金版教程物理2025高考科学复习解决方案第十五章 热学第1讲 分子动理论 内能含答案

高考科学复习解决方案物理《金版教程(物理）》2025高考科学复习解决方案第十五章热学第讲分子动理论内能[教材阅读指导](对应人教版选择性必修第三册相关内容及问题)第一章第1节阅读“分子热运动”这一部分内容，思考以下问题。(1)哪些现象说明了分子做热运动？提示：扩散现象和布朗运动。(2)图1.1­4是微粒的运动轨迹吗？提示：不是，是每隔一定时间的微粒位置连线。(3)布朗运动是分子的无规则运动吗？它和热运动有什么关系？提示：不是，布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动，间接反映了分子在做永不停息的无规则热运动。第一章第1节图1.1­7，根据图说明分子力F随分子间距离变化的特点。提示：当r＝r0时，分子力为0，当r>r0时，分子力表现为引力，且当分子间距离较大时，分子力趋近于0，当r<r0时，分子力表现为斥力，且随分子间距离减小而急剧增大。第一章第1节阅读“分子动理论”这一部分内容，单个分子的运动是否遵循一定的规律？提示：单个分子的运动情况具有偶然性，大量分子的运动情况表现出规律性。第一章第1节[练习与应用]T2。提示：d＝eq\r(3,\f(Vmol,NA))＝3.3×10－9m。第一章第2节[练习与应用]T3。提示：(1)1.72×10－11m3。(2)数油膜轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，共约258个小正方形，则油膜面积为S＝258×(1×10－2m)2＝2.58×10－2m2。(3)d＝eq\f(V,S)＝eq\f(1.72×10－11,2.58×10－2)m＝6.67×10－10m。第一章第3节阅读“气体分子运动的特点”和“分子运动速率分布图像”这两部分内容。第一章第3节阅读“气体压强的微观解释”这一部分内容，并说明气体的压强是由于气体分子间的相互排斥力造成的吗？提示：不是，气体相邻分子间距大约是平衡距离的10倍，分子力可以忽略。气体压强是由于大量气体分子无规则运动不断撞击容器壁产生的。第一章第3节[练习与应用]T1。提示：从微观上看，一定质量的气体体积不变仅温度升高，则气体分子平均速率增大；一定质量的气体温度不变仅体积减小，则气体分子的数密度增大。第一章第4节图1.4­2，两分子间距多大时它们的分子势能最小？提示：等于平衡距离时。第一章第4节[练习与应用]T3；T4。提示：T3：不对。温度和物体中所有分子热运动的平均动能有关。物体的机械运动速度变大，物体的动能变大，但对物体中所有分子热运动的平均动能没有影响。T4：不对。分子势能和分子间的距离有关。当我们把一个物体举高时，物体的重力势能增大，但对物体中分子间距离没有影响，即对分子势能没有影响，对物体的内能没有影响。必备知识梳理与回顾一、分子动理论1．物体是由大量分子组成的(1)分子的大小①分子直径：数量级是eq\x(\s\up1(01))10－10m。②分子质量：数量级是10－26kg。③测量方法：油膜法。(2)阿伏加德罗常数1mol任何物质所含有的粒子数，NA＝eq\x(\s\up1(02))6.02×1023mol－1。2．分子热运动(1)扩散现象①定义：eq\x(\s\up1(03))不同种物质能够彼此进入对方的现象。②实质：不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的eq\x(\s\up1(04))无规则运动产生的。温度越高，扩散现象越明显。(2)布朗运动①定义：悬浮在液体中的微粒的永不停息的eq\x(\s\up1(05))无规则运动。②成因：液体分子无规则运动，对固体微粒撞击作用不平衡造成的。③特点：永不停息，无规则；微粒eq\x(\s\up1(06))越小，温度eq\x(\s\up1(07))越高，布朗运动越明显。④结论：反映了eq\x(\s\up1(08))液体分子运动的无规则性。(3)热运动①定义：分子永不停息的eq\x(\s\up1(09))无规则运动。②特点：温度是分子热运动剧烈程度的标志。温度越高，分子无规则运动越剧烈。3．分子间的作用力(1)分子间作用力跟分子间距离的关系如图所示。(2)分子间作用力的特点①r＝r0时(r0的数量级为10－10m)，分子间作用力F＝0，这个位置称为eq\x(\s\up1(10))平衡位置。②r<r0时，分子间作用力F表现为eq\x(\s\up1(11))斥力。③r>r0时，分子间作用力F表现为eq\x(\s\up1(12))引力。二、分子运动速率分布规律1．气体分子运动的特点(1)气体分子间距eq\x(\s\up1(01))很大，分子间的作用力很弱，通常认为，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，气体充满它能达到的整个空间。(2)气体分子的数密度仍然十分巨大，分子之间频繁地碰撞，每个分子的速度大小和方向频繁地改变。分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向着各个方向运动的分子数目几乎eq\x(\s\up1(02))相等。2．分子运动速率分布图像(1)分子做无规则运动，在任一温度下，气体分子的速率都呈“eq\x(\s\up1(03))中间多、两头少”的分布。(2)温度一定时，某种分子的速率分布是eq\x(\s\up1(04))确定的；温度升高时，速率小的分子数eq\x(\s\up1(05))减少，速率大的分子数eq\x(\s\up1(06))增多，分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大。3．气体压强的微观解释(1)气体压强的产生原因：由于气体分子无规则的eq\x(\s\up1(07))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。气体的压强在数值上等于器壁单位面积上受到的压力。(2)气体压强的决定因素：气体的压强取决于单个气体分子与器壁的碰撞对器壁的平均作用力的大小和单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数。所以从微观角度来看，气体压强的大小跟两个因素有关：气体分子的eq\x(\s\up1(08))平均速率，气体分子的eq\x(\s\up1(09))数密度。三、分子动能和分子势能物体的内能1．分子动能(1)分子动能是做eq\x(\s\up1(01))热运动的分子具有的动能。(2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的eq\x(\s\up1(02))平均值。物体的eq\x(\s\up1(03))温度是它的分子热运动的平均动能的标志。2．分子势能(1)定义：由于分子间存在着相互作用力，且分子间的作用力所做的功与路径无关，所以分子组成的系统具有分子势能。(2)分子势能的决定因素微观上——决定于eq\x(\s\up1(04))分子间距离；宏观上——决定于物体的eq\x(\s\up1(05))体积。3．物体的内能(1)物体中所有分子的热运动eq\x(\s\up1(06))动能与eq\x(\s\up1(07))分子势能的总和，叫作物体的内能，内能是状态量。(2)对于给定的物体，其内能大小与物体的eq\x(\s\up1(08))温度和eq\x(\s\up1(09))体积有关。(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。(4)决定内能的因素①微观上：分子动能、分子势能、分子个数。②宏观上：温度、体积、物质的量(摩尔数)。(5)改变物体的内能有两种方式①做功；②传热。一、堵点疏通1．只要知道气体的体积和阿伏加德罗常数，就可以算出分子的体积。()2．扩散现象和布朗运动的剧烈程度都与温度有关，所以扩散现象和布朗运动也叫作热运动。()3．相同质量和相同温度的氢气和氧气，氢气的内能大，氧气分子的平均动能大，氢气分子的平均速率大。()4．在阳光照射下的教室里，眼睛直接看到的空气中尘埃的运动属于布朗运动。()5．分子间作用力随分子间距离的变化而变化，当r>r0时，随着距离的增大，分子间作用力表现为引力且增大。()6．气体的压强是由气体的自身重力产生的。()7．分子动能与分子势能的总和叫作这个分子的内能。()8．分子间作用力减小时，分子势能也一定减小。()9．物体的机械能减小时，内能不一定减小。()10．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。()答案1.×2.×3.×4.×5.×6.×7.×8.×9.√10.×二、对点激活1．(人教版选择性必修第三册·第一章第1节[练习与应用]T3改编)(多选)以下关于布朗运动的说法错误的是()A．布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规则运动B．一锅水中撒一点儿胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚，这说明温度越高布朗运动越剧烈C．在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动，这说明煤油分子在做无规则运动D．扩散现象和布朗运动都证明分子在做永不停息的无规则运动答案AB解析布朗运动反映了液体分子在做无规则运动，它是固体颗粒的运动，不属于分子运动，故A错误；水中胡椒粉的运动不是布朗运动，布朗运动用肉眼不能直接观察到，故B错误；根据分子动理论可知C、D正确。本题选说法错误的，故选A、B。2．(教科版选择性必修第三册·第一章第4节[自我评价]T1)(多选)两个分子从距离很远到很难再靠近的过程中，下列说法正确的是()A．分子间作用力先增大后减小B．分子间作用力表现为先是引力后是斥力C．分子力表现为引力时，它随距离的减小而增大D．分子力表现为斥力时，它随距离的增大而减小答案BD解析两个分子由距离很远到很难再靠近的过程中，分子间作用力表现为先是引力后是斥力，分子力表现为引力时，它随距离的减小先增大后减小；分子力表现为斥力时，它随距离的减小而增大，则整个过程中分子间作用力先增大再减小然后再增大，故A、C错误，B、D正确。3．(鲁科版选择性必修第三册·第1章第3节[节练习]T3)(多选)下列有关气体分子运动的说法正确的是()A．某时刻某一气体分子向左运动，则下一时刻它一定向右运动B．在一个正方体容器里，任一时刻与容器各侧面碰撞的气体分子数目基本相同C．当温度升高时，速率大的气体分子数目增多，气体分子的平均动能增大D．气体分子速率呈现“中间多、两头少”的分布规律答案BCD解析分子运动是杂乱无章的，无法判断某一分子下一时刻的运动方向，故A错误；由于分子运动是杂乱无章的，任一时刻气体分子朝各个方向运动的几率是相同的，又正方体容器各侧面的面积相同，故任一时刻与容器各侧面碰撞的气体分子数目基本相同，故B正确；根据不同温度下的分子速率分布曲线可知，当温度升高时，速率大的气体分子数目增加，气体分子的平均动能增大，故C正确；根据分子速率分布曲线可知，气体分子速率呈现“中间多、两头少”的分布规律，故D正确。4．(多选)对内能的理解，下列说法正确的是()A．物体的质量越大，内能越大B．物体的温度越高，内能越大C．同一个物体，内能的大小与物体的体积和温度有关D．对物体做功，物体的内能可能减小答案CD解析物体的内能是物体内所有分子的热运动动能和分子势能的总和，与物体的温度、体积、分子总数(或物质的量)均有关，故A、B错误，C正确；做功和传热都能改变物体的内能，对物体做功，若物体同时对外放热，则物体的内能可能减小，D正确。关键能力发展与提升考点一微观量的估算解题技巧1.分子模型物质有固态、液态和气态三种状态，不同物态下应将分子看成不同的模型。(1)固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图所示。分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d＝eq\r(3,\f(6V0,π))(球体模型)或d＝eq\r(3,V0)(立方体模型)。(2)气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以计算的一般是每个分子所占据的平均空间大小。如图所示，将每个分子占据的空间视为棱长为d的立方体，所以d＝eq\r(3,V0)。2．微观量：分子体积(或分子所占据空间的体积)V0、分子直径(或分子间距)d、分子质量m。3．宏观量：物体体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量M、摩尔质量Mmol、物体的密度ρ。4．微观量与宏观量的关系(1)分子的质量：m＝eq\f(Mmol,NA)＝eq\f(ρVmol,NA)。(2)分子的体积(或占据的空间体积)：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(Mmol,ρNA)对固体和液体，V0表示分子的体积；对气体，V0表示分子占据的空间体积。(3)物体所含的分子数：N＝eq\f(V,Vmol)·NA＝eq\f(M,ρVmol)·NA，或N＝eq\f(M,Mmol)·NA＝eq\f(ρV,Mmol)·NA。考向1液体或固体微观量的估算例1(多选)科学家创造出一种利用细菌将太阳能转化为液体燃料的“人造树叶”系统，使太阳能取代石油成为可能。假设该“人造树叶”工作一段时间后，能将10－6g的水分解为氢气和氧气。已知水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，摩尔质量M＝1.8×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1。则()A．被分解的水中含有水分子的总数约为3×1014个B．一个水分子的质量为3×10－26kgC．一个水分子的体积为3×10－29m3D．一个水分子的半径为1.9×10－10m[答案]BCD[解析]被分解的水中含有水分子的总数N＝eq\f(mNA,M)＝eq\f(10－6×10－3×6.0×1023,1.8×10－2)个≈3×1016个，故A错误；一个水分子的质量m0＝eq\f(M,NA)＝eq\f(1.8×10－2,6.0×1023)kg＝3×10－26kg，B正确；水的摩尔体积为V＝eq\f(M,ρ)，则一个水分子的体积V0＝eq\f(V,NA)＝eq\f(M,ρNA)＝eq\f(1.8×10－2,1.0×103×6.0×1023)m3＝3×10－29m3，故C正确；根据V0＝eq\f(4,3)πr3知，一个水分子的半径r＝eq\r(3,\f(3V0,4π))≈1.9×10－10m，D正确。微观量的求解方法(1)分子体积、分子直径、分子质量等属微观量，直接测量它们的数值非常困难，可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量等来估算这些微观量，其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带。(2)建立合适的物理模型，通常把固体、液体分子看成球形或立方体形；对于气体分子所占据的空间则可建立立方体模型。考向2气体微观量的估算例2某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，密度为ρ，每个分子的质量和体积分别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA可表示为()A．NA＝eq\f(V,V0) B．NA＝eq\f(ρV0,m)C．NA＝eq\f(M,m) D．NA＝eq\f(M,ρV0)[答案]C[解析]因气体分子间存在着很大的空隙，则eq\f(V,V0)>NA，故A错误；ρV0不是气体的摩尔质量M，则NA≠eq\f(ρV0,m)，故B错误；气体的摩尔质量M除以每个分子的质量m等于NA，故C正确；D中ρV0不是每个分子的质量，则NA≠eq\f(M,ρV0)，故D错误。考点二分子热运动、气体压强的理解深化理解1.分子热运动(1)扩散现象：不同种物质能够彼此进入对方的现象。产生原因：分子永不停息地做无规则运动。(2)布朗运动①研究对象：悬浮在液体或气体中的小颗粒。②运动特点：无规则、永不停息。③影响因素：颗粒大小、温度。④物理意义：间接反映液体或气体分子永不停息地做无规则的热运动。(3)扩散现象、布朗运动与热运动的比较现象扩散现象布朗运动热运动活动主体分子微小固体颗粒分子区别分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间比分子大得多的微粒的运动，只能在液体、气体中发生分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到共同点①都是无规则运动；②都随温度的升高而更加剧烈联系扩散现象、布朗运动都反映分子做无规则的热运动(4)大量气体分子热运动的规律大量气体分子热运动遵循统计规律：①运动方向：沿各个方向运动的气体分子数目几乎相等；②运动速率：速率分布图像呈现“中间多、两头少”的特征，当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的方向移动，分子的平均速率增大，分子的热运动更剧烈。注：分子平均动能与分子平均速率的关系：对同一种分子，分子的平均动能eq\o(E,\s\up6(－))k＝eq\f(1,2)meq\o(v2,\s\up6(－))，而分子的平均速率为eq\o(v,\s\up6(－))，可知eq\o(E,\s\up6(－))k≠eq\f(1,2)meq\o(v,\s\up6(－))2；但eq\o(E,\s\up6(－))k与eq\o(v,\s\up6(－))成正相关关系。2．气体压强的决定因素(1)宏观上：对于一定质量的理想气体，决定于气体的温度和体积。(2)微观上：决定于气体分子的平均速率和气体分子的数密度。考向1布朗运动、扩散现象与热运动例3(多选)关于布朗运动、扩散现象，下列说法中正确的是()A．布朗运动是固体微粒的运动，反映了液体或气体分子的无规则运动B．布朗运动和扩散现象都需要在重力作用下才能进行C．布朗运动和扩散现象在没有重力作用下也能进行D．扩散现象直接证明了“物质分子在永不停息地做无规则运动”，而布朗运动间接证明了这一观点[答案]ACD[解析]扩散现象是物质分子的无规则运动，而布朗运动是悬浮在液体或气体中的微粒的运动，液体或气体分子对微粒撞击作用的不平衡导致微粒的无规则运动，由此可见扩散现象和布朗运动不需要附加条件；扩散现象直接证明了“物质分子在永不停息地做无规则运动”，而布朗运动间接证明了“物质分子在永不停息地做无规则运动”。故A、C、D正确，B错误。考向2分子速率分布规律例4某种气体在两种不同温度下的气体分子速率分布曲线分别如图中实线和虚线所示，横坐标v表示分子速率，纵坐标表示单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比，从图中可得()A．温度升高，曲线峰值向左移动B．实线对应的气体温度较高C．虚线对应的气体分子平均动能较大D．与实线相比，虚线对应的速率在300～400m/s间隔内的气体分子数较少[答案]B[解析]根据分子速率分布的特点：温度越高，速率大的分子占的比例越大，可知温度升高，曲线峰值向右移动，故A错误；由图可知实线对应的气体温度较高，故B正确；温度是分子热运动平均动能大小的标志，图中实线对应的温度较高，则分子平均动能较大，故C错误；由图可知，与实线相比，虚线对应的速率在300～400m/s间隔内的气体分子数较多，故D错误。考向3气体压强的微观解释例5蛟龙号深潜器在执行某次实验任务时，外部携带一装有氧气的汽缸，汽缸导热良好，活塞与缸壁间无摩擦且与海水相通。已知海水温度随深度增加而降低，则深潜器下潜过程中，下列说法正确的是()A．每个氧气分子的动能均减小B．氧气分子的平均速率增大C．氧气分子单位时间撞击缸壁单位面积的次数增加D．氧气分子每次对缸壁的平均撞击力增大[答案]C[解析]海水温度随深度增加而降低，汽缸导热良好，则深潜器下潜过程中，汽缸内装有的氧气温度降低，氧气分子的平均动能减小，但不是每个氧气分子的动能均减小，故A错误；氧气分子平均动能减小，则平均速率减小，由动量定理知，氧气分子每次对缸壁的平均撞击力eq\o(F,\s\up6(－))减小，故B、D错误；根据液体压强公式p＝ρgh，可知随着深潜器下潜深度增加，海水压强增大，由于活塞与缸壁间无摩擦且与海水相通，则氧气压强p增大，根据气体压强的微观表达式p＝Neq\o(F,\s\up6(－))，以及eq\o(F,\s\up6(－))减小可知，氧气分子单位时间撞击缸壁单位面积的次数N增加，故C正确。气体压强的分析技巧(1)明确气体压强产生的原因——气体对容器的压强是大量做无规则热运动的气体分子不断撞击器壁的结果。器壁单位面积上受到的压力，就是气体的压强。设单位时间内气体分子对单位面积器壁的撞击次数为Neq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(N＝\f(n,6)\o(v,\s\up6(－))Δt，Δt为单位时间))，单个气体分子撞击器壁一次的平均撞击力为eq\o(F,\s\up6(－))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\o(F,\s\up6(－))＝\f(2m\o(v,\s\up6(－)),Δt)，Δt为单位时间))，则气体压强p＝N·eq\o(F,\s\up6(－))。(2)明确气体压强的决定因素——气体分子的数密度n与平均速率eq\o(v,\s\up6(－))。只有知道了这两个因素的变化情况，才能确定气体压强的变化。注意：N和n是两个不同的物理量。考点三分子力、分子势能与内能拓展延伸1.分子力与分子势能的比较名称项目分子间的相互作用力F分子势能Ep(以分子间距趋于无穷大时的分子势能为零)与分子间距的关系图线随分子间距的变化情况r<r0随距离的减小而增大，F表现为斥力r增大，斥力做正功，分子势能减少；r减小，斥力做负功，分子势能增加r0<r<10r0随距离的增大先增大后减小，F表现为引力r增大，引力做负功，分子势能增加；r减小，引力做正功，分子势能减少r＝r0F＝0分子势能最小，但不为零r≥10r0(10－9m)十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力分子势能为零注：分子力、分子势能的关系：F·Δr＝－ΔEp。可根据上述功能关系由F­r曲线分析分子势能随分子间距离的变化情况，也可根据上述功能关系由Ep­r曲线分析分子力随分子间距离的变化情况。2．物体的内能与机械能的比较名称项目内能机械能定义物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和物体的动能、重力势能和弹性势能的统称决定因素与物体的温度、体积、物态和分子数有关跟物体的宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关量值任何物体都有内能可以为零测量无法测量可测量本质微观分子的运动和相互作用的结果宏观物体的运动和相互作用的结果运动形式热运动机械运动联系在一定条件下可以相互转化，能的总量守恒3.温度、内能、热量、功的比较名称温度内能(热能)热量功含义表示物体的冷热程度，是物体分子热运动平均动能大小的标志，它是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说，温度没有意义物体内所有分子的热运动动能和分子势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能是传热过程中内能的改变量，用热量来量度传热过程中内能转移的多少做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程联系温度和内能是状态量，热量和功则是过程量。传热的前提条件是存在温差，传递的是热量而不是温度，实质上是内能的转移考向1分子力、分子势能随分子间距的变化规律例6(2023·海南高考)下列关于分子力和分子势能的说法正确的是()A．分子间距离大于r0时，分子间表现为斥力B．分子从无限远靠近到距离r0处过程中分子势能变大C．分子势能在r0处最小D．分子间距离小于r0且减小时，分子势能在减小[答案]C[解析]根据分子力与分子间距离的关系可知，分子间距离大于r0时，分子间表现为引力，分子从无限远靠近到距离r0处过程中，分子间引力做正功，分子势能减小，分子间距离小于r0且减小时，分子间表现为斥力，分子间斥力做负功，分子势能增大，则在r0处分子势能最小。故C正确，A、B、D错误。例7分子势能Ep随分子间距离r变化的图像(取r趋近于无穷大时Ep为零)，如图所示。将两分子从相距r处由静止释放，仅考虑这两个分子间的作用，则下列说法正确的是()A．当r＝r2时，释放两个分子，它们将开始远离B．当r＝r2时，释放两个分子，它们将相互靠近C．当r＝r1时，释放两个分子，r＝r2时它们的速度最大D．当r＝r1时，释放两个分子，它们的加速度先增大后减小[答案]C[解析]由图可知，当r＝r2时，分子势能最小，分子间距离为平衡距离，分子力为零，释放两个分子，它们将处于静止状态，既不会相互远离，也不会相互靠近，故A、B错误；当r＝r1时，分子间距离小于平衡距离，分子力表现为斥力，释放两个分子，它们将开始远离，先做加速运动，r＝r2时它们的速度最大，此后分子力表现为引力，它们做减速运动，故C正确；当r＝r1时，分子力表现为斥力，释放两个分子，它们将开始远离，根据能量守恒定律可知，两个分子将运动到相距无限远，Ep­r图像斜率的绝对值表示分子力大小，结合题图及牛顿第二定律可知，随着分子间距离的增大，它们的加速度先减小到零，然后增大，接着又减小到零，故D错误。例8分子力F随分子间距离r的变化如图所示。将两分子从相距r＝r2处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是()A．从r＝r2到r＝r0分子力表现为斥力B．从r＝r2到r＝r1分子力的大小先减小后增大C．从r＝r2到r＝r0分子势能先减小后增大D．从r＝r2到r＝r1分子动能先增大后减小[答案]D[解析]从r＝r2到r＝r0分子力表现为引力，A错误；由图可知，在r＝r0时分子力为零，从r＝r2到r＝r1分子力的大小先增大后减小再增大，故B错误；由图可知，从r＝r2到r＝r0分子力一直表现为引力，一直做正功，则分子势能一直减小，故C错误；由图可知，从r＝r2到r＝r0，分子力做正功，分子动能增大，从r＝r0到r＝r1，分子力表现为斥力，做负功，分子动能减小，故分子动能先增大后减小，故D正确。判断分子力(分子势能)变化的三种方法方法一：利用F­r图像(Ep­r图像)判断。方法二：根据功能关系F·Δr＝－ΔEp判断。方法三：与弹簧类比。弹簧处于原长(r＝r0)时F＝0(Ep最小)。考向2内能的微观解释例9(2021·北京高考)比较45℃的热水和100℃的水蒸气，下列说法正确的是()A．热水分子的平均动能比水蒸气的大B．热水的内能比相同质量的水蒸气的小C．热水分子的速率都比水蒸气的小D．热水分子的热运动比水蒸气的剧烈[答案]B[解析]温度是分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，故热水分子的平均动能比水蒸气的小，A错误；相同质量45℃的热水与100℃的水蒸气相比，分子总动能小，而相邻两分子间的势能也小(在热水中分子间距约为r0，在水蒸气中分子间距远大于r0)，则分子总势能也较小，故热水的内能比相同质量的水蒸气的小，B正确；温度越高，分子热运动的平均速率越大，则45℃的热水中分子的平均速率比100℃的水蒸气中分子的平均速率小，由于分子运动是无规则的，故并不是每个分子的速率都小，C错误；温度越高，分子热运动越剧烈，故D错误。课时作业[A组基础巩固练]1．闲置不用的大理石堆放在煤炭上。过一段时间后发现大理石粘了很多黑色的煤炭。不管怎么清洗都洗刷不干净，用砂纸打磨才发现，已经有煤炭进入到大理石的内部，则下列说法正确的是()A．如果让温度升高，煤炭进入大理石的速度就会加快B．煤炭进入大理石的过程说明分子之间有引力，煤炭会被吸进大理石中C．在这个过程中，煤炭进入大理石内，而大理石成分没有进入煤炭中D．煤炭进入大理石的运动是布朗运动答案A解析如果温度升高，分子热运动更剧烈，则煤炭进入大理石的速度就会加快，故A正确；煤炭进入大理石的过程说明分子之间有间隙，同时说明分子不停地做无规则运动，而不能说明分子之间有引力，故B错误；所有分子都在做无规则运动，在这个过程中，有的煤炭进入大理石内，有的大理石成分进入煤炭中，故C错误；煤炭进入大理石的运动属于分子的运动，属于扩散现象，不是布朗运动，故D错误。2．布朗运动是1826年英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉时发现的。不只是花粉和小炭粒，对于液体中各种不同的悬浮微粒，例如胶体，都可以观察到布朗运动。对于布朗运动，下列说法正确的是()A．布朗运动就是分子的运动B．布朗运动的明显程度与温度有关，所以布朗运动是由外界温度变化引起的C．温度越高，布朗运动越明显D．悬浮在液体中的微粒越大，同一瞬间，撞击微粒的液体分子数越多，布朗运动越明显答案C解析布朗运动是指悬浮于液体中的微粒所做的无规则运动，不是分子本身的运动，间接反映液体分子在永不停息地做无规则运动，A错误；布朗运动是由液体分子对微粒碰撞不平衡引起的，B错误；液体温度越高，液体分子运动越剧烈，对微粒的撞击也就越剧烈，微粒的布朗运动就越明显，C正确；悬浮在液体中的微粒越小，同一瞬间，撞击微粒的液体分子数越少，液体分子对微粒的撞击造成的不平衡性就表现得越明显，布朗运动越明显，D错误。3．(2022·江苏高考)自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是()A．体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变B．压强增大是因为氢气分子之间斥力增大C．因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体D．温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化答案D解析在密闭容器中，氢气分子的总个数N0不变，根据n＝eq\f(N0,V)可知，当体积增大时，单位体积的氢气分子个数n变少，则氢气分子的密集程度变小，故A错误；气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁持续地、无规则地撞击，而氢气分子之间的距离很大，分子之间的作用力几乎为零，故压强增大并不是因为氢气分子之间斥力增大，B错误；当实际气体处于温度不太低且压强不太大的情况下时，才能看成理想气体，与气体分子的大小无关，故C错误；大量气体分子的速率呈现“中间多、两头少”的分布规律，温度变化时，分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化，故D正确。4．(2023·北京高考)夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低，与白天相比，夜间轮胎内的气体()A．分子的平均动能更小B．单位体积内分子的个数更少C．所有分子的运动速率都更小D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大答案A解析夜间气温降低，轮胎内的气体分子的平均动能更小，但不是所有分子的运动速率都更小，故A正确，C错误；汽车轮胎内的气体压强变低，根据压强定义p＝eq\f(F,S)可知，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更小，故D错误；轮胎内气体压强变低，则轮胎会略微被压瘪，轮胎内的气体体积减小，则单位体积内分子的个数更多，故B错误。5．(多选)图甲为测量分子速率分布的装置示意图，圆筒绕其中心匀速转动，侧面开有狭缝N，内侧贴有记录薄膜，M为正对狭缝的位置。从原子炉R中射出的银原子蒸气穿过屏上S缝后进入狭缝N，在圆筒转动半个周期的时间内相继到达并沉积在薄膜上。展开的薄膜如图乙所示，N与P、P与Q间距相等，银原子的重力不计，运动过程中的碰撞不计，则()A．到达M附近的银原子速率较大B．到达Q附近的银原子速率较大C．到达Q附近的银原子速率为“中等”速率D．到达PQ区间的分子百分率大于位于NP区间的分子百分率答案ACD解析从原子炉R中射出的银原子穿过S缝后向右做匀速直线运动，同时圆筒匀速转动，银原子进入狭缝N后，在圆筒转动半个周期的过程中，银原子相继到达圆筒最右端并打到记录薄膜上，打在薄膜上M点附近的银原子先到达最右端，所用时间最短，所以速率较大，同理到达Q附近的银原子速率为“中等”速率，故A、C正确，B错误；由图乙可知，位于PQ区间的分子百分率大于位于NP区间的分子百分率，故D正确。6.分子间势能由分子间距r决定。规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零，两分子间势能与分子间距r的关系如图所示。若一分子固定于原点O，另一分子从距O点无限远向O点运动。下列说法正确的是()A．在两分子间距从无限远减小到r2的过程中，分子之间的作用力先增大后减小B．在两分子间距从无限远减小到r1的过程中，分子之间的作用力表现为引力C．在两分子间距等于r1处，分子之间的作用力等于0D．对于标准状况下的单分子理想气体，绝大部分分子的间距约为r2答案A解析由图可知，r2处分子势能最小，则r2处的分子间距为平衡距离r0，分子之间作用力等于0，所以在两分子间距从无限远减小到r2的过程中，分子之间的作用力表现为引力，先增大后减小，A正确，C错误；由于r1<r0，所以在两分子间距从无限远减小到r1的过程中，分子间作用力先表现为引力再表现为斥力，B错误；对于标准状况下的单分子理想气体，绝大部分分子的间距约为10r2，D错误。7．(多选)关于内能，下列说法正确的是()A．物体的内能大小与它整体的机械运动无关B．达到热平衡的两个系统内能一定相等C．质量和温度相同的氢气和氧气内能一定相等D．100℃水的内能可能大于100℃水蒸气的内能答案AD解析物体的内能大小与它整体的机械运动无关，A正确；达到热平衡的两个系统温度一定相等，内能不一定相等，B错误；温度相同的氢气和氧气分子的平均动能相同，质量相同的氢气和氧气分子数不同，则质量和温度相同的氢气和氧气的分子总动能不相等，而分子势能关系也不确定，所以内能不一定相等，C错误；物体的内能与物体的温度、体积以及物质的量等因素都有关，则100℃水的内能可能大于100℃水蒸气的内能，D正确。8．在标准状况下，体积为V的水蒸气可视为理想气体，已知水蒸气的密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，水的摩尔质量为M，水分子的直径为d。(1)计算体积为V的水蒸气含有的分子数；(2)估算体积为V的水蒸气完全变成液态水时，液态水的体积(将液态水分子看成球形，忽略液态水分子间的间隙)。答案(1)eq\f(ρV,M)NA(2)eq\f(πρVd3NA,6M)解析(1)体积为V的水蒸气的质量为m＝ρV体积为V的水蒸气含有的分子数为N＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(ρV,M)NA。(2)将水分子看成球形，水分子的直径为d，则一个水分子的体积为V0＝eq\f(4,3)πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))eq\s\up12(3)则液态水的体积为V′＝NV0＝eq\f(ρV,M)NA·eq\f(4π,3)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))eq\s\up12(3)＝eq\f(πρVd3NA,6M)。[B组综合提升练]9．(多选)已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气的平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，地面处大气压强为p0，重力加速度大小为g。由此可估算得()A．地球大气层空气分子总数为eq\f(4πR2p0NA,Mg)B．地球大气层空气分子总数为eq\f(2πR2p0NA,Mg)C．空气分子之间的平均距离为eq\r(3,\f(2Mgh,p0NA))D．空气分子之间的平均距离为eq\r(3,\f(Mgh,p0NA))答案AD解析大气压强由大气层空气的重力产生，设大气层中空气总质量为m，则mg＝p0S＝p0·4πR2，则地球大气层空气分子总数为N＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(4πR2p0NA,Mg)，A正确，B错误；大气层中空气的体积为V＝4πR2h，则空气分子之间的平均距离为d＝eq\r(3,\f(V,N))＝eq\r(3,\f(Mgh,p0NA))，C错误，D正确。10．(多选)某同学记录2022年3月10日教室内温度如下：时刻6：009：0012：0015：0018：00温度12℃15℃18℃23℃17℃教室内气压可认为不变，则当天15：00与9：00相比，下列说法正确的是()A．教室内所有空气分子动能均增加B．教室内空气密度减少C．教室内单位体积内的分子个数一定增加D．单位时间碰撞墙壁单位面积的气体分子数一定减少答案BD解析温度是分子平均动能的标志，温度升高则分子的平均动能增大，但不是所有空气分子的动能均增加，故A错误；与9点相比，15点时气体温度升高，则空气分子平均动能增大，而空气压强不变，则空气分子数密度减小，则空气密度减小，故B正确，C错误；空气分子的平均动能增大，则平均速率增大，单个空气分子每次撞击墙壁的平均作用力增大，又因为教室内气压不变，那么单位时间内碰撞墙壁单位面积的气体分子数一定减少，故D正确。11.如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示。F>0分子力表现为斥力，F<0分子力表现为引力。A、B、C、D为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从A处由静止释放，选项中四个图分别表示乙分子的速度、加速度、动能、势能与两分子间距离的关系，其中大致正确的是()答案D解析乙分子从A点由静止释放运动到C点的过程，速度大小一直在增大，故A错误；由牛顿第二定律可知，乙分子的加速度大小与乙分子所受甲分子的分子力的大小成正比，方向与分子力的方向相同，加速度等于0的位置是C点，故B错误；在A点处，乙分子的分子动能应为零，且分子动能不可能为负值，故C错误；乙分子从A处由静止释放，从A点到C点的过程分子力做正功，从C点向O点方向运动到最左的过程中，分子力做负功，则乙分子的分子势能先减小，到C点最小，从C点向最左点又增大到与在A点时相同，故D正确。12．(多选)在相同的外界环境中，两个相同的集气瓶中分别密闭着质量相同的氢气和氧气，如图所示。若在相同温度、压强下气体的摩尔体积都相同，则下列说法正确的是()A．氢气分子的数密度较大B．氧气分子的数密度较大C．氢气的压强较大D．两气体的压强相等答案AC解析气体分子数N＝eq\f(m,M)NA，由于氢气的摩尔质量较小，则氢气的气体分子数较多，分子数密度较大，故A正确，B错误；由题意可知，若在相同温度、压强下，氢气体积大于氧气体积，若保持温度不变，将氢气体积压缩到与氧气相同，则其分子数密度将变大，压强也将变大，即集气瓶中氢气压强较大，故C正确，D错误。第讲固体、液体与气体[教材阅读指导](对应人教版选择性必修第三册相关内容及问题)第二章第1节阅读“状态参量与平衡态”“热平衡与温度”这两部分内容。第二章第2节阅读[实验]“探究气体等温变化的规律”。第二章第2节[练习与应用]T2。提示：T2大。一定质量的某种气体，体积一定时，分子数密度相同，温度越高，分子平均动能越大，分子平均速率越大，气体压强越大。第二章第3节阅读“理想气体”这一部分内容，对一定质量的理想气体，温度升高时其内能一定增大吗？提示：一定增大，因为温度升高，分子热运动的平均动能增大，理想气体无分子势能。第二章第3节阅读[拓展学习]“理想气体的状态方程”这一部分内容。第二章阅读“4固体”这一节内容。第二章阅读“5液体”这一节内容。第二章[复习与提高]A组T7。提示：根据题图中状态A、C对应点的p、V坐标，及理想气体状态方程分析。第二章[复习与提高]B组T5。提示：状态A到状态B为等压变化；状态B到状态C为等容变化。必备知识梳理与回顾一、固体的微观结构、晶体和非晶体1．晶体和非晶体分类比较项目晶体非晶体单晶体多晶体天然外形规则不规则eq\x(\s\up1(01))不规则熔点确定eq\x(\s\up1(02))确定不确定物理性质各向异性eq\x(\s\up1(03))各向同性各向同性原子排列有规则每个晶粒的排列eq\x(\s\up1(04))无规则无规则转化晶体和非晶体eq\x(\s\up1(05))在一定条件下可以相互转化。如天然水晶是晶体，熔化再凝固成的石英玻璃是非晶体典型物质石英、云母、明矾、eq\x(\s\up1(06))食盐玻璃、橡胶2.晶体的微观结构(1)如图所示，金刚石、石墨晶体的晶体微粒eq\x(\s\up1(07))有规则地、eq\x(\s\up1(08))周期性地在空间排列。(2)晶体特性的解释现象原因具有天然规则的外形晶体微粒eq\x(\s\up1(09))有规则地排列各向异性晶体内部从任一结点出发在不同方向的相等eq\x(\s\up1(10))距离上的微粒数eq\x(\s\up1(11))不同具有异构性有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体，是因为组成它们的微粒能够按照eq\x(\s\up1(12))不同的规则在空间分布，如碳原子可以形成石墨和金刚石二、液体的表面张力现象1．液体的表面张力(1)概念：液体表面层内存在的使液体表面eq\x(\s\up1(01))绷紧的力。(2)作用：液体的表面张力使液体的表面具有eq\x(\s\up1(02))收缩的趋势。(3)方向：表面张力的方向总是跟液面eq\x(\s\up1(03))相切，且与分界面eq\x(\s\up1(04))垂直。2．浸润和不浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作eq\x(\s\up1(05))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，这种现象叫作eq\x(\s\up1(06))不浸润。如图所示。3．毛细现象：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。三、液晶1．液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态。液晶态既具有液体的eq\x(\s\up1(01))流动性，又在一定程度上具有晶体分子的eq\x(\s\up1(02))规则排列的性质。有些物质在特定的eq\x(\s\up1(03))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，在一定的eq\x(\s\up1(04))浓度范围具有液晶态。2．构成液晶的分子为eq\x(\s\up1(05))有机分子，大多为棒状，其棒长多为棒直径的5倍以上，由于这种长棒状的分子结构，使得分子集合体在没有外界干扰的情况下趋向分子eq\x(\s\up1(06))相互平行排列。3．在低温时液晶会凝固成eq\x(\s\up1(07))结晶态(如图甲所示)，不仅eq\x(\s\up1(08))分子的取向是有序的，而且eq\x(\s\up1(09))分子重心的位置也是有序的。当温度升高时，晶体中分子的热运动增强，使eq\x(\s\up1(10))分子重心位置的有序性消失，转为液晶态(如图乙所示)。当温度进一步升高时，eq\x(\s\up1(11))分子取向有序性也消失，完全进入无序的状态，变成液态(如图丙所示)。4.eq\x(\s\up1(12))分子取向排列的液晶具有光学各向异性，具体地说，沿分子长轴方向上的折射率不同于沿短轴的。入射光的eq\x(\s\up1(13))偏振方向与液晶分子长轴的方向成不同夹角时，液晶对光的折射率不同。5．天然存在的液晶并不多，多数液晶是人工合成的。6．应用：显示器、人造生物膜。四、温度气体实验定律理想气体1．温度和温标(1)温度的热力学意义：一切达到eq\x(\s\up1(01))热平衡的系统都具有相同的温度。(2)两种温标：摄氏温标和热力学温标的关系：T＝eq\x(\s\up1(02))t＋273.15__K。2．气体实验定律(1)等温变化——玻意耳定律①内容：一定质量的某种气体，在eq\x(\s\up1(03))温度不变的情况下，压强p与体积V成eq\x(\s\up1(04))反比。②公式：eq\x(\s\up1(05))p1V1＝p2V2，或pV＝C(C是常量)。(2)等压变化——盖－吕萨克定律①内容：一定质量的某种气体，在eq\x(\s\up1(06))压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成eq\x(\s\up1(07))正比。②公式：eq\x(\s\up1(08))eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)，或eq\f(V,T)＝C(C是常量)。③推论式：ΔV＝eq\f(V1,T1)·ΔT。(3)等容变化——查理定律①内容：一定质量的某种气体，在eq\x(\s\up1(09))体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成eq\x(\s\up1(10))正比。②公式：eq\x(\s\up1(11))eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)，或eq\f(p,T)＝C(C是常量)。③推论式：Δp＝eq\f(p1,T1)·ΔT。3．理想气体状态方程(1)理想气体：在任何温度、任何eq\x(\s\up1(12))压强下都遵从气体实验定律的气体。①理想气体是一种经科学的抽象而建立的eq\x(\s\up1(13))理想化模型，实际上不存在。②理想气体忽略分子大小和分子间相互作用力，也不计气体分子与器壁碰撞的动能损失。所以理想气体的内能取决于温度，与体积无关。③实际气体特别是那些不易液化的气体在压强不太大(相对大气压强)、温度eq\x(\s\up1(14))不太低(相对室温)时都可当成理想气体来处理。(2)一定质量的理想气体的状态方程：eq\f(p1V1,T1)＝eq\x(\s\up1(15))eq\f(p2V2,T2)，或eq\x(\s\up1(16))eq\f(pV,T)＝C(C是常量，与气体的质量、种类有关)。4．气体实验定律的微观解释(1)玻意耳定律的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eq\x(\s\up1(17))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eq\x(\s\up1(18))就增大。(2)盖－吕萨克定律的微观解释一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能eq\x(\s\up1(19))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eq\x(\s\up1(20))不变。(3)查理定律的微观解释一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度eq\x(\s\up1(21))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eq\x(\s\up1(22))就增大。一、堵点疏通1．有无确定的熔点是区分晶体和非晶体比较准确的方法。()2．液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性。()3．船浮于水面上不是由于液体的表面张力。()4．压强极大的气体不再遵从气体实验定律。()5．物理性质各向同性的一定是非晶体。()6．若液体对某种固体是浸润的，当液体装在由这种固体物质做成的细管时，液体跟固体接触的面积有扩大的趋势。()答案1.√2.√3.√4.√5.×6.√二、对点激活1．(人教版选择性必修第三册·第二章第4节[实验]改编)(多选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触石蜡层背面上一点，石蜡熔化的范围分别如图(1)、(2)、(3)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(4)所示。下列判断正确的是()A．甲、乙为非晶体，丙是晶体B．甲、丙为晶体，乙是非晶体C．甲、丙为非晶体，乙是晶体D．甲可能为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体答案BD解析由图(1)、(2)、(3)可知：在导热性能上甲、乙具有各向同性，丙具有各向异性；由图(4)可知：甲、丙有固定的熔点，乙无固定的熔点，所以甲、丙为晶体，乙是非晶体，其中甲可能为多晶体，丙为单晶体，故B、D正确，A、C错误。2．(人教版选择性必修第三册·第二章第5节图2.5­5改编)(多选)液体表面有一层跟气体接触的薄层，叫作表面层；同样，当液体与固体接触时，接触的位置形成一个液体薄层，叫作附着层。对于液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象，如图甲、乙所示，有下列几种解释，正确的是()A．表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏B．表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部密C．附着层Ⅰ内的液体和与之接触的玻璃的相互作用比液体分子之间的相互作用强D．附着层Ⅱ内的液体和与之接触的玻璃的相互作用比液体分子之间的相互作用强答案AC解析液体表面层中分子间距离r略大于r0，而液体内部分子间的距离r略小于r0，故表面层Ⅰ、表面层Ⅱ内分子的分布均比液体内部稀疏，A正确，B错误。由甲图可知，水浸润玻璃，说明附着层Ⅰ中的液体和与之接触的玻璃的相互作用比液体分子之间的相互作用强，C正确；由乙图可知，附着层Ⅱ内的液体和与之接触的玻璃的相互作用比液体分子之间的相互作用弱，D错误。3．对一定质量的气体来说，下列几点能做到的是()A．保持压强和体积不变而改变它的温度B．保持压强不变，同时升高温度并减小体积C．保持温度不变，同时增加体积并减小压强D．保持体积不变，同时增加压强并降低温度答案C解析由eq\f(pV,T)＝C知A、B、D错误，C正确。关键能力发展与提升考点一固体和液体的性质深化理解1.晶体和非晶体(1)单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。多晶体和非晶体具有各向同性。(2)只要是具有各向异性的固体必定是晶体，且是单晶体。(3)只要是具有确定熔点的固体必定是晶体，反之，必是非晶体。(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。2．液体表面张力(1)形成原因在液体内部，分子间平均距离r略小于r0，分子间的作用力表现为斥力；在表面层，分子间的距离r略大于分子间的平衡距离r0，分子间的作用力表现为引力。(2)液体表面特性表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜。(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。(4)表面张力的效果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。(5)表面张力的大小跟边界线的长度、液体的种类、温度都有关系。3．浸润和不浸润浸润和不浸润也是分子力作用的表现。当液体与固体接触时，液体和与之接触的固体的相互作用可能比液体分子之间的相互作用强，也可能比液体分子之间的相互作用弱，这取决于液体、固体两种物质的性质。如果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，则液体能够浸润固体，反之，则液体不浸润固体。4．毛细现象由于液体浸润管壁，如细玻璃管中的水，液面呈如图形状。液面边缘部分的表面张力如图所示，这个力使管中液体向上运动。当管中液体上升到一定高度时，液体所受重力与这个使它向上的力平衡，液面稳定在一定的高度。实验和理论分析都表明，对于一定的液体和一定材质的管壁，管的内径越细，液体所能达到的高度越高。对于不浸润液体在细管中下降，也可作类似分析。考向1晶体和非晶体例1(2020·江苏高考)(多选)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有()A．没有固定的熔点B．天然具有规则的几何形状C．沿不同方向的导热性能相同D．分子在空间上周期性排列[答案]AC[解析]非晶体没有固定的熔点，A正确；根据非晶体的微观结构可知，组成非晶体的分子在空间上不是周期性排列的，所以非晶体没有天然规则的几何形状，且它的物理性质在各个方向上是相同的，故C正确，B、D错误。单晶体、多晶体、非晶体的区别三者的区别主要在以下三个方面：有无天然规则的几何外形；有无固定的熔点；各向同性还是各向异性。单晶体有天然规则的几何外形；单晶体和多晶体有固定的熔点；多晶体和非晶体表现出各向同性。考向2液体例2“挤毛巾”和“液桥”都是我国宇航员在空间站展示的有趣实验。“挤毛巾”实验中，宇航员先将干毛巾一端沾水后使得整个毛巾完全浸湿，然后再用双手试图拧干，只见毛巾被挤出的水像一层果冻一样紧紧地吸附在毛巾的外表面，宇航员的手也粘有一层厚厚的水。2022年3月23日，我国宇航员王亚平在空间站做了“液桥”实验，如图所示。关于这两个实验的描述不正确的是()A．在地球上能将湿毛巾拧干是因为水不能浸润毛巾B．干毛巾沾水变得完全浸湿是毛细现象C．水对宇航员的手和液桥板都是浸润的D．“液桥”实验装置脱手后两液桥板最终合在一起，这是水的表面张力在起作用[答案]A[解析]在地球上能将湿毛巾拧干是因为水的重力大于毛巾对水的吸附力，A错误；干毛巾沾水变得完全浸湿是毛细现象引起的，B正确；由水像果冻一样吸附在毛巾和手的表面，和题图实验现象可以看出，水对宇航员的手和液桥板都是浸润的，C正确；“液桥”实验装置脱手后，由于水的表面张力作用，两液桥板最终合在一起，D正确。本题选描述不正确的，故选A。考点二气体压强的计算1.平衡状态下气体压强的求法(1)液面法：选取合理的液面为研究对象，分析液面两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液面两侧压强相等的方程，求得气体的压强。如图甲中选与虚线等高的左管中液面为研究对象。(2)等压面法：在底部连通的容器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等，且液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，其中p0为液面上方气体的压强，ρ为液体密度。如图甲中虚线处压强相等，则有pB＋ρgh2＝pA。而pA＝p0＋ρgh1，所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg(h1－h2)。(3)平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞、汽缸)的受力平衡方程，求得气体的压强。如图乙选活塞、图丙选液柱进行受力分析。2．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、汽缸)为研究对象，进行受力分析(特别注意内、外气体的压力)，利用牛顿第二定律列方程求解。考向1液柱封闭气体压强的计算例3(粤教版选择性必修第三册·第二章第一节[练习]T1改编)若已知大气压强为p0，如图所示各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，重力加速度为g，则各图中被封闭气体的压强分别为p甲气＝________；p乙气＝________；p丙气＝________；p丁气＝________。[答案]p0－ρghp0－ρghp0－eq\f(\r(3),2)ρghp0＋ρgh1[解析]设玻璃管内部横截面积为S。在题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由平衡条件知p甲气S＋ρghS＝p0S所以p甲气＝p0－ρgh。在题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡方程F上＝F下，有p乙气S＋ρghS＝p0S所以p乙气＝p0－ρgh。在题图丙中，以B液面为研究对象，有p丙气S＋ρghSsin60°＝p0S所以p丙气＝p0－eq\f(\r(3),2)ρgh。在题图丁中，以液面A为研究对象，由二力平衡得p丁气S＝(p0＋ρgh1)S所以p丁气＝p0＋ρgh1。考向2汽缸活塞封闭气体压强的计算例4求汽缸中气体的压强。(大气压强为p0，重力加速度为g，活塞的质量为m，横截面积为S，汽缸、物块的质量均为M，汽缸厚度不计，活塞与汽缸间均无摩擦，均处于平衡状态)甲：________；乙：________；丙：________。[答案]p0＋eq\f(mg,S)p0－eq\f(Mg,S)p0＋eq\f(（M＋m）g,S)[解析]题图甲中选活塞为研究对象，受力分析如图a所示，由平衡条件知pAS＝p0S＋mg，得pA＝p0＋eq\f(mg,S)；题图乙中选汽缸为研究对象，受力分析如图b所示，由平衡条件知p0S＝pBS＋Mg，得pB＝p0－eq\f(Mg,S)；题图丙中选活塞和物块整体为研究对象，受力分析如图c所示，由平衡条件知pCS下sinα＝p0S上＋(M＋m)g，由几何知识知S下sinα＝S上，S上＝S，联立可得pC＝p0＋eq\f(（M＋m）g,S)。考向3加速系统封闭气体压强的计算例5如图所示，汽缸质量是M，活塞质量是m，不计缸内气体的质量，汽缸置于光滑水平面上，当用一水平外力F拉动活塞时，活塞和汽缸能保持相对静止向右加速，活塞横截面积为S，大气压强为p0，不计汽缸厚度及一切摩擦。则此时缸内气体的压强为____________。[答案]p0－eq\f(FM,（M＋m）S)[解析]设此时缸内气体的压强为p，活塞和汽缸整体加速度大小为a，以活塞和汽缸整体为研究对象，根据牛顿第二定律有F＝(M＋m)a，以汽缸为研究对象，根据牛顿第二定律得p0S－pS＝Ma，联立可得p＝p0－eq\f(FM,（M＋m）S)。封闭气体压强的求解思路封闭气体的压强，不仅与气体的状态变化有关，还与相关的液柱、活塞、汽缸等物体的受力情况和运动状态有关。解决这类问题的关键是要明确研究对象，然后分析研究对象的受力情况，再根据运动情况，列出关于研究对象的力学方程，然后解方程，就可求得封闭气体的压强。考点三气体实验定律及理想气体状态方程的应用解题技巧利用气体实验定律、理想气体状态方程解决问题的基本思路(1)选对象：确定研究对象，一般地说，研究对象分两类：①热学研究对象(一定质量的理想气体)；②力学研究对象(汽缸、活塞、液柱或某系统)。(2)找参量：①分析物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程；②对力学研究对象往往需要进行受力分析，依据力学规律(平衡条件或牛顿第二定律)确定压强。(3)列方程：①依据气体实验定律或理想气体状态方程列出气体状态变化方程；②根据力学规律列出力学方程；③挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程。注意：分析气体状态变化过程应注意以下几方面：①从力学的角度分析压强，判断是否属于等压过程。②如果题目条件是缓慢压缩导热良好的汽缸中的气体，且环境温度不变，意味着气体是等温变化。③底部连通的容器内静止的液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等。④当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”，使计算过程简捷。考向1气体实验定律和理想气体状态方程的简单应用例6(2023·海南高考)某饮料瓶内密封一定质量理想气体，t＝27℃时，压强p＝1.050×105Pa。(1)t′＝37℃时，气压是多大？(2)保持温度不变，挤压气体，使之压强与(1)相同时，气体体积为原来的多少倍？[答案](1)1.085×105Pa(2)eq\f(30,31)[解析](1)瓶内气体的始末状态的热力学温度分别为T＝t＋273K＝300K，T′＝t′＋273K＝310K温度变化过程中体积不变，故由查理定律有eq\f(p,T)＝eq\f(p′,T′)解得t′＝37℃时，气压p′＝1.085×105Pa。(2)保持温度不变，挤压气体，使之压强从p变为p′，由玻意耳定律有pV＝p′V′解得V′＝eq\f(30,31)V即气体体积为原来的eq\f(30,31)倍。【跟进训练】1.湖底温度为7℃，有一球形气泡从湖底升到水面(气体质量恒定)时，其直径扩大为原来的2倍。已知水面温度为27℃，大气压强p0＝1.02×105Pa，则湖水深度约为()A．65m ．55mC．45m ．25m答案A解析设湖水深度为h，以球形气泡内的气体为研究对象，初状态p1＝p0＋ρ水gh，V1＝eq\f(4,3)π·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))eq\s\up12(3)＝V，T1＝7℃＋273K＝280K，末状态p2＝p0，V2＝eq\f(4,3)π·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2d,2)))eq\s\up12(3)＝8V，T2＝27℃＋273K＝300K，由理想气体状态方程得eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)，代入数据，解得h≈65m，故A正确，B、C、D错误。考向2气体实验定律在汽缸问题中的应用例7为了监控锅炉外壁的温度变化，某锅炉外壁上镶嵌了一个底部水平、开口向上的圆柱形导热汽缸，汽缸内有一质量不计、横截面积S＝10cm2的活塞封闭着一定质量理想气体，活塞上方用轻绳悬挂着矩形重物。当缸内温度为T1＝360K时，活塞与缸底相距H＝6cm、与重物相距h＝4cm。已知锅炉房内空气压强p0＝1.0×105Pa，重力加速度大小g＝10m/s2，不计活塞厚度及活塞与缸壁间的摩擦，缸内气体温度等于锅炉外壁温度。(1)当活塞刚好接触重物时，求锅炉外壁的温度T2；(2)当锅炉外壁的温度为660K时，轻绳拉力刚好为零，警报器开始报警，求重物的质量M。[答案](1)600K(2)1kg[解析](1)活塞上升过程中，缸内气体发生等压变化初状态：V1＝HS，T1＝360K末状态：V2＝(H＋h)S，求T2由盖－吕萨克定律有eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)代入数据解得T2＝600K。(2)从活塞刚好接触重物到轻绳拉力刚好为零的过程中，缸内气体发生等容变化初状态：p0＝1.0×105Pa，T2＝600K末状态：设压强为p，T3＝660K轻绳拉力刚好为零时，对活塞和重物整体由平衡条件有p0S＋Mg＝pS由查理定律有eq\f(p0,T2)＝eq\f(p,T3)代入数据解得M＝1kg。分析气体状态变化的问题要抓住三点(1)弄清整个过程分为哪几个阶段。(2)找出几个阶段之间分别是由什么物理量联系起来的。(3)明确哪个阶段应遵循什么实验定律。考向3气体实验定律在液柱问题中的应用例8(2023·云南省大理州高三下统测二)某简易温度报警装置的示意图如图所示，其原理是：导热性能良好的竖直细管中用水银封闭了一定质量的空气(视为理想气体)，当温度升高时，水银柱上升，使电路导通，蜂鸣器发出报警声。27℃时，空气柱长度L1＝20cm，水银柱上表面与导线下端的距离L2＝5cm，水银柱高度h＝2cm，用该温度报警装置测量沸腾的某种液体时恰好报警，该液体沸点与大气压强的关系如下表，取0℃为273K。沸点98℃99℃100℃101℃102℃压强74cmHg75cmHg76cmHg77cmHg78cmHg(1)求当地的大气压强p0；(2)若取出1cm水银柱，求该装置报警时的热力学温度T3。(结果保留三位有效数字)[答案](1)78cmHg(2)385K[解析](1)设细管内的横截面积为S，恰好报警时液体的摄氏温度为t，以细管内密封的空气柱为研究对象，温度升高时，管内气体做等压变化，根据盖－吕萨克定律有eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)其中V1＝L1S，T1＝27℃＋273K＝300K，V2＝(L1＋L2)S，T2＝t＋273K解得t＝102℃对照表格可知当地的大气压强p0＝78cmHg。(2)以cmHg为压强单位，取出x＝1cm水银柱，以细管内密封的空气柱为研究对象，由理想气体状态方程有eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p3V3,T3)其中p1＝p0＋ph＝78cmHg＋2cmHg＝80cmHgp3＝p0＋ph－px＝78cmHg＋2cmHg－1cmHg＝79cmHgV1＝L1S，V3＝(L1＋L2＋x)S解得T3＝385K。考点四气体状态变化的图像问题对比分析三种典型状态变化过程的图像(质量相同的同种理想气体)类别特点(其中C为常量)举例等温变化p­V图像pV＝CT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远p­eq\f(1,V)图像p＝CTeq\f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高等容变化：p­T图像p＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，体积越小等压变化：V­T图像V＝eq\f(C,p)T，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，压强越小考向1气体状态变化图像的分析计算例9(2022·重庆高考)某同学探究一封闭气缸内理想气体的状态变化特性，得到压强p随温度t的变化如图所示。已知图线Ⅰ描述的是体积为V1的等容过程，当温度为t1时气体的压强为p1；图线Ⅱ描述的是压强为p2的等压过程。取0℃为273K，求(1)等容过程中，温度为0℃时气体的压强；(2)等压过程中，温度为0℃时气体的体积。[答案](1)eq\f(273p1,t1＋273)(2)eq\f(273p1V1,p2（t1＋273）)[解析](1)在等容过程中，设温度为0℃时气体的热力学温度为T0，压强为p0；温度为t1时气体的热力学温度为T1。结合题意有T0＝273K，T1＝t1＋273K根据查理定律有eq\f(p0,T0)＝eq\f(p1,T1)解得p0＝eq\f(273p1,t1＋273)。(2)当压强为p2，温度为0℃时，设气体体积为V2，则根据理想气体状态方程有eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T0)解得V2＝eq\f(273p1V1,p2（t1＋273）)。气体状态变化的图像问题的解题技巧(1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。(2)明确图像斜率的物理意义：在V－T图像(p－T图像)中，要比较两个状态的压强(或体积)大小，可以根据eq\f(pV,T)＝C，比较这两个状态点与原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。【跟进训练】2.(2021·全国甲卷)如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积—温度(V­t)图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标，t0为它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0＝－273.15℃；a为直线Ⅰ上的一点。由图可知，气体在状态a和b