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第二章 气体、固体和液体——高二物理人教版（2019）期末复习知识大盘点
第一部分：单元学习目标整合
本章概述
本章对气体、固体和液体的性质分别进行了描述。本章学习气体实验定律以及理想气体状态方程等知识，为后一章的热力学定律奠定基础。
重点 ①知道理想气体、晶体和非晶体、表面张力、液晶等概念。②知道热平衡与平衡态的区别与联系。 ③知道热力学定律实际是等温变化、等容变化和等压变化，知道理想气体状态方程。
难点 ①气体的玻意耳定律、查理定律和盖-吕萨克定律。 ②理想气体的状态方程与气体三定律的关系。 ③液体的表面张力及液晶在生活中的应用。 ④固体中晶体的各向同性和各向异性。
第二部分：经典例题复盘
例1.下列对热平衡的理解，正确的是( )
A.标准状况下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡
B.两系统分别与C系统达到热平衡，则两系统也达到了热平衡
C.一个系统处于平衡态时，它与其他系统也就达到了热平衡
D.热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同
答案：B
解析：标准状况下冰水混合物的温度为0 ℃，与0 ℃的水达到了热平衡，故A错误；根据热平衡定律可知，两系统分别与C系统达到热平衡，则两系统也达到了热平衡，故B正确；热平衡是指两个系统相互接触而传热，经过一段时间后，各自的状态参量不再变化，这两个系统就达到热平衡，故C错误；根据热平衡的特点可知，两个系统达到热平衡的标志是它们温度相同，但压强、体积不一定相同，故D错误.
例2.在甲、乙、丙三种固体薄片上涂蜡，由烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图1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2所示，以下说法可能正确的是( )
A.甲、乙为非晶体，丙是晶体
B.甲、乙为晶体，丙是非晶体
C.甲、丙为非晶体，乙是晶体
D.甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体
答案：D
解析：由题图1可知，甲、乙表现为各向同性，丙表现为各向异性；由题图2可知，甲、丙有固定熔点，乙无固定熔点，所以甲、丙为晶体，乙为非晶体，其中甲可能为多晶体，也可能为单晶体，丙为单晶体，D正确.
例3.规范佩戴医用防护口罩是预防新冠肺炎的有效措施之一，合格医用口罩内侧使用对水不浸润的材料，如图所示为一滴水滴在医用口罩内侧的示意图.以下说法正确的是( )
A.图中水滴与空气接触的表面层的水分子比水滴的内部密集
B.该口罩为不合格产品，其内侧材料对所有的液体都浸润
C.该口罩为合格产品，其内侧材料并非对所有的液体都不浸润
D.图中水滴附着层(即固液接触层)内水分子比水滴内部密集，因为附着层水分子受到的水滴内分子的作用力比受到的口罩内侧固体材料分子的作用力小
答案：C
解析：水滴与空气接触的表面层的水分子比水滴的内部稀疏，故A错误；由题图可知，水珠并没有浸润口罩内侧，因此是合格产品，浸润与不浸润现象是相对的，各种液体的密度、分子大小、分子间隙、分子间作用力大小等都各不相同，因此口罩内侧材料并不一定对所有的液体都不浸润，只要对水不浸润，就是合格产品，故B错误，C正确；水滴附着层(即固液接触层)内水分子比水滴内部稀疏，附着层水分子受到的水滴内分子的作用力比受到的口罩内侧固体材料分子的作用力大，因而使水滴表面紧绷而减小与口罩内侧固体材料的作用，故D错误.
例4.如图甲所示，一端封闭且粗细均匀的足够长直玻璃管水平放置，用长为20 cm的水银柱封闭了一定质量的理想气体，封闭气柱长度为32 cm，大气压强恒为76 cmHg。现将玻璃管顺时针缓慢旋转90°，如图乙所示。再将玻璃管顺时针缓慢旋转53°，如图丙所示。已知气体温度始终不变，取，，下列说法正确的是( )
A.图乙状态的气体压强大于图丙
B.若玻璃管从图乙状态自由下落，气柱长度将减小
C.图乙气柱长度为40 cm
D.图丙气柱长度为38 cm
答案：BD
解析：题图乙中封闭气体的压强为，题图丙中封闭气体的压强为，则题图乙状态的气体玉强小于题图丙的，A错误；若玻璃管从题图乙状态自由下落，水银柱相对玻璃管静止时，处于完全失重状态，此时对水银柱受力分析，由牛顿第二定律可得，封闭气体的压强等于大气压强，大于初态的气体压强，气体做等温变化，由玻意耳定律可知，压强增大，体积减小，即气柱长度将减小，B正确；设题图乙、丙中的气柱长度分别为、，根据玻意耳定律有，其中，解得，C错误，D正确.
例5.如图所示，A、B两个大容器装有同种气体，容器间用一根细玻璃管连接，管中有一水银滴D做活塞，当左边容器的温度为，右边容器的温度为10 ℃时，水银滴刚好在玻璃管中央保持平衡，当两个容器的温度都下降10 ℃时，下列说法正确的是( )
A.水银滴将不运动 B.水银滴将向右运动
C.水银滴将向左运动 D.水银滴的运动方向无法判断
答案：C
解析：假设水银滴不动，两边气体都发生等容变化，根据可知，对左侧气体有，对右侧气体有，整理可得，因此水银滴将向左运动，故选C.
第三部分：重难知识概括
温度和温标
一、状态参量
（一）状态参量与平衡态
状态参量与平衡态
1．热力学系统和外界
(1)热力学系统
研究某一容器中气体的热学性质，其研究对象是容器中的大量分子组成的系统，这在热学中叫作一个热力学系统，简称系统。
(2)外界
系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。
2．状态参量
在热学中，为确定系统的状态，需要用到一些物理量，这些物理量叫作系统的状态参量。常用的状态参量有体积V（几何参量）、压强p（力学参量）、温度T（热学参量）等。
3．平衡态
在没有外界影响的情况下，系统内各部分的状态参量都不随时间变化的稳定状态。
二、温度计与温标
温度计与温标
1.测温物质
①气体测温
②液体测温
温度计是利用测温物质的热胀冷缩的特性制成的。
2.确定温度零点和分度值
要确定一套温标，咱就需要规定出它的零点和分度标准，拿常用的摄氏温度为例。是将标准大气压下的冰水混合物的温度或者说冰的熔点规定为0℃，而沸水的温度规定为100℃，然后把0~100℃之间，平均分成100份，每一份都是1℃，这就是现在使用的摄氏温标。
3.温标
①摄氏温标（摄氏温度）：单位用℃来表示
②华氏温标（华氏温度）：单位用F来表示
③热力学温标（热力学温度）：单位用K来表示
平时用的摄氏温度t，和热力学温标T之间满足关系：
T=t+273.15K
热力学温标的确定没有依赖具体的测温物质，而是根据理想气体定律和热力学定律得出的，所以这里绝对要比摄氏温标更有科学意义，那在科研中大多用的就是热力学温度。
气体的等温变化
一、玻意耳定律
1、文字表述：一定质量某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比.
2、公式表述：pV=C(常数 ) 或p1V1=p2V2
3、适用范围：温度不太低，压强不太大
4、描述气体的状态变化的状态参量：
体积V，确定气体的空间大小。
压强P，确定气体与容器壁之间的作用力的大小。
温度T，确定气体的热运动剧烈程度大小。
对一定质量的气体而言，如果这三个状态参量都不变，就可以说气体的状态不变，但如果有参量变了，那气体的状态就会发生改变。
三、气体等温变化的P-V图像
1.等温线：一定质量的理想气体的P-V图像的形状为双曲线的一支，
它描述的是温度不变时的p V关系，称为等温线。
特点：
（1）每条等温线上气体各状态温度相同；
（2）温度越高等温线离坐标轴或原点越远.
特点：斜率越大温度越高。
四、用气体定律解题的步骤
1．确定研究对象．被封闭的气体(满足质量不变的条件)；
2．用一定的数字或表达式写出气体状态的初始条件(p1，V1，T1，p2，V2，T2)；
3．根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公式(本节课中就是玻意耳定律公式)；
4．将各初始条件代入气体公式中，求解未知量；
5．对结果的物理意义进行讨论．
五、实验：探究气体等温变化的规律
1.实验思路
①研究对象：质量不变的空气柱
②实验操作：缓慢上下抽动柱塞可以改变气体的体积
2.物理量的测量
①如何测量空气柱的体积V？
然后你通过旁边的刻度时，可以读出空气柱的长度L，用它乘下底面积S 就能求出气体体积V。
②如何测量空气柱的压强 p？
从上面的压力表可以直接得到气体的压强P。
3.数据分析（列表、描点、连线）
温度不变时压强与体积的关系 压强和体积的倒数成正比
实际操作后，发现空气柱的体积越小，压强反而越大，难道压强和体积成反比。把得到的数据转画成图像，以压强为纵坐标，以体积的倒数为横坐标，用实验数据描点，发现他们都位于过原点的同一条直线上，看来压强和体积的倒数成正比，也就是和体积成反比。
结论：一定质量的某种气体在温度不变的情况下，压强P与体积V成反比。
4.实验注意事项:
第一、为保证温度不变，气体体积的改变要缓慢进行，如果操作太快，就不是等温变化会影响结果的准确性。
第二、柱塞，事先要涂好润滑油，来保证装置的气密性。
第三，实验过程中，不要用手接触注射器的圆筒，如果你用手握着它，那其中的气体，就会从你温暖的手中吸收热量，温度升高，那就不是等温变化。
第四、读取空气柱长度时，视线要与刻度线相平，以减小读数误差。
（三）玻意耳定律
1.玻意耳定律的内容
用实验探究了气体的等温变化规律，得出：一定质量的某种气体在温度不变的情况下，压强与体积成反比。用公式可以表示
PV=C
还可以写成
P1V1=P2V2
左右两边分别表示气体在一、二两个状态下了压强和体积，这个式子可是非常有用。这个规律最早是由英国科学家玻意耳发现，所以被称为玻意耳定律。
适用范围：温度不太低，压强不太大。
2.等温变化的图像
①等温线是双曲线的一支。
②图中温度越高，C值也就越大，其等温线离原点越远。
气体实验定律的微观解释
用分子动理论可以定性解释气体的实验定律。
1．玻意耳定律：一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大。
2．盖—吕萨克定律：一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。
3．查理定律：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。
气体状态变化的图像
名称 图像 特点 其他图像
等温线 pV pV＝CT(C为常量)，即pV越大的等温线对应的温度越高，离原点越远
p p＝，斜率k＝CT，即斜率越大，对应的温度越高
等容线 pT p＝T，斜率k＝，即斜率越大，对应的体积越小
等压线 VT V＝T，斜率k＝，即斜率越大，对应的压强越小
气体的等压变化和等容变化
（一）气体的等压变化
气体的等压变化
1．等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度变化的过程．
2．盖－吕萨克定律
(1)内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比．
(2)表达式：V＝CT或＝.
(3)适用条件：气体的质量和压强不变．
(4)图像：如图1所示．
图1
V－T图像中的等压线是一条过原点的直线．
3．盖－吕萨克定律及推论
表示一定质量的某种气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的变化量ΔV与热力学温度的变化量ΔT成正比．
4．V－T图像和V－t图像
一定质量的某种气体，在等压变化过程中
(1)V－T图像：气体的体积V随热力学温度T变化的图线是过原点的倾斜直线，如图2甲所示，且p1图2
(2)V－t图像：体积V与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系，如图乙所示，等压线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，压强越小，图像纵轴的截距V0是气体在0 ℃时的体积．
特别提醒　一定质量的气体，在压强不变时，其体积与热力学温度成正比，而不是与摄氏温度成正比．
5．应用盖－吕萨克定律解题的一般步骤
(1)确定研究对象，即被封闭的一定质量的气体．
(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件：质量一定，压强不变．
(3)确定初、末两个状态的温度、体积．
(4)根据盖－吕萨克定律列式求解．
(5)求解结果并分析、检验．
气体的等容变化
1．等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度变化的过程．
2．查理定律
(1)内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比．
(2)表达式：p＝CT或＝.
(3)适用条件：气体的质量和体积不变．
(4)图像：如图3所示．
图3
①p－T图像中的等容线是一条过原点的直线．
②p－t图像中的等容线不过原点，但反向延长线交t轴于－273.15 ℃.
3．查理定律及推论
表示一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化，其压强的变化量Δp与热力学温度的变化量ΔT成正比．
4．p－T图像和p－t图像
一定质量的某种气体，在等容变化过程中
(1)p－T图像：气体的压强p和热力学温度T的关系图线是过原点的倾斜直线，如图4甲所示，且V1图4
(2)p－t图像：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，如图乙所示，等容线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃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．
5．应用查理定律解题的一般步骤
(1)确定研究对象，即被封闭的一定质量的气体．
(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件：质量一定，体积不变．
(3)确定初、末两个状态的温度、压强．
(4)根据查理定律列式求解．
(5)求解结果并分析、检验．
固体
（一）晶体和非晶体
晶体和非晶体
(1)晶体：
①晶体的特点：具有确定的熔点，具有规则的几何形状。
②常见的晶体有石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等。
③几种常见晶体的规则外形：
食盐晶体：呈立方体形(图甲）。
明矾晶体：呈八面体形(图乙)。
石英晶体：中间是一个六棱柱，两端呈六棱锥(图丙)。
雪花：是水蒸气在空气中凝华时形成的晶体，一般为六角形的规则图案。
(2)非晶体：
①非晶体的特点：没有确定的熔化温度，没有规则的几何形状。
②常见的非晶体有玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。
(3)晶体和非晶体的差异：
①外形上：晶体有规则的几何形状，非晶体则没有规则的几何形状。
②熔点：晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度。
③在其他物理性质上：晶体的物理性质与方向有关(这种特性叫作各向异性)，非晶体的物理性质在各个方向是相同的(这种特性叫作各向同性)。
注意：晶体具有各向异性，但并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性。例如，云母在导热性上表现出显著的各向异性：方倡矿品体在导电性上表现出显著的各向异性；方解石显体在光的折射上表现出显著的各向异性等。
(4）晶体和非晶体间的转化：
①一种物质可能以品体和非品体两种不同的形态出现。
例如，天然水晶是晶体，熔化后再凝结的水晶(石英玻璃)就是非晶体，即一种物质是晶体还是非晶体并不是绝对的。
②许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体。
③在冷却得足够快和冷却到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体。
2.单晶体和多晶体
(1)单晶体：
①如果整个物体由一颗晶粒组成，这样的物体叫作单晶体。
②常见的单晶体有雪花、食盐小颗粒、单晶硅、单晶锗等。
(2)多晶体：
①如果整个物体由许多杂乱无章地排列着的小晶粒组成，这样的物体叫作多晶体。
②常见的金属就是多晶体。
(3)多晶体的特性：
①没有规则的几何形状。
②在物理性质上表现各向同性(同非晶体)，但每一晶粒内部表现各向异性的。
③有确定的熔点。
(4)多晶体和非晶体的比较：
①相同点：没有规则的几何形状；一些物理性质都表现为各向同性。
②不同点：多晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度。
注意：固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体和非晶体的标志。
液体
（一）液体的表面张力
1．表面层：液体表面跟气体接触的薄层．
2．表面张力的定义：在表面层，分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，这种力使液体表面绷紧，叫作液体的表面张力．
3．液体表面张力的成因分析
液体表面层分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，该引力使液面产生了表面张力，使液体表面形成一层绷紧的膜．
4．表面张力及其作用
(1)表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小．而在体积相同的条件下，球形的表面积最小．例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形(但由于受重力的影响，往往呈扁球形，在完全失重条件下才呈球形)．
(2)表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关．
(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，如图2所示．
图2
（二）液晶
(1)液晶：像液体一样具有流动性，而其化学性质与某些晶体相似，具有各向异性的物质叫液晶。
(2)液晶的特点
位置无序使它像液体，而排列有序使它像晶体，所以液晶是有晶体结构的液体。
注意：液晶物质都具有较大的分子，分子形状通常是棒状分子、碟状分子、平板状分子。
(3)液晶的用途
液晶可以用作显示元件，液晶在生物医学、电子工业、航空工业等方面都有重要应用。
为什么液晶能作显示元件　有一种液晶，受外加电压的影响，会由透明状态变成混浊状态而不再透明，去掉电压，又恢复透明，当输入电信号，加上适当电压，透明的液晶变得混浊，从而显示出设定的文字或数码。
（三）浸润和不浸润
浸润和不浸润
1．浸润和不浸润
(1)浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上的现象．
(2)不浸润：一种液体不会润湿某种固体，不会附着在这种固体的表面上的现象．
(3)当液体和与之接触的固体的相互作用比液体分子之间的相互作用强时，液体能够浸润固体．反之，液体则不浸润固体．
提醒：浸润和不浸润是分子力作用的表现．
2．浸润和不浸润的形成原因
(1)附着层内分子受力情况
液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引．
(2)浸润的成因
当固体分子吸引力大于液体内部分子力时，这时表现为液体浸润固体．
(3)不浸润的成因
当固体分子吸引力小于液体内部分子力时，这时表现为液体不浸润固体．
特别提醒　浸润和不浸润是发生在两种材料(液体与固体)之间的，与这两种物质的性质都有关系，不能单说哪一种材料浸润或不浸润．例如：水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡；水银不能浸润玻璃，但能浸润铅．
毛细现象
(1)定义：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，称为毛细现象．
(2)毛细管内、外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管的内径越小，高度差越大．
浸润和不浸润
4．毛细现象的产生原因
毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系．
如图2所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体的表面张力的作用，液体会受到向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到向下的力，因而管内液面比管外低．
图2
第四部分：掌握核心素养
①物理观念:能了解气体实验定律的内涵:能了解固体的微观结构知道晶体和非晶体的特点，了解液晶的主要性质,知道表面张力产生的原因和毛细现象,了解材料科学的有关应用;能用气体实验定律解释生活中的相关现象;能从微观角度解释生活中与固体、液体有关的现象，
②科学思维:能用理想气体模型分析研究实际气体的问题;能用固体与液体的微观模型分析问题;能从固体和液体的微观结构推断其性质;能使用证据说明晶体和非晶体的特点,能采用不同方式分析解决物理问题,有质疑创新的意识。
③科学探究:能完成“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”的实验。能针对真实情境提出与实验相关的物理问题,做出有依据的假设,能设计实验步骤,用相关仪器完成实验。
④科学态度与责任:能从材料科学的发展中体会不同学科相互促进、共同发展的重要性;能主动了解科学发展的前沿;真切认识科技对社会进步的推动作用。

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