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第33讲　固体、液体和气体
知识内容 说明
固体的微观结构、晶体和非晶体　液晶的微观结构 在高考中，这部分内容通常以选择题，简单计算题的形式出现，难度一般中等或偏易，常与分子动理论、热力学定律等知识结合起来考查，注重考查学生对基本概念和规律的理解与应用能力，以及运用相关知识解释一些热现象的能力。
液体的表面张力现象
饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压　相对湿度
气体分子运动速率的统计分布　气体实验定律　理想气体
一、固体的微观结构、晶体和非晶体　液晶的微观结构
1．晶体与非晶体
　分类 比较　 晶体 非晶体
单晶体 多晶体
外形 规则 不规则
熔点 确定 不确定
物理性质 各向异性 各向同性
原子排列 有规则，但多晶体每个晶体间的排列无规则 无规则
形成与转化 有的物质在不同条件下能够形成不同的形态．同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可转化为晶体
典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香
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
现象 原因
晶体有规则的外形 由于内部微粒有规则的排列
晶体各向异性 由于内部从任一结点出发在不同方向的相同距离上的微粒数不同
晶体的多形性 由于组成晶体的微粒可以形成不同的空间点阵
3.液晶
(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向异性，又可以自由移动位置，保持了液体的流动性。
(2)液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。
(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杂乱无章的。
(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变。
二、液体的表面张力现象
1．概念
液体表面各部分间互相吸引的力。
2．作用
液体的表面张力使液面具有收缩到表面积最小的趋势。
3．方向
表面张力跟液面相切，且跟这部分液面的分界线垂直。
4．大小
液体的温度越高，表面张力越小；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。
三、饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压　相对湿度
1．饱和汽与未饱和汽
(1)饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽。
(2)未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽。
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，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。
3．相对湿度
空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比。即：相对湿度＝。
四、气体分子运动速率的统计分布　气体实验定律　理想气体
1．气体和气体分子运动的特点
2．气体的压强
(1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力。
(2)大小：气体的压强在数值上等于气体作用在单位面积上的压力。公式：p＝。
(3)常用单位及换算关系：
①国际单位：帕斯卡，符号：Pa,1 Pa＝1 N/m2。
②常用单位：标准大气压(atm)；厘米汞柱(cmHg)。
③换算关系：1 atm＝76 cmHg＝1.013×105Pa
≈1.0×105Pa。
3.气体实验定律
玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律
内容 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 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比
表达式 p1V1＝p2V2 ＝或＝ ＝或＝
图象
4.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。
(2)理想气体的状态方程
一定质量的理想气体状态方程：＝或＝C。
气体实验定律可看作一定质量理想气体状态方程的特例。
命题点一　固体与液体的性质
1．晶体与非晶体
单晶体 多晶体 非晶体
外形 规则 不规则 不规则
熔点 确定 确定 不确定
物理性质 各向异性 各向同性 各向同性
典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香
形成与 转化 有的物质在不同条件下能够形成不同的形态．同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体.
2.液体的表面张力
(1)作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．
(2)方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．
3．液晶的物理性质
(1)具有液体的流动性．
(2)具有晶体的光学各向异性．
(3)从某个方向看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的．
黑龙江的冬季，在特定温度下冰晶会形成规则的六边形结构，这种自然形成的完美六方晶体不仅是大气的艺术品，更为新型人工晶体制备提供了启示，比如在半导体晶圆生长工艺中，借鉴冰晶的稳态控制方法可将缺陷密度降低40%以上。下列说法正确的是（　　）
A．冰晶的规则排列表明分子间作用力具有方向性
B．冰晶融化时，分子热运动的平均动能保持不变
C．温度升高时，冰晶内分子热运动平均速率增大
D．冰晶熔化过程中，内能增加但温度不变
【答案】BCD
【详解】A．冰晶规则排列是晶体结构的特性，与分子间作用力的方向性无关，A错误；
B．冰晶融化时温度不变，温度是平均动能的标志，所以分子平均动能不变，B正确；
C．温度升高时，分子热运动平均速率增加，C正确；
D．冰晶熔化时吸热用于破坏分子间作用力，内能增加但温度保持不变，D正确。
故选BCD。
石墨是碳原子按图甲排列形成的，其微观结构为层状结构。图乙为石墨烯的微观结构，单碳层石墨烯是单层的石墨，厚1毫米的石墨大概包含大约三百万层石墨烯。石墨烯是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型材料。则（　　）
A．石墨中的碳原子静止不动
B．碳原子的直径大约为3×10-9 m
C．石墨烯的物理性质沿各个方向一定不同
D．石墨烯的熔解过程中，碳原子的平均动能不变
【答案】D
【详解】A．石墨中的碳原子并不是静止不动，而是在其平衡位置振动，故A错误；
B．由于厚1毫米的石墨大概包含大约三百万层石墨烯，则碳原子的直径大约为
故B错误；
C．石墨烯是一种单晶体，具有各向异性，但不能够认为其所有物理性质均具有各向异性，即不能够认为石墨烯的物理性质沿各个方向一定不同，故C错误；
D．石墨烯是单晶体物资，在熔解过程中，温度不变，故碳原子的平均动能不变，故D正确。
故选D。
如图所示，将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开一个保护罩，再拿出来，绒毛还能保持干燥，原因是（　　）
A．泡的时间短 B．水浸润绒毛
C．水虽浸润绒毛，但有水的表面张力作用 D．水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用
【答案】D
【详解】将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开一个保护罩，再拿出来，绒毛还能保持干燥，原因是水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用。
故选D。
命题点二　气体压强的产生与计算
1．产生的原因
由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强．
2．决定因素
(1)宏观上：决定于气体的温度和体积．
(2)微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度．
3．平衡状态下气体压强的求法
(1)液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强．
(2)力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强．
(3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等．液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强．
4．加速运动系统中封闭气体压强的求法
选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解．
如图所示，粗细均匀的U形玻璃管竖直放置，两管口相平且两管口均封闭，管内有一段水银，封闭有A、B两段气柱，B气柱长为，左管中水银液面比右管中水银液面高，大气压强为．现将左管口开一个小孔，待稳定时，左、右两管中水银液面刚好相平，设气体温度不变，求：
(1)开始时，封闭的A气柱气体的压强；
(2)左管口开孔后，稳定时进入管中的气体质量与原A气柱气体质量之比．（用分数表示）
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）设开始时B气柱气体压强为，开孔后气体压强为，气体发生等温变化，则有
解得
则开始时A气柱气体的压强
（2）开孔后，对左管中气体研究，有
解得
稳定时进入管中的气体质量与原A气柱气体质量之比为
竖直放置粗细均匀的Z形细玻璃管（忽略管的内径）左臂足够长，左臂开口右臂封闭，两臂分别用水银A、B封闭一定质量的理想气体，各部分长度如图所示，单位为厘米。将玻璃管逆时针转动90°，水银柱稳定后。（已知大气压强，环境温度不变）求：
(1)转动后右管封闭气体的压强；
(2)水银柱A移动的距离。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）设长的空气柱为气体，长的空气柱为气体，B液柱移动的距离为
对气体初状态，
末状态，
根据玻意耳定律可知
代入数据解得
即转动后右管封闭气体的压强
（2）对气体初状态，
末状态，
根据玻意耳定律可知
代入数据解得
水银柱A移动的距离
“竹筒炮”是70、80后小时候喜爱的自制玩具，各地对其叫法不一，其原理化简示意图如图所示。筒径均匀的圆竹筒，长，横截面积，在其两端A、B处分别塞紧湿纸团，将筒中空气密闭，用筷子快速压缩A处纸团至处，与B距离，再经，B处纸团被射出。若B处纸团质量，与竹筒间滑动摩擦力，最大静摩擦大于滑动摩擦力，不计温度变化，已知1个大气压，求：
(1)B处纸团的射出速度v；
(2)若压缩A处纸团至的过程中，漏掉了1个大气压的空气，且之后不再漏气，B处纸团仍静止在原位，则此时B处纸团受到的摩擦力为多大。
【答案】(1)
(2)7.5N
【详解】（1）压缩前筒内气体的体积为
压缩前筒内气体的压强为
压缩后筒内气体体积为
根据玻意耳定律
联立解得
B处纸团受到筒内气体向右的压力为
B处纸团质量
根据牛顿第二定律有
解得
B处纸团经，B处纸团被射出，由运动学公式
解得
（2）漏掉了1个大气压的空气，则实际气体体积为
压缩后体积为
根据玻意耳定律
联立解得
B处纸团受到筒内气体向右的压力为
因为B处纸团静止，根据二力平衡，此时B处纸团受到摩擦力为
命题点三　气体实验定律的应用
1．气体实验定律
玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律
内容 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 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比
表达式 p1V1＝p2V2 ＝或 ＝ ＝或 ＝
图象
2.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，即分子间无分子势能．
(2)理想气体的状态方程
一定质量的理想气体状态方程：＝或＝C.
气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例．
如图所示，一导热良好、内壁光滑、高度为H、横截面积为S的汽缸顶部开口并带有卡环，用质量为m的活塞（厚度不计）封闭一定质量的理想气体，当缸内气体的热力学温度为时，活塞到汽缸底的距离为，环境温度缓慢升高，在活塞缓缓上升的过程中有部分气体漏出，当缸内气体的热力学温度上升到时，活塞恰好到达卡环处，外界大气压强恒为p ，重力加速度大小为g，求：
(1)封闭气体的压强p；
(2)漏出气体与剩余气体质量的比值k。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）对活塞进行受力分析可知，活塞受到重力、外界气体施加的竖直向下的压力和内部气体施加的竖直向上的支持力处于平衡状态，故列平衡方程有
解得
（2）假设封闭气体等压膨胀到时的体积为，由盖·吕萨克定律，则有
解得
则漏出气体的体积为
故漏出气体与剩余气体质量的比值
实验时某同学发现橡皮塞卡在装有水的玻璃瓶的瓶口无法取出，为取出橡皮塞该同学采取了以下措施：他先将玻璃瓶置于温度为87℃的恒温水中，稳定后橡皮塞恰好移动；然后将瓶从水中取出静置足够长时间，用注射器缓慢向瓶内注入150mL空气后，橡皮塞恰好移动，已知玻璃瓶容积为1000mL，橡皮塞的横截面积为2×10-3m2，橡皮塞与瓶口间的滑动摩擦力为40N，环境温度始终为15℃，大气压强为1.0×105Pa，整个过程橡皮塞密封性良好，不计橡皮塞质量及体积。求：
(1)玻璃瓶中水的体积；
(2)注射器注入的空气与瓶内原有空气的质量比。
【答案】(1)375mL
(2)
【详解】（1）加热过程气体经历等容变化，则，
解得
充气过程中，
解得
（2）瓶内原有气体，根据玻意耳定律可得
注入气体与原有气体质量的比值
容积V=9L的密闭容器中装有一定质量的理想气体，开始时气体的压强p=5×104Pa，温度T1=300K。一段时间后，气体的温度升为T2=360K。为保证容器中气体的压强不超过p，需用抽气筒对容器抽气，每次可以抽取V1=1L的气体，抽气过程温度不变。求：
(1)温度刚升为T2时气体的压强；
(2)至少需要抽气的次数。
【答案】(1)6×104Pa
(2)2
【详解】（1）根据气体做等容变化的规律，根据查理定律有
解得
（2）设第一次抽气后气体压强为p01，抽气过程温度不变，根据玻意耳定律
解得
设第二次抽气后气体压强为p02，则根据玻意耳定律
解得
所以至少需要抽气2次。
一定质量的理想气体，状态变化过程如图中ABC图线所示，其中BC为一段双曲线。若将这一状态变化过程表示在下图中的p-T图像或V-T图像上，下列选项正确的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A
【详解】AB．分析图像可知，为等压膨胀， 是等温压缩（反比例函数图像为双曲线），是等容降温，根据理想气体状态方程，可知p-T图像中为平行横轴的直线， 是平行纵轴的直线，是过原点的直线，选项A正确，B错误；。
CD ．V-T图像中为过原点的直线， 是平行纵轴的直线，是平行横轴的直线，图像C的变化方向错误，故选项CD错误。
故选A。
某新型“自清洁玻璃”具有特殊的微纳米结构，水滴在其表面会形成接近球形的液滴并能自发滚落，滚落过程中几乎不会在玻璃表面留下痕迹。下列说法正确的是（　　）
A．水能浸润该“自清洁玻璃”
B．水滴呈球形是因为液体表面张力的作用
C．水滴表面的水分子间只存在分子引力
D．用该玻璃制成的两端开口的洁净毛细管竖直插入水中，管内液面比水面高
【答案】B
【详解】A．如果水能浸润该 “自清洁玻璃”，水在玻璃表面应该是铺展开的，而不是形成接近球形的液滴，所以水不能浸润该 “自清洁玻璃”， 故A错误；
B．液体表面张力会使液体表面有收缩的趋势，使得水滴呈球形，故B正确；
C．分子间引力和斥力是同时存在的，在水滴表面的水分子间也不例外，只是分子引力大于分子斥力，表现为引力，故C错误；
D．因为水不能浸润该玻璃，用该玻璃制成的两端开口的洁净毛细管竖直插入水中，管内液面应该比水面低，故D错误。
故选B。
爆米花是很多同学喜爱的零食，如图所示，爆米花机被清空里面的爆米花后开口向上放置在一边冷却，开始时机内气体温度为127℃，过一段时间后，气体温度降为27℃，大气压强不变，则此时机内气体质量是开始时气体质量的（ ）
A．倍 B．倍 C．倍 D．倍
【答案】D
【详解】开始时机内气体温度为T1=(127+273)K=400K时，体积为V，降温发生等压变化，当温度降为T2=(27+273)K=300K时，这部分气体的体积为，根据盖—吕萨克定律则有
解得
则降温后机内气体质量m与开始时机内气体质量之比为
此时机内气体质量是开始时气体质量的倍。
故选D。
如图的“拔火罐”是我国传统医学的一种治疗手段。在拔火罐操作中，医生需将罐内空气加热至某一温度t，随后迅速把火罐倒扣在皮肤上，当温度降至室温27℃时，罐内气体压强为大气压的0.8倍。已知大气压p0=1.0×105Pa，罐内封闭气体视为理想气体，忽略体积变化。则加热温度t为（　　）
A．87℃ B．102℃ C．207℃ D．227℃
【答案】B
【详解】由查理定律得
其中，，
解得t=102℃
故选B。
在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是（ ）
A．把柱塞快速地向下压
B．把柱塞缓慢地向上拉
C．在橡胶塞处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D．在橡胶塞处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
【答案】B
【详解】AB．该实验过程中要保证气体的温度保持不变，所以实验中要缓慢的推动活塞，目的是尽可能保证气体在实验过程中温度保持不变，故A错误，B正确；
CD．实验中为了方便读取封闭气体的体积，不需要再橡胶套处接另一注射器，故CD错误；
故选B。
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，其图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．气体在状态D的压强为3×105Pa
B．从A→B的过程中，气体分子的平均动能减小
C．在B→C的过程中，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数增多
D．完成A→B→C→D→A一个循环的过程中，气体对外界做功1.95×106J
【答案】D
【详解】A．由状态C到状态D，结合图像可知
解得，故A错误；
B．状态A到状态B的过程中，气体压强不变、体积增大，可知气体温度升高，气体分子的平均动能增大，所以状态B气体分子的平均动能比状态A气体分子的平均动能大，故B错误；
C．在B→C的过程中，体积不变，气体压强减小，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数减小，故C错误；
D．根据p-V图像中图线与横轴所围面积表示气体做功可知，完成A→B→C→D→A一个循环的过程中，气体对外界做功为，故D正确。
故选D。
一定质量的理想气体从状态经过状态、变化到状态，其图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．的过程中，气体对外界做功
B．的过程中，所有气体分子的动能都增大
C．的过程中，气体对外界做功
D．的过程中，气体先吸热后放热
【答案】A
【详解】A．a→b的过程中，气体温度不变，压强减小，则体积变大，则气体对外界做功，A正确；
B．b→c的过程中，气体温度升高，分子平均动能变大，但并非所有气体分子的动能都增大，B错误；
C．根据可得
则由于d点与原点连线斜率大于c点与原点连线的斜率，可知d态对应的体积小于c态的体积，则c→d的过程中，体积减小，外界对气体做功，C错误；
D．由图可知a→b的过程中，气体温度不变，气体与外界没有热量交换，b→c的过程中，气体温度升高，气体从外界吸收热量，D错误。
故选A。
湖水从湖底到湖面，对应温度逐渐升高，在深的湖底产生一个体积为的气泡，逐渐上升到湖面。已知湖底温度为，湖面温度为，大气压强，重力加速度大小取，水的密度为，摄氏温度和热力学温度的关系为。下列说法正确的是（　　）
A．气泡上升过程分子数密度增大
B．气泡上升过程分子平均动能不变
C．气泡上升过程撞到气泡单位面积上的气体分子数不变
D．气泡上升到水面时体积变为
【答案】D
【详解】A．气泡上升，气泡内气体压强减小，温度升高，由理想气体状态方程可知，封闭气体体积增大，则分子数密度减小，故A错误；
B．温度升高，分子平均动能增大，故B错误；
C．气泡上升过程压强减小，分子平均动能增大，则撞到气泡单位面积上的气体分子数变少，故C错误；
D．深处的压强
对应的温度
水面的温度
根据理想气体状态方程有
代入数据可得
故D正确。
故选D。
如图所示是一定质量的理想气体缓慢的由状态A经过状态B变为状态C再到状态D的图像。已知气体在状态A时的压强是。则对应的气体的变化图像正确的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】C
【详解】从题图可以看出，A与连线的延长线经过原点，根据理想气体状态方程可知，从A到是等压变化，即有
根据盖—吕萨克定律有
解得
从到是等容变化，根据查理定律有
解得
从到是等温变化，根据波意尔定律有
解得
结合上述，只有第三个图像满足要求。
故选C。
如图为“用传感器探究气体等温变化的规律”的实验装置，实验时某同学缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐减小的过程中，由注射器壁上的刻度读出气体的体积V，由压强传感器测得的压强值p在计算机屏幕上实时显示，实验过程中该同学发现，封闭气体的温度有缓慢且细微的升高，则实验得到的图像可能是（　　）
A． B． C． D．
【答案】B
【详解】根据理想气体状态方程
整理可得
由此可知，随着环境温度的升高，图像的斜率会逐渐变大。
故选B。
如图，一竖直放置、导热良好的汽缸上端开口，汽缸内壁上有卡口a和b，a距缸底的高度为H，a、b间距为0.5H，活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质量的氮气。开始时活塞静止在卡口a处，活塞与卡口a间的弹力大小为。现打开阀门K，缓慢向缸内充入压强为、温度为的氮气，稳定后活塞恰好到达卡口b处，关闭阀门K。已知活塞质量为m，横截面积为S，厚度可忽略，活塞与汽缸间的摩擦忽略不计，大气压强为，环境温度恒为，氮气可视为理想气体，重力加速度大小为g，。求：
(1)活塞在卡口a和卡口b时氮气的压强（结果用表示）；
(2)充入缸内的氮气在压强为、温度为状态下的体积；
(3)关闭阀门K，若环境温度升为。稳定后，阀门K由于故障缓慢漏气，求活塞恰好与卡口b分离时，漏出的氮气与容器内剩余氮气的质量比（漏气过程中气体温度保持为）。
【答案】(1)，
(2)
(3)
【详解】（1）在卡口a处对活塞由受力平衡
由题意，
代入得
恰好到达卡口b处时对活塞由受力平衡
得
（2）对缸内已有氮气和充入的氮气，由
解得
（3）设漏出氮气体积为V，初末状态压强相等，由状态方程
解得
所以漏出的氮气与容器内剩余氮气的质量比
夏天高温天气下，在某次行驶中，胎压监测系统（TPMS）显示一条轮胎的胎压为3.20atm，温度为47℃。考虑到胎压过高可能影响行车安全，驾驶员采取了相应的措施。假设轮胎内部体积保持不变，气体视为理想气体。求：
(1)措施一，驾驶员将车辆停放到27℃的车库，足够长时间后胎压的数值；
(2)措施二，驾驶员快速放出的气体后，轮胎内部温度迅速降至27℃，此时胎压的数值。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）根据查理定律
即
解得
（2）快速放出的气体可以等效为气体体积膨胀为原来的倍，根据
即
解得
某品牌“锁鲜包”采用了气调保鲜技术，通过向包装内充入惰性气体，隔绝氧气和抑制细菌生长。如图所示，某锁鲜包容积为800ml，包内盛放质量为250g、体积为200ml的辣鸭脖。在的低温车间里封装完毕后，通过冷链运输至各销售门店，由于温度改变，锁鲜包封装膜“鼓起”的体积为锁鲜包容积的5%。已知销售门店的温度，大气压强，锁鲜包内外温度始终一致，求：
(1)在门店销售时，锁鲜包内的气体压强（结果用分数表示）；
(2)为了防止喷溅，在开启包装前，需要先给锁鲜包“放气”直至包内外压强相同（封装膜不再鼓起），放气过程中，锁鲜包放出的气体与封装时包内气体的质量之比。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）封装时锁鲜包的气体，，
在销售门店锁鲜包的气体压强为p，，
根据气体状态方程有
可得
（2）在放气过程中放出的气体体积，根据玻意尔定律有
解得
则
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第33讲　固体、液体和气体
知识内容 说明
固体的微观结构、晶体和非晶体　液晶的微观结构 在高考中，这部分内容通常以选择题，简单计算题的形式出现，难度一般中等或偏易，常与分子动理论、热力学定律等知识结合起来考查，注重考查学生对基本概念和规律的理解与应用能力，以及运用相关知识解释一些热现象的能力。
液体的表面张力现象
饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压　相对湿度
气体分子运动速率的统计分布　气体实验定律　理想气体
一、固体的微观结构、晶体和非晶体　液晶的微观结构
1．晶体与非晶体
　分类 比较　 晶体 非晶体
单晶体 多晶体
外形 规则 不规则
熔点 确定 不确定
物理性质 各向异性 各向同性
原子排列 有规则，但多晶体每个晶体间的排列无规则 无规则
形成与转化 有的物质在不同条件下能够形成不同的形态．同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可转化为晶体
典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香
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
现象 原因
晶体有规则的外形 由于内部微粒有规则的排列
晶体各向异性 由于内部从任一结点出发在不同方向的相同距离上的微粒数不同
晶体的多形性 由于组成晶体的微粒可以形成不同的空间点阵
3.液晶
(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向异性，又可以自由移动位置，保持了液体的流动性。
(2)液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。
(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杂乱无章的。
(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变。
二、液体的表面张力现象
1．概念
液体表面各部分间互相吸引的力。
2．作用
液体的表面张力使液面具有收缩到表面积最小的趋势。
3．方向
表面张力跟液面相切，且跟这部分液面的分界线垂直。
4．大小
液体的温度越高，表面张力越小；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。
三、饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压　相对湿度
1．饱和汽与未饱和汽
(1)饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽。
(2)未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽。
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，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。
3．相对湿度
空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比。即：相对湿度＝。
四、气体分子运动速率的统计分布　气体实验定律　理想气体
1．气体和气体分子运动的特点
2．气体的压强
(1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力。
(2)大小：气体的压强在数值上等于气体作用在单位面积上的压力。公式：p＝。
(3)常用单位及换算关系：
①国际单位：帕斯卡，符号：Pa,1 Pa＝1 N/m2。
②常用单位：标准大气压(atm)；厘米汞柱(cmHg)。
③换算关系：1 atm＝76 cmHg＝1.013×105Pa
≈1.0×105Pa。
3.气体实验定律
玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律
内容 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 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比
表达式 p1V1＝p2V2 ＝或＝ ＝或＝
图象
4.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。
(2)理想气体的状态方程
一定质量的理想气体状态方程：＝或＝C。
气体实验定律可看作一定质量理想气体状态方程的特例。
命题点一　固体与液体的性质
1．晶体与非晶体
单晶体 多晶体 非晶体
外形 规则 不规则 不规则
熔点 确定 确定 不确定
物理性质 各向异性 各向同性 各向同性
典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香
形成与 转化 有的物质在不同条件下能够形成不同的形态．同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体.
2.液体的表面张力
(1)作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．
(2)方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．
3．液晶的物理性质
(1)具有液体的流动性．
(2)具有晶体的光学各向异性．
(3)从某个方向看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的．
黑龙江的冬季，在特定温度下冰晶会形成规则的六边形结构，这种自然形成的完美六方晶体不仅是大气的艺术品，更为新型人工晶体制备提供了启示，比如在半导体晶圆生长工艺中，借鉴冰晶的稳态控制方法可将缺陷密度降低40%以上。下列说法正确的是（　　）
A．冰晶的规则排列表明分子间作用力具有方向性
B．冰晶融化时，分子热运动的平均动能保持不变
C．温度升高时，冰晶内分子热运动平均速率增大
D．冰晶熔化过程中，内能增加但温度不变
石墨是碳原子按图甲排列形成的，其微观结构为层状结构。图乙为石墨烯的微观结构，单碳层石墨烯是单层的石墨，厚1毫米的石墨大概包含大约三百万层石墨烯。石墨烯是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型材料。则（　　）
A．石墨中的碳原子静止不动
B．碳原子的直径大约为3×10-9 m
C．石墨烯的物理性质沿各个方向一定不同
D．石墨烯的熔解过程中，碳原子的平均动能不变
如图所示，将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开一个保护罩，再拿出来，绒毛还能保持干燥，原因是（　　）
A．泡的时间短 B．水浸润绒毛
C．水虽浸润绒毛，但有水的表面张力作用 D．水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用
命题点二　气体压强的产生与计算
1．产生的原因
由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强．
2．决定因素
(1)宏观上：决定于气体的温度和体积．
(2)微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度．
3．平衡状态下气体压强的求法
(1)液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强．
(2)力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强．
(3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等．液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强．
4．加速运动系统中封闭气体压强的求法
选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解．
如图所示，粗细均匀的U形玻璃管竖直放置，两管口相平且两管口均封闭，管内有一段水银，封闭有A、B两段气柱，B气柱长为，左管中水银液面比右管中水银液面高，大气压强为．现将左管口开一个小孔，待稳定时，左、右两管中水银液面刚好相平，设气体温度不变，求：
(1)开始时，封闭的A气柱气体的压强；
(2)左管口开孔后，稳定时进入管中的气体质量与原A气柱气体质量之比．（用分数表示）
竖直放置粗细均匀的Z形细玻璃管（忽略管的内径）左臂足够长，左臂开口右臂封闭，两臂分别用水银A、B封闭一定质量的理想气体，各部分长度如图所示，单位为厘米。将玻璃管逆时针转动90°，水银柱稳定后。（已知大气压强，环境温度不变）求：
(1)转动后右管封闭气体的压强；
(2)水银柱A移动的距离。
“竹筒炮”是70、80后小时候喜爱的自制玩具，各地对其叫法不一，其原理化简示意图如图所示。筒径均匀的圆竹筒，长，横截面积，在其两端A、B处分别塞紧湿纸团，将筒中空气密闭，用筷子快速压缩A处纸团至处，与B距离，再经，B处纸团被射出。若B处纸团质量，与竹筒间滑动摩擦力，最大静摩擦大于滑动摩擦力，不计温度变化，已知1个大气压，求：
(1)B处纸团的射出速度v；
(2)若压缩A处纸团至的过程中，漏掉了1个大气压的空气，且之后不再漏气，B处纸团仍静止在原位，则此时B处纸团受到的摩擦力为多大。
命题点三　气体实验定律的应用
1．气体实验定律
玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律
内容 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 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比
表达式 p1V1＝p2V2 ＝或 ＝ ＝或 ＝
图象
2.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，即分子间无分子势能．
(2)理想气体的状态方程
一定质量的理想气体状态方程：＝或＝C.
气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例．
如图所示，一导热良好、内壁光滑、高度为H、横截面积为S的汽缸顶部开口并带有卡环，用质量为m的活塞（厚度不计）封闭一定质量的理想气体，当缸内气体的热力学温度为时，活塞到汽缸底的距离为，环境温度缓慢升高，在活塞缓缓上升的过程中有部分气体漏出，当缸内气体的热力学温度上升到时，活塞恰好到达卡环处，外界大气压强恒为p ，重力加速度大小为g，求：
(1)封闭气体的压强p；
(2)漏出气体与剩余气体质量的比值k。
实验时某同学发现橡皮塞卡在装有水的玻璃瓶的瓶口无法取出，为取出橡皮塞该同学采取了以下措施：他先将玻璃瓶置于温度为87℃的恒温水中，稳定后橡皮塞恰好移动；然后将瓶从水中取出静置足够长时间，用注射器缓慢向瓶内注入150mL空气后，橡皮塞恰好移动，已知玻璃瓶容积为1000mL，橡皮塞的横截面积为2×10-3m2，橡皮塞与瓶口间的滑动摩擦力为40N，环境温度始终为15℃，大气压强为1.0×105Pa，整个过程橡皮塞密封性良好，不计橡皮塞质量及体积。求：
(1)玻璃瓶中水的体积；
(2)注射器注入的空气与瓶内原有空气的质量比。
容积V=9L的密闭容器中装有一定质量的理想气体，开始时气体的压强p=5×104Pa，温度T1=300K。一段时间后，气体的温度升为T2=360K。为保证容器中气体的压强不超过p，需用抽气筒对容器抽气，每次可以抽取V1=1L的气体，抽气过程温度不变。求：
(1)温度刚升为T2时气体的压强；
(2)至少需要抽气的次数。
一定质量的理想气体，状态变化过程如图中ABC图线所示，其中BC为一段双曲线。若将这一状态变化过程表示在下图中的p-T图像或V-T图像上，下列选项正确的是（　　）
A． B．
C． D．
某新型“自清洁玻璃”具有特殊的微纳米结构，水滴在其表面会形成接近球形的液滴并能自发滚落，滚落过程中几乎不会在玻璃表面留下痕迹。下列说法正确的是（　　）
A．水能浸润该“自清洁玻璃”
B．水滴呈球形是因为液体表面张力的作用
C．水滴表面的水分子间只存在分子引力
D．用该玻璃制成的两端开口的洁净毛细管竖直插入水中，管内液面比水面高
爆米花是很多同学喜爱的零食，如图所示，爆米花机被清空里面的爆米花后开口向上放置在一边冷却，开始时机内气体温度为127℃，过一段时间后，气体温度降为27℃，大气压强不变，则此时机内气体质量是开始时气体质量的（ ）
A．倍 B．倍 C．倍 D．倍
如图的“拔火罐”是我国传统医学的一种治疗手段。在拔火罐操作中，医生需将罐内空气加热至某一温度t，随后迅速把火罐倒扣在皮肤上，当温度降至室温27℃时，罐内气体压强为大气压的0.8倍。已知大气压p0=1.0×105Pa，罐内封闭气体视为理想气体，忽略体积变化。则加热温度t为（　　）
A．87℃ B．102℃ C．207℃ D．227℃
在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是（ ）
A．把柱塞快速地向下压
B．把柱塞缓慢地向上拉
C．在橡胶塞处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D．在橡胶塞处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
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，其图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．气体在状态D的压强为3×105Pa
B．从A→B的过程中，气体分子的平均动能减小
C．在B→C的过程中，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数增多
D．完成A→B→C→D→A一个循环的过程中，气体对外界做功1.95×106J
一定质量的理想气体从状态经过状态、变化到状态，其图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．的过程中，气体对外界做功
B．的过程中，所有气体分子的动能都增大
C．的过程中，气体对外界做功
D．的过程中，气体先吸热后放热
湖水从湖底到湖面，对应温度逐渐升高，在深的湖底产生一个体积为的气泡，逐渐上升到湖面。已知湖底温度为，湖面温度为，大气压强，重力加速度大小取，水的密度为，摄氏温度和热力学温度的关系为。下列说法正确的是（　　）
A．气泡上升过程分子数密度增大
B．气泡上升过程分子平均动能不变
C．气泡上升过程撞到气泡单位面积上的气体分子数不变
D．气泡上升到水面时体积变为
如图所示是一定质量的理想气体缓慢的由状态A经过状态B变为状态C再到状态D的图像。已知气体在状态A时的压强是。则对应的气体的变化图像正确的是（　　）
A． B．
C． D．
如图为“用传感器探究气体等温变化的规律”的实验装置，实验时某同学缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐减小的过程中，由注射器壁上的刻度读出气体的体积V，由压强传感器测得的压强值p在计算机屏幕上实时显示，实验过程中该同学发现，封闭气体的温度有缓慢且细微的升高，则实验得到的图像可能是（　　）
A． B． C． D．
如图，一竖直放置、导热良好的汽缸上端开口，汽缸内壁上有卡口a和b，a距缸底的高度为H，a、b间距为0.5H，活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质量的氮气。开始时活塞静止在卡口a处，活塞与卡口a间的弹力大小为。现打开阀门K，缓慢向缸内充入压强为、温度为的氮气，稳定后活塞恰好到达卡口b处，关闭阀门K。已知活塞质量为m，横截面积为S，厚度可忽略，活塞与汽缸间的摩擦忽略不计，大气压强为，环境温度恒为，氮气可视为理想气体，重力加速度大小为g，。求：
(1)活塞在卡口a和卡口b时氮气的压强（结果用表示）；
(2)充入缸内的氮气在压强为、温度为状态下的体积；
(3)关闭阀门K，若环境温度升为。稳定后，阀门K由于故障缓慢漏气，求活塞恰好与卡口b分离时，漏出的氮气与容器内剩余氮气的质量比（漏气过程中气体温度保持为）。
夏天高温天气下，在某次行驶中，胎压监测系统（TPMS）显示一条轮胎的胎压为3.20atm，温度为47℃。考虑到胎压过高可能影响行车安全，驾驶员采取了相应的措施。假设轮胎内部体积保持不变，气体视为理想气体。求：
(1)措施一，驾驶员将车辆停放到27℃的车库，足够长时间后胎压的数值；
(2)措施二，驾驶员快速放出的气体后，轮胎内部温度迅速降至27℃，此时胎压的数值。
某品牌“锁鲜包”采用了气调保鲜技术，通过向包装内充入惰性气体，隔绝氧气和抑制细菌生长。如图所示，某锁鲜包容积为800ml，包内盛放质量为250g、体积为200ml的辣鸭脖。在的低温车间里封装完毕后，通过冷链运输至各销售门店，由于温度改变，锁鲜包封装膜“鼓起”的体积为锁鲜包容积的5%。已知销售门店的温度，大气压强，锁鲜包内外温度始终一致，求：
(1)在门店销售时，锁鲜包内的气体压强（结果用分数表示）；
(2)为了防止喷溅，在开启包装前，需要先给锁鲜包“放气”直至包内外压强相同（封装膜不再鼓起），放气过程中，锁鲜包放出的气体与封装时包内气体的质量之比。
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