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(新高考)高考物理一轮复习课时练习第14章第2讲《固体、液体和气体》(含解析)
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这是一份(新高考)高考物理一轮复习课时练习第14章第2讲《固体、液体和气体》(含解析)，共21页。试卷主要包含了固体和液体，气体等内容，欢迎下载使用。
一、固体和液体
1.固体
(1)固体分为晶体和非晶体两类。石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等是晶体。玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。
(2)单晶体具有规则的几何形状，多晶体和非晶体没有规则的几何形状；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。非晶体和多晶体在各个方向的物理性质都是一样的，这叫做各向同性。
2.液体
(1)液体的表面张力
①作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势。
②方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直。
(2)毛细现象：指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。毛细管越细，毛细现象越明显。
3.液晶
(1)液晶态既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子规则排列的性质。
(2)分子取向排列的液晶具有光学各向异性。
二、气体
1.气体压强
(1)产生的原因
由于大量气体分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强。
(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。
2.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气体实验定律的气体，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，即分子间无分子势能。
3.气体实验定律
4.理想气体的状态方程
一定质量的理想气体的状态方程：eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)或eq \f(pV,T)＝C。
【自测 】 (2020·天津市和平区第一次模拟)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是( )
A.若气体的温度不断升高，其压强也一定不断增大
B.在完全失重的状态下，气体的压强为零
C.若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变
D.当分子热运动变剧烈时，压强一定增大
答案 C
解析 根据eq \f(pV,T)＝C可知，若气体的温度T不断升高，气体的压强p和体积V的乘积一定增大，但其压强p不一定增大， A错误；从微观角度，气体的压强是由大量气体分子对容器壁的频繁碰撞产生的，即使在完全失重的状态下，只要容器密闭，气体分子仍然会不停的频繁碰撞器壁， B错误；对于一定量的理想气体，若气体的压强和体积都不变，根据理想气体的状态方程：eq \f(pV,T)＝C，可知其温度不变；而理想气体的内能仅仅与温度有关，所以其内能也一定不变，C正确；当分子热运动变剧烈时，分子数密度可能减小，故气体压强也可以减小或者不变，D错误。
命题点一 固体和液体性质的理解
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。
(2)只要具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。
(3)单晶体具有天然规则的几何外形，而多晶体和非晶体没有天然规则的几何外形，所以不能从形状上区分晶体与非晶体。
(4)晶体和非晶体不是绝对的，在某些条件下可以相互转化。
(5)液晶既不是晶体也不是液体。
2.液体表面张力
(1)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引力。
(2)表面特征：表面层中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张紧的弹性薄膜。
(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：使液体表面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形表面积最小。
【例1】 (多选)下列关于晶体以及非晶体的理解正确的是( )
A.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
B.单晶体具有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点
C.有的物质在不同条件下能够生成不同晶体，是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布
D.固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体是绝对的，是不可以相互转化的
答案 AC
解析 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，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，故A项正确；单晶体和多晶体都具有固定的熔点，故B项错误；有的物质在不同条件下能够生成不同晶体，是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布，例如石墨和金刚石，故C项正确；固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体不是绝对的，是可以相互转化的；例如天然石英是晶体，熔融过的石英是非晶体；把晶体硫加热熔化(温度超过300 ℃)再倒入冷水中，会变成柔软的非晶硫，再过一段时间又会转化为晶体硫，故D项错误。
【变式1】 (多选)下列说法正确的是( )
A.通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体
B.液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈
C.物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度有关
D.一滴体积为V的油酸酒精溶液在水面上形成的面积为S，则油膜分子直径为eq \f(V,S)
答案 BC
解析 金属材料虽然显示各向同性，但并不意味着就是非晶体，可能是多晶体，故A错误；液体的温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈，故B正确；根据麦克斯韦统计规律可知，物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度有关，故C正确；体积为油酸酒精溶液的体积，非油酸体积，则油酸分子直径就不是eq \f(V,S)，故D错误。
【变式2】 (2020·苏、锡、常、镇四市二模)关于下列实验及现象的说法正确的是( )
A.液晶光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性
B.气体失去容器的约束就会散开，是因为分子间存在斥力
C.同一种液体的沸点与压强有关，压强越小，沸点越高
D.由于液体表面层内的分子间距大于r0，从而形成表面张力
答案 D
解析 液晶光学性质与某些单晶体相似，具有各向异性，故A错误；气体失去容器的约束就会散开，是因为气体分子间距离远大于r0，气体分子之间除了碰撞之外，没有作用力，不能使分子束缚在一起，并不是斥力的原因，故B错误；同种液体的沸点与压强有关，压强越大，沸点越高，故C错误；由于液体表面层内的分子间距大于r0，分子之间作用力表现为引力，从而形成表面张力，故D正确。
命题点二 气体压强求解的“两类模型”
1.活塞模型
如图1所示是最常见的封闭气体的两种方式。
图1
对“活塞模型”类求压强的问题，其基本的方法就是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。图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0。由于活塞处于平衡状态，所以p0S＋mg＝pS。
则气体的压强为p＝p0＋eq \f(mg,S)。
图乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以pS＋mg＝p0S。
则气体压强为p＝p0－eq \f(mg,S)＝p0－ρ液gh。
2.连通器模型
图2
如图2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，所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来。则有
pB＋ρ液gh2＝pA。
而pA＝p0＋ρ液gh1，
所以气体B的压强为
pB＝p0＋ρ液g(h1－h2)。
【例2】 汽缸的横截面积为S，质量为m的梯形活塞上面是水平的，下面与右侧竖直方向的夹角为α，如图3所示，当活塞上放质量为M的重物时处于静止状态。设外部大气压强为p0，若活塞与缸壁之间无摩擦。重力加速度为g，求汽缸中气体的压强。
图3
答案 p0＋eq \f(（m＋M）g,S)
解析 对活塞进行受力分析，
如图所示，
由平衡条件得p气S′＝eq \f(（m＋M）g＋p0S,sin α)
又因为S′＝eq \f(S,sin α)
所以p气＝eq \f(（m＋M）g＋p0S,S)
＝p0＋eq \f(（m＋M）g,S)。
【变式3】 如图4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，大气压强为p0，重力加速度为g，不考虑活塞与汽缸间的摩擦。求封闭气体A、B的压强各多大？
图4
答案 p0＋eq \f(mg,S) p0－eq \f(Mg,S)
解析 在图甲中选活塞为研究对象，进行受力分析
pAS＝p0S＋mg
得pA＝p0＋eq \f(mg,S)
在图乙中选汽缸为研究对象p0S＝pBS＋Mg
pB＝p0－eq \f(Mg,S)
【例3】 若已知大气压强为p0，图5中各装置均处于静止状态，液体密度均为ρ，重力加速度为g，求各被封闭气体的压强。
图5
答案 甲：p0－ρgh 乙：p0－ρgh 丙：p0－eq \f(\r(3),2)ρgh
丁：p0＋ρgh1
解析 题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由平衡条件知pAS＋ρghS＝p0S
所以pA＝p0－ρgh
题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件知
pAS＋ρghS＝p0S
pA＝p0－ρgh
题图丙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有
pAS＋ρghsin 60°·S＝p0S
所以pA＝p0－eq \f(\r(3),2)ρgh
题图丁中，以A液面为研究对象，由平衡条件得
pAS＝p0S＋ρgh1S
所以pA＝p0＋ρgh1。
【变式4】 竖直平面内有如图6所示的均匀玻璃管，内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的压强各多大。
图6
答案 pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3) pb＝p0＋ρg(h2－h1)
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)，而a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)。
命题点三 气体状态变化的图像问题
1.四种图像的比较
2.分析技巧
利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析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：(1)在图7甲中，V1对应虚线为等容线，A、B分别是虚线与T2、T1两线的交点，可以认为从B状态通过等容升压到A状态，温度必然升高，所以T2＞T1。
(2)如图乙所示，A、B两点的温度相等，从B状态到A状态压强增大，体积一定减小，所以V2＜V1。
图7
【例4】 (2019·全国卷Ⅱ，33)如p－V图8所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T1、T2、T3，用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则N1______N2，T1______T3，N2________N3。(填“大于”“小于”或“等于”)
图8
答案 大于 等于 大于
解析 根据理想气体状态方程
eq \f(p1′V1′,T1)＝eq \f(p2′V2′,T2)＝eq \f(p3′V3′,T3)
可知T1＞T2，T2＜T3，T1＝T3
由于T1＞T2，状态1时气体分子热运动的平均动能大，热运动的平均速率大，分子数密度相等，故单位面积的平均碰撞次数多，即N1＞N2；对于状态2、3，由于T3＞T2，故状态3分子热运动的平均动能大，热运动的平均速率大，而且p2′＝p3′，因此状态2单位面积的平均碰撞次数多，即N2＞N3。
【变式5】 (2020·海南省新高考3月线上诊断)如图9所示是一定质量的理想气体的压强和摄氏温度的关系图像，气体由状态a变化到状态b的过程中，气体的体积( )
图9
A.一直增大 B.一直减小
C.保持不变 D.先变大后变小
答案 B
解析 在p－t图像中作出过a、b两点的等容线，延长交于同一点－273.15 ℃，根据eq \f(p,T)＝eq \f(1,V)C，由此可知等容线斜率越大，体积越小，所以气体在状态b的体积小于在状态a的体积，所以气体由状态a变化到状态b的过程中，气体的体积一直在减小，故B正确，A、C、D错误。
【变式6】 (2020·北京市房山区第一次模拟)一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V－T图像如图10所示。下列说法正确的是( )
图10
A.B→C的过程中，气体一定放出热量
B.B→C的过程中，气体分子平均动能增加
C.A→B的过程中，气体分子的密集程度变小
D.A→B的过程中，每个分子对器壁的平均撞击力变大
答案 A
解析 因为V－T图线中，BC段的图线是过原点的倾斜直线，则B→C的过程中，体积减小，即外界对气体做功(W为正)，而温度降低，内能减小(ΔU为负)，根据热力学第一定律，气体一定对外放热(Q为负)，故A正确；B→C的过程中，温度降低，分子平均动能减小，故B错误；A→B的过程中，体积减小，而气体质量不变，所以气体分子的密集程度增大，故C错误；A→B的过程中，温度一定，分子的平均动能不变，每个分子对器壁的撞击力不变，故D错误。
实验十八 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
【例5】 (2020·北京市海淀区6月二模)如图11所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下：
图11
①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来；
②移动活塞至某一位置，记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1；
③重复上述步骤②，多次测量并记录；
④根据记录的数据，作出相应图像，分析得出结论。
(1)关于本实验的基本要求，下列说法中正确的是________(选填选项前的字母)。
A.移动活塞时应缓慢一些
B.封闭气体的注射器应密封良好
C.必须测出注射器内封闭气体的质量
D.气体的压强和体积必须用国际单位
(2)为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出__________(选填“p－ V”或“p－eq \f(1,V)”)图像。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条__________________，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。
(3)在不同温度环境下，另一位同学重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确。环境温度分别为T1、T2，且T1＞T2。在如图所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之间关系的是__________(选填选项的字母)。
答案 (1)AB (2)p－eq \f(1,V) 过原点的倾斜直线(或正比例函数直线) (3)AC
解析 (1)移动活塞时应缓慢一些，以保证气体的温度不变，选项A正确；封闭气体的注射器应密封良好，要保证气体的质量不变，选项B正确；必须测出注射器内封闭气体的体积，选项C错误；气体的压强和体积使用同一单位制的单位即可，不必须用国际单位，选项D错误。
(2)根据pV＝C可知p＝eq \f(C,V)，则为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出p－eq \f(1,V)图像。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的倾斜直线(或正比例函数直线)，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。
(3)在p－V图像中，若画出一条平行p轴的等容线，可看出p1＞p2，由eq \f(pV,T)＝C可知T1＞T2，则选项A正确，B错误；由eq \f(pV,T)＝C可知，p＝CTeq \f(1,V)，则p－eq \f(1,V)图像的斜率越大，温度越高，因T1＞T2，则选项C正确，D错误。
命题点四 气体实验定律的微观解释
【例6】 (多选)(2020·山东省等级考试第二次模拟卷)如图12所示，一绝热汽缸由导热隔板分为左右两部分，隔板可沿汽缸内壁无摩擦滑动，汽缸两侧充有同种气体(可视为理想气体)。缓慢推动绝热活塞压缩右侧气体，当左右两侧气体达到新的热平衡时，以下说法正确的是( )
图12
A.两侧气体的温度相等
B.两侧气体分子的平均速率相等
C.右侧气体压强大于左侧气体压强
D.汽缸内每个气体分子的动能均相等
答案 AB
解析 由热平衡定律可知，当左右两侧气体达到新的热平衡时，两侧气体温度相等，故A正确；温度是分子平均动能的标志，所以两侧气体分子的平均动能相等，由于汽缸两侧充有同种气体，则两侧气体分子的平均速率相等，故B正确；当左右两侧气体达到新的热平衡时，右侧气体压强等于左侧气体压强，故C错误；两侧气体分子的平均动能相等，但不能说明汽缸内每个气体分子的动能均相等，故D错误。
【变式7】 [2021·1月广东学业水平选择考适应性测试，15(1)]某学生在水瓶中装入半瓶热水盖紧瓶盖，一段时间后，该同学发现瓶盖变紧。其本质原因是单位时间内瓶盖受到瓶内气体分子的撞击次数________(选填“增加”“减少”或“不变”)，瓶内气体分子平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 减少 减小
解析 随着温度降低，内部气体的压强变小，瓶盖变紧。由于温度降低，则分子平均动能减小；由于平均动能减小，分子平均速率减小，则在其他条件不变的情况下，单位时间内瓶盖受到瓶内气体分子的撞击次数减少。
课时限时练
(限时：35分钟)
对点练1 固体和液体性质的理解
1.(多选)[2020·天津市东丽区等级考试模拟(二)]下列说法正确的是( )
A.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果
B.晶体在熔化过程中吸收热量，但温度不变，内能不变
C.杯中的茶水慢慢冷却，该过程中所有的水分子的运动速率都减小了
D.液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
答案 AD
解析 空气的小雨滴呈球形是水的表面张力，使雨滴表面有收缩的趋势的结果，故A正确；晶体熔化过程中吸热，内能增加，故B错误；根据麦克斯韦速率的分布规律，当温度降低时，大部分的水分子的速率减小，但个别水分子的速率可能增加，故C错误；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，故D正确。
2.(多选)下列说法正确的是( )
A.当分子间距离变小时，分子间的作用力可能减小，也可能增大
B.墨汁滴入水中，墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子产生化学反应而引起的
C.在宇宙飞船中的水滴呈球形是因为失重的水的表面张力作用的结果
D.石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同
答案 ACD
解析 当分子间距离比较大时表现为引力，当分子间距离减小时，分子引力先增大后减小；当表现为斥力时分子间距离变小时分子力增大，故A正确；墨汁的扩散运动是因为微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡引起的，故B错误；在宇宙飞船中的水滴呈球形是因为失重的水的表面张力作用的结果，故C正确；石墨和金刚石的物理性质不同是因为组成它们的物质微粒排列结构不同造成的，故D正确。
3.(多选)关于液体，下列叙述中正确的是( )
A.露珠呈球形是因为液体的表面张力的缘故
B.液体的表面张力垂直于液面指向液体的内部
C.液体与固体接触的附着层分子如果比液体内部更稀疏，则液体与固体表现为浸润
D.对特定的液体和特定材质的毛细管，管的内径越小毛细现象越明显
答案 AD
解析 露珠呈球形是因为液体的表面张力的缘故，故A正确；表面张力产生在液体表面层，它的方向跟液面平行，使液面收缩，故B错误；液体对某种固体是浸润的，这时固体分子与液体分子间的引力相当强，造成附着层内分子的分布就比液体内部更密，故C错误； 对特定的液体和特定材质的毛细管，管的内径越细毛细现象越明显，故D正确。
4.(多选)下列说法正确的是( )
A.一切晶体的光学和力学性质都是各向异性的
B.在完全失重的宇宙飞船中，水的表面存在表面张力
C.当分子间的距离变小时，分子间的作用力一定减小
D.脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液
答案 BD
解析 单晶体具有各向异性，而多晶体表现为各向同性，故A错误；液体表面层内分子较为稀疏，分子力表现为引力，故在完全失重的宇宙飞船中，水的表面依然存在表面张力，故B正确；当分子间的距离变小时，如果开始时刻分子间距大于平衡距离，则分子间作用力可能减小，如果开始时刻分子间距小于平衡距离，则分子力增大，故C错误；脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液，故D正确。
5.(2020·北京市海淀区6月二模)下列说法中不正确的是( )
A.水和酒精混合后的总体积小于二者原来的体积之和，说明分子间有空隙
B.将香水瓶盖打开后能闻到香水的气味，这是扩散现象
C.在绕地球运行的“天宫二号”中飘浮的水滴几乎呈球形，这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势而引起的结果
D.用气筒给自行车车胎打气时要用力才能压缩空气，这说明空气分子间存在斥力
答案 D
解析 水和酒精混合后的总体积小于二者原来的体积之和，说明分子间有空隙，故A正确；将香水瓶盖打开后能闻到香水的气味，这是扩散现象，说明分子永不停息的无规则运动，故B正确；在绕地球运行的“天宫二号”中飘浮的水滴几乎呈球形，这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势而引起的结果，故C正确；用气筒给自行车车胎打气时要用力才能压缩空气，这是因为压强增大的原因，故D错误。
对点练2 气体实验定律及图像
6.中医拔罐疗法在中国有着悠久的历史，早在成书于西汉时期的帛书《五十二病方》中就有类似于后世的火罐疗法。其方法是以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上，造成局部瘀血，以达到通经活络、行气活血、消肿止痛、祛风散寒等作用的疗法。在刚开始的很短时间内，火罐“吸”在皮肤上的主要原因是( )
A.火罐内气体的温度不变，体积减小，压强增大
B.火罐内气体的压强不变，温度降低，体积减小
C.火罐内气体的体积不变，温度降低，压强减小
D.火罐内气体的体积不变，温度降低，压强增大
答案 C
解析 将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，罐内气体的温度较高，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上时，罐内的气体温度降低，而体积不变，把罐内的气体看成理想气体，由其状态方程eq \f(pV,T)＝C可知，火罐内的压强减小，所以它就会紧紧地“吸”在皮肤上了，故选项C正确。
7.(多选)(2020·辽宁葫芦岛市第一次模拟)回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50 K。某台回热式制冷机工作时，一定量的氦气(可视为理想气体)缓慢经历如图1所示的四个过程，已知状态A和B的温度均为27 ℃，状态C和D的温度均为－133 ℃，下列判断正确的是( )
图1
A.气体由状态A到B过程，温度先升高后降低
B.气体由状态B到C过程，内能保持不变
C.气体由状态C到D过程，分子间的平均间距减小
D.气体由状态C到D过程，气体对外做功
答案 AD
解析 状态A和B的温度相等，根据eq \f(pV,T)＝C，经过A、B的等温线应是过A、B的双曲线的一部分，沿直线由A到B，pV先增大后减小，所以温度先升高后降低，故A正确； 气体由状态B到C过程，体积不变，根据eq \f(pV,T)＝C，压强减小，温度降低，内能减小，故B错误；气体由状态C到D过程，体积增大，分子间的平均间距增大，气体对外做功，D正确，故C错误。
对点练3 气体实验定律的微观解释
8. (2020·北京市平谷区第二次模拟)如图2所示，导热的汽缸固定在水平地面上，一个可自由移动的活塞把气体封闭在汽缸中，汽缸的内壁光滑。现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，保持汽缸内气体温度不变，则对于封闭气体( )
图2
A.外界对气体做功
B.气体分子平均动能不变
C.气体压强保持不变
D.单位体积内气体分子个数不变
答案 B
解析 气体的体积变大，则气体对外界做功，选项A错误；气体温度不变，则气体分子平均动能不变，选项B正确；根据eq \f(pV,T)＝C可知，气体体积变大，温度不变，则气体压强减小，选项C错误；气体体积变大，则单位体积内气体分子个数减小，选项D错误。
9.[2020·天津市等级考模拟(一)]如图3所示，一导热性能良好的金属汽缸内封闭一定质量的理想气体。现缓慢地向活塞上倒一定质量的沙土，忽略环境温度的变化，在此过程中( )
图3
A.单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多
B.汽缸内大量分子撞击汽缸壁的平均作用力增大
C.汽缸内大量分子的平均动能增大
D.气体的内能增大
答案 A
解析 温度不变，气体分子的平均动能不变，平均速率不变，等温压缩时，根据玻意耳定律得知，压强增大，则单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多，故A正确；汽缸内封闭气体被压缩，体积减小，压强增大，大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力增大，但大量分子撞击汽缸壁的平均作用力却不一定增大，故B错误；温度不变，则汽缸内分子平均动能保持不变，故C错误；金属汽缸导热性能良好，由于热交换，汽缸内封闭气体温度与环境温度相同，向活塞上倒一定质量的沙土时气体等温压缩，温度不变，气体的内能不变，故D错误。
10.(2020·山东滨州第二次模拟)如图4所示，一导热良好且足够长的汽缸，倒置悬挂于天花板下。汽缸内被活塞封闭一定质量的理想气体。活塞质量为m，横截面积为S，当地大气压为p且不随温度变化，重力加速度为g，忽略一切摩擦。当环境温度缓慢升高时，下列说法正确的是( )
图4
A.悬线的拉力变大
B.被封闭理想气体的内能增大
C.被封闭理想气体的压强大小不变，且始终为p＋eq \f(mg,S)
D.外界对气体做功
答案 B
解析 以汽缸和活塞为对象，受到重力和悬线对其的拉力，根据平衡条件可知重力和悬线对其的拉力大小相等，方向相反，所以当环境温度缓慢升高时，悬线的拉力不变，故A错误；由于汽缸的导热良好，当环境温度缓慢升高时，被封闭理想气体的温度缓慢升高，所以被封闭理想气体的内能增大，故B正确；以活塞为对象，根据平衡条件可知p1S＋mg＝pS，解得被封闭理想气体的压强大小p1＝p－eq \f(mg,S)，故C错误；当环境温度缓慢升高时，被封闭理想气体的压强不变，根据盖·吕萨克定律可得被封闭理想气体的体积增大，气体对外界做功，故D错误。
11.一定质量的理想气体经历了如图5所示的状态变化，问：
图5
(1)已知从A到B的过程中，气体的内能减少了300 J，则从A到B气体吸收或放出的热量是多少；
(2)试判断气体在状态B、C的温度是否相同。如果知道气体在状态C时的温度TC＝300 K，则气体在状态A时的温度为多少。
答案 (1)放出热量1 200 J (2)1 200 K
解析 (1)从A到B，气体的体积减小，外界对气体做功，有W＝pΔV＝15×104×(8－2)×10－3 J＝900 J
根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q
Q＝ΔU－W＝－1 200 J，
即气体放出热量1 200 J。
(2)由题图可知pBVB＝pCVC，
故TB＝TC
根据理想气体状态方程有eq \f(pAVA,TA)＝eq \f(pCVC,TC)
代入题图中数据可得TA＝1 200 K。
12.如图6所示，长为L、横截面积为S、质量为m的筒状小瓶，底朝上漂浮在某液体中。平衡时，瓶内空气柱长为0.21L，瓶内、外液面高度差为0.10L；再在瓶底放上一质量为m的物块，平衡时，瓶底恰好和液面相平。已知重力加速度为g，系统温度不变，瓶壁和瓶底厚度可忽略。求：
图6
(1)液体密度ρ；
(2)大气压强p0。
答案 (1)eq \f(10m,LS) (2)eq \f(19mg,S)
解析 (1)初态，瓶内气体压强为p1＝p0＋0.1Lρg
瓶处于平衡状态时，有p1S＝p0S＋mg
联立解得液体密度ρ＝eq \f(10m,LS)。
(2)初态，瓶内气体压强p1＝p0＋eq \f(mg,S)
由题意知瓶内气柱长度为L1＝0.21L
末态，设瓶内气柱长度为L2，瓶内气体压强为p2
瓶内气体压强p2＝p0＋ρgL2
瓶和物块整体处于平衡状态，有p2S＝p0S＋2mg
联立解得L2＝0.2L
瓶内气体做等温变化，由玻意耳定律p1L1S＝p2L2S
联立解得p0＝eq \f(19mg,S)。玻意耳定律
查理定律
盖－吕萨克定律
内容
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比
一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比
一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比
表达式
p1V1＝p2V2
eq \f(p1,T1)＝eq \f(p2,T2)或eq \f(p1,p2)＝eq \f(T1,T2)
eq \f(V1,T1)＝eq \f(V2,T2)或eq \f(V1,V2)＝eq \f(T1,T2)
图像
类别
特点(其中C为常量)
举例
p－V
pV＝CT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远
p－eq \f(1,V)
p＝CTeq \f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高
p－T
p＝eq \f(C,V)T，斜率k＝eq \f(C,V)，即斜率越大，体积越小
V－T
V＝eq \f(C,p)T，斜率k＝eq \f(C,p)，即斜率越大，压强越小
一、固体和液体
1.固体
(1)固体分为晶体和非晶体两类。石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等是晶体。玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。
(2)单晶体具有规则的几何形状，多晶体和非晶体没有规则的几何形状；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。非晶体和多晶体在各个方向的物理性质都是一样的，这叫做各向同性。
2.液体
(1)液体的表面张力
①作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势。
②方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直。
(2)毛细现象：指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。毛细管越细，毛细现象越明显。
3.液晶
(1)液晶态既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子规则排列的性质。
(2)分子取向排列的液晶具有光学各向异性。
二、气体
1.气体压强
(1)产生的原因
由于大量气体分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强。
(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。
2.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气体实验定律的气体，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，即分子间无分子势能。
3.气体实验定律
4.理想气体的状态方程
一定质量的理想气体的状态方程：eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)或eq \f(pV,T)＝C。
【自测 】 (2020·天津市和平区第一次模拟)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是( )
A.若气体的温度不断升高，其压强也一定不断增大
B.在完全失重的状态下，气体的压强为零
C.若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变
D.当分子热运动变剧烈时，压强一定增大
答案 C
解析 根据eq \f(pV,T)＝C可知，若气体的温度T不断升高，气体的压强p和体积V的乘积一定增大，但其压强p不一定增大， A错误；从微观角度，气体的压强是由大量气体分子对容器壁的频繁碰撞产生的，即使在完全失重的状态下，只要容器密闭，气体分子仍然会不停的频繁碰撞器壁， B错误；对于一定量的理想气体，若气体的压强和体积都不变，根据理想气体的状态方程：eq \f(pV,T)＝C，可知其温度不变；而理想气体的内能仅仅与温度有关，所以其内能也一定不变，C正确；当分子热运动变剧烈时，分子数密度可能减小，故气体压强也可以减小或者不变，D错误。
命题点一 固体和液体性质的理解
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。
(2)只要具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。
(3)单晶体具有天然规则的几何外形，而多晶体和非晶体没有天然规则的几何外形，所以不能从形状上区分晶体与非晶体。
(4)晶体和非晶体不是绝对的，在某些条件下可以相互转化。
(5)液晶既不是晶体也不是液体。
2.液体表面张力
(1)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引力。
(2)表面特征：表面层中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张紧的弹性薄膜。
(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：使液体表面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形表面积最小。
【例1】 (多选)下列关于晶体以及非晶体的理解正确的是( )
A.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
B.单晶体具有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点
C.有的物质在不同条件下能够生成不同晶体，是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布
D.固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体是绝对的，是不可以相互转化的
答案 AC
解析 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，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，故A项正确；单晶体和多晶体都具有固定的熔点，故B项错误；有的物质在不同条件下能够生成不同晶体，是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布，例如石墨和金刚石，故C项正确；固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体不是绝对的，是可以相互转化的；例如天然石英是晶体，熔融过的石英是非晶体；把晶体硫加热熔化(温度超过300 ℃)再倒入冷水中，会变成柔软的非晶硫，再过一段时间又会转化为晶体硫，故D项错误。
【变式1】 (多选)下列说法正确的是( )
A.通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体
B.液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈
C.物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度有关
D.一滴体积为V的油酸酒精溶液在水面上形成的面积为S，则油膜分子直径为eq \f(V,S)
答案 BC
解析 金属材料虽然显示各向同性，但并不意味着就是非晶体，可能是多晶体，故A错误；液体的温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈，故B正确；根据麦克斯韦统计规律可知，物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度有关，故C正确；体积为油酸酒精溶液的体积，非油酸体积，则油酸分子直径就不是eq \f(V,S)，故D错误。
【变式2】 (2020·苏、锡、常、镇四市二模)关于下列实验及现象的说法正确的是( )
A.液晶光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性
B.气体失去容器的约束就会散开，是因为分子间存在斥力
C.同一种液体的沸点与压强有关，压强越小，沸点越高
D.由于液体表面层内的分子间距大于r0，从而形成表面张力
答案 D
解析 液晶光学性质与某些单晶体相似，具有各向异性，故A错误；气体失去容器的约束就会散开，是因为气体分子间距离远大于r0，气体分子之间除了碰撞之外，没有作用力，不能使分子束缚在一起，并不是斥力的原因，故B错误；同种液体的沸点与压强有关，压强越大，沸点越高，故C错误；由于液体表面层内的分子间距大于r0，分子之间作用力表现为引力，从而形成表面张力，故D正确。
命题点二 气体压强求解的“两类模型”
1.活塞模型
如图1所示是最常见的封闭气体的两种方式。
图1
对“活塞模型”类求压强的问题，其基本的方法就是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。图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0。由于活塞处于平衡状态，所以p0S＋mg＝pS。
则气体的压强为p＝p0＋eq \f(mg,S)。
图乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以pS＋mg＝p0S。
则气体压强为p＝p0－eq \f(mg,S)＝p0－ρ液gh。
2.连通器模型
图2
如图2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，所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来。则有
pB＋ρ液gh2＝pA。
而pA＝p0＋ρ液gh1，
所以气体B的压强为
pB＝p0＋ρ液g(h1－h2)。
【例2】 汽缸的横截面积为S，质量为m的梯形活塞上面是水平的，下面与右侧竖直方向的夹角为α，如图3所示，当活塞上放质量为M的重物时处于静止状态。设外部大气压强为p0，若活塞与缸壁之间无摩擦。重力加速度为g，求汽缸中气体的压强。
图3
答案 p0＋eq \f(（m＋M）g,S)
解析 对活塞进行受力分析，
如图所示，
由平衡条件得p气S′＝eq \f(（m＋M）g＋p0S,sin α)
又因为S′＝eq \f(S,sin α)
所以p气＝eq \f(（m＋M）g＋p0S,S)
＝p0＋eq \f(（m＋M）g,S)。
【变式3】 如图4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，大气压强为p0，重力加速度为g，不考虑活塞与汽缸间的摩擦。求封闭气体A、B的压强各多大？
图4
答案 p0＋eq \f(mg,S) p0－eq \f(Mg,S)
解析 在图甲中选活塞为研究对象，进行受力分析
pAS＝p0S＋mg
得pA＝p0＋eq \f(mg,S)
在图乙中选汽缸为研究对象p0S＝pBS＋Mg
pB＝p0－eq \f(Mg,S)
【例3】 若已知大气压强为p0，图5中各装置均处于静止状态，液体密度均为ρ，重力加速度为g，求各被封闭气体的压强。
图5
答案 甲：p0－ρgh 乙：p0－ρgh 丙：p0－eq \f(\r(3),2)ρgh
丁：p0＋ρgh1
解析 题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由平衡条件知pAS＋ρghS＝p0S
所以pA＝p0－ρgh
题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件知
pAS＋ρghS＝p0S
pA＝p0－ρgh
题图丙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有
pAS＋ρghsin 60°·S＝p0S
所以pA＝p0－eq \f(\r(3),2)ρgh
题图丁中，以A液面为研究对象，由平衡条件得
pAS＝p0S＋ρgh1S
所以pA＝p0＋ρgh1。
【变式4】 竖直平面内有如图6所示的均匀玻璃管，内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的压强各多大。
图6
答案 pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3) pb＝p0＋ρg(h2－h1)
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)，而a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)。
命题点三 气体状态变化的图像问题
1.四种图像的比较
2.分析技巧
利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析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：(1)在图7甲中，V1对应虚线为等容线，A、B分别是虚线与T2、T1两线的交点，可以认为从B状态通过等容升压到A状态，温度必然升高，所以T2＞T1。
(2)如图乙所示，A、B两点的温度相等，从B状态到A状态压强增大，体积一定减小，所以V2＜V1。
图7
【例4】 (2019·全国卷Ⅱ，33)如p－V图8所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T1、T2、T3，用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则N1______N2，T1______T3，N2________N3。(填“大于”“小于”或“等于”)
图8
答案 大于 等于 大于
解析 根据理想气体状态方程
eq \f(p1′V1′,T1)＝eq \f(p2′V2′,T2)＝eq \f(p3′V3′,T3)
可知T1＞T2，T2＜T3，T1＝T3
由于T1＞T2，状态1时气体分子热运动的平均动能大，热运动的平均速率大，分子数密度相等，故单位面积的平均碰撞次数多，即N1＞N2；对于状态2、3，由于T3＞T2，故状态3分子热运动的平均动能大，热运动的平均速率大，而且p2′＝p3′，因此状态2单位面积的平均碰撞次数多，即N2＞N3。
【变式5】 (2020·海南省新高考3月线上诊断)如图9所示是一定质量的理想气体的压强和摄氏温度的关系图像，气体由状态a变化到状态b的过程中，气体的体积( )
图9
A.一直增大 B.一直减小
C.保持不变 D.先变大后变小
答案 B
解析 在p－t图像中作出过a、b两点的等容线，延长交于同一点－273.15 ℃，根据eq \f(p,T)＝eq \f(1,V)C，由此可知等容线斜率越大，体积越小，所以气体在状态b的体积小于在状态a的体积，所以气体由状态a变化到状态b的过程中，气体的体积一直在减小，故B正确，A、C、D错误。
【变式6】 (2020·北京市房山区第一次模拟)一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V－T图像如图10所示。下列说法正确的是( )
图10
A.B→C的过程中，气体一定放出热量
B.B→C的过程中，气体分子平均动能增加
C.A→B的过程中，气体分子的密集程度变小
D.A→B的过程中，每个分子对器壁的平均撞击力变大
答案 A
解析 因为V－T图线中，BC段的图线是过原点的倾斜直线，则B→C的过程中，体积减小，即外界对气体做功(W为正)，而温度降低，内能减小(ΔU为负)，根据热力学第一定律，气体一定对外放热(Q为负)，故A正确；B→C的过程中，温度降低，分子平均动能减小，故B错误；A→B的过程中，体积减小，而气体质量不变，所以气体分子的密集程度增大，故C错误；A→B的过程中，温度一定，分子的平均动能不变，每个分子对器壁的撞击力不变，故D错误。
实验十八 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
【例5】 (2020·北京市海淀区6月二模)如图11所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下：
图11
①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起来；
②移动活塞至某一位置，记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算机显示的气体压强值p1；
③重复上述步骤②，多次测量并记录；
④根据记录的数据，作出相应图像，分析得出结论。
(1)关于本实验的基本要求，下列说法中正确的是________(选填选项前的字母)。
A.移动活塞时应缓慢一些
B.封闭气体的注射器应密封良好
C.必须测出注射器内封闭气体的质量
D.气体的压强和体积必须用国际单位
(2)为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出__________(选填“p－ V”或“p－eq \f(1,V)”)图像。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条__________________，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。
(3)在不同温度环境下，另一位同学重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确。环境温度分别为T1、T2，且T1＞T2。在如图所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之间关系的是__________(选填选项的字母)。
答案 (1)AB (2)p－eq \f(1,V) 过原点的倾斜直线(或正比例函数直线) (3)AC
解析 (1)移动活塞时应缓慢一些，以保证气体的温度不变，选项A正确；封闭气体的注射器应密封良好，要保证气体的质量不变，选项B正确；必须测出注射器内封闭气体的体积，选项C错误；气体的压强和体积使用同一单位制的单位即可，不必须用国际单位，选项D错误。
(2)根据pV＝C可知p＝eq \f(C,V)，则为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出p－eq \f(1,V)图像。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的倾斜直线(或正比例函数直线)，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。
(3)在p－V图像中，若画出一条平行p轴的等容线，可看出p1＞p2，由eq \f(pV,T)＝C可知T1＞T2，则选项A正确，B错误；由eq \f(pV,T)＝C可知，p＝CTeq \f(1,V)，则p－eq \f(1,V)图像的斜率越大，温度越高，因T1＞T2，则选项C正确，D错误。
命题点四 气体实验定律的微观解释
【例6】 (多选)(2020·山东省等级考试第二次模拟卷)如图12所示，一绝热汽缸由导热隔板分为左右两部分，隔板可沿汽缸内壁无摩擦滑动，汽缸两侧充有同种气体(可视为理想气体)。缓慢推动绝热活塞压缩右侧气体，当左右两侧气体达到新的热平衡时，以下说法正确的是( )
图12
A.两侧气体的温度相等
B.两侧气体分子的平均速率相等
C.右侧气体压强大于左侧气体压强
D.汽缸内每个气体分子的动能均相等
答案 AB
解析 由热平衡定律可知，当左右两侧气体达到新的热平衡时，两侧气体温度相等，故A正确；温度是分子平均动能的标志，所以两侧气体分子的平均动能相等，由于汽缸两侧充有同种气体，则两侧气体分子的平均速率相等，故B正确；当左右两侧气体达到新的热平衡时，右侧气体压强等于左侧气体压强，故C错误；两侧气体分子的平均动能相等，但不能说明汽缸内每个气体分子的动能均相等，故D错误。
【变式7】 [2021·1月广东学业水平选择考适应性测试，15(1)]某学生在水瓶中装入半瓶热水盖紧瓶盖，一段时间后，该同学发现瓶盖变紧。其本质原因是单位时间内瓶盖受到瓶内气体分子的撞击次数________(选填“增加”“减少”或“不变”)，瓶内气体分子平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 减少 减小
解析 随着温度降低，内部气体的压强变小，瓶盖变紧。由于温度降低，则分子平均动能减小；由于平均动能减小，分子平均速率减小，则在其他条件不变的情况下，单位时间内瓶盖受到瓶内气体分子的撞击次数减少。
课时限时练
(限时：35分钟)
对点练1 固体和液体性质的理解
1.(多选)[2020·天津市东丽区等级考试模拟(二)]下列说法正确的是( )
A.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果
B.晶体在熔化过程中吸收热量，但温度不变，内能不变
C.杯中的茶水慢慢冷却，该过程中所有的水分子的运动速率都减小了
D.液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
答案 AD
解析 空气的小雨滴呈球形是水的表面张力，使雨滴表面有收缩的趋势的结果，故A正确；晶体熔化过程中吸热，内能增加，故B错误；根据麦克斯韦速率的分布规律，当温度降低时，大部分的水分子的速率减小，但个别水分子的速率可能增加，故C错误；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，故D正确。
2.(多选)下列说法正确的是( )
A.当分子间距离变小时，分子间的作用力可能减小，也可能增大
B.墨汁滴入水中，墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子产生化学反应而引起的
C.在宇宙飞船中的水滴呈球形是因为失重的水的表面张力作用的结果
D.石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同
答案 ACD
解析 当分子间距离比较大时表现为引力，当分子间距离减小时，分子引力先增大后减小；当表现为斥力时分子间距离变小时分子力增大，故A正确；墨汁的扩散运动是因为微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡引起的，故B错误；在宇宙飞船中的水滴呈球形是因为失重的水的表面张力作用的结果，故C正确；石墨和金刚石的物理性质不同是因为组成它们的物质微粒排列结构不同造成的，故D正确。
3.(多选)关于液体，下列叙述中正确的是( )
A.露珠呈球形是因为液体的表面张力的缘故
B.液体的表面张力垂直于液面指向液体的内部
C.液体与固体接触的附着层分子如果比液体内部更稀疏，则液体与固体表现为浸润
D.对特定的液体和特定材质的毛细管，管的内径越小毛细现象越明显
答案 AD
解析 露珠呈球形是因为液体的表面张力的缘故，故A正确；表面张力产生在液体表面层，它的方向跟液面平行，使液面收缩，故B错误；液体对某种固体是浸润的，这时固体分子与液体分子间的引力相当强，造成附着层内分子的分布就比液体内部更密，故C错误； 对特定的液体和特定材质的毛细管，管的内径越细毛细现象越明显，故D正确。
4.(多选)下列说法正确的是( )
A.一切晶体的光学和力学性质都是各向异性的
B.在完全失重的宇宙飞船中，水的表面存在表面张力
C.当分子间的距离变小时，分子间的作用力一定减小
D.脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液
答案 BD
解析 单晶体具有各向异性，而多晶体表现为各向同性，故A错误；液体表面层内分子较为稀疏，分子力表现为引力，故在完全失重的宇宙飞船中，水的表面依然存在表面张力，故B正确；当分子间的距离变小时，如果开始时刻分子间距大于平衡距离，则分子间作用力可能减小，如果开始时刻分子间距小于平衡距离，则分子力增大，故C错误；脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液，故D正确。
5.(2020·北京市海淀区6月二模)下列说法中不正确的是( )
A.水和酒精混合后的总体积小于二者原来的体积之和，说明分子间有空隙
B.将香水瓶盖打开后能闻到香水的气味，这是扩散现象
C.在绕地球运行的“天宫二号”中飘浮的水滴几乎呈球形，这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势而引起的结果
D.用气筒给自行车车胎打气时要用力才能压缩空气，这说明空气分子间存在斥力
答案 D
解析 水和酒精混合后的总体积小于二者原来的体积之和，说明分子间有空隙，故A正确；将香水瓶盖打开后能闻到香水的气味，这是扩散现象，说明分子永不停息的无规则运动，故B正确；在绕地球运行的“天宫二号”中飘浮的水滴几乎呈球形，这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势而引起的结果，故C正确；用气筒给自行车车胎打气时要用力才能压缩空气，这是因为压强增大的原因，故D错误。
对点练2 气体实验定律及图像
6.中医拔罐疗法在中国有着悠久的历史，早在成书于西汉时期的帛书《五十二病方》中就有类似于后世的火罐疗法。其方法是以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上，造成局部瘀血，以达到通经活络、行气活血、消肿止痛、祛风散寒等作用的疗法。在刚开始的很短时间内，火罐“吸”在皮肤上的主要原因是( )
A.火罐内气体的温度不变，体积减小，压强增大
B.火罐内气体的压强不变，温度降低，体积减小
C.火罐内气体的体积不变，温度降低，压强减小
D.火罐内气体的体积不变，温度降低，压强增大
答案 C
解析 将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，罐内气体的温度较高，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上时，罐内的气体温度降低，而体积不变，把罐内的气体看成理想气体，由其状态方程eq \f(pV,T)＝C可知，火罐内的压强减小，所以它就会紧紧地“吸”在皮肤上了，故选项C正确。
7.(多选)(2020·辽宁葫芦岛市第一次模拟)回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50 K。某台回热式制冷机工作时，一定量的氦气(可视为理想气体)缓慢经历如图1所示的四个过程，已知状态A和B的温度均为27 ℃，状态C和D的温度均为－133 ℃，下列判断正确的是( )
图1
A.气体由状态A到B过程，温度先升高后降低
B.气体由状态B到C过程，内能保持不变
C.气体由状态C到D过程，分子间的平均间距减小
D.气体由状态C到D过程，气体对外做功
答案 AD
解析 状态A和B的温度相等，根据eq \f(pV,T)＝C，经过A、B的等温线应是过A、B的双曲线的一部分，沿直线由A到B，pV先增大后减小，所以温度先升高后降低，故A正确； 气体由状态B到C过程，体积不变，根据eq \f(pV,T)＝C，压强减小，温度降低，内能减小，故B错误；气体由状态C到D过程，体积增大，分子间的平均间距增大，气体对外做功，D正确，故C错误。
对点练3 气体实验定律的微观解释
8. (2020·北京市平谷区第二次模拟)如图2所示，导热的汽缸固定在水平地面上，一个可自由移动的活塞把气体封闭在汽缸中，汽缸的内壁光滑。现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，保持汽缸内气体温度不变，则对于封闭气体( )
图2
A.外界对气体做功
B.气体分子平均动能不变
C.气体压强保持不变
D.单位体积内气体分子个数不变
答案 B
解析 气体的体积变大，则气体对外界做功，选项A错误；气体温度不变，则气体分子平均动能不变，选项B正确；根据eq \f(pV,T)＝C可知，气体体积变大，温度不变，则气体压强减小，选项C错误；气体体积变大，则单位体积内气体分子个数减小，选项D错误。
9.[2020·天津市等级考模拟(一)]如图3所示，一导热性能良好的金属汽缸内封闭一定质量的理想气体。现缓慢地向活塞上倒一定质量的沙土，忽略环境温度的变化，在此过程中( )
图3
A.单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多
B.汽缸内大量分子撞击汽缸壁的平均作用力增大
C.汽缸内大量分子的平均动能增大
D.气体的内能增大
答案 A
解析 温度不变，气体分子的平均动能不变，平均速率不变，等温压缩时，根据玻意耳定律得知，压强增大，则单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多，故A正确；汽缸内封闭气体被压缩，体积减小，压强增大，大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力增大，但大量分子撞击汽缸壁的平均作用力却不一定增大，故B错误；温度不变，则汽缸内分子平均动能保持不变，故C错误；金属汽缸导热性能良好，由于热交换，汽缸内封闭气体温度与环境温度相同，向活塞上倒一定质量的沙土时气体等温压缩，温度不变，气体的内能不变，故D错误。
10.(2020·山东滨州第二次模拟)如图4所示，一导热良好且足够长的汽缸，倒置悬挂于天花板下。汽缸内被活塞封闭一定质量的理想气体。活塞质量为m，横截面积为S，当地大气压为p且不随温度变化，重力加速度为g，忽略一切摩擦。当环境温度缓慢升高时，下列说法正确的是( )
图4
A.悬线的拉力变大
B.被封闭理想气体的内能增大
C.被封闭理想气体的压强大小不变，且始终为p＋eq \f(mg,S)
D.外界对气体做功
答案 B
解析 以汽缸和活塞为对象，受到重力和悬线对其的拉力，根据平衡条件可知重力和悬线对其的拉力大小相等，方向相反，所以当环境温度缓慢升高时，悬线的拉力不变，故A错误；由于汽缸的导热良好，当环境温度缓慢升高时，被封闭理想气体的温度缓慢升高，所以被封闭理想气体的内能增大，故B正确；以活塞为对象，根据平衡条件可知p1S＋mg＝pS，解得被封闭理想气体的压强大小p1＝p－eq \f(mg,S)，故C错误；当环境温度缓慢升高时，被封闭理想气体的压强不变，根据盖·吕萨克定律可得被封闭理想气体的体积增大，气体对外界做功，故D错误。
11.一定质量的理想气体经历了如图5所示的状态变化，问：
图5
(1)已知从A到B的过程中，气体的内能减少了300 J，则从A到B气体吸收或放出的热量是多少；
(2)试判断气体在状态B、C的温度是否相同。如果知道气体在状态C时的温度TC＝300 K，则气体在状态A时的温度为多少。
答案 (1)放出热量1 200 J (2)1 200 K
解析 (1)从A到B，气体的体积减小，外界对气体做功，有W＝pΔV＝15×104×(8－2)×10－3 J＝900 J
根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q
Q＝ΔU－W＝－1 200 J，
即气体放出热量1 200 J。
(2)由题图可知pBVB＝pCVC，
故TB＝TC
根据理想气体状态方程有eq \f(pAVA,TA)＝eq \f(pCVC,TC)
代入题图中数据可得TA＝1 200 K。
12.如图6所示，长为L、横截面积为S、质量为m的筒状小瓶，底朝上漂浮在某液体中。平衡时，瓶内空气柱长为0.21L，瓶内、外液面高度差为0.10L；再在瓶底放上一质量为m的物块，平衡时，瓶底恰好和液面相平。已知重力加速度为g，系统温度不变，瓶壁和瓶底厚度可忽略。求：
图6
(1)液体密度ρ；
(2)大气压强p0。
答案 (1)eq \f(10m,LS) (2)eq \f(19mg,S)
解析 (1)初态，瓶内气体压强为p1＝p0＋0.1Lρg
瓶处于平衡状态时，有p1S＝p0S＋mg
联立解得液体密度ρ＝eq \f(10m,LS)。
(2)初态，瓶内气体压强p1＝p0＋eq \f(mg,S)
由题意知瓶内气柱长度为L1＝0.21L
末态，设瓶内气柱长度为L2，瓶内气体压强为p2
瓶内气体压强p2＝p0＋ρgL2
瓶和物块整体处于平衡状态，有p2S＝p0S＋2mg
联立解得L2＝0.2L
瓶内气体做等温变化，由玻意耳定律p1L1S＝p2L2S
联立解得p0＝eq \f(19mg,S)。玻意耳定律
查理定律
盖－吕萨克定律
内容
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比
一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比
一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比
表达式
p1V1＝p2V2
eq \f(p1,T1)＝eq \f(p2,T2)或eq \f(p1,p2)＝eq \f(T1,T2)
eq \f(V1,T1)＝eq \f(V2,T2)或eq \f(V1,V2)＝eq \f(T1,T2)
图像
类别
特点(其中C为常量)
举例
p－V
pV＝CT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远
p－eq \f(1,V)
p＝CTeq \f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高
p－T
p＝eq \f(C,V)T，斜率k＝eq \f(C,V)，即斜率越大，体积越小
V－T
V＝eq \f(C,p)T，斜率k＝eq \f(C,p)，即斜率越大，压强越小
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