新教材人教版高中物理选择性必修第三册第二章气体、固体和液体知识点考点重点难点提炼汇总

第二章气体、固体和液体

1.温度和温标.............................................................-1-

2.气体的等温变化........................................................-7-

3,气体的等压变化和等容变化................................................-12-

4.固体.................................................................-24-

5.液体.................................................................-29-

章末复习提高..............................................................-34-

1.温度和温标

一、状态参量与平衡态

1.热力学系统：由大量分子组成的系统。

2.外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体。

3.状态参量：为确定系统的状态所需要的一些量，如：隹积、压强、温度等。

4.平衡态：无外界影响，状态参量稳定的状态。

说明：平衡态是状态参量，不是过程量，处于平衡态的系统，状态参量在较长时

间内不发生变化。

二、热平衡与温度

1.热平衡：如果两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影

响而分别改变。经过一段时间，各自的状态参量不再变化了，即这两个系统达到了热

平衡。

2.热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统

彼此之间也必定处于热平衡。

3.温度：处于热平衡的系统之间有一“共同热学性质”，即温度。这就是温度

计能够用来测量温度的基本原理。

三'温度计与温标

1.温度计

名称原理

水银温度计根据水银的热膨胀的性质来测量温度

金属电阻温度计根据金属粕的电阻随温度的变化来测量温度

气体温度计根据气体压强随温度的变化来测量温度

热电偶温度计根据不同导体因调差产生电动势的大小来测量温度

2.温标：定量描述温度的方法。

(1)摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为此,

水的沸点为100°C。在0℃刻度与100C刻度之间均匀分成在0等份,每一份算作

1℃o

(2)热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温度。

(3)摄氏温度与热力学温度：

摄氏温度摄氏温标表示的温度，用符号乙表示，单位是摄氏度,符号为。C

热力学温度热力学温标表示的温度，用符号工表示，单位是开尔文,符号为K

换算关系T=/+273.15K

注意：变化1℃与变化1K是相等的。

考点1状态参量与平衡态

如图，将鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间，鸡蛋处于平衡态吗？

提示：鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间其温度、压强、体积都不再变化，是平

衡状态。

1.热力学的平衡态是一种动态平衡，组成系统的分子仍在不停地做无规则运动,

只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化，而力

学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动状态。

2.平衡态是一种理想情况，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的。系统

处于平衡态时，仍可能发生偏离平衡态的微小变化。

3.两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再

把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原

来没有发生过作用的系统。因此可以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变

化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。

【例1】(多选)下列说法中正确的是()

A.状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统的状态变化时，其各个状态参

量都会改变

B.当系统不受外界影响，且经过足够长的时间，其内部各部分状态参量将会达

到稳定

C.只有处于平衡态的系统才有状态参量

D.两个物体间发生热传递时，它们组成的系统处于非平衡态

思路点拨：(1)各个系统都有状态参量。

(2)当处于平衡态时，状态参量不再变化，非平衡时，状态参量要变化。

BD［由于描述系统的各种性质需要不同的物理量，只要其中某个量变化，系统

的状态就会发生变化，不一定各个状态参量都发生变化，选项A错误；系统处于平

衡态或非平衡态，只是状态参量有无变化，选项C错误；当系统不受外界影响时，

系统总要趋于平衡，其内部各部分状态参量趋于稳定，选项B正确：两个物体间发

生热传递时，两个物体组成的系统内部仍存在温差，故系统处于非平衡态，选项D

正确。］

处理平衡态的问题要注意以下三点

(1)平衡态与热平衡不同，平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡。

(2)必须要经过较长一段时间，直到系统内所有性质都不随时间变化为止。

(3)系统与外界没有能量的交换。

逮点2热平衡与温度

某工人在拿铁棒和木头时感觉到铁棒明显比木头凉，由于表示物体冷热程度的是

温度，于是这位工人得出当时“铁棒比木头温度低”的结论，你认为他的结论对吗？

请说明理由。

提示：不对。由于铁棒和木头都与周围的环境达到热平衡，故它们的温度是一样

的。之所以感觉到铁棒特别凉，是因为这位工人在单位时间内传递给铁棒的热量比较

多。

1.温度

(1)宏观上

①温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量。

②与热平衡的关系：各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之

间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度

相同，达到一个新的平衡状态。

(2)微观上

①反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志。

②温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度

是没有意义的。

2.热平衡

(1)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。

(2)若物体与A处于热平衡，它同时也与8达到热平衡，则A的温度等于B的温

度，这就是温度计用来测量温度的基本原理。

3.热平衡定律的意义

热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的测量提供了理论依据。因为互为热平

衡的物体具有相同的温度，所以比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只

需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。

【例2】关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的有()

A.只要温度不变且处处相等，系统就一定处于平衡态

B.两个系统在接触时，它们的状态不发生变化，说明这两个系统原来的温度是

相等的

C.热平衡就是平衡态

D.处于热平衡的几个系统的压强一定相等

思路点拨：(1)平衡态的各个参量都不变化。

(2)热平衡时必有相等的温度。

B［一般来说，描述系统的状态参量不只一个，根据平衡态的定义知所有性质都

不随时间变化，系统才处于平衡态，A错误：根据热平衡的定义知，处于热平衡的两

个系统温度相同，B正确，D错误；平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系

统相互影响的最终结果，C错误。］

热平衡与温度理解的两个误区

误区1：误认为只要温度不变，系统就处于平衡态

产生误区的原因是没有正确理解平衡态的概念，当系统内包括温度在内的所有状

态参量都不随时间变化时，系统才处于平衡态。

误区2：误认为平衡态就是热平衡

产生误区的原因是由于不理解热平衡与平衡态的关系，错误地认为处于平衡态的

两个物体之间一定会处于热平衡。其实各自处于平衡态的两个物体温度不一定相同，

它们接触后各自的状态会发生变化，直到达到热平衡为止。

2点”温度计与温标

摄氏温标（以前称为百分温标）是由瑞典天文学家摄尔修斯设计的。如图所示，在

一标准大气压下，把冰点定为0℃,汽化点定为100℃,因此在这两个固定点之间共

为100℃,即100等份，每等份代表1摄氏度，用1C表示，用C标表示的温度叫作

摄氏温度，常用f表示。摄氏温标用摄氏度做单位。热力学温标由英国科学家威廉・汤

姆孙（开尔文）创立，它表示的温度叫热力学温度，常用T表示，用K做单位。

喘—水的沸点

累

累

北

北一室温

。一水的冰点

-1O

-M

试探究：1.热力学温标与摄氏温标之间的关系是什么?

2.如果可以粗略地取一273c为绝对零度，在一标准大气压下，冰的熔点是多

少摄氏度，为多少开？水的沸点又是多少摄氏度，为多少开?

提示：1.关系式为T=/+273.15K

2.冰的熔点为0C,为273K;水的沸点为100℃,即373K。

1.“温度”含义的两种说法

宏观角温度表示物体的冷热程度，这样的定义带有主观性，因为冷热是由人体

度的感觉器官比较得到的，往往是不准确的

温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的。热平衡定律指出，两个

热平衡

系统相互处于热平衡时，存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是

角度

温度，这样的定义更具有科学性

2.温度计测量原理

一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。使温度计与待测物体接触，达到热平

衡，其温度与待测物体的温度相同。

3.温标

(1)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标。

(2)比较摄氏温标和热力学温标。

摄氏温标热力学温标

提出者摄尔修斯和施勒默尔英国物理学家开尔文

一个标准大气压下冰水混

零度的规定-273.15℃绝对零度

合物的温度

温度名称摄氏温度热力学温度

温度符号tT

单位名称摄氏度开尔文

单位符号℃K

T=r+273.15K

关系

粗略表示：273K

【例3】仿照实验室使用的液体温度计的原理，某同学设计了一个简易的气体

温度计，如图所示，瓶中装的是气体，瓶塞密封不漏气，瓶塞上面细弯管中有一段液

柱。

(1)当温度升高时，液柱将向哪边移动？

(2)此温度计如何标上刻度呢？

思路点拨：(1)此温度计是根据气体热胀冷缩原理制成的。

(2)必定是左边温度高，右边温度低。

［解析］(1)当温度升高时，瓶内的气体受热膨胀挤压上方的液柱，液柱就会向左

移动；(2)将此装置放在一个标准大气压下的冰水混合物中，在液柱正中间处标上0℃,

将它放在一个标准大气压下的沸水中，在液柱正中间处标上100°C,然后将以上两个

刻度之间的部分进行100等分，标上刻度就成了一个温度计。

［答案］见解析

(1)热力学温度与摄氏温度的关系是T=f+273.15K,因此对于同一温度来说，用

不同的温标表示，数值不同，这是因为零值选取不同。

(2)在热力学温标与摄氏温标中，热力学温度升高(或降低)1K,则摄氏温度也升

高(或降低)1℃o

【一题多变］(1)你能说出这个温度计的测温原理吗？

(2)为了提高此温度计的灵敏度，便于读数，可采取什么措施？

［解析］(1)这个温度计的测温原理是测温气体的热胀冷缩。

(2)细弯管再细一些，瓶子再大一些且气体再多些，细弯管内的液体尽可能少些

等，都可以提高灵敏度。

［答案］见解析

2.气体的等温变化

一、气体的等温变化

1.等温变化

一定质量的某种气体,在温度不变的条件下,其压强与体积变化时的关系叫作气

体的等温变化。

2.实验探究

(1)实验器材：铁架台、注射器、橡胶套、压力表(压强表)等。注射器下端用橡胶

套密封，上端用柱塞封闭一段空气柱，这段空气柱是我们的研究对象。

(2)数据收集：空气柱的压强。由上方的压力表读出,体积2用刻度尺读出的空

气柱长度/乘气柱的横截面积5。用手把柱塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几

组值。

(3)数据处理

以压强p为纵坐标，以体积的倒数上为横坐标建立直角坐标系，将收集的各组数

据描点作图，若图像是过原点的直线，说明压强跟体积的倒数成正比,即压强跟体积

成反比。

注意：作p-V图像双曲线不好判定，作p-十图像是过原点的倾斜直线，易判定压

强跟体积成反比。

二'玻意耳定律

1.玻意耳定律

(1)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V成反比。

(2)公式：〃丫=。(常量)或0|0=〃2量。

(3)适用条件：

①气体质量不变、温度不变。

②气体温度不太低、压强不太大。

2.气体的等温变化的p-V图像

(Dp-v图像：一定质量的气体的“V图像为一条双曲线,如图甲所示。

甲乙

(2)〃1图像：一定质量的气体的p-土图像为过原点的倾斜直线，如图乙所示。

乂点y________________玻意耳定律

在一个恒温池中，一串串气泡由池底慢慢升到水面，有趣的是气泡在上升过程中,

体积逐渐变大，到水面时就会破裂。问题：

(1)上升过程中，气泡内气体的温度发生改变吗？

(2)上升过程中，气泡内气体的压强怎么改变？

(3)气泡在上升过程中体积为何会变大？

提示：(1)因为在恒温池中，所以气泡内气体的温度保持不变。

(2)变小。

(3)由玻意耳定律pV=C可知，压强变小，气体的体积增大。

对玻意耳定律的理解及应用

1.成立条件：玻意耳定律piVl=p2V2是实验定律，只有在气体质量一定、温度

不变的条件下才成立。

2.玻意耳定律的数学表达式中的常量C不是一个普适恒量，它与气体的

种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该恒量C越大。

3.应用玻意耳定律的思路和方法：

(1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律成立的条件。

确定初、末状态及状态参量、％、pi,

(2)(piV2)

(3)根据玻意耳定律列方程〃1%=〃丫2,代入数值求解(注意各状态参量要统一单

位)。

(4)注意分析题目中的隐含条件，必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程。

(5)有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要删去。

【例1】如图所示，一个上下都与大气相通的直圆筒，内部横截面积为S=0.01

n^,中间用两个活塞A和8密闭一定质量的气体。A、8都可沿圆筒无摩擦地上下滑

动，且不漏气。A的质量不计，8的质量为并与一劲度系数为攵=5X103N/m的

较长的弹簧相连。已知大气压po=IX1()5pa,平衡时两活塞之间的距离/o=O.6m,

现用力压A,使之缓慢向下移动一段距离后，保持平衡。此时用于压A的力F=500N,

求活塞A下移的距离。

思路点拨：(1)因为是缓慢下移所以密闭气体温度不变。

⑵应用玻意耳定律可以求出L

［解析］设活塞A下移距离为/，活塞3下移的距离为x,对圆筒中的气体:

初状态：pi=poVi=/oS

末状态：〃2=必+(V2=(lo+x—r)S

由玻意耳定律得piVl=p2V2

p

即poloS=(/?O+T)-(/O+X—/)-S①

kJ

根据胡克定律尸="②

代数解①②得/=0.3mo

［答案］0.3m

应用玻意耳定律解题时的两个误区

误区1：误认为在任何情况下玻意耳定律都成立。只有一定质量的气体在温度不

变时，定律成立。

误区2：误认为气体的质量变化时，一定不能用玻意耳定律进行分析。

当气体经历多个质量发生变化的过程时，可以分段应用玻意耳定律进行列方程，

也可以把发生变化的所有气体作为研究对象，保证初、末态的气体的质量、温度不变,

应用玻意耳定律列方程。

气体等温变化的p-V图像

在如图所示的p-V图上，两条等温线表示的温度A和/2哪一个比较高？为什么？

p

0V

提示：在两条等温线上取体积相同的两个点（即两个状态）A和8,可以看出

PB因此t2>t\o

P-V图像及P-%图像上等温线的物理意义

1.一定质量的某种气体，其等温线是双曲线，双曲线上的每一个点均表示一定

质量的气体在该温度下的一个状态，而且同一条等温线上每个点对应的P、V坐标的

乘积都是相等的，如图甲所示。

2.玻意耳定律〃丫=。（常量），其中常量C不是一个普通常量，它随气体温度的

升高而增大，温度越高，常量C越大，等温线离坐标轴越远。如图乙所示，四条等

温线的关系为74>T3>T2>T1O

3.一定质量气体的等温变化过程，也可以用〃■图像来表示，如图所示。等温

线是一条延长线通过原点的倾斜直线，由于气体的体积不能无穷大，所以靠近原点附

近处应用虚线表示，该直线的斜率氏=f=pV8T,即斜率越大，气体的温度越高。

V

【例2】（多选）如图所示，是一定质量的某种气体状态变化的p-V图像，气体

由状态A变化到状态B的过程中,气体的温度和分子平均速率的变化情况的下列说

法正确的是()

A.都一直保持不变

B.温度先升高后降低

C.温度先降低后升高

D.平均速率先增大后减小

思路点拨：(1)温度是分子平均动能的标志，同种气体温度越高，分子平均动能

越大，分子平均速率越大。

(2)温度越高，pV值越大，p-V图像中等温线离坐标原点越远。

BD［由图像可知，PAVA=PBVB,所以A、8两状态的温度相等，在同一等温线

上，可在p-V图上作出几条等温线，如图所示。由于离原点越远的等温线温度越高，

所以从状态A到状态B温度应先升高后降低，分子平均速率先增大后减小。故A、C

错误，B、D正确。］

(1)不同的等温线温度不同，越靠近原点的等温线温度越低，越远离原点的等温

线温度越高。

(2)由不同等温线的分布情况可以判断温度的高低。

3.气体的等压变化和等容变化

一、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叫作气体的等压变

化。

2.盖一吕萨克定律

(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)公式：V=CT或4=最

(3)适用条件：气体质量一定;气体压强不变。

(4)等压变化的图像：由V=CT可知在V-T坐标系中，等压线是一条通过坐标原

点的倾斜的直线。对于一定质量的气体，不同等压线的斜率不同。斜率越小，压强越

大，如图所示，户>选填">"或加。

二、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)公式：p=CI_或卷=容

(3)等容变化的图像：从图甲可以看出，在等容过程中，压强p与摄氏温度/是一

次函数关系，不是简单的正比例关系。但是，如果把图甲中的直线A8延长至与横轴

相交，把交点当作坐标原点，建立新的坐标系(如图乙所示)，那么这时的压强与温度

的关系就是正比例关系了。图乙坐标原点的意义为气体压强为。时，其温度为0K。

可以证明，新坐标原点对应的温度就是

(4)适用条件：气体的质量一定,气体的体积不变。

说明：气体做等容变化时，压强p与热力学温度T成正比，即〃87，不是与摄

氏温度t成正比，但压强变化量bp与热力学温度变化量AT和摄氏温度的变化量Ar

都是成正比的，即△pocAT、Z)8M。

三'理想气体

1.理想气体

在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。

2.理想气体与实际气体

在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍的条件下，把实际气体

看成理想气体来处理。

3.理想气体的状态方程

(1)内容

一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管压强p、体积

V、温度T都可能改变，但是压强〃跟体积V的乘积与热力学温度T之比保持不变。

(2)表达式

①7［二T1<ay二k。

(3)成立条件

一定质量的理想气体。

说明：理想气体是一种理想化模型，是对实际气体的科学抽象。题目中无特别说

明时，一般都可将实际气体当成理想气体来处理。

四'对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。这就是玻意耳定律的微观解释。

2.盖一吕萨克定律

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。这就是盖一吕萨克定律的微观

解释。

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。这就是查理定律的微

观解释。

气体的等压变化

汽缸中封闭着温度为100°C的空气，一重物用绳索经滑轮跟汽缸中活塞相连接，

重物和活塞都处于平衡状态，这时活塞离汽缸底的高度为10cm,如果缸内空气温度

缓慢降至0℃。

试探究：(1)在变化过程中气体发生的是什么变化？

(2)此时活塞到缸底的距离是多大？

提示：(1)是等压变化。

(2)初状态Vi=SX(10cm),5=(273+100)K=373K;末状态Vi=lS,72=273Ko

Vlv?T

由五=五'得V2=k?%^S><(7.32cm),即活塞到缸房的距离/为7.32cm°

-~1.盖一吕萨克定律的适用范围

压强不太大，温度不太低。原因同查理定律。

2.公式变式

ViVI+AVZMVIAV

由方=Ti+AT倚元=而'

所以△片答AT=竽T”

1\V1

3.等压线

(l)V-T图像

①意义：反映了一定质量的气体在等压变化中体积与热力学温度T成正比的关

系。

②图像：过原点的倾斜直线。

③特点：斜率越大，压强越小。

(2)V-Z图像

①意义：反映了一定质量的气体在等压变化中体积与摄氏温度，成线性关系。

②图像：倾斜直线，延长线与/轴交点为-273.15°C。

③特点：连接图像中的某点与(一273.15°C,0),连线的斜率越大，压强越小。

［例1］如图甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V-T图

像，已知气体在状态A时的压强是1.5X1()5pa。

(1)说出A-8过程中压强变化的情形，并根据图像提供的信息，计算图中△的

值；

(2)请在图乙所示坐标系中，作出由状态A经过状态B变为状态C的p-T图像，

并在图像相应位置上标出字母A、8、Co如果需要计算才能确定有关坐标值，请写

出计算过程。

思路点拨：(1)在根据图像判断气体的状态变化时，首先要确定横、纵坐标表示

的物理量，其次根据图像的形状判断各物理量的变化规律。

(2)在气体状态变化的图像中，图线上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状

态，一个线段表示气体状态变化的一个过程。

［解析］(1)由图像可知A-3为等压过程，根据盖一吕萨克定律可得孕=孕，所

LA1B

VA04

以TA=^TB=^X30°K=20°K。

44

⑵根据查理定律得发=年,^X1.5X103Pa=

3PA

5

2.0X10Pao

则可画出由状态C的p-T图像如图所示。

［答案］(1)压强不变200K(2)见解析

(1)从图像中的某一点(平衡状态)的状态参量开始，根据不同的变化过程。先用相

对应的规律计算出下一点(平衡状态)的状态参量，逐一分析计算出各点的p、V、T。

(2)根据计算结果在图像中描点，连线作出一个新的图线，并根据相应的规律逐

一检查是否有误。

(3)图像特点：p-十图像、p-T图像、V-T图像过原点，在原点附近都要画成虚线。

2点2气体的等容变化

在炎热的夏天，打足气的自行车轮胎在日光的暴晒下有时会胀破，忽略轮胎体积

变化。

试探究：(1)气体发生的是什么变化？

(2)请解释原因。

提示：(1)气体生生的是等容变化。

(2)自行车轮胎体积一定，日光暴晒时，轮胎里的空气温度升高明显，气体压强

增大，当气体压强增大到超过轮胎承受的限度时，轮胎就会被胀破。

1.查理定律的适用条件

压强不太大，温度不太低的情况。当温度较低，压强较大时，气体会液化，定律

不再适用。

2.公式变式

由胃=篝效瞪=於或2岑P、'口=景1。

3.等容线

(l)p-T图像

①意义：反映了一定质量的气体在等容变化中，压强〃与热力学温度T成正比的

关系。

②图像：过原点的倾斜直线。

③特点：斜率越大，体积越小。

(2)p-f图像

①意义：反映了一定质量的气体在等容变化中，压强p与摄氏温度/的线性关系。

②图像：倾斜直线，延长线与，轴交点为一273.15

③特点：连接图像中的某点与(一273.15°C,0)连线的斜率越大，体积越小。

【例2】有人设计了一种测温装置，其结构如图所示，玻璃泡A内封有一定量

气体，与A相连的8管插在水槽中，管内水银面的高度x即可反映泡内气体的温度,

即环境温度，并可由8管上的刻度直接读出。设8管的体积与A玻璃泡的体积相比

可忽略不计。在1标准大气压下对B管进行温度刻度(1标准大气压相当于76cmHg

的压强，等于101kPa)。已知当温度九=27C时，管内水银面高度x=16cm,此高度

即为27℃的刻度线，f=0°C的刻度线在何处？

0

思路点拨：(1)玻璃泡A的容积不变，是等容变化。

(2)找到初末状态的piT,根据查理定律可求出刻度线的位置。

［解析］选玻璃泡A内的一定量的气体为研究对象，由于B管的体积可略去不计,

温度变化时，A内气体经历的是一个等容过程。

玻璃泡A内气体的初始状态：71=300K

pi=(76—16)cmHg=60cmHg

末态，即f=0℃的状态：7()=273K

由查理定律得

71)273

〃=亓91=豕俞X60cmHg=54.6cmHg

所以，=0℃时水银面的高度，即刻度线的位置是

xo=(76~54.6)cm=21.4cm。

［答案］21.4cm

利用查理定律解题的一般步骤

(1)确定研究对象，即被封闭的气体。

(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律成立条件，即是否是初、末态的

质量和体积保持不变。

(3)确定初、末两个状态的温度、压强。

(4)按查理定律公式列式求解，并对结果进行讨论。

冷点3理想气体的状态方程

在电视上同学们或许看到过有人乘坐热气球在蓝天翱翔的画面，其中的燃烧器时

而喷出熊熊烈焰，巨大的气球缓慢上升。如果有朝一日你乘坐热气球在蓝天旅行探险,

那将是一件有趣而刺激的事情。热气球为什么能升空？请探究其中的原理。

提示：以热气球及其中所含空气整体为研究对象，受重力及周围空气的浮力作用，

当燃烧器喷出火焰时，将气球内空气加热，温度升高，但气体压强始终等于外界大气

压强，可认为是不变的。由状态方程华=恒量知，p一定，T增大，则V增大，于是

气球内热空气体积膨胀，从下面漏出，使气球内所含空气的质量减小，热气球整体的

重力减小，当空气的浮力大于重力时，热气球便会上升。

1.理想气体状态方程与气体实验定律

乃时，pWi=p2V2(玻意耳定律)

〃1-〃2丫2)<丫1=丫2时，擀=隼(查理定律)

T\Ti

、P1=P2时，卷=卷(盖一吕萨克定律)

由此可见，三个气体实验定律是理想气体状态方程的特例。

2.理想气体状态变化的图像

一定质量的理想气体的状态参量P、V、T可以用图像上的点表示出来，用点到

点之间的连线表示气体从一个平衡态(与点对应)到另一个平衡态的变化过程。利用图

像对气体状态、状态变化及规律进行分析，是常用的方法。

(1)利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量、不同温度的两条等温线，不

同体积的两条等容线，不同压强的两条等压线的关系。

例如：如图甲所示，％对应的虚线为等容线，A、B是与八、T2两线的交点，可

以认为从8状态通过等容升压到A状态，温度必然升高，所以T2>TI。

又如图乙所示，Ti对应的虚线AB为等温线，从8状态到A状态压强增大，体积

一定减小，所以V2<Vio

(2)一定质量理想气体的图像

①等温变化

a.T一定时，在p-V图像中,等温线是一簇双曲线，图像离坐标轴越远，温度越

高，如图甲所示，乃>7K

b.T一定时，在.斗图像中，等温线是延长线过坐标原点的直线，直线的斜率越

大，温度越高，如图乙所示。

②等压变化

a.p一定时，在V-T图像中，等压线是一簇延长线过坐标原点的直线，直线的斜

率越大，压强越小，如图甲所示。

b.p一定时，在V-f图像中，等压线与f轴的交点总是一273.15C,是一条倾斜的

直线，纵截距表示0°C时气体的体积，如图乙所示。

③等容变化

a.V一定时，在图像中，等容线为一簇延长线过坐标原点的直线，直线的斜

率越小，体积越大，如图甲所示。

b.V一定时，在p-f图像中，等容线与，轴的交点是一273.15°C,是一条倾斜的

直线，纵截距表示气体在0°C时的压强，如图乙所示。

【例3】内壁光滑的导热汽缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质

量的活塞封闭压强为1.0X105pa、体积为Z.OXIO、m3的理想气体。现在活塞上方缓

缓倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半，然后将汽缸移出水槽，缓慢加热，

使气体温度变为127℃»(大气压强为L0X1()5pa)

p/(xKTPa)

3.0

2.0

1.0

102.0S.O^xlO-W)

(1)求汽缸内气体的最终体积(保留三位有效数字)；

⑵在如图所示的P-V图上画出整个过程中汽缸内气体的状态变化。

思路点拨：(1)在活塞上方缓缓倒沙子的过程是一个等温变化过程，缓慢加热的

过程是一个等压变化过程。

(2)等压过程的图线为平行于V轴的直线，等容过程的图线为平行于〃轴的直线,

等温过程的图线为双曲线的一支。

［解析］(1)在活塞上方倒沙的全过程中温度保持不变，即poVo=piVi,解得pi=

2.0X105Pa。

在缓慢加热到127°C的过程中压强保持不变，则察=?,所以於心1.5X10-3m3。

1112

(2)如图所示

p/(xlO5Pa)

3.0

：(1.52.0)

2.0

1.0

0，1.02.03.0V7(x10-3nP)

［答案］(1)1.5乂10-3m3(2)见解析

理想气体状态变化时注意转折点的确定

转折点是两个状态变化过程的分界点，挖掘隐含条件，找出转折点是应用理想气

体状态方程解决气体状态变化问题的关键。

*点4气体实验定律的微观解释

中央电视台在《科技之光》栏目中曾播放过这样一个节目：把液氮倒入饮料瓶中，

马上盖上瓶盖并拧紧，人立刻撤离现场，一会儿饮料瓶爆炸，你能解释一下原因吗？

提示：液氮吸热汽化，分子运动加快，饮料瓶内气体压强迅速增大，当大于瓶壁

承受的压强时，饮料瓶爆炸。

1.玻意耳定律

(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强

增大；体积增大，压强减小。

(2)微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积越小，分子的数密度越大,

单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大，如图所示。

体积大体积小

2.盖一吕萨克定律

(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大,

温度降低，体积减小。

(2)微观解释：温度升高，分子平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使

压强不变，则需影响压强的另一个因素，即分子的数密度减小，所以气体的体积增大,

如图所示。

低温-高温

3.查理定律

(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强

增大；温度降低，压强减小。

(2)微观解释：体积不变，则分子的数密度不变，温度升高，分子平均动能增大,

分子撞击器壁单位面积的作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示。

低温高温

【例4】在一定的温度下，一定质量的气体体积减小时，气体的压强增大，这

是由于()

A.单位体积内的分子数增多，单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多

B.气体分子的数密度变大，分子对器壁的吸引力变大

C.每个气体分子对器壁的平均撞击力都变大

D.气体密度增大，单位体积内分子重量变大

思路点拨：(1)影响气体压强的原因是分子的平均动能和单位体积的分子个数。

(2)温度是分子平均动能的标志，体积决定分子的数密度。

A［气体的温度不变，分子的平均动能不变，对器壁的平均撞击力不变，C错误；

体积减小，单位体积内的分子数目增多，所以气体压强增大，A正确；分子和器壁间

无引力作用，B错误；单位体积内气体的质量变大，不是压强变大的原因，D错误。］

(1)宏观量温度的变化对应着微观量分子动能平均值的变化。宏观量体积的变化

对应着气体分子的数密度的变化。

(2)压强的变化可能由两个因素引起，即分子热运动的平均动能和分子的数密度,

可以根据气体变化情况选择相应的实验定律加以判断。

4.固体

一、晶体和非晶体

1.固体可以分为晶体和非晶体两类。石英、云母、明矶、食盐、味精、蔗糖等

是晶体,玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。

2.单晶体具有确定的几何形状,多晶体和非晶体没有确定的几何形状,我们在

初中已经学过，晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点。

3.有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性

质不同，这类现象称为各向异性。非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫作

各向同性。由于多晶体是许多单晶便杂乱无章地组合而成的，所以多晶体是各向同性

的。

说明：具有各向异性的一定是单晶体，具有各向同性的则可能是非晶体或多晶体。

二、晶体的微观结构

1.规则性：在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的,

具有空间上的周期性。

2.变化或转化

在不同条件下，同种物质的微粒按照丕圆规则在空间排列，可以生成不同的晶体,

例如石墨和金刚石。有些晶体在一定条件下可以转化为非晶体,例如天然水晶熔化后

再凝固成石英玻璃。

考点1晶体和非晶体

雪花的形状极多，而且十分美丽。如果把雪花放在放大镜下，可以发现每片雪花

都是一副极其精美的图案，连许多艺术家都赞叹不已。但是，各种各样的雪花大多是

什么形状的呢？它们又是怎样形成的呢？你不妨拿放大镜来观察一下！或者上网去搜

一下吧！

提示：雪花大多是六角形的，这是因为雪花属于六方晶系。雪花的“胚胎”是小

冰晶，主要有两种形状：一种呈六棱体状，长而细，叫柱晶，但有时它的两端是尖的，

样子像一根针，叫针晶；另一种则呈六角形的簿片状，就像从六棱铅笔上切下来的簿

片那样，叫片晶。

-1.单晶体的特征

(1)具有天然的规则外形，这种规则的外形不是人工造成的。

(2)物理性质各向异性，这是单晶体区别于非晶体和多晶体最重要的特性，是判

断单晶体最主要的依据。

(3)具有确定的熔点，单晶体在这一点上和多晶体没有区别。从宏观上区分晶体

和非晶体的重要依据是看有无确定的熔点。

2.多晶体和非晶体

(1)多晶体虽无天然规则的几何形状，物理性质各向同性，但组成多晶体的晶粒

都有规则的几何形状，每一个晶粒都具有单晶体的特征和物理性质，这是多晶体和非

晶体在内部结构上的区别。

（2）多晶体与非晶体在宏观上的区别在于多晶体具有确定的熔点，非晶体则没有,

例如很多同学认为玻璃应是多晶体，但实验证明玻璃没有确定的熔点，故应是非晶体。

3.正确理解单晶体的各向异性

（1）在物理性质上，单晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的。

①单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上的物理性质不同，也就是沿不同方

向去测试单晶体的物理性质时，测试结果不同。

②通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、磁性等。

（2）单晶体具有各向异性，并不是说每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出

各向异性，举例如下：

①云母、石膏晶体在导热性上表现出显著的各向异性—沿不同方向传热的快慢

不同。

②方铅矿石晶体在导电性上表现出显著的各向异性——沿不同方向电阻率不同。

③立方体形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿不同方向的弹性不

同。

④方解石晶体在光的折射上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同。

【例1】（多选）关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（）

A.可以根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体

B.一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片一定

是非晶体

C.一个固体球，如果沿其各条直线方向的导电性不同，则该球体一定是单晶体

D.一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则这块晶体一定是多晶体

思路点拨：（1）晶体有固定熔点，而非晶体没有。

（2）单晶体具有各向异性，多晶体与非晶体都具有各向同性。

CD［判断固体是否为晶体的标准是看是否有固定的熔点，多晶体和非晶体都具

有各向同性和无规则的外形，单晶体具有各向异性和规则的几何外形，C、D正确。］

判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法

（1）区分晶体与非晶体的方法：看其有无确定的熔点，晶体具有确定的熔点，而

非晶体没有确定的熔点，仅从各向同性或者几何形状不能判断某一固体是晶体还是非

晶体。

（2）区分单晶体和多晶体的方法：看其是否具有各向异性，单晶体表现出各向异

性，而多晶体表现出各向同性。

【一题多变】区分晶体和非晶体可用以下实验:

把熔化了的蜂蜡薄薄地涂在薄玻璃片上。把一支缝衣针烧热，然后用针尖接触蜂

蜡层的背面，不要移动，观察蜂蜡熔化区域的形状（如图甲所示）。把玻璃片换成单层

云母片，再做以上实验（如图乙所示）。在玻璃片上和云母片上，蜂蜡熔化区域形状的

不同说明了什么？

蜂蜡熔化区域的形状

［解析］玻璃是非晶体，表现为各向同性，因此各个方向上导热均匀，蜂蜡熔化

区域形状为圆形；云母片为单晶体，表现为各向异性，因此不同方向上导热性能不一

样，最终蜂蜡熔化区域为椭圆形。

［答案］见解析

考点"____________________________晶体的微观结构

家庭、学校或机关门锁常用“碰锁”，然而，这种锁使用一段时间后，锁舌就会

变涩而不易被碰入，造成关门困难。这时，你可以用铅笔在锁舌上摩擦几下，碰锁便

开关自如了，并且可以持续几个月之久。请你动手试一试，并解释其中的道理。

提示：石墨是金刚石的同素异形体，两者的不同结构，造成了两者在物理性质上

的很大差异，金刚石质地坚硬，而石墨由于具有层状结构，且层与层之间结合不很紧

密，故层与层之间易脱落，能起到润滑作用。用铅笔在纸上写字也是根据这个道理。

1.晶体内部的微粒是按各自的规则排列着的，具有空间上的周期性。如图所示

是食盐晶体中氯离子和钠离子分布的示意图。

2.同种元素的微粒能够按照不同规则在空间分布形成不同的物质。例如，碳原

子如果按图甲那样排列，就成为石墨，而按图乙那样排列，就成为金刚石。

甲（石墨）乙（金刚石）

3.说明

（1）原子（或者分子、离子）并不是像结构图上所画的那些点一样静止不动，它们时

刻都在不停地振动，结构图中所画的那些点，是它们振动的平衡位置。

（2）同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是说，物质是晶

体还是非晶体，并不是绝对的。例如，天然水晶是晶体，而熔化以后再凝固的水晶（即

石英玻璃）就是非晶体。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。

【例2］（多选）晶体不同于非晶体，它具有规则的几何外形，在不同方向上物

理性质不同，而且具有确定的熔点，下列哪些说法可以用来解释晶体的上述特性

（）

A.组成晶体的物质微粒，在空间按一定的规律排成整齐的行列，构成特定的空

间点阵

B.晶体在不同方向上物理性质不同，是因为不同方向上微粒数目不同，微粒间

距不同

C.晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上的物质微粒的性质不同

D.晶体在熔化时吸收热量，全部用来瓦解晶体的空间点阵，转化为分子间势能;

因此，晶体在熔化过程中保持一定的温度不变；只有空间点阵完全被瓦解，晶体完全

变为液体后，继续加热，温度才会升高

思路点拨：（1）晶体具有规则的几何外形和确定的熔点，都是因为它的内部微粒

有规则的排列。

（2）晶体熔化时吸收的热量用来破坏晶体的空间点阵，所以温度不升高。

ABD［很多晶体都是由相同的物质微粒组成的，例如，金刚石和石墨都是由碳

原子组成的，不同方向上物质微粒完全一样，可见其各向异性不是因为不同方向上的

粒子性质不同引起的，而是粒子的数目和粒子间距不相同造成的。故C错误，A、B、

D正确。］

晶体各向异性的原因

(1)单晶体物理性质的不同取决于其微观结构，单晶体的物质微粒是按照一定的

规则在空间中整齐地排列着，有规则的几何外形，在物理性质上表现为各向异性。

(2)多晶体是由许许多多晶粒组成的，晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，无规

则的几何外形，多晶体在物理性质上表现为各向同性。

理方法，D正确。］

5.液体

一、液体的表面张力

1.表面层：液体表面有一层跟气体接触的澧层，叫作表面层。

2.分子力的特点

在液体内部，分子间的平均距离略小于江，分子间的作用力表现为斥力;在表面

层，分子比较稀疏,分子间距离略大于口，分子间的作用力表现为引力。

3.表面张力

(1)定义：液体表面的这种力使液体表面绷紧，叫作液体的表面张力。

(2)作用效果：使液体表面具有收缩趋势。

说明：表面张力使液体表面收缩到最小。

二、浸润和不浸润、液晶

1.浸润和不浸润

(1)一种液体会凝某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作浸润;一种

液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面上，这种现象叫作不浸润。

(2)浸润和不浸润是分子力作用的表现。

2.毛细现象

(1)毛细现象：浸润液体在细管中上力:的现象，以及不浸润液体在细管中工M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。

3.液晶

(1)液晶：像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异

性的物质叫液晶。这是介于液态和固态间的一种中间态。

(2)出现液晶态的条件：液晶是一种特殊物质，有些物质在特定的温度范围之内

具有液晶态，另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定迭度范围内具有液晶态。

(3)液晶的微观结构：通常橙胶分子的物质容易具有