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第二章　氣體、固體和液體 章末素養提升
物理觀念 氣體的狀 態參量 (1)狀態參量：溫度T、壓強p、體積V (2)熱平衡的特點：一切達到熱平衡的系統都具有相同的_______ (3)熱力學溫度與攝氏度的關系：T＝t＋______________
氣體實 驗定律 (1)玻意耳定律(等溫變化) ①成立條件：_______一定 ②表達式_______ ③等溫線：p－V圖像是雙曲線的一支，p－圖像是一條_______ _______ (2)蓋－呂薩克定律(等壓變化) ①成立條件：_______一定 ②表達式_______ ③等壓線(V－T)——_____________________ (3)查理定律(等容變化) ①成立條件：_______一定 ②表達式_______ ③等容線(p－T)——_____________________
理想氣體 (1)理想氣體：嚴格遵從氣體實驗定律的氣體。實際氣體在壓強_______，溫度_______時可以看成理想氣體 (2)理想氣體特點：分子間的相互作用力和分子勢能忽略 (3)理想氣體的狀態方程：_______(質量一定)
固體的 分類 (1)固體分為_______和_______ (2)晶體分為_______和_______ (3)晶體的微觀結構：在各種晶體中，原子(或分子、離子)按照一定的規則排列，具有空間上的_______
液體 (1)液體的性質：①表面張力：使液體表面張緊，具有收縮的趨勢，使液體表面積趨向_______；②浸潤和不浸潤、毛細現象 (2)液晶：既具有液體的_______，又具有某些晶體的_______
科學思維 1.能建立理想氣體模型，知道將實際氣體看成理想氣體的條件 2．能用氣體實驗定律和理想氣體狀態方程解決實際問題 3．能用分子動理論和統計觀點解釋氣體實驗定律
科學探究 1.能對“一定質量和溫度不變的氣體壓強和體積關系”提出相關問題或猜想 2．會用圖像法探究壓強和體積之間的關系，并體會作p－圖像的必要性 3．能對實驗過程和結果進行反思
科學態度與責任 通過氣體、固體和液體的學習和研究，領會科學、技術、社會、環境之間的密切聯系，逐漸形成探索自然的內在動力
例1　(2023·泰州市高二期中)關于固體和液體，下列說法中正確的是(　　)
A．晶體在熔化過程中，溫度不變，內能不變
B．多晶體沒有規則的幾何形狀，沒有確定的熔點
C．由于液體表面分子間距離小于平衡位置間距r0，故液體表面存在表面張力
D．液晶顯示不同的顏色是由于液晶中電場不同時，對不同顏色的光的吸收強度不同造成的
例2　一定質量的理想氣體從狀態A開始，經歷狀態B、C、D回到狀態A的p－T圖像如圖所示，其中BA的延長線經過原點O，BC、AD與橫軸平行，CD與縱軸平行，下列說法正確的是(　　)
A．A到B過程中，氣體的壓強變大、溫度升高、體積變大
B．B到C過程中，氣體分子單位時間內撞擊單位面積器壁的次數增多
C．C到D過程中，體積變大、分子熱運動劇烈程度不變
D．D到A過程中，氣體壓強不變、內能減小、體積變大
例3　(2023·無錫市高二期中)如圖所示，一根豎直的彈簧支持著一倒立汽缸的活塞，使汽缸懸空而靜止。設活塞與缸壁間無摩擦，可以在缸內自由移動，缸壁導熱性良好使缸內氣體的溫度保持與外界大氣溫度相同，則下列結論中正確(　　)
A．若外界大氣壓增大，則彈簧將壓縮一些
B．若外界大氣壓減小，則汽缸的上底面距地面的高度將減小
C．若氣溫升高，則汽缸的上底面距地面的高度將增大
D．若氣溫升高，則活塞距地面的高度將減小
例4　(2022·徐州市高二月考)神舟十三號航天員從天和核心艙氣閘艙出艙時身著我國新一代“飛天”艙外航天服。航天服內密封了一定質量的理想氣體，體積約為V1＝2 L，壓強p1＝1.0×105 Pa，溫度t1＝27 ℃。
(1)打開艙門前，航天員需將航天服內氣壓降低到p2＝4.4×104 Pa，此時密閉氣體溫度變為t2＝－9 ℃，則航天服內氣體體積V2變為多少？
(2)為便于艙外活動，航天員出艙前還需要把航天服內的一部分氣體緩慢放出，使氣壓降到p3＝3.0×104 Pa。假設釋放氣體過程中溫度保持為t3＝－9 ℃不變，體積變為V3＝2.2 L，那么航天服放出的氣體與原來氣體的質量比為多少？
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例5　(2022·連云港市高二月考)如圖所示，總容積為3V0、內壁光滑的汽缸水平放置，一橫截面積為S的輕質薄活塞將一定質量的理想氣體封閉在汽缸內，活塞左側由跨過光滑定滑輪的細繩與一質量為m的重物相連，汽缸右側封閉且留有抽氣孔。活塞右側氣體的壓強為p0，活塞左側氣體的體積為V0，溫度為T0。將活塞右側抽成真空并密封，整個抽氣過程中缸內氣體溫度始終保持不變。然后將密封的氣體緩慢加熱。已知重物的質量滿足關系式mg＝p0S，重力加速度為g。求：
(1)活塞剛碰到汽缸右側時氣體的溫度；
(2)當氣體溫度達到2T0時氣體的壓強。
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解決氣體實驗定律與理想氣體狀態方程的綜合問題的一般思路：
(1)審清題意，確定研究對象。
(2)分析清楚初、末狀態及狀態變化過程，依據氣體實驗定律或理想氣體狀態方程列出方程；對力學研究對象要正確地進行受力分析，依據力學規律列出方程進而求出壓強。
(3)注意挖掘題目中的隱含條件，如幾何關系等，列出輔助方程。
(4)多個方程聯立求解。對求解的結果注意檢驗它們的合理性。
章末素養提升
物理觀念 氣體的狀 態參量 (1)狀態參量：溫度T、壓強p、體積V (2)熱平衡的特點：一切達到熱平衡的系統都具有相同的溫度 (3)熱力學溫度與攝氏度的關系：T＝t＋273.15 K
氣體實 驗定律 (1)玻意耳定律(等溫變化) ①成立條件：m、T一定 ②表達式pV＝C ③等溫線：p－V圖像是雙曲線的一支，p－圖像是一條過原點的直線 (2)蓋－呂薩克定律(等壓變化) ①成立條件：m、p一定 ②表達式＝C ③等壓線(V－T)——過原點的傾斜直線 (3)查理定律(等容變化) ①成立條件：m、V一定 ②表達式＝C ③等容線(p－T)——過原點的傾斜直線
理想氣體 (1)理想氣體：嚴格遵從氣體實驗定律的氣體。實際氣體在壓強不太大，溫度不太低時可以看成理想氣體 (2)理想氣體特點：分子間的相互作用力和分子勢能忽略 (3)理想氣體的狀態方程：＝C(質量一定)
固體的 分類 (1)固體分為晶體和非晶體 (2)晶體分為單晶體和多晶體 (3)晶體的微觀結構：在各種晶體中，原子(或分子、離子)按照一定的規則排列，具有空間上的周期性
液體 (1)液體的性質：①表面張力：使液體表面張緊，具有收縮的趨勢，使液體表面積趨向最小；②浸潤和不浸潤、毛細現象 (2)液晶：既具有液體的流動性，又具有某些晶體的各向異性
科學思維 1.能建立理想氣體模型，知道將實際氣體看成理想氣體的條件 2．能用氣體實驗定律和理想氣體狀態方程解決實際問題 3．能用分子動理論和統計觀點解釋氣體實驗定律
科學探究 1.能對“一定質量和溫度不變的氣體壓強和體積關系”提出相關問題或猜想 2．會用圖像法探究壓強和體積之間的關系，并體會作p－圖像的必要性 3．能對實驗過程和結果進行反思
科學態度與責任 通過氣體、固體和液體的學習和研究，領會科學、技術、社會、環境之間的密切聯系，逐漸形成探索自然的內在動力
例1　(2023·泰州市高二期中)關于固體和液體，下列說法中正確的是(　　)
A．晶體在熔化過程中，溫度不變，內能不變
B．多晶體沒有規則的幾何形狀，沒有確定的熔點
C．由于液體表面分子間距離小于平衡位置間距r0，故液體表面存在表面張力
D．液晶顯示不同的顏色是由于液晶中電場不同時，對不同顏色的光的吸收強度不同造成的
答案　D
解析　由于晶體有固定的熔點，因此當晶體融化時溫度不變，但是因為要融化，因此晶體會不斷吸熱，內能增大，故A錯誤；多晶體沒有規則的幾何形狀，但有確定的熔點，故B錯誤；由于液體表面分子間距離大于平衡位置間距r0，分子力表現為引力，因此液體表面存在表面張力，故C錯誤；液晶具有單晶體的各向異性，顯示不同的顏色是由于液晶中電場不同時，對不同顏色的光的吸收強度不同造成的，故D正確。
例2　一定質量的理想氣體從狀態A開始，經歷狀態B、C、D回到狀態A的p－T圖像如圖所示，其中BA的延長線經過原點O，BC、AD與橫軸平行，CD與縱軸平行，下列說法正確的是(　　)
A．A到B過程中，氣體的壓強變大、溫度升高、體積變大
B．B到C過程中，氣體分子單位時間內撞擊單位面積器壁的次數增多
C．C到D過程中，體積變大、分子熱運動劇烈程度不變
D．D到A過程中，氣體壓強不變、內能減小、體積變大
答案　C
解析　在該圖像中過原點的直線是等容線，A到B過程中，氣體的體積不變，故A錯誤；B到C過程中，壓強不變，溫度升高，則分子平均動能增大，由＝C知體積變大，氣體分子單位時間內撞擊單位面積器壁的次數減少，故B錯誤；C到D過程中，溫度不變，氣體分子熱運動劇烈程度不變，由pV＝C知，壓強減小，體積變大，故C正確；D到A過程中，氣體發生等壓變化，壓強不變，溫度降低，則氣體內能減小，由＝C知體積減小，故D錯誤。
例3　(2023·無錫市高二期中)如圖所示，一根豎直的彈簧支持著一倒立汽缸的活塞，使汽缸懸空而靜止。設活塞與缸壁間無摩擦，可以在缸內自由移動，缸壁導熱性良好使缸內氣體的溫度保持與外界大氣溫度相同，則下列結論中正確(　　)
A．若外界大氣壓增大，則彈簧將壓縮一些
B．若外界大氣壓減小，則汽缸的上底面距地面的高度將減小
C．若氣溫升高，則汽缸的上底面距地面的高度將增大
D．若氣溫升高，則活塞距地面的高度將減小
答案　C
解析　選擇汽缸和活塞為整體，那么整體所受的大氣壓力相互抵消，若外界大氣壓增大或者氣溫升高，彈簧彈力仍等于整體重力，則彈簧長度不發生變化，活塞距地面的高度不變，故A、D錯誤；選擇汽缸為研究對象，豎直向下受重力和大氣壓力p0S，向上受到缸內氣體向上的壓力p1S，汽缸豎直方向受力平衡，則有G＋p0S＝p1S，若外界大氣壓p0減小，p1一定減小，根據理想氣體的等溫變化pV＝C可知，當壓強減小時，體積一定變大，所以汽缸的上底面距地面的高度將增大，故B錯誤；若氣溫升高，缸內氣體做等壓變化，由蓋－呂薩克定律＝C可知，當溫度升高時，氣體體積增大，汽缸上升，則汽缸的上底面距地面的高度將增大，故C正確。
例4　(2022·徐州市高二月考)神舟十三號航天員從天和核心艙氣閘艙出艙時身著我國新一代“飛天”艙外航天服。航天服內密封了一定質量的理想氣體，體積約為V1＝2 L，壓強p1＝1.0×105 Pa，溫度t1＝27 ℃。
(1)打開艙門前，航天員需將航天服內氣壓降低到p2＝4.4×104 Pa，此時密閉氣體溫度變為t2＝－9 ℃，則航天服內氣體體積V2變為多少？
(2)為便于艙外活動，航天員出艙前還需要把航天服內的一部分氣體緩慢放出，使氣壓降到p3＝3.0×104 Pa。假設釋放氣體過程中溫度保持為t3＝－9 ℃不變，體積變為V3＝2.2 L，那么航天服放出的氣體與原來氣體的質量比為多少？
答案　(1)4 L　(2)5∶8
解析　(1)初態體積約為V1＝2 L，壓強p1＝1.0×105 Pa，溫度T1＝300 K，末態p2＝4.4×104 Pa，溫度T2＝264 K，根據理想氣體狀態方程可得＝，解得V2＝4 L
(2)氣體緩慢放出的過程中氣體的溫度不變，設需要放出的氣體體積為ΔV，據玻意耳定律可得p2V2＝p3(V3＋ΔV)，航天服放出的氣體與原來氣體的質量比＝
聯立解得航天服放出的氣體與原來氣體的質量比為＝。
例5　(2022·連云港市高二月考)如圖所示，總容積為3V0、內壁光滑的汽缸水平放置，一橫截面積為S的輕質薄活塞將一定質量的理想氣體封閉在汽缸內，活塞左側由跨過光滑定滑輪的細繩與一質量為m的重物相連，汽缸右側封閉且留有抽氣孔。活塞右側氣體的壓強為p0，活塞左側氣體的體積為V0，溫度為T0。將活塞右側抽成真空并密封，整個抽氣過程中缸內氣體溫度始終保持不變。然后將密封的氣體緩慢加熱。已知重物的質量滿足關系式mg＝p0S，重力加速度為g。求：
(1)活塞剛碰到汽缸右側時氣體的溫度；
(2)當氣體溫度達到2T0時氣體的壓強。
答案　(1)1.5T0　(2)p0
解析　(1)當活塞右側的氣體壓強為p0時，左側氣體壓強為p1，對活塞受力分析，有
p1＝＋p0＝2p0，右側抽成真空時，左側氣體壓強為p2，有p2＝p0，設此時左側氣體體積為V2，由玻意耳定律有p1V0＝p2V2，解得V2＝2V0，緩慢加熱氣體，氣體發生等壓變化，活塞與汽缸右側接觸時，氣體體積為V3＝3V0，氣體的溫度為T3，由蓋－呂薩克定律有
＝，解得T3＝1.5T0
(2)氣體溫度升高到1.5T0之后，氣體發生等容變化，由查理定律有＝，解得p4＝p0。
解決氣體實驗定律與理想氣體狀態方程的綜合問題的一般思路：
(1)審清題意，確定研究對象。
(2)分析清楚初、末狀態及狀態變化過程，依據氣體實驗定律或理想氣體狀態方程列出方程；對力學研究對象要正確地進行受力分析，依據力學規律列出方程進而求出壓強。
(3)注意挖掘題目中的隱含條件，如幾何關系等，列出輔助方程。
(4)多個方程聯立求解。對求解的結果注意檢驗它們的合理性。

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