固体、液体和气体

基础课2固体、液体和气体

知识排查

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

2.晶体的微观结构

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。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。

液体的表面张力现象

1.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。

2.方向

表面张力跟液面相切，且跟这部分液面的分界线垂直。

3.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。

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＝水蒸气的实际压强

。

同温度水的饱和汽压

气体分子运动速率的统计分布

1.气体分子运动的特点和气体压强

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)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。

气体实验定律理想气体

1.气体实验定律

2.理想气体状态方程

(1)理想气体：把在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体称为理想气体。在压强不太大、温度不太低时，实际气体可以看作理想气体。理想气体的分子间除碰撞外不考虑其他作用，一定质量的某种理想气体的内能仅由温度决定。

(2)理想气体状态方程：p1V1

T1＝

p2V2

T2(质量一定的理想气体)。

小题速练

1.思考判断

(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。()

(2)草叶上的露珠呈球形是表面张力引起的。()

(3)水蒸气达到饱和时，水蒸气的压强不再变化，这时蒸发和凝结仍在进行。()

(4)只要能增加气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高。()

(5)若气体的温度逐渐升高，则其压强可以保持不变。()

答案(1)×(2)√(3)√(4)√(5)√

2.(2018·贵阳摸底)(多选)以下说法正确的是()

A.金刚石、食盐都有确定的熔点

B.饱和汽的压强与温度无关

C.一些小昆虫可以停在水面上是由于液体表面张力的作用

D.多晶体的物理性质表现为各向异性

E.当人们感觉空气干燥时，空气的相对湿度一定较小

解析金刚石、食盐都是晶体，有确定的熔点，选项A正确；饱和汽的压强与温度有关，选项B错误；因为液体表面张力的存在，有些小昆虫能停在水面上，选

项C正确；多晶体的物理性质表现为各向同性，选项D错误；在一定温度条件下，相对湿度越小，水蒸发得也就越快，人就越感到干燥，故当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小，选项E正确。

答案ACE

3.(多选)下列对饱和汽、未饱和汽、饱和汽压以及湿度的认识，正确的是()

A.液体的饱和汽压只与液体的性质和温度有关，而与体积无关

B.增大压强一定可以使未饱和汽变成饱和汽

C.降低温度一定可以使未饱和汽变成饱和汽

D.空气中所含水蒸气的压强越大，空气的绝对湿度越大

E.干湿泡湿度计的干、湿两支温度计的示数差越小，空气的相对湿度越大

解析饱和汽压的大小取决于物质的性质和温度，而与体积无关，故选项A正确；饱和汽压与压强无关，故选项B错误；降低温度可能使饱和汽变成未饱和汽，但不一定使未饱和汽变成饱和汽，故选项C错误；空气的湿度是指相对湿度，空气中所含水蒸气的压强越大，空气的绝对湿度越大，相对湿度不一定越大，故选项D正确；干湿泡湿度计的干、湿两支温度计示数差越小，说明空气越潮湿，相对湿度越大，故选项E正确。

答案ADE

4.[人教版选修3－3·P23·T2]如图1，向一个空的铝制饮料罐(即易拉罐)中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱(长度可以忽略)。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温

计。已知铝罐的容积是360 cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为0.2 cm2，吸管的有效长度为20 cm，当温度为25 ℃时，油柱离管口10 cm。

图1

(1)吸管上标刻温度值时，刻度是否应该均匀？

(2)估算这个气温计的测量范围。

解析(1)由于罐内气体压强始终不变，所以V1

T1＝

V2

T2，

V1

T1＝

ΔV

ΔT，

ΔV＝V1

T1ΔT＝

362

298ΔT，

ΔT＝298 362·SΔL

由于ΔT与ΔL成正比，刻度是均匀的。

(2)ΔT＝298

362×0.2×(20－10) K≈1.6 K

故这个气温计可以测量的温度范围为(25－1.6) ℃～(25＋1.6) ℃

即23.4 ℃～26.6 ℃。

答案(1)刻度是均匀的(2)23.4 ℃～26.6 ℃

固体和液体的性质

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。

(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。

(3)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。

2.液体表面张力

(1)表面张力的效果：表面张力使液体表面积具有收缩趋势，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。

(2)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。

1.[2015·全国卷Ⅰ，33(1)](多选)下列说法正确的是()

A.将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体

B.固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质

C.由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体

D.在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体

E.在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变

解析晶体有固定的熔点，并不会因为颗粒的大小而改变，即使敲碎为小颗粒，仍旧是晶体，选项A错误；固体分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上光学性质不同，表现为晶体具有各向异性，选项B正确；同种元素构成的可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶体，如金刚石和石墨，选项C正确；晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体，反之亦然，选项D正确；熔化

过程中，晶体要吸热，温度不变，但是内能增大，选项E错误。

答案BCD

2.(多选)下列说法正确的是()

A.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动

B.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果

C.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点

D.高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故

E.干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果

解析水中花粉的布朗运动，反映的是水分子的热运动规律，选项A错误；正是表面张力使空中雨滴呈球形，选项B正确；液晶的光学性质是各向异性，液晶显示器正是利用了这种性质，选项C正确；高原地区大气压较低，对应的水的沸点较低，选项D错误；因为纱布中的水蒸发吸热，则同样环境下湿泡温度计显示的温度较低，选项E项正确。

答案BCE

3.(多选)关于饱和汽压和相对湿度，下列说法正确的是()

A.温度相同的不同饱和汽的饱和汽压都相同

B.温度升高时，饱和汽压增大

C.在相对湿度相同的情况下，夏天比冬天的绝对湿度大

D.饱和汽压和相对湿度都与体积无关

E.饱和汽压和相对湿度都与体积有关

解析在一定温度下，饱和汽压是一定的，饱和汽压随温度的升高而增大，饱和汽压与液体的种类有关，与体积无关。空气中所含水蒸气的压强，称为空气的绝

对湿度；相对湿度＝

水蒸气的实际压强

同温度下水的饱和汽压

，夏天的饱和汽压大，在相对湿度相

同时，夏天的绝对湿度大。由以上分析可知选项B、C、D正确。答案BCD

4.(2018·安徽安庆模拟)(多选)下列说法正确的是()

A.液面上方的蒸汽达到饱和时就不会有液体分子从液面飞出

B.萘的熔点为80 ℃，质量相等的80 ℃的液态萘和80 ℃的固态萘具有不同的分子势能

C.车轮在潮湿的地面上滚过后，车辙中会渗出水，属于毛细现象

D.液体表面层的分子势能比液体内部的分子势能大

E.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，具有各向同性

解析液面上方的蒸汽达到饱和时，液体分子从液面飞出，同时有蒸汽分子进入液体中，从宏观上看，液体不再蒸发，故选项A错误；80 ℃时，液态萘凝固成固态萘的过程中放出热量，温度不变，则分子的平均动能不变，萘放出热量的过程中内能减小，而分子平均动能不变，所以一定是分子势能减小，故选项B正确；由毛细现象的定义可知，选项C正确；液体表面层的分子间距离比液体内部的分子间距离大，故液体表面层分子之间的作用力表现为引力，分子之间的距离有缩小的趋势，可知液体表面层的分子比液体内部的分子有更大的分子势能，故选项D正确；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，选项E错误。

答案BCD

分析液体现象注意三点

(1)沸腾发生在液体内部和表面，蒸发发生在液体表面；

(2)未饱和汽压及饱和汽压与大气压无关，与体积无关；

(3)人们感觉到的湿度是相对湿度而非绝对湿度。

气体压强的计算

1.气体压强的计算

气体压强是气体分子热运动撞击器壁产生的压力，因此可根据平衡或牛顿运动定律计算气体压强的大小。

2.常见两种模型

(1)活塞模型(用活塞封闭一定质量的气体)

(2)连通器模型(用液柱封闭一定质量的气体)

1.(2018·山东聊城模拟)(多选)对于一定质量的理想气体，下列论述正确的是( )

A .若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大

B .若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变

C .若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数一定增加

D .若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数可能不变

E .气体的压强由温度和单位体积内的分子个数共同决定

解析 单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，单位面积上的碰撞次数和碰撞的平均力都增大，因此这时气体压强一定增大，故选项A 正确，B 错误；若气体的压强不变而温度降低，则气体的体积减小，则单位体积内分子个数一定增加，故选项C 正确，D 错误；气体的压强由气体的温度和单位体积内的分子个数共同决定，选项E 正确。

答案 ACE

2.如图2中两个汽缸质量均为M ，内部横截面积均为S ，两个活塞的质量均为m ，左边的汽缸静止在水平面上，右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下。两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A 、B ，大气压为p 0，重力加速度为g ，求封闭气体

A 、

B 的压强各多大？

图2

解析 题图甲中选m 为研究对象。

p A S ＝p 0S ＋mg

得p A ＝p 0＋mg S

题图乙中选M 为研究对象得p B ＝p 0－Mg S 。

答案 p 0＋mg S p 0－Mg S

3.若已知大气压强为p 0，在图3中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭气体的压强。

图3

解析 在甲图中，以高为h 的液柱为研究对象，

由二力平衡知p A S ＝－ρghS ＋p 0S

所以p 甲＝p A ＝p 0－ρgh

在图乙中，以B 液面为研究对象，由平衡方程F 上＝F 下有：p A S ＋ρghS ＝p 0S ，得p 乙＝p A ＝p 0－ρgh

在图丙中，仍以B 液面为研究对象，有

p A ＋ρgh sin 60°＝p B ＝p 0

所以p 丙＝p A ＝p 0－32ρgh

在图丁中，以液面A 为研究对象，由二力平衡得

p 丁S ＝(p 0＋ρgh 1)S

所以p 丁＝p 0＋ρgh 1

在戊图中，从开口端开始计算：右端为大气压p 0，同种液体同一水平面上的压强相同，所以b 气柱的压强为p b ＝p 0＋ρg (h 2－h 1)，而a 气柱的压强为p a ＝p b －ρgh 3＝p 0＋ρg (h 2－h 1－h 3)。

答案 甲：p 0－ρgh 乙：p 0－ρgh 丙：p 0－32ρgh 丁：p 0＋ρgh 1 戊：p a ＝p 0

＋ρg (h 2－h 1－h 3) p b ＝p 0＋ρg (h 2－h 1)

气体实验定律和理想气体状态方程的应用

1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系

p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2?????温度不变：p 1V 1＝p 2V 2（玻意耳定律）

体积不变：p 1T 1＝p 2T 2（查理定律）压强不变：V 1T 1＝V 2

T 2（盖—吕萨克定律） 2.两个重要的推论

(1)查理定律的推论：Δp ＝p 1T 1

ΔT (2)盖—吕萨克定律的推论：ΔV ＝V 1T 1

ΔT

1.(2018·安徽合肥模拟)如图4所示，上端开口的光滑圆形汽缸竖直放置，截面面积为20 cm 2的活塞将一定质量的气体封闭在汽缸内。在汽缸内距缸底一定距离处设有卡环a 、b ，使活塞只能向上滑动，开始时活塞搁在a 、b 上，缸内气体的压强等于大气压强p 0＝1.0×105 Pa ，温度为27 ℃，现缓慢加热汽缸内气体，当温度缓慢升高为57 ℃时，活塞恰好要离开a 、b ，重力加速度大小g 取10 m/s 2，求活塞的质量。

图4

解析 活塞刚要离开a 、b 时，对活塞有p 2S ＝p 0S ＋mg

解得p 2＝p 0＋mg S

气体的状态参量为T 1＝300 K ，p 1＝1.0×105 Pa ，T 2＝330 K

因为V 1＝V 2，所以根据查理定律有p 1T 1＝p 2T 2

代入数据解得m ＝2 kg

答案 2 kg

2.如图5所示，左端封闭、粗细均匀的U 形玻璃管开口向上竖直放置，管内用水银将一段理想气体封闭在左管中，当大气温度为23 ℃时，管中被封闭的气柱长L ＝18 cm ，两边水银柱高度差为h ＝12 cm ，大气压强p 0＝76 cmHg 。

图5

(1)现缓慢地向右管中注入水银，为使两边的水银柱一样高，需要注入的水银柱有多高(小数点后保留一位)?

(2)若通过给左边管中气体加热使两边的水银柱一样高，则左管中气体的温度应升高到多少？

解析 (1)由于缓慢注入水银，因此管内气体发生的是等温变化

初态压强p 1＝(76－12) cmHg ，V 1＝SL

设注入的水银柱的高为d

则末态时p 2＝76 cmHg ，

V 2＝S ??????L －? ????d ＋h 2－h ＝S ?

????L －d 2＋h 2 则p 1V 1＝p 2V 2，解得d ＝17.7 cm 。

(2)设加热后气体温度为T 2。初始时T 1＝300 K ，

加热后气体体积为V 2′＝S ? ??

??L ＋h 2 根据理想气体状态方程有p 1V 1T 1＝p 2V 2′T 2

解得T 2＝475 K ，即左管中气体温度升高到202 ℃。

答案 (1)17.7 cm (2)202 ℃

3.[2017·全国卷Ⅲ，33(2)]一种测量稀薄气体压强的仪器如图6(a)所示，玻璃泡M 的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K 1和K 2。K 1长为l ，顶端封闭，K 2上端与待测气体连通；M 下端经橡皮软管与充有水银的容器R 连通。开始测量时，M 与K 2相通；逐渐提升R ，直到K 2中水银面与K 1顶端等高，此时水银已进入K 1，且K 1中水银面比顶端低h ，如图(b)所示。设测量过程中温度、与K 2相通的待测