第2講固體、液體和氣體

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解固體的微觀結(jié)構(gòu)，知道晶體和非晶體的特點(diǎn)，了解液晶的主要性質(zhì)。2.了解表

面張力現(xiàn)象和毛細(xì)現(xiàn)象，知道它們的產(chǎn)生原因。3.掌握氣體壓強(qiáng)的計(jì)算方法及氣體壓強(qiáng)的微觀解

釋。4.能用氣體實(shí)驗(yàn)定律解決實(shí)際問(wèn)題，并會(huì)分析氣體圖像問(wèn)題。

夯實(shí)必備知識(shí)

一、固體和液體

1.固體

⑴分類:固體分為晶體和非晶體兩類。晶體又分為單晶體和多晶體。

⑵晶體和非晶體的比較

類晶體

比較、非晶體

單晶體多晶體

沒有確定的幾何

外形有規(guī)則的幾何形狀沒有確定的幾何形狀

外形

熔點(diǎn)確定確定不確定

物理性質(zhì)各向異性各向同性各向同性

玻璃、橡膠、蜂

典型物質(zhì)石英、云母、明磯、食鹽各種金屬

蠟、松香、瀝青

轉(zhuǎn)化晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化

2.液體

(1)液體的表面張力

①作用效果:使液面具有收縮的趨勢(shì)。

②方向:表面張力跟液面相切，跟這部分液面的分界線垂直。

⑵毛細(xì)現(xiàn)象:指浸潤(rùn)液體在細(xì)管中身的現(xiàn)象,以及不浸潤(rùn)液體在細(xì)管中正隆的現(xiàn)象c毛細(xì)管越

細(xì)，毛細(xì)現(xiàn)象越明顯。

-具有液體的性

物理性質(zhì)

一具力晶體的光學(xué)各向性

3.液晶-

微觀結(jié)構(gòu)

二、氣體

'(1)產(chǎn)生的

(由于大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)而碰撞器壁，形成對(duì)器壁各處

原因(

=(均勻、持續(xù)的壓力

1.氣體壓強(qiáng)(1

(2)決定

(①宏觀上:決定于氣體的溫度和體積

因素(一

(②微觀上:決定于分子的平均動(dòng)能和分子的暨蟹

'(1)宏觀上講，理想氣體是指在任何條件下始終遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律

的氣體，實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太大、溫度不太低的條件下，可

2理相氣體.

?(2)微觀上講，理想氣體的分子間除碰撞外無(wú)其他作用力,即分子

間無(wú)分子勢(shì)能

3.氣體實(shí)驗(yàn)定律

玻意耳定律查理定律蓋-呂薩克定律

一定質(zhì)量的某種氣

一定質(zhì)量的某種氣體，在一定質(zhì)量的某種氣體，在體

內(nèi)體，在壓強(qiáng)不變的情

溫度不變的情況下，壓強(qiáng)積不變的情況下，壓強(qiáng)與熱

容況下，體積與熱力學(xué)

與體積成反比力學(xué)溫度成正比

溫度成正比

表達(dá)

p\V\-piViP1_P2也絲

7一石T~T

式2

一定質(zhì)量的某種理想

一定質(zhì)量的某種理想氣一定質(zhì)量的某種理想氣體，氣體，溫度升高時(shí)，

微

體，溫度保持不變時(shí)，分體積保持不變時(shí)，分子的數(shù)分子的平均動(dòng)能增

觀

子的平均動(dòng)能丕變。體積大。只有氣體的體積

密度保持不變,溫度升高

解

減小時(shí)，分子的數(shù)密度增同時(shí)增大，使分子的

釋時(shí)，分子的平均動(dòng)能增大,

大，氣體的壓強(qiáng)增大數(shù)密度減小,才能保

氣體的壓強(qiáng)增大

持壓強(qiáng)不變

圖像

VOV匕OTO[/T

4.理想氣體的狀態(tài)方程

一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)方程華=詈或?qū)W二C

1.思考判斷

⑴晶體的所有物理性質(zhì)都是各向異性的。（X）

⑵有無(wú)確定的熔點(diǎn)是區(qū)分晶體和非晶體比較準(zhǔn)確的方法。（J）

⑶液晶具有液體的流動(dòng)性，又具有晶體的光學(xué)各向異性。（V）

⑷船浮于水面上不是由于液體的表面張力。（4）

⑸在空間站完全失重的環(huán)境下，水滴能收縮成標(biāo)準(zhǔn)的球形是因?yàn)橐后w表面張力的作用。（J）

（6）壓強(qiáng)極大的氣體不再遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律。（J）

2.（多選）以下各圖均來(lái)自人教版選擇性必修第三冊(cè),圖甲為P23的正在升空的氣球,圖乙為P3I的

食鹽顆粒和松香的外形圖，圖丙為P36的停在水面上的水電。下列說(shuō)法正確的是（）

甲乙丙

A.食鹽是晶體,每個(gè)食鹽顆粒即為一個(gè)單晶體

B.松香是非晶體，具有各向同性

C水晶浮于水面上是液體的表面張力作用的結(jié)果

（4）晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。

2.對(duì)液體表面張力的理解

形成表面層中分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大，分子間的

原因相互作用力表現(xiàn)為引力

表面張力

和液面相切，垂直于液面上的各條分界線

的方向

表面張力表面張力使液體表面具有收縮趨勢(shì)，使液體表面積趨于最小，

的效果在體積相同的條件下，球形的表面積最小

典型現(xiàn)象球形液滴、肥皂泡、毛細(xì)現(xiàn)象、浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)

跟蹤訓(xùn)練

1.（晶體、非晶體）（2025?江蘇鎮(zhèn)江模擬）對(duì)下列幾種固體物質(zhì)的認(rèn)識(shí)正確的有（）

A.食鹽熔化過(guò)程中，溫度保持不變，說(shuō)明食鹽是晶體

B.燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說(shuō)明蜂蠟是晶體

C.天然石英表現(xiàn)為各向異性，是由于該物質(zhì)的微粒在空間的排列不規(guī)則

D.石墨和金剛石的物理性質(zhì)不同，是由于石墨是非晶體，金剛石是晶體

答案A

解析食鹽熔化過(guò)程中，溫度保持不變，即熔點(diǎn)一定，說(shuō)明食鹽是晶體，故A正確:燒熱的針尖接

觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，只能說(shuō)明云母片是晶體，故B錯(cuò)誤;天然石

英表現(xiàn)為各向異性，是由于該物質(zhì)的微粒在空間的排列規(guī)則，故C錯(cuò)誤;石墨和金剛石組成它們的

化學(xué)元素是相同的，都是碳原子，它們的物理性質(zhì)不同，是由于碳原子排列結(jié)構(gòu)不同，故D錯(cuò)

誤。

2.（液體的性質(zhì)）（2025?江蘇泰州高三模擬）關(guān)于下列各圖所對(duì)應(yīng)現(xiàn)象的描述,正確的是（）

A.圖甲中水鼠可以停在水面，是因?yàn)槭艿剿母×ψ饔?/p>

B.圖乙中玻璃容器中的小水銀滴呈球形，是因?yàn)楸砻鎻埩Φ木壒?/p>

C.圖丙中插入水中的塑料筆芯內(nèi)水面下降，說(shuō)明水浸潤(rùn)塑料筆芯

D.圖丁中拖拉機(jī)鋤松土壤，是為了利用毛細(xì)現(xiàn)象將土壤里的水分引上來(lái)

答案B

解析水晶可以停在水面是因?yàn)樗谋砻鎻埩Φ木壒?，故A錯(cuò)誤;水銀的表面張力比較大，同時(shí)水

銀不浸潤(rùn)玻璃，這就導(dǎo)致了水根在玻璃容器中會(huì)盡可能地減少表面積，從而形成球狀，故B正確;

當(dāng)一根內(nèi)徑很細(xì)的管垂直插入液體中，浸潤(rùn)液體在管里上升，而不浸潤(rùn)液體在管內(nèi)下降，故C錯(cuò)

誤:拖拉機(jī)鋤松土壤，是為了破壞毛細(xì)現(xiàn)象減少水分蒸發(fā)，故D錯(cuò)誤。

考點(diǎn)二氣體壓強(qiáng)的計(jì)算

1.平衡狀態(tài)下氣體壓強(qiáng)的求法

力平選取與氣體接觸的液柱（或活塞）為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，得到液

衡法柱（或活塞）的受力平衡方程，求得氣體的壓強(qiáng)

等壓在連通器中，同一種液體（中間不間斷）同一深度處壓強(qiáng)相等。液體

面法內(nèi)深h處總玉強(qiáng)p=po+pg?,po為液面上方的壓強(qiáng)

液

選取假想的液體薄片?（自身重力不計(jì)）為研究對(duì)象，分析液片兩側(cè)受

片

力情況，建立平衡方程，求得氣體的壓強(qiáng)

法

2.加速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中封閉氣體壓強(qiáng)的求法

選取與氣體接觸的液柱（或活塞）為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析，利用牛頓第二定律列方程求解。

跟蹤訓(xùn)練

3.（求液柱封閉氣體的壓強(qiáng)）已知大氣壓強(qiáng)為外，液體密度均為〃，重力加速度為g,圖中各裝置均

處于靜止?fàn)顟B(tài)，求各裝置中被封閉氣體的壓強(qiáng)。

A

A

答案甲：po-pgh乙:怦?pgh丙:po■會(huì)g/7T:po+pgh\戊:p”=po+pg(/n?/?1?43)Pb=po+

Pg(〃2-hl)

解析題圖甲中，以高為力的液柱為研究對(duì)象,由平衡條件有p甲S+pghS=PQS,所以〃甲==po-

Pgh

題圖乙中，以8液面為研究對(duì)象，由平衡條件有

p乙S+pghS=poS,所以乙二〃Q?pgh

題圖丙中，以B液面為研究對(duì)象，由平衡條件有

〃丙S+pghsin60°-5=poS

所以〃丙二〃0-qpgh

題圖丁中，以4液面為研究對(duì)象，由平衡條件有

PTS=IT()S+pgh\S

所以pT=po+pgh\

題圖戊中，從開口端開始計(jì)算，右端大氣壓強(qiáng)為次，同種液體同一水平面上的壓強(qiáng)相同

所以人氣柱的壓強(qiáng)為pb=/x)+pg(hi-h\)

a氣柱的壓強(qiáng)為Pa=ph-pgh3=/X)+〃g(〃2-h\-/?3)o

4.（求活塞封閉氣體的壓強(qiáng)）如圖甲、乙、丙所示，汽缸與活塞均處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知大氣壓強(qiáng)為

po,重力加速度為g,活塞的質(zhì)量為加，橫截面積為S,汽缸、物塊的質(zhì)量均為M,活塞與汽缸間

均無(wú)摩擦，依次求出各圖中汽t中氣體的壓強(qiáng)（圖乙中汽缸壁厚度不計(jì)）。

答案甲:po+W乙：po-"丙:〃。+絲普

33O

解析題圖甲中選活塞為研究對(duì)象，受力分析如圖（a）所示，由平衡條件知由S=+

解得px〃）+詈

題圖乙中選汽缸為研究對(duì)象，受力分析如圖（b）所示，由平衡條件知poS=/mS+M*

解得pxpo-?

題圖丙中選活塞為研究對(duì)象，受力分析如圖（c）所示，由平衡條件知〃cS下sina=〃oS上+外+"2g,

其中尸N=Mg,S下sina二S上，S上二S,由以上可得=po+竺詈￡。

考點(diǎn)三氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程

1.理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系

溫度不變:Pi%=P2V2（玻意耳定律）

叱二處體積不變:金二年（查理定律）

1\T271/2

壓強(qiáng)不變:ZT=ZT（蓋-呂薩克定律）

2.兩個(gè)重要的推論

（1）查理定律的推論:△〃二,AT

(2)蓋?呂薩克定律的推論:AV=號(hào)A7

T1

例1[2024.全國(guó)甲卷,33(2)]如圖，一豎直放置的汽缸內(nèi)密封有一定量的氣體,一不計(jì)厚度的輕質(zhì)

活塞可在汽缸內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)，移動(dòng)范圍被限制在卡銷a、b之間，b與汽缸底部的距離be=1()ab,

活塞的面積為1.0XIO*m,初始時(shí)，活塞在卡銷a處，汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)、溫度與活塞外大氣

5

的壓強(qiáng)、溫度相同，分別為L(zhǎng)OX10Pa和300Ko在活塞上施加豎直向下的外力，逐漸增大外力

使活塞緩慢到達(dá)卡銷b處(過(guò)程中氣體溫度視為不變)，外力增加到20()N并保持不變。

(i)求外力增加到200N時(shí)，卡銷b對(duì)活塞支持力的大??；

(ii)再將汽缸內(nèi)氣體加熱使氣體溫度緩慢升高，求當(dāng)活塞剛好能離開卡銷b時(shí)氣體的溫度。

答案(i)100N(ii)327K

解析(i)活塞從卡銷a運(yùn)動(dòng)到卡銷b,對(duì)密封氣體由玻意耳定律有p(Wo二pWi

其中v1=^Vo

外力增加到200N時(shí)，對(duì)活塞由平衡條件有

poS+F=p\S+FN

聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得卡銷b對(duì)活塞支持力的大小為

FN=lOONo

(ii)當(dāng)活塞剛好能離開卡銷b時(shí)，對(duì)活塞有

poS+F=p2s

從開始升溫至活塞剛好能離開卡銷b,對(duì)密封氣體，由查理定律有？=孑

TiT2

聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得活塞剛好能離開卡銷b時(shí)密封氣體的溫度為72=|17o=327Ko

總結(jié)提升

1.利用氣體實(shí)驗(yàn)定律解決問(wèn)題的基本思路

根據(jù)題意，選出所研究的某一部分

越普1(一定質(zhì)出氣體

J、分別找出這部分氣體狀態(tài)發(fā)生變化前

遺典A后的八V、T數(shù)值或表達(dá)式(壓播的確

定是關(guān)鍵)

越強(qiáng)A等溫？等壓？等容？還是P、KT均變化

3Z選用理想氣體狀態(tài)方程或某一實(shí)驗(yàn)

麗和A定律列式求解，右時(shí)要討論結(jié)果的

"一合理性

2.分析氣體狀態(tài)變化的問(wèn)題要緊抓三點(diǎn)

(1)弄清始、末狀態(tài)過(guò)程中有哪幾個(gè)物理過(guò)程。

(2)找出各變化過(guò)程是由什么物理量聯(lián)系起來(lái)的。

(3)明確每個(gè)變化過(guò)程遵循什么實(shí)驗(yàn)定律。

跟蹤訓(xùn)練

5.如圖所示,兩根粗細(xì)相同、兩端開口的直玻璃管A和B,豎直插入同一水銀槽中，各用一段水

銀柱封閉著一定質(zhì)量同溫度的空氣,空氣柱長(zhǎng)度%，水銀柱長(zhǎng)度加＞〃2,今使封閉氣柱降低相

同的溫度(大氣壓保持不變)，則兩管中氣柱上方水銀柱的移動(dòng)情況是()

AB

&_bL

A.A管中向上移動(dòng),B管中向下移動(dòng)

B.A管中向下移動(dòng)，B管中向上移動(dòng)

C.均向下移動(dòng)，A管中移動(dòng)較多

D.均向上移動(dòng),A管中移動(dòng)較多

答案C

解析管內(nèi)封閉氣柱的壓強(qiáng)恒等于外界大氣壓與水銀柱因自身重力而產(chǎn)生的壓強(qiáng)之和，因外界大

氣壓不變,則管內(nèi)氣體做等壓變化,根據(jù)蓋-呂薩克定律知￡=上竺,整理可得AV=^V,因

TT+ATT

A、B管中的封閉氣體初溫相同，溫度變化A7也相同，且ATvO,貝U有AWO,即A、B管中的封

閉氣體體積均減小，又因?yàn)镠I>H2,即初始時(shí)A管中氣體體積較大，所以AVA>AVB,即A管中氣

體長(zhǎng)度減少得多一些，故兩管中氣柱上方水銀柱均向下移動(dòng)，A管中水銀柱移動(dòng)較多，故C正

確。

6.如圖甲所示，兩側(cè)粗細(xì)均勻、橫截面積相等、高度均為公16cm的U形管，左管上端封閉，

右管上端開口。右管中有高加=4cm的水銀柱，水銀柱上表面離管口的距離/=10cm。管底水平

段的體積可忽略；環(huán)境溫度T\=300K,大氣壓強(qiáng)po=76cmHgo

⑴若從右側(cè)端口緩慢注入水銀(與原水銀柱之間無(wú)氣隙)，恰好使水銀柱下端到達(dá)右管底部，求此

時(shí)水銀柱的高度/?!；

⑵若緩慢將U形管倒置，再對(duì)密封氣體緩慢加熱，直至水銀柱下表面恰與右管口平齊，如圖乙所

示，求此時(shí)密封氣體的溫度72O

答案(l)14cm(2)420K

解析⑴設(shè)管的橫截面積為S,封閉氣體發(fā)生等溫變化，則有(〃)+外力0)(2"-ho-l)S=pHS

解得p=90cmHg

又有po+pghi=p,解得h\=14cmo

(2)根據(jù)題意可知，氣體的初態(tài)p\-po+pgho-80cmHg,Vi=(2H-/?o-l)S-18S,T\-300K,氣

體的末態(tài)〃2=po-pgho-72cmHg,V2-(2H-ho)S-28S

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有竽=竽

71T2

解得八二420K。

考點(diǎn)四氣體狀態(tài)變化的圖像問(wèn)題

1.四種圖像的比較

類別特點(diǎn)（其中C為常量）舉例

P

pV=b,即p、V之積越大的等溫線

p-V

溫度越高，線離原點(diǎn)越遠(yuǎn)

OV

p

p=CT）斜率k=CT,即斜率越大,

1

p

~vJ■

溫度越高01

T2>T.V

p

p=^T,斜率左=同即斜率越大,體

P-T

積越小OT

V2V匕

V

V=-T,斜率女二￡,即斜率越大，壓/Pz

V-TpP

強(qiáng)越小OT

P2Vpi

例2（2024.江西卷，13）可逆斯特林熱機(jī)的工作循環(huán)如圖所示。一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)ABCD4完

成循環(huán)過(guò)程，AB和CD均為等溫過(guò)程，BC和DA均為等容過(guò)程。已知Ti=1200K/=30