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第十五章
第2讲　固体、液体和气体
热　学
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”).
1．单晶体的所有物理性质都是各向异性的． (　　)
2．单晶体有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的． (　　)
3．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体． (　　)
4．液晶是液体和晶体的混合物． (　　)
5．船浮于水面上是由于液体的表面张力作用的结果． (　　)
×
√
×
×
×
6．在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力的作用． (　　)
7．压强极大的气体不遵从气体实验定律． (　　)
8．气体分子占据的空间，即气体所充满的容器的容积． (　　)
9．一定质量的理想气体，在温度升高时，气体的压强一定增大． (　　)
√
√
√
×
考点一　固体和液体性质的理解
1．固体
(1) 分类：固体分为______和________两类．晶体又分为________和________．
(2) 晶体和非晶体的比较
晶体
非晶体
单晶体
多晶体
分类 比较 晶体 非晶体
单晶体 多晶体 外形 有规则的几何形状 无确定的几何形状 无确定的几何外形
熔点 确定 _______ 不确定
物理性质 各向异性 ___________ 各向同性
典型物质 石英、云母、明矾、食盐 各种金属 玻璃、橡胶、蜂蜡、松香、沥青
转化 晶体和非晶体在一定条件下可以相互_______ 确定
各向同性
转化
2．液体
(1) 液体的表面张力
① 作用效果：液体的表面张力使液面具有_______的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，_____形表面积最小．
② 方向：表面张力跟液面_______，跟这部分液面的各条分界线_______．
③ 形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间作用力表现为_______.
(2) 浸润和不浸润
① 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，液体不浸润固体．
② 毛细现象：浸润液体在细管中_______，不浸润液体在细管中_______．
收缩
球
相切
垂直
引力
上升
下降
3．液晶
(1) 液晶的物理性质
① 具有液体的_________．
② 具有晶体的_______________．
(2) 液晶的微观结构
从某个方向上看，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．
流动性
光学各向异性
典 题 悟 法
　　　　2023年5月，中国科学技术大学团队利用纳米纤维与合成云母纳米片研制出一种能适应极端环境的纤维素基纳米纸材料．如图所示为某合成云母的微观结构示意图，则该合成云母 (　　)
A．是非晶体　　　　
B．没有规则的外形
C．有固定的熔点　　　　
D．各向性质均相同
1
C
【解析】 合成云母的微观结构示意图是层状结构，说明云母是晶体，具有固定的熔点，故C正确．
　　　　(2025·南通四模)肥皂水浸润玻璃，现将粗细不同的两根玻璃管竖直插入肥皂水中，管内液面情形可能正确的是 (　　)
2
B
【解析】 浸润液体在毛细管中的液面是凹形的，它对下面的液体施加拉力，使液体沿着管壁上升，当向上的拉力跟管内液柱所受的重力相等时，管内的液体停止上升，达到平衡．所以肥皂水在玻璃中的高度大于外面液面的高度，并且管越细爬升越高，故B正确．
考点二　气体压强的
微观解释和计算
1．气体压强的微观解释
(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) 决定因素(一定质量的某种理想气体)
① 宏观上：决定于气体的温度和_______．
② 微观上：决定于分子的平均动能和分子的___________．
体积
密集程度
2．气体压强的计算
(1) 活塞模型
如图所示是最常见的封闭气体的两种方式．
求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程．
(2) 连通器模型如图所示，U形管竖直放置，同一液体中的相同高度处压强一定相等，则有pB＋ρgh2＝pA
而pA＝p0＋ρgh1
所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg(h1－h2).
典 题 悟 法
　　　　(2025·南通期末)空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，硝化棉燃烧．在压缩气体的过程中 (　　)
A．气体分子的数密度不变
B．气体分子的平均动能增大
C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力不变
D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
3
B
　　　　竖直平面内有如图所示的均匀玻璃管，用两段水银柱封闭两段空气柱a、b，各段水银柱高度如图所示，大气压强为p0，重力加速度为g，求空气柱a、b的压强大小．
答案： p0＋ρg(h2－h1－h3)　p0＋ρg(h2－h1)
4
【解析】 从开口端开始计算，右端大气压强为p0，同种液体同一水平面上的压强相同
所以b气柱的压强为pb＝p0＋ρg(h2－h1)
a气柱的压强为
pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)
平衡状态下气体压强的求法
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
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
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
考点三　气体实验定律　
理想气体状态方程
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从_______________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___________．
气体实验定律
分子势能
2．气体实验定律
反比
正比
正比
p2V2
比较 玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律
微观 解释 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_______．体积减小时，分子的数密度 _______，气体的压强_______ 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度__________，温度升高时，分子的平均动能_______，气体的压强_______ 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能_______．只有气体的体积同时增大，使分子的数密度_______，才能保持压强不变
图像
不变
增大
增大
保持不变
增大
增大
增大
减小
nRT
典 题 悟 法
　　　　(2024·海南卷)用铝制易拉罐制作温度计，一透明薄吸管里有一段油柱(长度不计)粗细均匀，吸管与罐密封性良好，罐内气体可视为理想气体，已知罐体积为330 cm3，薄吸管底面积为0.5 cm2，罐外吸管总长度为20 cm，当温度为27 ℃时，油柱离罐口10 cm，不考虑大气压强变化．下列说法中正确的是 (　　)
A．若在吸管上标注等差温度值，则刻度左密右疏
B．该装置所测温度不高于31.5 ℃
C．该装置所测温度不低于23.5 ℃
D．其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，则油柱离罐口距离增大
5
B
　　　　现代瓷器的烧制通常采用电热窑炉．如图所示是窑炉的简图，上方有一单向排气阀，当窑内气压升高到2.4p0(p0为大气压强)时，排气阀才会开启．某次烧制过程，初始时窑内温度为27 ℃，窑内气体体积为V0，压强为p0.
(1) 求窑内温度为387 ℃时窑内气体的压强．
答案： (1) 2.2p0　
6
(2) 求窑内温度为927 ℃时，排出气体质量与窑内原有气体质量的比值．
应用气体实验定律或理想气体状态方程解题的基本思路
考点四　气体状态变化的图像问题
四种图像的比较
典 题 悟 法
　　　　(2026·镇江期初)如图所示，导热良好的气筒内封闭一定质量体积为V0的理想气体．第1次缓慢推活塞，使气体体积减小到V1.第2次迅速压缩活塞，也把气体体积压缩至V1.两次压缩气体的过程中，下列关于气体压强p与气体体积V的图像可能正确的是 (　　)
7
C
处理气体状态变化的图像问题的技巧
1．图像上的某一条直线段或曲线段对应气体状态变化的一个过程，首先要看此过程属于等温、等容还是等压变化，然后用相应规律求解．
2．在V-T图像(或p-T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可直接根据气体实验定律确定两个状态参量的关系，也可根据某点与原点连线斜率的大小确定，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大．
随堂内化
1．(2025·南通第一次调研)黑磷的原子按照一定的规则排列呈片状结构，电子在同一片状平层内容易移动，在不同片状平层间移动时受到较大阻碍，则黑磷
(　　)
A．属于多晶体
B．没有固定的熔点
C．导电性能呈各向异性
D．没有天然的规则几何外形
C
【解析】 根据题意可知，黑磷属于单晶体，单晶体具有固定的熔点，有天然的规则几何外形，具有各向异性，故C正确，A、B、D错误．
2．(2025·黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古卷)某同学冬季乘火车旅行，在寒冷的站台上从气密性良好的糖果瓶中取出糖果后拧紧瓶盖，将糖果瓶带入温暖的车厢内一段时间后，与刚进入车厢时相比，瓶内气体 (　　)
A．内能变小　　　　
B．压强变大
C．分子的数密度变大　　　　
D．每个分子动能都变大
B
3．如图甲所示，系着细棉线的铁丝环从肥皂液里取出时留下一层薄膜，用烧热的针刺破左侧薄膜后，棉线和薄膜的形状如图乙所示．则 (　　)
A．图甲中，两侧薄膜对棉线均没有作用力
B．图甲中，薄膜的表面层与内部分子间距离相等
C．图乙中，薄膜收缩使棉线绷紧
D．图乙中，棉线某处受薄膜作用力方向沿棉线切线
方向
C
【解析】 图甲中，两侧薄膜对棉线均有作用力，由于表面水分子蒸发，薄膜的表面层与内部分子间距离不相等，故A、B错误；图乙中，由于表面张力是液体表面收缩，所以薄膜收缩使棉线绷紧，故C正确；因表面张力与液体表面相切，图乙中，棉线某处受薄膜作用力方向垂直棉线切线方向，故D错误．
4．将粗细不同、两端开口的玻璃毛细管插入装有某种液体的容器里，现象如图所示，下列说法中正确的是 (　　)
A．容器中的液体可能是水银
B．若在“问天”太空舱中进行实验，仍然是较细毛细管中的液面更高
C．若用不同液体进行实验，两毛细管中的高度差相同
D．图中毛细管附着层内的液体分子密度大于液体内部
D
【解析】 水银在玻璃表面是不浸润的，在玻璃管中是呈现凸形液面，故容器中的液体不可能是水银，故A错误；在太空舱中由于处在失重环境下，毛细现象更明显，液面直接攀升到毛细管顶部，毛细管越细，攀升速度越快，粗细不同的毛细管中液面都与毛细管齐平，故B错误；在毛细现象中，毛细管中液面的高低与液体的种类和毛细管的材质有关，若用不同液体进行实验，两毛细管中的高度差不一定相同，故C错误；图中毛细管内液面呈现浸润现象，说明固体分子对液体分子引力大于液体分子之间的引力，那么附着层的分子密度将会大于液体内部分子密度，故D正确．
配套热练
一、 选择题
1．下雪了，晶莹的雪花像轻盈的玉蝴蝶在翩翩起舞，雪花的形状如图所示．下列关于雪花的说法中，正确的是(　　)
A．是多晶体
B．是非晶体
C．具有各向异性
D．飞舞时，说明分子在做无规则运动
C
【解析】 单片雪花会呈现六度旋转对称结构体现了雪花凝结时各向异性，是单晶体，故A、B错误，C正确；雪花飞舞是因为空气流动的作用，并不能说明分子在做无规则运动，故D错误．
2．食盐是生活中不可缺少的调味品，如图所示是食盐中氯离子和钠离子的分布示意图．则 (　　)
A．氯离子和钠离子是静止不动的
B．离子的空间点阵分布特点说明食盐是晶体
C．盐粒受潮粘在一起形成的盐块是非晶体
D．食盐加热熔化过程中分子平均动能增加
B
【解析】 食盐晶体中的氯离子和钠离子并不是像结构图上所画的那些点一样静止不动的，它们时刻都在不停地振动，结构图中所画的那些点是它们的平衡位置，故A错误；离子的空间点阵分布特点说明食盐是晶体，故B正确；盐粒受潮粘在一起形成的盐块，形状不规则，但仍然是晶体，故C错误；食盐加热熔化过程中，温度不变，内能增加，所以分子平均动能不变，故D错误．
3．(2025·南通期末)在甲、乙两种材料上分别滴上一滴水，水滴在甲的表面逐渐散开并附着，在乙的表面滚来滚去．则 (　　)
A．水对甲材料浸润 B．水对乙材料浸润
C．水对两种材料都浸润 D．水对两种材料都不浸润
A
【解析】 浸润现象表现为液体在固体表面铺展附着，接触角小于90°；不浸润时液体收缩成球状，接触角大于90°.甲材料上水滴散开，说明水浸润甲；乙材料上水滴呈球状，说明水不浸润乙，故A正确．
4．(2025·苏州期末)如图所示，固定在铁架台上的烧瓶，通过橡胶塞连接一根水平玻璃管，向玻璃管中注入一段液柱．用手捂住烧瓶，会观察到液柱缓慢向外移动，此过程中瓶内气体 (　　)
A．温度不变
B．压强增大
C．分子平均动能减小
D．分子对器壁单位面积的作用力不变
D
【解析】 用手捂住烧瓶，则瓶内气体温度升高，故A错误；观察到液柱缓慢向外移动，瓶内气体体积变大，压强不变，故B错误；瓶内气体温度升高，分子平均动能变大，故C错误；因瓶内气体压强不变，则分子对器壁单位面积的作用力不变，故D正确．
5．(2025·南通四模)气球在空中缓慢上升，体积逐渐变大，将气球内的气体视为理想气体，忽略环境温度的变化，该过程中球内气体压强p和体积V的关系可能正确的是 (　　)
B
6．如图所示，两端开口的细玻璃管竖直插入水中，由于毛细现象管中水会沿管上升一段高度．如果沿虚线处将玻璃管上方截去，则稳定后的现象是 (　　)
D
【解析】 将两端开口的细玻璃管竖直插入水中，玻璃管内液面高于管外液面，这种现象称为毛细现象．玻璃管内液面凹下，说明水浸润玻璃管．如果沿虚线处将玻璃管上方截去，则稳定后的现象是D图，故D正确．
7．(2025·南通如皋第二次适应性考试)两端封闭的玻璃管水平放置，一段水银柱将管中的气体a、b隔开，水银柱处于静止状态，图中标明了气体a、b的体积和温度的关系．如果气体a、b均升高相同的温度，水银柱向左移动的是 (　　)
A
8．小明同学设计了一种测温装置，用于测量室内的气温(室内的气压为一个标准大气压，相当于76 cm汞柱产生的压强)，结构如图所示，大玻璃泡 A内有一定量的气体，与A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x可反映玻璃泡内气体的温度，即环境温度，当室内温度为27 ℃时，B管内水银面的高度为16 cm，B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计．下列说法中正确的是 (　　)
A．该测温装置利用了气体的等压变化的规律
B．B管上所刻的温度数值上高下低
C．B管内水银面的高度为22 cm时，室内的温度为－3 ℃
D．若把这个已经刻好温度值的装置移到高山上，测出的温度比
实际偏低
C
二、 计算题
9．(2025·镇江期初)一气象探测气球，充入压强为1个标准大气压、温度为27 ℃的氦气时，体积为3 m3.在探测过程中，气球内氦气的压强始终与外界大气压强相同，在上升过程中气球内部启动一持续加热装置而维持其温度不变，探测高度处的压强为0.5个标准大气压，气温为－13 ℃，到达探测高度后，停止加热，保持气球高度不变，求：
(1) 气球在停止加热前的体积．
答案： (1) 6 m3　
【解析】 (1) 1个标准大气压为1 atm，气球在停止加热前气球内的气体做等温变化，根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2
式子中p1＝1 atm，V1＝3 m3，p2＝0.5 atm
代入上式求得气球在停止加热前的体积V2＝6 m3
(2) 气球在停止加热较长一段时间后的体积．
答案：(2) 5.2 m3
10．某压力锅结构如图所示，厨师将食材放进锅内后盖上密封锅盖，并将压力阀套在出气孔上开始加热烹煮．当加热至锅内压强为1.27 atm时，压力阀刚要被顶起而发出嘶响声；继续加热，当锅内温度为117 ℃时达到沸点，停止加热．设压力阀刚要被顶起到达到沸点的过程，锅内压强不变．已知加热前锅内温度为27 ℃，压强为1 atm，忽略加热过程水蒸气和食材(包括水)导致的气体体积变化，气体可视为理想气体．求：
(1) 压力阀刚要被顶起时锅内温度．
答案：(1) 381 K或108 ℃　
(2) 停止加热时放出气体的质量与加热前锅内气体质量的比值．
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