第2節(jié)　固體、液體和氣體
知識(shí)點(diǎn)一| 固體和液體


1．固體
(1)分類：固體分為晶體和非晶體兩類。晶體分單晶體和多晶體。
(2)晶體與非晶體的比較

單晶體
多晶體
非晶體
外形
規(guī)則
不規(guī)則
不規(guī)則
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
典型物質(zhì)
石英、云母、食鹽、硫酸銅
玻璃、蜂蠟、松香
形成與轉(zhuǎn)化
有的物質(zhì)在不同條件下能夠形成不同的形態(tài)。同一物質(zhì)可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，有些非晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為晶體
2.液體
(1)液體的表面張力
①作用：液體的表面張力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。
③大?。阂后w的溫度越高，表面張力越??；液體中溶有雜質(zhì)時(shí)，表面張力變??；液體的密度越大，表面張力越大。
(2)液晶的物理性質(zhì)
①具有液體的流動(dòng)性。
②具有晶體的光學(xué)各向異性。
③在某個(gè)方向上看，其分子排列比較整齊，但從另一方向看，分子的排列是雜亂無章的。

(1)單晶體的所有物理性質(zhì)都是各向異性的。 (×)
(2)草葉上的露珠呈球形是表面張力引起的。 (√)
(3)液晶是液體和晶體的混合物。 (×)

1．(多選)下列說法正確的是(　　)
A．石墨和金剛石都是晶體，都是由碳元素組成的單質(zhì)，但它們的原子排列方式不同
B．晶體和非晶體在熔化過程中都吸收熱量，溫度不變
C．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨溫度的變化而變化
D．液晶的分子排列會(huì)因所加電壓的變化而變化，由此引起光學(xué)性質(zhì)的改變
E．不是所有的物質(zhì)都有液晶態(tài)
ADE　[石墨和金剛石都是晶體，都是由碳元素組成的單質(zhì)，但它們的原子排列方式不同，選項(xiàng)A正確。晶體在熔化過程中吸收熱量，溫度不變；非晶體在熔化過程中吸收熱量，溫度升高，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。液晶的光學(xué)性質(zhì)與溫度的高低無關(guān)，其隨所加電壓的變化而變化，即液晶的分子排列會(huì)因所加電壓的變化而變化，由此引起光學(xué)性質(zhì)的改變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。不是所有的物質(zhì)都有液晶態(tài)，選項(xiàng)E正確。]
2．(多選)下列說法不正確的是(　　)
A．把一枚針輕放在水面上，它會(huì)浮在水面上。這是由于水表面存在表面張力的緣故
B．在處于失重狀態(tài)的宇宙飛船中，一大滴水銀會(huì)成球狀，是因?yàn)橐后w內(nèi)分子間有相互吸引力
C．將玻璃管道裂口放在火上燒，它的尖端就變圓，是因?yàn)槿刍牟Ａг诒砻鎻埩Φ淖饔孟?，表面要收縮到最小的緣故
D．漂浮在熱菜湯表面上的油滴，從上面觀察是圓形的，是因?yàn)橛偷我后w呈各向同性的緣故
E．當(dāng)兩薄玻璃板間夾有一層水膜時(shí)，在垂直于玻璃板的方向很難將玻璃板拉開。這是由于水膜具有表面張力的緣故
BDE　[水的表面張力托起針，A正確；B、D兩項(xiàng)也是表面張力原因，故B、D均錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；在垂直于玻璃板方向很難將夾有水膜的玻璃板拉開是因?yàn)榇髿鈮旱淖饔?，E錯(cuò)誤。]
[考法指導(dǎo)]　液體表面張力
形成原因
表面層中分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大，分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力
表面特性
表面層分子間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力，使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜
表面張力的方向
和液面相切，垂直于液面上的各條分界線
表面張力的效果
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，而在體積相同的條件下，球形的表面積最小
知識(shí)點(diǎn)二| 飽和汽　相對(duì)濕度　氣體分子動(dòng)理論

1．飽和汽與飽和汽壓
與液體處于動(dòng)態(tài)平衡的蒸汽叫作飽和汽；沒有達(dá)到飽和狀態(tài)的蒸汽叫作未飽和汽。在一定溫度下，飽和汽的分子數(shù)密度是一定的，因而飽和汽的壓強(qiáng)也是一定的，這個(gè)壓強(qiáng)叫作這種液體的飽和汽壓，飽和汽壓隨溫度升高而增大。
2．相對(duì)濕度
空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)與同一溫度時(shí)水的飽和汽壓之比叫作空氣的相對(duì)濕度。
即：相對(duì)濕度＝。
3．氣體分子動(dòng)理論
(1)氣體分子之間的距離遠(yuǎn)大于分子直徑，氣體分子之間的作用力十分微弱，可以忽略不計(jì)。
(2)氣體分子的速率分布，表現(xiàn)出“中間多，兩頭少”的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。
(3)氣體分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等。
(4)溫度一定時(shí)，某種氣體分子的速率分布是確定的，速率的平均值也是確定的，溫度升高，氣體分子的平均速率增大，但不是每個(gè)分子的速率都增大。

(1)水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)，水蒸氣的壓強(qiáng)不再變化，這時(shí)，水不再蒸發(fā)和凝結(jié)。 (×)
(2)只要能增加氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，氣體的溫度就可以升高。 (√)
(3)絕對(duì)濕度是指空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)。 (√)

考法1　飽和汽、相對(duì)濕度的理解
1．(多選)(2014·全國卷Ⅱ)下列說法正確的是(　　)
A．懸浮在水中的花粉的布朗運(yùn)動(dòng)反映了花粉分子的熱運(yùn)動(dòng)
B．空中的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結(jié)果
C．彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性的特點(diǎn)
D．高原地區(qū)水的沸點(diǎn)較低，這是高原地區(qū)溫度較低的緣故
E．干濕泡濕度計(jì)的濕泡顯示的溫度低于干泡顯示的溫度，這是濕泡外紗布中的水蒸發(fā)吸熱的結(jié)果
BCE　[懸浮在水中的花粉的布朗運(yùn)動(dòng)反映了水分子的熱運(yùn)動(dòng)，而不是反映花粉分子的熱運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。由于表面張力的作用使液體表面收縮，使小雨滴呈球形，選項(xiàng)B正確。液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性，彩色液晶顯示器就利用了這一性質(zhì)，選項(xiàng)C正確。高原地區(qū)水的沸點(diǎn)較低是因?yàn)楦咴貐^(qū)的大氣壓強(qiáng)較小，水的沸點(diǎn)隨大氣壓強(qiáng)的降低而降低，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。由于液體蒸發(fā)時(shí)吸收熱量，溫度降低，所以濕泡顯示的溫度低于干泡顯示的溫度，選項(xiàng)E正確。]
考法2　氣體分子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)
2.(多選)(2017·全國卷Ⅰ)氧氣分子在0 ℃和100 ℃溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列說法正確的是(　　)

A．圖中兩條曲線下面積相等
B．圖中虛線對(duì)應(yīng)于氧氣分子平均動(dòng)能較小的情形
C．圖中實(shí)線對(duì)應(yīng)于氧氣分子在100 ℃時(shí)的情形
D．圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目
E．與0 ℃時(shí)相比，100 ℃時(shí)氧氣分子速率出現(xiàn)在0～400 m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大
ABC　[A對(duì)：面積表示總的氧氣分子數(shù)，二者相等。
B對(duì)：溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度越高，分子的平均動(dòng)能越大，虛線為氧氣分子在0 ℃時(shí)的情形，分子平均動(dòng)能較小。
C對(duì)：實(shí)線為氧氣分子在100 ℃時(shí)的情形。
D錯(cuò)：曲線給出的是分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比。
E錯(cuò)：速率出現(xiàn)在0～400 m/s區(qū)間內(nèi)，100 ℃時(shí)氧氣分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較小。]
知識(shí)點(diǎn)三| 氣體的性質(zhì)

1．氣體壓強(qiáng)
(1)產(chǎn)生的原因
由于大量分子無規(guī)則地運(yùn)動(dòng)而碰撞器壁，形成對(duì)器壁各處均勻、持續(xù)的壓力，作用在器壁單位面積上的壓力叫作氣體的壓強(qiáng)。
(2)決定氣體壓強(qiáng)大小的因素
①宏觀上：決定于氣體的溫度和體積。
②微觀上：決定于分子的平均動(dòng)能和分子數(shù)密度。
2．氣體實(shí)驗(yàn)定律
(1)等溫變化——玻意耳定律
①內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)與體積成反比。
②公式：p1V1＝p2V2或pV＝C(常量)。
(2)等容變化——查理定律
①內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比。
②公式：＝或＝C(常數(shù))。
(3)等壓變化——蓋—呂薩克定律
①內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，其體積與熱力學(xué)溫度成正比。
②公式：＝或＝C(常數(shù))。
3．理想氣體及其狀態(tài)方程
(1)理想氣體
①宏觀上講，理想氣體是指在任何條件下始終遵守氣體實(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，可視為理想氣體。
②微觀上講，理想氣體的分子間除碰撞外無其他作用力，分子本身沒有體積，即它所占據(jù)的空間認(rèn)為都是可以被壓縮的空間。
(2)狀態(tài)方程：＝或＝C(常數(shù))。

(1)若氣體的溫度逐漸升高，則其壓強(qiáng)可以保持不變。 (√)
(2)一定質(zhì)量的理想氣體在等壓變化時(shí)，其體積與攝氏溫度成正比。 (×)
(3)壓強(qiáng)極大的氣體不遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律。 (√)

考法1　氣體壓強(qiáng)的微觀解釋與計(jì)算
1．(多選)(2019·聊城模擬)對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，下列論述中正確的是(　　)
A．若單位體積內(nèi)分子個(gè)數(shù)不變，當(dāng)分子熱運(yùn)動(dòng)加劇時(shí)，壓強(qiáng)一定變大
B．若單位體積內(nèi)分子個(gè)數(shù)不變，當(dāng)分子熱運(yùn)動(dòng)加劇時(shí)，壓強(qiáng)可能不變
C．若氣體的壓強(qiáng)不變而溫度降低時(shí)，則單位體積內(nèi)分子個(gè)數(shù)一定增加
D．若氣體的壓強(qiáng)不變而溫度降低時(shí)，則單位體積內(nèi)分子個(gè)數(shù)可能不變
E．氣體的壓強(qiáng)由溫度和單位體積內(nèi)的分子個(gè)數(shù)共同決定
ACE　[單位體積內(nèi)分子個(gè)數(shù)不變，當(dāng)分子熱運(yùn)動(dòng)加劇時(shí)，單位面積上的碰撞次數(shù)和碰撞的平均力都增大，因此氣體壓強(qiáng)一定增大，故A正確，B錯(cuò)誤；若氣體的壓強(qiáng)不變而溫度降低時(shí)，氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能減小，則單位體積內(nèi)分子個(gè)數(shù)一定增加，故C正確，D錯(cuò)誤；氣體的壓強(qiáng)由氣體的溫度和單位體積內(nèi)的分子個(gè)數(shù)共同決定，E正確。]
2．若已知大氣壓強(qiáng)為p0，在圖中各裝置均處于靜止?fàn)顟B(tài)，圖中液體密度均為ρ，求被封閉氣體的壓強(qiáng)。

甲　　　　　　　　　乙

丙　　　　　　　　　丁
解析：在甲圖中，以高為h的液柱為研究對(duì)象，由二力平衡知pAS＝－ρghS＋p0S
所以p甲＝pA＝p0－ρgh
在圖乙中，以B液面為研究對(duì)象，由平衡方程F上＝F下
有：pAS＋ρghS＝p0S，所以p乙＝pA＝p0－ρgh
在圖丙中，仍以B液面為研究對(duì)象，有
pA＋ρghsin 60°＝p′B＝p0
所以p丙＝pA＝p0－ρgh
在圖丁中，以液面A為研究對(duì)象，由二力平衡得
p丁S＝(p0＋ρgh1)S，所以p?。絧0＋ρgh1。
答案：甲：p0－ρgh　乙：p0－ρgh　丙：p0－ρgh 丁：p0＋ρgh1
3.如圖中兩個(gè)汽缸質(zhì)量均為M，內(nèi)部橫截面積均為S，兩個(gè)活塞的質(zhì)量均為m，左邊的汽缸靜止在水平面上，右邊的活塞和汽缸豎直懸掛在天花板下。兩個(gè)汽缸內(nèi)分別封閉有一定質(zhì)量的空氣A、B，大氣壓為p0，求封閉氣體A、B的壓強(qiáng)各多大？

甲　　　　　　　乙
解析：題圖甲中選m為研究對(duì)象。

pAS＝p0S＋mg
得pA＝p0＋
題圖乙中選M為研究對(duì)象。
pBS＋Mg＝p0S
得pB＝p0－。
答案：p0＋　p0－
[考法指導(dǎo)]　
1．氣體壓強(qiáng)決定因素
(1)宏觀上：決定于氣體的溫度和體積。
(2)微觀上：決定于分子的平均動(dòng)能和分子的密集程度。
2．平衡狀態(tài)下氣體壓強(qiáng)的求法
(1)液片法：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)受力情況，建立平衡方程，消去面積，得到液片兩側(cè)壓強(qiáng)相等方程，求得氣體的壓強(qiáng)。
(2)力平衡法：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，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得氣體的壓強(qiáng)。
(3)等壓面法：在連通器中，同一種液體(中間連通)同一深度處壓強(qiáng)相等，液體內(nèi)深h處的總壓強(qiáng)p＝p0＋ρgh，p0為液面上方的壓強(qiáng)。
3．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。
考法2　氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用
4．已知湖水深度為20 m，湖底水溫為4 ℃，水面溫度為17 ℃，大氣壓強(qiáng)為1.0×105 Pa。當(dāng)一氣泡從湖底緩慢升到水面時(shí)，其體積約為原來的(g取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
C　[p1＝p0＋ρ水gh＝3.0×105 Pa，由＝，解得V0≈3.1V1，C正確。]
5.(2019·臨沂模擬)如圖是一種氣壓保溫瓶的結(jié)構(gòu)示意圖。其中出水管很細(xì)，體積可忽略不計(jì)，出水管口與瓶膽口齊平，用手按下按壓器時(shí)，氣室上方的小孔被堵塞，使瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)增大，水在氣壓作用下從出水管口流出。最初瓶?jī)?nèi)水面低于出水管口10 cm，此時(shí)瓶?jī)?nèi)氣體(含氣室)的體積為2.0×102 cm3，已知水的密度為1.0×103 kg/m3，按壓器的自重不計(jì)，大氣壓強(qiáng)p0＝1.01×105 Pa，取g＝10 m/s2。求：

(1)要使水從出水管口流出，瓶?jī)?nèi)水面上方的氣體壓強(qiáng)的最小值；
(2)當(dāng)瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)為1.16×105 Pa時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體體積的壓縮量。(忽略瓶?jī)?nèi)氣體的溫度變化)
解析：(1)由題意知，瓶?jī)?nèi)、外氣體壓強(qiáng)以及水的壓強(qiáng)存在以下關(guān)系：
p內(nèi)＝p0＋p水＝p0＋ρgh水
代入數(shù)據(jù)得p內(nèi)＝1.02×105 Pa。
(2)當(dāng)瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)為p＝1.16×105 Pa時(shí)，設(shè)瓶?jī)?nèi)氣體的體積為V。
由玻意耳定律得p0V0＝pV，壓縮量為ΔV＝V0－V，
已知瓶?jī)?nèi)原有氣體體積V0＝2.0×102 cm3，解得
ΔV＝25.9 cm3。
答案：(1)1.02×105 Pa　(2)25.9 cm3
[考法指導(dǎo)]　
1．理想氣體
宏觀描述
理想氣體是指在任何條件下始終遵守氣體實(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，可視為理想氣體。
微觀描述
理想氣體的分子間除碰撞外無其他作用力，分子本身沒有體積，即它所占據(jù)的空間認(rèn)為都是可以被壓縮的空間。
2.狀態(tài)方程
＝或＝C。
3．應(yīng)用狀態(tài)方程解題的一般步驟
(1)明確研究對(duì)象，即某一定質(zhì)量的理想氣體。
(2)確定氣體在始末狀態(tài)的參量p1、V1、T1及p2、V2、T2。
(3)由狀態(tài)方程列式求解。
(4)討論結(jié)果的合理性。
考法3　氣體狀態(tài)變化的圖象問題
6.(2014·福建高考)如圖為一定質(zhì)量理想氣體的壓強(qiáng)p與體積V的關(guān)系圖象，它由狀態(tài)A經(jīng)等容過程到狀態(tài)B，再經(jīng)等壓過程到狀態(tài)C。設(shè)A、B、C狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度分別為TA、TB、TC，則下列關(guān)系式中正確的是(　　)

A．TATB，TBTC
C　[由題中圖象可知，氣體由A到B過程為等容變化，由查理定律得＝，pA>pB，故TA>TB；由B到C過程為等壓變化，由蓋—呂薩克定律得＝，VB

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