1＝ρ2，即ρ2＝2ρ1，故B、C正确。
[课下综合检测]
一、选择题
1．注射器中封闭着一定质量的气体，现在缓慢压下活塞，下列物理量不发生变化的是(注射器中气体可看做理想气体)(　　)
A．气体的压强
B．分子的平均速率
C．单位体积内的分子数
D．气体的密度
解析：选B　缓慢压下活塞意味着密闭气体是等温压缩，故分子的平均速率及分子的平均动能不变，气体的总质量不变，体积减小，单位体积内的分子数和气体的密度都增加，由气体压强的微观意义可知，注射器中密闭气体的压强增大，故选B。
2．封闭在贮气瓶中的某种理想气体，当温度升高时，下面哪个说法是正确的(容器的膨胀忽略不计)(　　)
A．密度不变，压强增大　　 　B．密度不变，压强减小
C．压强不变，密度增大 D．压强不变，密度减小
解析：选A　封闭的理想气体在温度升高时，质量不变，体积不变，所以密度不变，由＝恒量，温度升高时压强增大，故选A。
3．(多选)一定质量的理想气体经历等温压缩过程时，气体压强增大，从分子运动理论观点来分析，这是因为(　　)
A．气体分子的平均动能增大
B．单位时间内，器壁单位面积上分子碰撞的次数增多
C．气体分子数增加
D．气体的分子数密度增大
解析：选BD　一定质量的气体等温压缩，分子的平均动能不变，气体分子的总数不变，故A、C错；气体压强增大是因为气体分子的数密度增大，使单位时间内，器壁单位面积上分子碰撞的次数增多，故B、D正确。
4．甲、乙两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种气体，已知甲、乙容器中气体的压强分别为p甲、p乙，且p甲①甲容器中气体的温度高于乙容器中气体的温度　②甲容器中气体的温度低于乙容器中气体的温度　③甲容器中气体分子的平均动能小于乙容器中气体分子的平均动能　④甲容器中气体分子的平均动能大于乙容器中气体分子的平均动能
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
解析：选C　气体的压强决定于单位体积内的分子数和分子的平均动能。由于两容器相同，气体的种类、质量也相同，故单位体积内的分子数相同，则气体压强决定于分子的平均动能，而p甲5．(多选)x、y两容器中装有相同质量的氦气，已知x容器中氦气的温度高于y中氦气的温度，但压强却低于y中氦气的压强。由此可知(　　)
A．x中氦气分子的平均动能一定大于y中氦气分子的平均动能
B．x中每个氦气分子的动能一定大于y中每个氦气分子的动能
C．x中动能大的氦气分子数一定大于y中动能大的氦气分子数
D．x中氦气分子的热运动一定比y中氦气分子的热运动剧烈
解析：选ACD　温度是分子平均动能的标志，A正确；分子平均动能大，并不是每个分子的动能都大，B错误；由分子热运动的微观特点知，C、D正确。
6．一定质量的理想气体，由状态A变化到状态B的过程如图1所示，由图中AB线段可知，气体分子的平均速率在状态变化过程中的变化情况是(　　)
图1
A．不断增大 B．不断减小
C．先增大、后减小 D．先减小、后增大
解析：选C　因为温度是分子平均动能的标志，所以分子平均速率变化情况应与温度变化情况相同，由图线可知，AB线段中有一点对应pV值最大，即温度最高，因而气体分子平均速率经历先增大后减小的过程，故选项C正确。
二、非选择题
7．喷雾器内有10 L水，上部封有1 atm的空气2 L。关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1 atm的空气3 L(设外界环境温度一定，空气可看做理想气体)。如图2所示。当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强，并从微观上解释气体压强变化的原因。
图2
解析：选取喷雾器内原有的药液上方的空气和即将打入的空气一起作为研究对象。将变质量问题转化为一定质量的问题。
设气体初态压强为p1，体积为V1；末态压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律p1V1＝p2V2
代入数据得p2＝2.5 atm
微观解释：温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加。
答案：见解析
8．一定质量的某种理想气体，当它的压强变为原来的3倍，体积减小为原来的一半时，其热力学温度变为原来的多少？试从压强和温度的微观意义进行解释。
解析：从微观角度看，气体压强的大小跟两个因素有关：一个是气体分子的平均动能，一个是气体分子的密集程度。当体积减小为原来的一半时，气体分子的密集程度变为原来的两倍，这时气体的压强相应地变为原来的两倍，但还不能满足题意(题目要求压强变为原来的3倍)，这时，只能要求从另外一个因素考虑，即增加气体分子的平均动能，而气体分子的平均动能是由温度来决定的，即应升高温度。根据计算，气体的热力学温度应变为原来的1.5倍，这时压强便在两个因素(体积减小——分子密集程度增大，温度升高——分子的平均动能增大)共同作用下变为原来的3倍。
答案：见解析
第3、4节 饱和汽__湿度
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.液体表面蒸发和回到液体的分子数处于动态平衡的蒸气叫饱和汽，没有达到饱和状态的蒸气叫未饱和汽。采用降低温度和增大压强的办法可将未饱和汽变成饱和汽。
2．某种液体饱和汽具有的压强叫这种液体的饱和汽压，其大小与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，与饱和汽的体积无关。
3．空气的干湿程度叫做湿度，分为绝对湿度和相对湿度。空气中所含水蒸气的压强叫做空气的绝对湿度，绝对湿度与同温度下水的饱和汽压的百分比叫空气的相对湿度。
饱和汽
[自读教材·抓基础]
1．动态平衡：从液面上飞出的分子数目与返回到液体中的分子数目相等，液体不会再减少，蒸气的密度也不会再增加，达到一种动态平衡。
2．饱和汽：与液体处于动态平衡时的蒸气。
3．未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸气。
4．饱和汽压
(1)定义：某种液体饱和汽具有的压强。
(2)特点：液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。
5．把未饱和汽变成饱和汽
(1)降低温度：在体积不变的条件下，温度越低，饱和汽的密度越小，故降低温度可以使未饱和汽变成饱和汽。
(2)压缩体积：在温度不变的条件下，压缩未饱和汽的体积，可增大未饱和汽的密度，使之变成饱和汽。
[跟随名师·解疑难]
饱和汽和未饱和汽的比较
饱和汽
未饱和汽
定义
跟液体处于动态平衡的蒸气
没有达到饱和状态的蒸气
特点
(1)一定温度下有一定的蒸气密度
(2)一定温度下有一定的压强(饱和汽压)
(3)不遵守气体实验定律
(1)一定温度下，未饱和汽的密度和压强都比饱和汽的小
(2)近似遵守气体实验定律
转化
饱和汽变为未饱和汽的方法：
(1)温度不变，减小蒸气的密度
(2)体积不变，升高蒸气的温度
未饱和汽变成饱和汽的方法：
(1)温度不变时，增大蒸气的密度
(2)体积不变时，降低蒸气的温度
[特别提醒]　因为在一定温度下饱和汽压是一个定值，与体积的变化无关。因此，有活塞的密闭容器，盛有饱和水蒸气与水时，压缩活塞，水蒸气压强不变，但有水蒸气液化成水。(水蒸气不遵守气体实验定律)
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
由饱和汽和饱和汽压的概念，选出下列哪些结论是正确的(　　)
A．饱和汽和液体之间的动态平衡，是指汽化和液化同时进行的过程，且进行的速率相等
B．一定温度下饱和汽的密度为一定值，温度升高，饱和汽的密度不变
C．一定温度下的饱和汽压，随饱和汽体积的增大而增大
D．饱和汽压跟温度成正比
解析：选A　由动态平衡概念可知A正确；在一定温度下，饱和汽的密度是一定的，它随着温度的升高而增大，B错；一定温度下的饱和汽压与体积无关，C错；饱和汽压随温度升高而增大，原因是：温度升高时，饱和汽的密度增大；温度升高时，汽分子平均速率增大。理想气体状态方程不适用于饱和汽，饱和汽压和温度的关系不成正比，饱和汽压随温度的升高增大得比线性关系更快，D错，故正确选项为A。
湿　度
[自读教材·抓基础]
1．绝对湿度和相对湿度
(1)湿度：空气的干湿程度叫做湿度。
(2)绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强叫做空气的绝对湿度。
(3)相对湿度：空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压的百分比叫做空气的相对湿度。
2．湿度的影响
(1)我们平常所说的湿度是指相对湿度。
(2)相对湿度对人们生活的影响：
①相对湿度过小时，蒸发加快，使皮肤干燥，鼻腔黏膜易受刺激，易诱发呼吸道疾病。
②相对湿度过大，会使人感到不舒服。
(3)相对湿度对植物的生长有很大的影响。
(4)相对湿度与建筑、国防、运输、储藏等都有密切关系，对工业生产的影响也很大。
3．湿度计
(1)湿度计是测量湿度的仪器，有干湿泡湿度计、露点湿度计和毛发湿度计等。
(2)干湿泡湿度计由两支并排放置的普通温度计组成。根据两个温度计的温度差确定相对湿度的大小。
[跟随名师·解疑难]
1．影响相对湿度的因素
相对湿度与绝对湿度和温度都有关系，在绝对湿度不变的情况下，温度越高，相对湿度越小，人感觉越干燥；温度越低，相对湿度越大，人感觉越潮湿。
2．相对湿度的计算
(1)根据相对湿度＝，即B＝×100%，知道了水蒸气的实际压强和同温下水的饱和汽压，代入公式即可求得。
(2)注意单位的统一，水蒸气的实际压强和同温度下水的饱和汽压要采用同一单位。
(3)在某一温度下，饱和汽压是一定值，知道了绝对湿度可以算出相对湿度；反之，知道了相对湿度也能算出绝对湿度。
(4)环境温度变化时，水的饱和汽压和水蒸气的实际压强都发生变化，相对湿度不会超过100 %。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
我们感到空气很潮湿，这是因为(　　)
A．空气中所含水蒸气较多
B．气温较低
C．绝对湿度较大
D．空气中的水蒸气离饱和状态较近
解析：选D　我们感到空气很潮湿，是因为空气的相对湿度大，由公式B＝×100%可知，空气中的水蒸气压强比较大，离饱和状态较近，故选D。
对饱和汽压的考查
[典题例析]
1.如图4-3-1所示，一个有活塞的密闭容器内仅有饱和水蒸气与少量的水，则可能发生的现象是(　　)
图4-3-1
A．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强会增大
B．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强不变
C．温度保持不变，慢慢地拉出活塞，容器内压强会减小
D．不移动活塞而将容器放在沸水中，容器内压强不变
[思路点拨]　解此题的关键有两点：
(1)饱和汽压的影响因素。
(2)动态平衡的理解。
解析：慢慢推进活塞和慢慢拉出活塞，密闭容器内体积发生变化，而温度保持不变。饱和汽的压强只和温度有关，与体积无关。故A、C错，B正确。不移动活塞而将容器放入沸水中，容器内饱和汽温度升高，故压强应发生变化，D错误，故选B。
答案：B
[探规寻律]
理解一定温度下有一定的压强(饱和汽压)必须注意
(1)饱和汽的蒸汽密度与压强都只与温度有关，与体积无关，温度升高时，不仅分子的平均动能增大，而且分子密度也增大，单位时间内与器壁单位面积的碰撞次数也增大，因此饱和汽压随温度的升高而增大，饱和汽不遵守理想气体实验定律。
(2)未饱和汽是指某一空间的蒸气还没有达到饱和状态，这个空间的蒸气叫未饱和汽。在一定温度下，未饱和汽的密度和压强都比饱和汽小。未饱和汽的性质与真实气体相同，近似遵守理想气体实验定律。
[跟踪演练]
(多选)关于饱和汽压，下列说法正确的是(　　)
A．温度相同的不同饱和汽，饱和汽压相同
B．温度升高时，饱和汽压增大
C．温度升高时，饱和汽压减小
D．饱和汽压与饱和汽的体积无关
解析：选BD　同一气体的饱和汽压仅由温度决定，与气体的体积及外界大气压无关，温度升高，饱和汽压增大；不同气体的饱和汽密度在同一温度下不同，从而饱和汽压不同。
对湿度的考查
[典题例析]
2．在某温度时，水蒸气的绝对气压为p＝200 mmHg，此时的相对湿度为50%，则此时的绝对湿度为多少？饱和汽压为多大？
[思路点拨]　相对湿度的计算式：B＝×100%。其中p表示空气的绝对湿度，ps表示同一温度下水的饱和汽压，B表示相对湿度。
解析：根据绝对湿度的定义可知此时的绝对湿度为200 mmHg。由相对湿度B＝×100%
可得ps＝×100%＝ mmHg＝400 mmHg。
答案：200 mmHg　400 mmHg
[探规寻律]
(1)空气的潮湿情况不是由空气的绝对湿度决定，而是由空气的相对湿度决定的，在判断过程中应根据相对湿度的定义公式并查表求出一定温度下空气的相对湿度来解答。
(2)相对湿度越大，水蒸气越接近饱和，水分蒸发越慢，人会感到越潮湿。
[跟踪演练]
下列说法正确的是(　　)
A．空气的绝对湿度跟水的饱和汽压的百分比，叫做空气的相对湿度
B．人们的有些病症与空气的相对湿度有关
C．干湿泡湿度计上，两温度计的示数的差值越大，说明空气越潮湿
D．只要气温不高，人们就一定不会感到闷热
解析：选B　选项A中的饱和汽压应是“同一温度”下的饱和汽压(因为不同温度下的饱和汽压的值不等)，故A不正确；选项B中所述的情况，就是相对湿度对人的生活造成影响的一个例子，B正确；两温度计示数差值越大，说明湿泡温度计上的水蒸发越快，空气越干燥，C不正确；若空气相对湿度大，尽管气温不高人们也会感到闷热，D不正确，本题答案应为B。
[课堂双基落实]
1.(多选)下列有关动态平衡的说法中，正确的是(　　)
A．当单位体积内的分子数增加到一定程度时就会达到这样的状态
B．此时，在相同时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出去的分子数
C．此时，蒸气的密度不再增大，液体也不再减少
D．此时不再有分子从液面飞出
解析：选ABC　当达到动态平衡时，可认为蒸发停止，但此时仍有分子从液面飞出，只是从液面飞出的分子数和飞回到液面的分子数相等，故D项错误，A、B、C正确。
2．同种气体在同温度下的未饱和汽和饱和汽相比较，则(　　)
A．分子的平均动能一样大，升高相同温度时，未饱和汽增加的压强较大
B．分子的平均动能、压强和密度都一样大
C．分子的平均动能、压强一样大，未饱和汽的密度较小
D．分子的平均动能一样大，未饱和汽的密度和压强较小
解析：选D　温度相同，蒸气分子的平均动能相同，但是因未饱和汽的蒸气分子密度小，所以其产生的压强也就小。
3．(多选)以下结论哪些是正确的(　　)
A．绝对湿度大相对湿度一定大，相对湿度大绝对湿度也一定大
B．相对湿度是100%，表明在当时的温度下，空气中的水汽已达到饱和状态
C．在绝对湿度一定的情况下，气温降低时，相对湿度将减小
D．在绝对湿度一定的情况下，气温增加时，相对湿度将减小
解析：选BD　由相对湿度的定义B＝×100%，式中p为空气的绝对湿度，ps为相同温度下水的饱和汽压，故A错；相对湿度B＝100%，则p＝ps，即空气中的水汽已达到饱和，B正确；绝对湿度p不变时，气温降低，ps减小，相对湿度增加，因此D正确。
4．印刷厂里为使纸张好用，主要应控制厂房内的(　　)
A．绝对湿度　　　　　　 　B．相对湿度
C．温度 D．大气压强
解析：选B　保持纸张含水率使之不变形，防止静电，厂房内要控制相对湿度，故选B。
[课下综合检测]
一、选择题
1．水蒸气达到饱和且水蒸气的压强不再变化，这时(　　)
A．水不再蒸发　　　　　　 　B．水蒸汽不再凝结
C．蒸发和凝结达到动态平衡 D．以上说法都不对
解析：选C　水蒸气达到饱和时，蒸发和凝结仍在继续，只不过蒸发和凝结的水分子数量相等，达到一种动态平衡，C正确。
2．湿泡温度计与干泡温度计的示数差越大，表示(　　)
A．空气的绝对湿度越大
B．空气的相对湿度越大
C．空气中水汽离饱和程度越近
D．空气中水汽离饱和程度越远
解析：选D　湿泡温度计与干泡温度计示数差越大，表示水分蒸发越快，所以空气相对湿度越小，即空气中的水汽离饱和程度越远。
3．(多选)影响蒸发快慢的因素是(　　)
A．绝对湿度　　　　　　　 　B．相对湿度
C．表面积 D．温度
解析：选BCD　相对湿度越小，飞出去的水分子数目比跑回来的水分子数目越多，故B对；还跟液体的表面积和温度有关，表面积越大，温度越高，蒸发得越快。所以选B、C、D。
4．保持温度不变，增大液面上饱和汽的体积时，下面的说法正确的是(　　)
A．饱和汽的质量增大，饱和汽的压强也增大
B．饱和汽的密度不变，饱和汽的压强增大
C．饱和汽的质量不变，饱和汽的密度减小
D．饱和汽的密度和压强都不变
解析：选D　在饱和汽的体积增大时，蒸气的密度减小，从液体中飞出的分子数比回到液体中的分子数多，将使饱和蒸气的密度增大，直到蒸气的密度增大到该温度下饱和汽应有的密度为止。由于温度不变，蒸气分子的平均动能不变，所以饱和汽的压强不变，故选D。
5．下列说法中正确的是(　　)
A．在一定温度下，不同液体的饱和汽的密度是一定的
B．饱和汽近似地遵守理想气体实验定律
C．在潮湿的天气里，空气的相对湿度大，水蒸发得慢，所以洗了的衣服不容易晾干
D．在绝对湿度相同的情况下，夏天比冬天的相对湿度大
解析：选C　同种液体的饱和汽的密度仅由温度决定，温度越高，饱和汽的密度越大，饱和汽压越大。由B＝×100%可知，在p相同的情况下，ps越大，B越小。人感觉“潮湿”或“干燥”及水蒸发快慢取决于相对湿度。
6．(多选)(海南高考)关于空气湿度，下列说法正确的是(　　)
A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大
B．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小
C．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸汽的压强表示
D．空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸汽的压强之比
解析：选BC　由于在空气中水蒸气含量不变的情况下，气温越高时饱和蒸汽压越大，人的感觉是越干燥，即人的感觉取决于相对湿度而非绝对湿度，A错误B正确；空气的相对湿度是指空气中所含水蒸气压强与同温度下的饱和蒸汽压的比值，空气的绝对湿度的定义就是用空气中所含水蒸气的压强来表示湿度的方法，故C正确D错误。
二、非选择题
7.如图1所示，有一压力锅，锅盖上的排气孔截面积约为7.0×10－6 m2，限压阀重为0.7 N。使用该压力锅煮水消毒，根据下列水的沸点与气压关系的表格，分析可知压力锅内的最高水温约为多少？(大气压强为1.01×105 Pa)
图1
p(×105 Pa)
1.01
1.43
1.54
1.63
1.73
1.82
1.91
2.01
2.12
2.21
沸点(℃)
100
110
112
114
116
118
120
122
124
126
解析：液体的沸点与液面上方压强有关。
由题意，高压锅内气体压强
p＝p0＋p1＝1.01×105 Pa＋ Pa
＝2.01×105 Pa，查表得，最高水温约为122 ℃。
答案：122 ℃
8．学校气象小组在某两天中午记录如下数据：
第一天，气温30 ℃，空气中水蒸气压强为15.84 mm汞柱。
第二天，气温20 ℃，绝对湿度10.92 mm汞柱。
查表知，气温30 ℃时，水的饱和汽压为4.242×103 Pa；气温20 ℃时，水的饱和汽压为2.338×103 Pa。
g取9.8 m/s汞的密度为13.6×103 kg/m3，你能根据采集的数据判定哪一天中午人感觉较潮湿吗？试计算说明。
解析：气温30 ℃时，水的饱和汽压ps1＝4.242×103 Pa，这时水蒸气实际压强
pl1＝15.84 mmHg＝2.111×103 Pa，
则第一天中午空气的相对湿度
B1＝×100%＝×100%＝49.76%。
气温20 ℃时，水的饱和汽压ps2＝2.338×103 Pa。
这时水蒸气实际压强
pl2＝10.92 mmHg＝1.456×103 Pa。
则第二天中午空气的相对湿度
B2＝×100%＝×100%＝62.28%。
显然B2>B1，即第二天中午人感觉较潮湿。
答案：见解析
第5章 热力学定律
对应学生用书P53
热力学定律
热力学第一定律应用
(1)热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W。
(2)符号法则
①外界对物体做功，则W为正；物体对外界做功，则W为负。
②物体从外界吸热，则Q为正；物体放出热量，则Q为负。
③物体内能增加，ΔU为正；物体内能减少，ΔU为负。
(3)三个物理量正负的判断方法
①外界对气体做功W的正负的判断：对于气体一般要看体积如何变化，体积变大，对外做功，W为负；体积变小，外界对气体做功，W为正。
提示：气体向真空扩散，尽管体积变大，但并不对外做功。
②在热传递过程中热量Q的正负的判断：物体温度低于外界环境温度，物体吸热，Q为正；物体温度高于外界环境温度，物体放热，Q为负。
③内能变化情况的判断：对于理想气体要抓住温度变化是内能变化的标志，温度升高，内能增加，ΔU为正；温度降低，内能减少，ΔU为负。
[例1]　带有活塞的汽缸内封闭有一定量的理想气体，气体开始处于状态a，然后经过程ab到达状态b或经过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，V-T图像如图1所示。设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(　　)
图1
A．pb>pc，Qab>Qac　　 　B．pb>pc，QabC．pbQac D．pb解析：由题图知Tb＝Tc，Vb>Vc，则由玻意耳定律有pbVb＝pcVc，可知pbQac。
答案：C
热力学第一定律与热力学第二定律的比较
规律
区别联系
热力学第一定律
热力学第二定律
区　别
热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性
热力学第二定律是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的宏观过程都具有方向性的经验总结
联系
两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础
两类永动机的比较
分类
第一类永动机
第二类永动机
设计要求
不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去)
将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)
不可制成的原因
违背能量守恒定律
违背热力学第二定律
[例2]　关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是(　　)
A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
解析：根据热力学第一定律和热力学第二定律的内容可知A错，B正确；热力学第一定律是能量守恒在热现象中的表现，热力学第二定律揭示的是与热现象有关的过程是有方向性的，二者有本质的区别，故C、D错。故正确选项为B。
答案：B
(时间：60分钟　满分：100分)
一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分，多选题全选对得6分，选不全得3分，错选不得分。)
1．(福建高考)关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是(　　)
A．一定量气体吸收热量，其内能一定增大
B．不可能使热量由低温物体传递到高温物体
C．若两分子间距离增大，分子势能一定增大
D．若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大
解析：选D　根据热力学第一定律，气体内能变化与做功和热传递有关，选项A错误。根据热力学第二定律可知热量不可自发的由低温物体传到高温物体，但热量还是可以通过外界的方法由低温物体传到高温物体，选项B错误。分子内能与分子间的距离有关，当r＞r0时，分子间距离越大，分子势能越大，r＜r0时，分子间距离越大，分子势能减小，选项C错误。分子间的引力和斥力都随分子间距离的变化而变化，距离减小，引力和斥力都要增大，选项D正确。
2．(多选)(新课标全国卷Ⅱ改编)关于一定量的气体，下列说法正确的是(　　)
A．气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，而不是该气体所有分子体积之和
B．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低
C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
D．气体从外界吸收热量，其内能一定增加
解析：选AB　本题考查气体的特性、热力学第一定律及其相关知识点，意在考查考生对相关知识的掌握情况。由于气体分子之间的作用力很小，气体分子可以自由运动，所以气体的体积指的是气体的分子所能够到达的空间的体积，而不是该气体所有分子的体积之和，选项A正确。根据温度是分子平均动能的标志可知，只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低，选项B正确。根据气体压强的产生原因，在完全失重的情况下，气体的压强不为零，选项C错误。气体从外界吸收热量，若同时对外做功，其内能不一定增加，选项D错误。
3．下列说法正确的是(　　)
A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B．空调工作时消耗的电能与室内温度降低所放出的热量可以相等
C．自发地热传导是不可逆的
D．不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为违背热力学第一定律
解析：选C　有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，空调消耗的电能必大于室内温度降低所放出的热量；不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为违背了热力学第二定律。选项C正确。
4．关于永动机不能制成的原因，下列说法正确的是(　　)
A．第一类永动机违反了热力学第二定律
B．第二类永动机违反了能量守恒定律
C．第一类永动机不能制成，说明了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
D．第二类永动机不能制成，说明了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
解析：选D　第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律。故正确选项为D。
5．(多选)用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图1所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于这一现象，正确说法是(　　)
图1
A．这一实验过程不违反热力学第二定律
B．在实验过程中，热水一定降温、冷水一定升温
C．在实验过程中，热水内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能
D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能
解析：选AB　在实验过程中，热水内能的一部分转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能，因为在转化过程中电路要发热，此实验遵守热力学第二定律，因此A、B正确，C、D错误。
6．下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律(　　)
A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能
C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D．电冰箱不通电即可把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
解析：选C　A、B、D都违背了热力学第二定律，都不能发生；C中系统的势能减少了，所以不违背热力学第二定律，是可能发生的。
7．机械能向热能的转化，属于从有序向无序的转化，会导致(　　)
A．熵增大，机械能可以全部转化为内能
B．熵减小，机械能可以全部转化为内能
C．熵增大，机械能只能部分转化为内能
D．熵减小，机械能只能部分转化为内能
解析：选A　机械能向热能的转化过程，属于从有序向无序的转化，这种过程熵增大，机械能可以全部转化为内能，也可以部分转化为内能。
8．如图2所示，活塞将气缸分成两个气室，气缸壁、活塞、拉杆是绝热的，且都不漏气，UA和UB分别表示A、B气室中气体的内能。则将拉杆向外拉动的过程中(　　)
图2
A．UA不变，UB变小　　　 　B．UA增大，UB不变
C．UA增大，UB变小 D．UA不变，UB增大
解析：选C　该题中的气缸壁、活塞、拉杆是绝热的，说明气缸中的气体与外界不发生热交换。对A气室中的气体，若以ΔUA表示其内能的增量，则由热力学第一定律有ΔUA＝QA＋WA，因为QA＝0，则ΔUA＝WA。在题述过程中，因A气室中气体的体积减小，外界(活塞)对气体做功，WA>0，所以ΔUA>0，即UA增大。同理，B气室中气体的体积增大，气体对外界(活塞)做功，WB<0，所以ΔUB<0，即UB减小。故选C。
二、非选择题(共4小题，共52分。将答案填在题中横线上或按要求作答，解答题应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
9．(10分)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功。现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量。在上述两个过程中，空气的内能共减小______ kJ，空气______(选填“吸收”或“放出”)的总热量为______ kJ。
解析：因为理想气体的内能只跟温度有关，第一个过程是等温压缩，所以内能不变，第二个过程中，体积不变，说明只与外界发生热传递，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，所以ΔU＝0－5 kJ＝－5 kJ，故空气内能减小5 kJ，空气放出29 kJ的热量。
答案：5　放出　29
10．(10分)如图3所示，气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一重物m相连并处于静止状态，此时活塞距缸口的距离h＝0.2 m，活塞横截面积S＝10 cm2，封闭气体的压强p＝5×104 Pa。现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升直至缸口。在此过程中封闭气体吸收了Q＝60 J的热量，假设气缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦不计，则在此过程中气体的内能增加了多少？
图3
解析：活塞在上升过程中，气体对外做功
W＝－pSh
根据热力学第一定律
ΔU＝Q＋W
代入数据解得
ΔU＝60 J－5×104×10×10－4×0.2 J＝50 J
答案：50 J
11．(14分)(山东高考)如图4所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1＝20 cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高。现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h＝10 cm。(环境温度不变，大气压强p0＝75 cmHg)
图4
(1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)。
(2)此过程中左管内的气体对外界________(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体将________(填“吸热”或“放热”)。
解析：(1)设U型管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1，右端与一低压舱接通后左管中封闭气体的压强为p2，气柱长度为l2，稳定后低压舱内的压强为p。左管中封闭气体发生等温变化 ，根据玻意耳定律得
p1V1＝p2V2①
p1＝p0②
p2＝p＋ph③
V1＝l1S④
V2＝l2S⑤
由几何关系得h＝2(l2－l1)⑥
联立①②③④⑤⑥式，代入数据得p＝50 cmHg⑦
(2)左管内气体膨胀，气体对外界做正功，温度不变，ΔU＝0，根据热力学第一定律得，ΔU＝Q＋W且W<0，所以Q＝－W>0，气体将吸热。
答案：(1)50 cmHg　(2)做正功　吸热
12．(18分)(江苏高考)如图5所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。
图5
(1)该循环过程中，下列说法正确的是________。
A．A→B过程中，外界对气体做功
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
(2)该循环过程中，内能减小的过程是________(选填“A→B”“B→C”“C→D”或“D→A”)。若气体在A→B过程中吸收63 kJ的热量，在C→D过程中放出38 kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为________kJ。
(3)若该循环过程中的气体为1 mol，气体在A状态时的体积为10 L，在B状态时压强为A状态时的。求气
体在B状态时单位体积内的分子数。(已知阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，计算结果保留一位有效数字)
解析：(1)考查气体状态变化图像问题，意在考查考生根据图像分析问题的能力。A→B过程中，气体体积变大，气体对外做功，A项错误；B→C为绝热过程，气体体积增大，气体对外界做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，B项错误；C→D为等温过程，气体的温度不变，体积减小，压强增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，C项正确；D→A过程中，气体的温度升高，因此气体分子的速率分布曲线的最大值向速率大的方向偏移，D项错误。
(2)该循环过程中，B→C气体温度降低，内能减小。由于一个循环中气体的内能不变，B→C、D→A是绝热过程，没有热量交换，因此整个过程吸收的热量为63 kJ－38 kJ＝25 kJ，根据热力学第一定律可知，对外做的功为25 kJ。
(3)考查玻意耳定律及分子数的求解，意在考查考生对玻意耳定律及分子数求法的掌握。
A→B为等温过程，由玻意耳定律，pAVA＝pBVB
单位体积内的分子数n＝
解得n＝
代入数据得n＝4×1025 m－3
答案：(1)C　(2)B→C　25　(3)4×1025m－3
第1节 热力学第一定律
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.做功和热传递是改变内能的两种方式，物体内能的增加量等于外界对物体做的功与物体从外界吸收的热量之和，即ΔU＝Q＋W。
2．热力学第一定律表明：在一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，在转移或转化中总能量守恒。
3．第一类永动机违背热力学第一定律，是不可能实现的。
热力学第一定律及其应用
[自读教材·抓基础]
1．改变物体内能的两种方式
做功和热传递。
2．功、热量和内能改变的关系
(1)如果物体与外界无热传递，外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功，物体的内能减少。
(2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体从外界吸收热量时，它的内能增加；物体向外放出热量时，它的内能减少。
3．热力学第一定律
(1)内容：
物体内能的增加量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和。
(2)表达式：
ΔU＝W＋Q
[跟随名师·解疑难]
1．对ΔU＝W＋Q的理解
热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量。
2．对公式ΔU、Q、W符号的规定
符号
W
Q
ΔU
正号
外界对物体做功
物体吸收热量
内能增加
负号
物体对外界做功
物体放出热量
内能减少
3．应用热力学第一定律解题的一般步骤
(1)首先选定研究对象是哪个物体或哪个热力学系统。
(2)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负。
(3)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量。
(4)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
4．判断气体做功正、负的方法
(1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0。
(2)若气体体积变小，表明外界对气体做功，W>0。
5．几种常见的气体变化过程
(1)绝热过程：过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对气体做的功等于气体内能的增加。
(2)等容过程：在该过程中气体不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，气体吸收的热量等于气体内能的增加。
(3)等温过程：在过程的始末状态，气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，表示气体吸收的热量全部用来对外做功或外界对气体所做的功全部转换为热量放出。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
下列过程不可能发生的是(　　)
A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加
B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少
C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少
D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加
解析：选C　物体吸收热量Q＞0, 对外做功W＜0，由ΔU＝W＋Q可知内能U可能增加，也可能减少，故A、B都可能发生；外界对物体做功W＞0，同时吸热Q＞0，则内能U必增大，故C不可能；外界对物体做功W＞0，同时放热Q＜0，U可能增加，也可能减少，D项可能，故选C。
第一类永动机
[自读教材·抓基础]
(1)定义：不用消耗任何能量而能永远对外做功的机器，称为第一类永动机。
(2)第一类永动机不可能实现的原因是：违背了热力学第一定律。
[跟随名师·解疑难]
(1)永动机模型：17～18世纪，人们提出过许多永动机设计方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同名磁极之间的排斥作用的等。毫无例外，所有这类设计方案都以失败告终。
(2)永动机的本质：认为能量能够无中生有地创造出来。
(3)热力学第一定律也被表述为：第一类永动机是不可能实现的。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
第一类永动机是不可能制成的，这是因为(　　)
A．不符合机械能守恒定律
B．违背了热力学第一定律
C．制造永动机的技术不过关
D．无法解决机械摩擦问题
解析：选B　第一类永动机违背了热力学第一定律，是不可能实现的，选项B正确。
对热力学第一定律的考查
[典题例析]
(1)一定量的气体从外界吸收了2.6×105 J的热量，内能增加了4.2×105 J，是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少功？
(2)一定质量的气体，从外界吸收3.5×105 J的热量，同时气体对外界做功2.3×105 J，则气体的内能怎样变化？
[思路点拨]　
(1)理解热力学第一定律，做功和热传递两种方式都可以改变内能。
(2)弄清楚发生的物理过程中ΔU、W、Q的符号。
解析：(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J。由ΔU＝W＋Q，
则W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J，
W>0，说明是外界对气体做了功。
(2)Q＝3.5×105 J，W＝－2.3×105 J，则ΔU＝Q＋W＝1.2×105 J，ΔU为正值，说明气体的内能增加1.2×105 J。
答案：(1)外界对气体做了功，1.6×105 J
(2)气体的内能增加1.2×105 J
[探规寻律]
气体状态变化与物理量对应方法
(1)绝热过程：气体与外界没有热传递。
(2)导热良好：气体与外界有热交换，且与外界温度保持相同。
(3)体积减小，外界对气体做功；体积增大(不是对真空膨胀)，气体对外界做功。
(4)温度升高理想气体的内能增加，温度降低理想气体的内能减少。
[跟踪演练]
(广东高考)景颇族祖先发明的点火器如图5-1-1所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中(　　)
图5-1-1
A．气体温度升高，压强不变
B．气体温度升高，压强变大
C．气体对外界做正功，气体内能增加
D．外界对气体做正功，气体内能减少
解析：选B　　压缩气体时，外界对气体做功，内能增加，温度升高，体积变小，压强增大，所以只有B正确。
[课堂双基落实]
1.下列关于做功和热传递说法中正确的是(　　)
A．做功和热传递的实质是相同的
B．做功和热传递在改变物体内能上是等效的
C．做功和热传递是对同一过程的两种说法
D．做功和热传递是不可能同时发生的
解析：选B　做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同，做功是将其他形式的能转化为内能或将内能转化为其他形式的能量；热传递是将一个物体的内能传递给另一个物体或将内能从物体的一部分传递给另一部分，且做功和热传递可同时进行，故正确选项为B。
2．(多选)某物体温度升高了，这说明(　　)
A．该物体一定吸收了热量
B．该物体可能放出了热量
C．外界对物体可能做了功
D．物体可能吸收了热量
解析：选BCD　由ΔU＝Q＋W来分析，物体温度升高了，一定有物体的内能增加，ΔU>0，要满足ΔU>0可能有多种情况：①W>0，Q＝0；②W＝0，Q>0；③W>0，Q>0；④W>0，Q<0，W>|Q|；⑤W<0，Q>0，Q>|W|。由①否定选A；④与选项B一致，①③④与选项C一致；②③⑤与选项D一致，故选项B、C、D正确。
3．(多选)(广东高考)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图5-1-2所示。充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体(　　)
图5-1-2
A．体积减小，内能增大
B．体积减小，压强减小
C．对外界做负功，内能增大
D．对外界做正功，压强减小
解析：选AC　挤压充气袋，气体的体积减小，充气袋中气体的压强增大，外界对气体做正功，气体对外界做负功，由于袋内气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体内能增大，A、C项正确，B、D项错误。
4．一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，问：
(1)气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？
(2)分子势能是增加还是减少？
(3)分子的平均动能是增加还是减少？
解析：(1)气体从外界吸热为：Q＝4.2×105 J
外界对气体做功为W＝－6×105 J
由热力学第一定律：
ΔU＝W＋Q＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J
ΔU为负，说明气体的内能减少了。所以，气体内能减少了1.8×105 J。
(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了。
(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了。
答案：(1)减少　1.8×105 J　(2)增加　(3)减少
[课下综合检测]
一、选择题
1.关于物体内能的变化，以下说法正确的是(　　)
A．物体吸收热量，内能一定增大
B．物体对外做功，内能一定减小
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
解析：选C　根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体的内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界做功)、物体从外界吸热(或向外界放热)这两个因素有关。物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故A不正确；同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减小，B项不正确；若物体吸收的热量与对外做的功大小相等，则内能不变，故C项正确；因放热和对外做功都会使物体内能减小，故D项不正确，故正确选项为C。
2．(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是(　　)
A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器
B．第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律
C．第一类永动机不能制成的原因是技术问题
D．第一类永动机终究有一天能够实现
解析：选AB　第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了热力学第一定律。这也是它不能制成的原因。故A、B两项正确，C、D两项错误。
3．(重庆高考)重庆出租车常以天然气作为燃料。加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)(　　)
A．压强增大，内能减小
B．吸收热量，内能增大
C．压强减小，分子平均动能增大
D．对外做功，分子平均动能减小
解析：选B　温度是分子平均动能的宏观标志，故天然气的温度升高过程中，分子平均动能增大，又天然气可视为理想气体，不需要考虑分子势能，而气体质量不变，气罐内天然气分子数不变，所以气体分子总动能增大，故内能增大，A、D项错；由热力学第一定律可知，气体体积不变，内能增大，则一定从外界吸收热量，B项对；天然气体积不变，随温度升高，气体压强增大，C项错。
4．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)(　　)
A．内能增大，放出热量
B．内能减小，吸收热量
C．内能增大，对外界做功
D．内能减小，外界对其做功
解析：选D　气体降温则内能减小，变扁则体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体一定放出热量。故选项D正确。
5．(多选)如图1所示，一绝热容器被隔板K隔开a、b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中(　　)
图1
A．气体对外界做功，内能减少
B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度降低
D．气体压强变小，温度不变
解析：选BD　绝热容器内的稀薄气体与外界没有热交换，Q＝0。稀薄气体向真空中扩散没有做功，W＝0。根据热力学第一定律知稀薄气体的内能不变，则温度不变。稀薄气体体积增大，压强必减小。选项B、D正确。
6.如图2所示是一定质量的理想气体从状态A经B至C的p- 图线，则在此过程中(　　)
图2
A．气体的内能改变
B．气体的体积增大
C．气体向外界放热
D．气体对外界做功
解析：选C　由图线可知气体的温度不发生变化，故气体的内能不发生变化，A项错；由A经B至C的过程，体积变小，外界对气体做功，而温度不变则气体的内能不变，故气体要向外放热，B、D项错，C项正确。
二、非选择题
7．一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：
(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？
(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做多少功？
解析：(1)由热力学第一定律可得
ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J。
(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体回到原来状态的过程中内能的变化应等于从原来状态到现在状态过程中内能的变化，则从现在状态到原来状态的内能应减少160 J。即
ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，
根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′
所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J
即外界对气体做功80 J。
答案：(1)增加了160 J
(2)外界对气体做功 　80 J
8．(江苏高考)如图3所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B。此过程中，气体压强p＝1.0×105 Pa，吸收的热量Q＝7.0×102 J，求此过程中气体内能的增量。
图3
解析：＝，对外做的功W＝p(VB－VA)
根据热力学第一定律　ΔU＝Q－W，
解得ΔU＝5.0×102J。
答案：5.0×102J
第2节 能量的转化与守恒
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.1840年，德国医生迈尔从理论上论证了能量间可以相互转化，提出物理、化学过程中能量守恒原理。
2．英国物理学家焦耳用了近40年的时间解决了功和热的转换的定量关系，为能量守恒提供无可置疑的证据。
3．能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能量的总值保持不变。
能量守恒定律的发现
[自读教材·抓基础]
1．迈尔的发现
德国医生迈尔从理论上具体地论证了机械能、内能、化学能、电磁能等都可以相互转化。提出了物理、化学过程中能量守恒的原理。
2．焦耳的研究
(1)确定了电能向内能转化的定量关系。
(2)用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。
3．亥姆霍兹的贡献
(1)亥姆霍兹的论文《论力的守恒》，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性。
(2)他还将能量守恒原理与永动机不可能实现相提并论。
[跟随名师·解疑难]
1．自然界中的运动形式多种多样。不同的运动形式对应不同的能量，例如
(1)物体运动——机械能
(2)分子热运动——内能
(3)电荷和电场——电势能
2．不同形式能量之间的转化：
(1)摩擦生热——机械能转化为内能
(2)水蒸气将壶盖顶起——内能转化为机械能
(3)用电炉子加热——电能转化为内能
3．太阳能的转化：
[特别提醒]　能量之间的相互转化都是通过做功来实现的。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
说出下列过程中是什么能量转化为内能。
(1)物体沿粗糙斜面下滑_________________________________________________；
(2)变压器发热_________________________________________________________；
(3)汽油机内气体燃烧后变成高温气体_____________________________________；
(4)车刀切下炽热铁屑__________________________________________________。
解析：物体沿斜面下滑，克服摩擦力做功，机械能转化为内能；电流通过变压器线圈发热，电能转化为内能；气体(燃料)燃烧后变成高温气体，化学能转化为内能；车刀切下炽热的铁屑，克服摩擦力做功，机械能转化为内能。
答案：(1)机械能——内能　(2)电能——内能
(3)化学能——内能　(4)机械能——内能
能量守恒定律及其应用
[自读教材·抓基础]
1．能量守恒定律
能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能量的总值保持不变。
2．意义
揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据。
3．应用
(1)各种形式的能可以相互转化。在能量转化过程中总伴有内能的损失。
(2)各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起。
[跟随名师·解疑难]
对能量守恒定律的理解
(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。
(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
(3)各种形式的能在转化和转移过程中总量守恒无需任何条件，而某种或几种形式的能的守恒是有条件的。
(4)意义：能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，都只能使能量从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而不能无中生有地创造能量。不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
(多选)下列对能量的转化和守恒定律的认识正确的是(　　)
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式能量的增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
解析：选ABC　A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的。B选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的。这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移。第一类永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律。所以A、B、C正确。D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不会创生，也不会消失，故D是错误的。
对能量守恒定律的考查
[典题例析]
一颗质量为10 g的子弹以200 m/s的速度射入放在光滑水平面上质量为2 kg的木块并穿出。穿出木块时子弹的速度变为40 m/s，木块速度为0.8 m/s。设子弹在木块中所受的阻力不变，在此过程中子弹和木块共获得多少内能？若这些内能有30%被子弹吸收，则可以使子弹升高多少摄氏度？子弹的比热容为1.3×102 J/(kg·℃)。
[思路点拨]　
(1)子弹的动能减少了，减少的动能转移到哪或转化成了什么形式的能？
提示：子弹减少的动能，一部分转化成木块的动能，另一部分转化成子弹和木块的内能。
(2)机械能通过什么方式转化为内能？
提示：机械能可以通过摩擦力做功等方式转化为内能。
解析：系统损失的机械能转化为系统增加的内能。ΔE损＝mv－(mv＋Mv)＝×0.01×2002 J－(×0.01×402 J＋×2×0.82 J)＝191.36 J，被子弹吸收的热量是Q＝ΔE损×30%＝cmΔt，所以Δt＝＝ ℃＝44.16 ℃。
答案：191.36 J　44.16 ℃
[探规寻律]
能量守恒定律的应用技巧
能量守恒定律是自然界中一个最基本的规律，同时，它又可以与很多其他物理规律(如：平抛运动、碰撞、圆周运动等)结合，解决一些综合性很强的题目。解决这类题目应明确研究过程中哪些能量发生了转化、各种能量的表达形式，然后由相应物理规律结合能量守恒定律求解，同时考虑以下两点：
(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
[跟踪演练]
在如图5-2-1所示的柱形容器内封有一定质量的密闭气体。光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成。另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止。在这一过程中，密闭气体内能的改变量ΔU、外界对密闭气体所做的功W与物体和活塞的重力势能的变化关系是(　　)
图5-2-1
A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋W
B．ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔh
C．ΔU＝W，WD．ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh
解析：选C　因活塞和容器用良好的隔热材料制成，容器内的密闭气体与外界无热交换，Q＝0，所以ΔU＝W；但由于物体和活塞碰撞时损失一部分机械能，因此有W[课堂双基落实]
1.(多选)下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是(　　)
A．用太阳灶烧水是太阳能转化为内能
B．电灯发光是电能转化为光能
C．核电站发电是电能转化为内能
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
解析：选AB　核电站发电是核能转化为电能，生石灰放入水中使水温升高，是化学能转化为内能。
2．下列设想不符合能量守恒定律的是(　　)
A．利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器
B．做成一条船利用河水的能量逆水航行
C．通过太阳照射飞机使飞机起飞
D．不用任何燃料使河水升温
解析：选A　利用磁场可使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能，使转动停止，故A错；让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故B、C正确；设计水坝利用河水重力势能发电，一部分重力势能通过水轮机叶片转化为水的内能、另外电能也可转化为内能使水升温，故D正确。
3．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是(　　)
A．机械能守恒
B．能量正在消失
C．只有动能和重力势能的相互转化
D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
解析：选D　自由摆动的秋千摆动幅度减小，说明机械能在减少，减少的机械能通过克服摩擦力等外力做功的方式转化成了内能。
4．一木箱静止于水平面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是(　　)
A．U＝200 J，Ek＝600 J　　 　B．U＝600 J，Ek＝200 J
C．U＝600 J，Ek＝800 J D．U＝800 J，Ek＝200 J
解析：选B　由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积是转化为木箱与地面系统的内能，即U＝60×10 J＝600 J。由能量守恒定律可得Ek＝W总－U＝80×10 J－600 J＝200 J，故B正确。
[课下综合检测]
一、选择题
1．俄“联盟”号飞船返回舱着陆时出现严重错误，返回舱进入地球大气层后，朝地面飞行的前端不是隔热罩，而是舱门和天线，导致舱门被烧焦，天线遭焚毁，宇航员的生命受到严重威胁。在这一过程中，返回舱能量转化的方式是(　　)
A．重力势能―→动能―→内能
B．动能―→重力势能―→内能
C．内能―→重力势能―→动能
D．内能―→动能―→重力势能
解析：选A　当返回舱进入地球大气层后，受地球引力的作用，会越落越快，该过程中返回舱的高度降低，速度变大，所以能量转化应是重力势能转化为动能；由于进入大气层，当返回舱快速下落时，与空气发生摩擦，返回舱克服空气摩擦做功，使其内能增加，所以此过程是动能转化为内能。
2．有人设计了如图1所示的永动机，靠磁铁的吸引使车辆获得行驶的能量。但是这类永动机没有制成，是因为(　　)
图1
A．不符合机械能守恒定律
B．违背了能量转化和守恒定律
C．做功产生的热不符合热功当量
D．找不到合适的材料和合理的设计方案
解析：选B　第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律，故B项正确。
3．(多选)图2为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高。关于这个实验，下列说法正确的是(　　)
图2
A．这个装置可测定热功转换关系
B．做功增加了水的热量
C．做功增加了水的内能
D．功和热量是完全等价的，无区别
解析：选AC　可通过计算重力做功与水温升高吸收的热量，测定热功转换关系，做功增加了水的内能，而热量只是热传递过程中内能改变的量度，所以做功与热量是不同的。
4.如图3所示的容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定，A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。开始A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐流向B中，最后达到平衡，在这个过程中(　　)
图3
A．大气压力对水做功，水的内能增加
B．水克服大气压力做功，水的内能减少
C．大气压力对水不做功，水的内能不变
D．大气压力对水不做功，水的内能增加
解析：选D　由于水的体积不变，故p0SAhA＝p0SBhB，即大气压力对A做的正功与B克服大气压力做的功相等，故大气压力不做功。但水的重力势能减少了，它转化为水的内能，所以水的内能增加了，故D正确。
5.如图4所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂，现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则(　　)
图4
A．QA＝QB
B．QAC．QA>QB
D．无法确定QA、QB的大小
解析：选C　当A、B两球升高相同的温度时，根据热胀冷缩原理可知，A、B球重心发生变化，A球重心升高的高度等于B球重心降低的高度，且在此过程中A球克服重力做功，B球受到重力，重力对其做正功，且由题意分析在吸热过程中，它们升高相同的温度，内能增量ΔU相同，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，QA＝ΔU－WA，QB＝ΔU－WB，由于WA<0，WB>0，所以QA>QB，C正确。
6.如图5所示，密闭绝热容器内有一绝热活塞(质量不可忽略)，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现在绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态。经历此过程(　　)
图5
A．Ep全部转化为气体的内能
B．Ep一部分转化为活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C．Ep全部转化为活塞的重力势能和气体的内能
D．Ep一部分转化为活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
解析：选D　当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F′的共同作用，如图所示，其合力向上，经多次往复运动后活塞静止时，活塞处于三力平衡状态，气体体积必减小，外力对气体做正功，由于绝热，所做的功全部转化为气体的内能，气体的内能增加，而活塞最终的静止位置比初始位置高，其重力势能增加，最终弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变，设最终弹簧的弹性势能为Ep′，由能量守恒定律得Ep＝Ep′＋活塞增加的重力势能＋气体增加的内能，所以D选项正确。
二、非选择题
7．水能是一种清洁能源。位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流速达每秒6 000 m3，而且是一年四季流量稳定，瀑布落差50 m。若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机的输出功率。
解析：每秒流下的水量m＝Vρ＝6 000×103 kg，
由能的转化和守恒知mgh×50%＝Pt。
式中m取6 000×103 kg，t取1 s，h＝50 m，
解得P＝1.5×109 W。
答案：1.5×109 W
8．某学校兴趣小组为了估算太阳的全部辐射功率，做了如下研究：在横截面积为3 dm2的圆筒内装有0.54 kg的水，太阳光垂直照射它2 min，水温升高了1 ℃，经查阅资料可知，大气顶层的太阳能只有45%到达地面，太阳与地球之间的平均距离为1.5×1011 m，请你帮助他们估算出太阳的全部辐射功率是多少？
解析：设0.54 kg水温度升高1 ℃所吸收的热量为Q，则Q＝cmΔt＝4.2×103×0.54×1 J＝2.268×103 J。
设地球表面单位时间、单位面积上获得的热量为Q′，则Q′＝＝W/m2＝6.3×102 W/m2。
太阳向地球表面单位面积上辐射能量的功率为
P′＝＝W/m2＝1.4×103 W/m2。
以太阳与地球间距离为半径的球体的表面积为
S′＝4πr2＝4×3.14×(1.5×1011)2m2≈2.8×1023 m2。
太阳的全部辐射功率为：
P＝P′S′＝1.4×103×2.8×1023 W≈3.9×1026 W。
答案：3.9×1026 W
第3、4节 热力学第二定律__熵—无序程度的量度
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。
2．热力学第二定律有两种表述，克劳修斯表述：“不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化”，开尔文表述：“不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化”；第二类永动机违背热力学第二定律，不可能制成。
3．用来量度系统无序程度的物理量叫熵，在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。
自然过程的方向性
[自读教材·抓基础]
1．可逆过程和不可逆过程
(1)可逆过程：
一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。
(2)不可逆过程：
如果用任何方法都不能使系统与外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。
2．热传导的方向性
(1)热量可以自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低温部分。
(2)热量不能自发地由低温物体传给高温物体。
(3)热传递是不可逆过程，具有方向性。
3．功和热相互转变的方向性
(1)功转变为热这一热现象是不可逆的，具有方向性。
(2)热转变为功这一热现象也是不可逆的，具有方向性。
4．结论
凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。
[跟随名师·解疑难]
1．热传导的方向性
(1)“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助。如重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程。
(2)热量从高温物体传给低温物体，是因为两者之间存在着温度差，而不是热量从内能多的物体传给内能少的物体。由内能的定义可知，温度低的物体有可能比温度高的物体内能大。
2．热机的原理及效率
(1)定义：热机就是消耗内能对外做功的一种装置。
(2)原理：热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放能量Q2。
(3)效率：由能量守恒定律知Q1＝W＋Q2，我们把热机做功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机效率，用η表示，即η＝×100%。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于热传递的方向性，下列说法正确的是(　　)
A．热量能自发地由高温物体传给低温物体
B．热量能自发地由低温物体传给高温物体
C．任何条件下，热量都可以从低温物体传给高温物体
D．热量一定不可能从低温物体传给高温物体
解析：选A　在有外力做功的情况下，热量可以从低温物体传递给高温物体，而热量只能自发地从高温物体传给低温物体。
热力学第二定律的表述
[自读教材·抓基础]
1．克劳修斯表述
不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。(说明热传导的方向性)
2．开尔文表述
不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化。(说明机械能与内能转化的方向性)
3．第二类永动机不可能制成
(1)第二类永动机是指人们设想的从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不产生其他影响的机器。
(2)热力学第二定律也可以表述为：第二类永动机是不可能制成的。
[跟随名师·解疑难]
1．对两种表述的理解
(1)热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们是等价的，即由其中一个，可以推导出另一个。
(2)“不引起其他变化”是指使热量从低温物体传递到高温物体时外界不消耗任何功或从单一热源吸收热量全部用来做功而外界及系统都不发生任何变化。
(3)克劳修斯表述是说热量不能自动地从低温物体转移到高温物体。如果外界消耗一定量的功，把热量从低温物体转移到高温物体是完全可能的，如电冰箱和空调机的制冷过程。
(4)开尔文表述表明了在引起其他变化或产生其他影响的条件下，热量能够完全转化为功，如理想气体的等温自由膨胀，内能不变，吸收的热量全部转化为功，但却引起了体积的膨胀。
2．热力学第二定律的普遍性
热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的。
3．热力学第二定律的推广
对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。例如，在图5-3-1中，盒子中间有一个挡板，左室为真空，右室有气体。撤去挡板后，右室的气体自发向左室扩散，而相反的过程不可能自发地进行。因此，热力学第二定律也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
图5-3-1
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
下列说法中，正确的是(　　)
A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性
B．热量不可能由低温物体传给高温物体
C．气体的扩散过程具有方向性
D. 一切形式的能量间的相互转化都不具有方向性
解析：选C　与热现象有关的宏观过程具有方向性，A、D错；热量可以由低温物体传给高温物体，但必须有外界影响，B错；气体的扩散过程是单一方向的，即不可逆过程，C正确。
熵和熵增加原理
[自读教材·抓基础]
1．热力学第二定律的微观本质
一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行。
2．熵
用来量度系统无序程度的物理量叫做熵。
3．熵增加原理
在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。
4．孤立系统
与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。
[跟随名师·解疑难]
1．对熵的理解
(1)熵是反映系统无序程度的物理量，系统越混乱，无序程度越大，这个系统的熵就越大。
(2)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加。
2．对熵增加原理的理解
(1)对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行。或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小。这就是熵增加原理。
(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。
[特别提醒]　熵增加原理是判断不同状态的物体不可逆过程进行方向的共同标准。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
下列关于熵的说法错误的是(　　)
A．熵是系统内分子运动无序性的量度
B．在自然过程中熵总是增加的
C．热力学第二定律也叫做熵减小原理
D．熵值越大表示系统越无序
解析：选C　根据熵的定义知A正确；从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，B正确；热力学第二定律也叫熵增加原理，C错；熵越大，系统越混乱，无序程度越大，D正确。故选C。
对热力学第二定律的考查
[典题例析]
1．下列说法中正确的是(　　)
A．机械能全部转化为内能是不可能的
B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会消失，也不会创生，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化为另一种形式
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
D．从单一热源吸收的热量全部变为功是可能的
[思路点拨]　解此题的关键有两点：
(1)热力学第二定律的两种描述。
(2)第二类永动机制不成的原因。
解析：机械能可以全部转化为内能，故A错误；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B错误；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发地，是可以进行的，故C错误；从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热源吸收的热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D正确。
答案：D
[探规寻律]
(1)在引起其他影响的情况下，热量可以从低温物体传到高温物体，如空调、冰箱等。
(2)分析热力学第二定律的应用问题时都不能忽视“自发性”和“不引起其他变化”的物理意义。
[跟踪演练]
根据热力学第二定律，下列说法中错误的是(　　)
A．电流的电能不可能全部变成内能
B．在火力发电中，燃气的内能不可能全部变为电能
C．在热机中，燃气的内能不可能全部变为机械能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
解析：选A　电能可以全部转化为内能，如纯电阻电路，而燃气的内能不可能全部转化为电能和机械能，故A错误，B、C正确。根据热力学第二定律关于热传导的描述，D正确。
对熵和熵增加原理的考查
[典题例析]
2．(多选)足球运动员在比赛中摔倒造成粉碎性骨折，关于这一过程下列说法正确的是
(　　)
A．此过程是一个可逆过程
B．此过程是一个不可逆过程
C．此过程中熵增加
D．此过程中熵减少
[思路点拨]　熵是反映系统的无序程度的物理量，根据熵增加原理，一个孤立系统熵永远不会减小。熵越大，无序程度越大。
解析：由于完好的骨头形状确定，故完好的骨头所处的宏观态对应的微观态较少，熵小，较为有序。发生粉碎性骨折后，其所处的宏观态对应的微观态较多，熵大，较为无序，故在这一过程中熵增加，且此过程不可逆。
答案：BC
[探规寻律]
(1)必须知道一切不可逆过程都朝熵增加的方向进行。
(2)每一个不可逆过程都会导致熵的增加。例如：平时常见的热传递、扩散、功转变成热、煤的燃烧、铁在空气中氧化等一切自发的过程，都会使熵增加。
[跟踪演练]
对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是(　　)
A．系统的总熵只能减小，不可能增加
B．系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小
C．系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展
D．系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展
解析：选C　根据熵增加原理，一个孤立系统发生的实际过程，总熵只能增大，A、B错误；再根据熵的物理意义，它量度系统的无序程度，熵越大，无序程度越大，故C正确，D错误。
[课堂双基落实]
1．第二类永动机不可以制成，是因为(　　)
A．违背了热力学第一定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不可能全部转变为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
解析：选D　第二类永动机设想虽然符合热力学第一定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律，所以不可能制成，故选D。
2.(多选)下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是(　　)
A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律
B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小
解析：选AD　从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，我们知道热力学第二定律是一个统计规律，A对。任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是熵增加的方向进行，则D对。
3.下列说法中正确的有(　　)
A．第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律，因此不可能制成
B．根据能量守恒定律，经过不断地技术改造，热机的效率可以达到100%
C．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能真正出现的
D．自然界中的能量是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，因此要节约能源
解析：选D　第一类永动机违背了热力学第一定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，A错；热机的效率永远小于100%，因为要向低温热源散热，B错；虽然能量守恒，但可利用的能量越来越少，因此要节约能源，C错D正确。
4.(1)在物理学中，反映自然过程方向性的定律是________________________。
(2)热力学第二定律的开尔文表述阐述了机械能与内能转变的方向性，机械能可以转变为内能，而内能____________________________________________________________
转变为机械能而不引起其他变化。
(3)引入熵的概念后，人们也把热力学第二定律叫做熵增加原理，具体表述为：________________________________________________________________________
解析：(1)反映自然过程方向性的定律是热力学第二定律。
(2)内能不能100%地转变成机械能而不引起其他变化。
(3)在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。
答案：(1)热力学第二定律
(2)不可能完全　(3)见解析
[课下综合检测]
一、选择题
1．(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可以实现的
C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行
D．一切物理过程都不可能自发地进行
解析：选AC　由热力学第二定律的物理意义知，A、C正确，D错误。不违背能量守恒定律的物理过程，如果违背热力学第二定律，也是无法实现的，故B错误。
2．下列叙述中正确的是(　　)
A．对一定质量的气体加热，其内能可能减小
B．在任何系统中，一切过程都朝着熵增加的方向进行
C．物体的温度升高，分子热运动变得剧烈，每个分子动能都增大
D．根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体
解析：选A　根据热力学第一定律可知，A对；在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行，故B错；物体的温度升高时，并不是每个分子动能都增大，故C错；热量可以从低温物体传到高温物体(引起其他变化)，D错。
3．我们绝不会看到一个放在水平地面上的物体，靠降低温度可以把内能自发地转化为动能而运动起来。其原因是(　　)
A．这违反了能量守恒定律
B．在任何条件下内能都不可能转化成机械能，只有机械能才会转化成内能
C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的
D．以上说法均不正确
解析：选C　此现象说明了机械能和内能之间转化的方向性，并不违反能量守恒定律，因此，C正确，A、B、D错误。
4．在下列四个过程中，可能发生的是(　　)
A．某物体从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生任何其他影响
B．打开一高压密闭容器，容器内的气体自发流出后又自发流回该容器里去，恢复原状
C．以引起其他变化为代价，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高
D．两瓶不同液体自发地互溶过程是朝着熵减小的方向进行的
解析：选C　A错，违反了热力学第二定律；由于自发过程的方向性，可知B是错误的，C正确。液体自发的互溶过程是不可逆过程，必然是朝着熵增加的方向进行的，故D错。
5．如图1所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q内为真空，整个系统与外界没有热交换，打开阀门后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则(　　)
图1
A．气体的体积膨胀，内能增加
B．气体分子势能减少，内能增加
C．气体分子势能增加，压强可能不变
D．Q中气体不可能自发地全部退回到P中
解析：选D　当阀门K被打开，P中气体进入Q中，由于Q中为真空，且系统与外界没有热交换，所以气体内能不变，选项A、B错误。气体体积增大，温度不变，压强减小，选项C错误。由热力学第二定律可知，Q中气体不可能自发地全部退回到P中，所以选项D正确。
6．(多选)如图2为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是(　　)
图2
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
解析：选BC　热力学第一定律适用于所有的热学过程，C正确，D错误；由热力学第二定律可知，A错误，B正确。
二、非选择题
7．如图3甲、乙、丙所示，质量、温度相同的水，分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？
图3
解析：S气>S液>S固。根据大量分子热运动对系统无序程度的影响，热力学第二定律又有一种表述：由大量分子组成的系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向
发展，至少无序程度不会减少。也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少。质量、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化，由液态向气态转化，所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小。
答案：S气>S液>S固　原因见解析
8．热力学第二定律常见的表述有两种。第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化；第二种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。
图4
如图4甲所示是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体。
(1)请你根据第二种表述完成示意图乙。
(2)根据你的理解，热力学第二定律的实质是__________________________。
解析：热机是能够从热源吸收热量，把内能转化为机械能的装置。由热力学第二定律知热机的效率不可能达到100%，即热机工作时必定存在向低温物体的散热。热力学第二定律的实质是一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性。
答案：(1)示意图如图所示。
(2)一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性