第2讲　固体　液体与气体
1．晶体与非晶体
固体的微观结构、晶体和非晶体液晶的微观
结构　(考纲要求 Ⅰ)
异性
同性
2.晶体的微观结构
(1)晶体的微观结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列．
(2)用晶体的微观结构解释晶体的特点
3.液晶
(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向 ，又可以自由移动位置，保持了液体的 ．
(2)液晶分子的位置无序使它像 ，排列有序使它像_______．
(3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐，而从另外一个方向看则是 的．
(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下 ．
异性
流动性
液体
晶体
杂乱无章
发生改变
判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．
(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的． (　　)
(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体． (　　)
(3)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体． (　　)
(4)液晶是液体和晶体的混合物． (　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×
1. 概念
液体表面各部分间 的力．
2．作用
液体的表面张力使液面具有收缩到表面积 的趋势．
3．方向
表面张力跟液面 ，且跟这部分液面的分界线 ．
4．大小
液体的温度越高，表面张力 ；液体中溶有杂质时，表面张力 ；液体的密度越大，表面张力 .
液体的表面张力现象　(考纲要求 Ⅰ)
互相吸引
最小
垂直
相切
越小
变小
越大
1．饱和汽与未饱和汽
(1)饱和汽：与液体处于 的蒸汽．
(2)未饱和汽：没有达到 状态的蒸汽．
2．饱和汽压
(1)定义：饱和汽所具有的压强．
(2)特点：液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越 ，且饱和汽压与饱和汽的体积无关．
饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压相对湿度　(考纲要求 Ⅰ)
动态平衡
饱和
大
气体分子运动速率的统计分布气体实验定律　理想气体　(考纲要求 Ⅰ)
1．气体和气体分子运动的特点
2．气体的三个状态参量
(1) ；
(2) ；
(3) ．
压强
体积
温度
压力
单位面积上
(3)常用单位及换算关系：
①国际单位： ，符号：Pa,1 Pa＝1 N/m2.
②常用单位： (atm)；厘米汞柱(cmHg)．
③换算关系：1 atm＝ cmHg＝1.013×105Pa
≈1.0×105Pa.
帕斯卡
标准大气压
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4．气体实验定律
p1V1＝p2V2
5.理想气体的状态方程
(1)理想气体
①宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体．
②微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间．
1．关于晶体、非晶体、液晶，下列说法正确的是(　　)．
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．所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点
D．液晶的微观结构介于晶体和液体之间，其光学性质会随电压的变化而变化
基础自测
解析　只有单晶体才表现为各向异性，故A错；单晶体有规则的几何形状，而多晶体的几何形状不规则，金属属于多晶体，故B错；晶体和非晶体的一个重要区别就是晶体有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，故C对；液晶的光学性质随温度、压力、外加电压的变化而变化，D对．
答案　CD
2．(2013·汕头质量测评)如图2－1所示，先把一个棉线圈拴在铁丝环上，再把环在肥皂液里浸一下，使环上布满肥皂液薄膜。如果用热针刺破棉线圈里那部分薄膜，则棉线圈将成为圆形，主要原因是 (　　)．
图2－1
A．液体表面层分子间的斥力作用
B．液体表面受重力作用
C．液体表面张力作用
D．棉线圈的张力作用
解析　由于液体表层内分子间距离比较大，液体表面张力使得液体表面具有收缩的趋势，故松弛的棉线圈变为圆形，C正确．
答案　C
3．关于饱和汽，下面说法正确的是 (　　)．
A．达饱和汽时液面上的气体分子的密度不断增大
B．达饱和汽时液面上的气体分子的密度不变
C．将未饱和汽转化成饱和汽可以保持温度不变，减小体积
D．将未饱和汽转化成饱和汽可以保持体积不变，降低温度
解析　饱和汽是指单位相同内逸出液面的分子数和返回液面的分子数相等的状态，分子密度不变，B对；在一定温度下，通过减小体积增加分子密度使未饱和汽转化为饱和汽，C对；在体积不变的情况下，可以通过降低温度来降低饱和汽压，使未饱和汽达到饱和状态，D对．
答案　BCD
4．(2013·南京模拟)一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为 (　　)．
A．气体分子每次碰撞器壁的平均作用力增大
B．单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多
C．气体分子的总数增加
D．气体分子的密度增大
解析　理想气体经等温压缩，压强增大，体积减小，分子密度增大，则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多，但气体分子每次碰撞器壁的作用力不变，故B、D正确，A、C错误．
答案　BD
5．如图2－2所示，一定质量的理想气体经历A→B、B→C、C→A三个变化过程，则：
图2－2
(1)符合查理定律的变化过程是________________________；
C→A过程中气体________(选填“吸收”或“放出”)热量，________(选填“外界对气体”或“气体对外界”)做功，气体的内能________(选填“增加”、“减少”或“不变”)．
(2)已知理想气体在状态A时的温度是27 ℃，求气体在状态C时的温度．
答案　(1)B→C　吸收　气体对外界　增加　(2)150 K
1．晶体和非晶体
(1)单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性．
(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体．
(3)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体．
(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化．
热点一　固体与液体的性质
2．液体表面张力
(1)形成原因：
表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力．
(2)表面特性：
表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜．
(3)表面张力的方向：
和液面相切，垂直于液面上的各条分界线．
(4)表面张力的效果：
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．
【典例1】 在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触其上一点，石蜡熔化的范围如图2－3中(1)、(2)、(3)所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(4)所示．则由此可判断出甲为________，乙为________，丙为________(填“单晶体”、“多晶体”、“非晶体”)。
图2－3
解析　晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，单晶体的物理性质具有各向异性，多晶体的物理性质具有各向同性．
答案　多晶体　非晶体　单晶体
【跟踪短训】
1．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，每个分子的功能都增大
D．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
解析　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．
答案　AD
利用气体实验定律及气态方程解决问题的基本思路
热点二　气体实验定律及状态方程的应用
【典例2】　(2013·课标Ⅱ，33)(1)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
E．气体在等压膨胀过程中温度一定升高
(2)如图2－4，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置．玻璃管的下部封有长l1＝25.0 cm的空气柱，中间有一段长l2＝25.0 cm的水银柱，上部空气柱的长度l3＝40.0 cm.已知大气压强为p0＝75.0 cmHg.现将一活塞(图中未画出)从玻璃管开口处缓缓往下推，使管下部空气柱长度变为l1′＝20.0 cm.假设活塞下推过程中没有漏气，求活塞下推的距离．
图2－4
(2)以cmHg为压强单位．在活塞下推前，玻璃管下部空气柱的压强为p1＝p0＋l2 ①
设活塞下推后，下部空气柱的压强为p1′，由玻意耳定律得p1l1＝p1′l1′ ②
如图，设活塞下推距离为Δl，则此时玻璃管上部空气柱的长度为l3′＝l3＋l1－l1′－Δl ③
设此时玻璃管上部空气柱的压强为p3′，则
p3′＝p1′－l2 ④
由玻意耳定律得p0l3＝p3′l3′ ⑤
由①～⑤式及题给数据解得Δl＝15.0 cm ⑥
答案　(1)ABE　(2)15.0 cm
反思总结　分析气体状态变化的问题要抓住三点：
(1)阶段性：即弄清一个物理过程分为哪几个阶段．
(2)联系性：即找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的．
(3)规律性：即明确哪个阶段应遵循什么实验定律．
【跟踪短训】
2．如图2－5所示，汽缸放置在水平平台上，活塞质量10 kg，横截面积50 cm2，厚度1 cm，汽缸全长21 cm，汽缸质量20 kg，大气压强为1×105 Pa，当温度为7 ℃时，活塞封闭的气柱长10 cm，若将汽缸倒过来放置时，活塞下方的空气能通过平台上的缺口与大气相通．g取10 m/s2，求：
(1)汽缸倒置时，活塞封闭的气柱多长；
(2)当温度多高时，活塞刚好接触平台．
图2－5
答案　(1)15 cm　(2)100 ℃
一定质量的气体不同图象的比较
热点三　气体状态变化的图象问题
【典例3】　(2013·浙江自选，13)一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C、D再回到状态A，其体积V与温度T的关系如图2－6所示．图中TA、VA和TD为已知量．
图2－6
(1)从状态A到B，气体经历的是________过程(填“等温”、“等容”或“等压”)；
(2)从B到C的过程中，气体的内能________(填“增大”、“减小”或“不变”)；
(3)从C到D的过程中，气体对外________(填“做正功”、“做负功”或“不做功”)，同时________(填“吸热”或“放热”)；
(4)气体在状态D时的体积VD＝________.
反思总结　气体状态变化的图象的应用技巧
(1)求解气体状态变化的图象问题，应当明确图象上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图象上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程．
(2)在V－T图象(或p－T图象)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大．
【跟踪短训】
3．一定质量理想气体的状态经历了如图2－7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2－7
A．ab过程中不断减小
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　首先，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错误；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V a＝Ve，因为Vd答案　B
4．(2012·江苏卷，12)(1)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象如图2－8所示，则T1________(选填“大于”或“小于”)T2.
(2)如图2－9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2－8　　　　　　　　　　图2－9
答案　(1)平均动能　小于　(2)5.0×102 J
附：对应高考题组
1．[2011·福建理综，28(1)]如图所示，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________(填选项前的字母)．
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　晶体与非晶体的最大区别就是晶体有固定的熔点，即当晶体因温度升高而熔化时，在熔化过程中晶体的温度将保持不变，只有晶体全部熔化后其温度才继续上升，而非晶体没有这个特点，结合题目中的图象特点可知答案为B.
答案　B
2．(2012·重庆理综，16)如图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 (　　)．
当封闭气体的压强p增大时，温度T可能升高、不变或降低，封闭气体的压强p不变时，温度T一定降低，封闭气体的压强p减小时，温度T一定降低．故只有选项A可能．
答案　A
3．(2012·广东理综，14)景颇族的祖先发明的点火器如图所示，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 (　　)．
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
答案　B
4．(2012·浙江自选，13)一定质量的理想气体，状态从A―→B―→C―→D―→A的变化过程可用如图所示的p－V图线描述，图中p1、p2、V1、V2和V3为已知量．
(1)气体状态从A到B是________过程(填“等容”“等压”或“等温”)；
(2)状态从B到C的变化过程中，气体的温度________(填“升高”“不变”或“降低”)；
(3)状态从C到D的变化过程中，气体________(填“吸热”或“放热”)；
(4)状态从A―→B―→C―→D的变化过程中，气体对外界所做的总功为________．
(4)状态从A―→B―→C―→D的变化过程中气体对外界所做的总功W＝p2(V3－V1)－p1(V3－V2)．
答案　(1)等压　(2)降低　(3)放热　(4)p2(V3－V1)－p1(V3－V2)
5．(2012·课标全国卷，33(2))如图所示，由U形管和细管连接的玻璃泡A、B和C浸泡在温度均在0 ℃的水槽中，B的容积是A的3倍．阀门S将A和B两部分隔开．A内为真空，B和C内都充有气体．U形管内左边水银柱比右边的低60 mm.打开阀门S，整个系统稳定后，U形管内左右水银柱高度相等，假设U形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积．
(1)求玻璃泡C中气体的压强(以mmHg为单位)；
(2)将右侧水槽的水从0 ℃加热到一定温度时，U形管内左右水银柱高度差又为60 mm，求加热后右侧水槽的水温．
解析　(1)在打开阀门S前，两水槽水温均为T0＝273 K．设玻璃泡B中气体的压强为p1，体积为VB，玻璃泡C中气体的压强为pC，依题意有p1＝pC＋Δp ①
式中Δp＝60 mmHg.打开阀门S后，两水槽水温仍为T0，
设玻璃泡B中气体的压强为pB.依题意有，pB＝pC ②
玻璃泡A和B中气体的体积为V2＝VA＋VB ③
根据玻意耳定律得p1VB＝pBV2 ④
答案　(1)180 mmHg　(2)364 K
6．[2012·山东卷，36(2)]如图所示，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)
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＝P2v2 ①
p1＝p0 ②
p2＝p＋ph ③
V1＝l1S ④
V2＝l2S ⑤
由几何关系得h＝2(l2－l1) ⑥
联立①②③④⑤⑥式，代入数据得p＝50 cmHg ⑦
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，ΔU＝Q＋W且W＜0，所以Q＝－W＞0，气体将吸热．
答案　①50 cmHg　②做正功　吸热