第37讲 固体、液体和气体
【教学目标】
1. 了解晶体和非晶体及液晶；
2．了解液体的表面张力现象；了解饱和汽及饱和汽压； 3．了解理想气体概念，掌握气体实验定律。 [典型例题]
例1：如图所示，一定质量的理想气体从状态A 经等压过程到状态B 。此过程中，气体压强p ＝1.0×105
Pa ，吸收的热量Q ＝7.0×102
J ，求此过程中气体内能的增量。
解析：V A T V B
W ＝p (V B －V A )
A T B
根据热力学第一定律ΔU ＝Q －W ， 解得ΔU ＝5.0×102
J 。 答案：5.0×102
J
例2：我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录。在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990 m深处的海水温度为280 K。某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化。如图所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度T 3
0＝300 K ，压强p 0＝1 atm ，封闭气体的体积V 0＝3 m 。如果将该汽缸下潜至990 m 深处，此过程中封闭气体可视为理想气体。
(1)求990 m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10 m深的海水产生的压强) 。
(2)下潜过程中封闭气体________(填“吸热”或“放热”)，传递的热量________(填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功。
[解析] (1)以汽缸内封闭的气体为研究对象，初态压强p 0＝1 atm，温度T 0＝300 K，体积V 0
＝3 m2
，汽缸在990 m深处时，气体压强p ＝1 atm＋99010＝100 atm，温度T ＝280 K，设体积变
为V 。由理想气体状态方程有
p 0V 0pV －T T
，代入数据解得V ＝2.8×102m 3
。 0(2)封闭气体的体积减小，外界对气体做功，而气体的温度降低，内能减小，由热力学第一定律可知，气体要放热，且传递的热量大于外界对气体所做的功。
[答案] (1)2.8×10－2m 3
(2)放热 大于
例3：一定质量的理想气体由状态A 经状态B 变为状态C ，其中A →B 过程为等压变化，B →C 过程为等容变化．已知VA ＝0.3 m3，TA ＝TC ＝300 K，TB ＝400 K.
(1)求气体在状态B 时的体积．
(2)说明B →C 过程压强变化的微观原因．
(3)设A →B 过程气体吸收热量为Q1，B →C 过程气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2的大小并说明
原因．
[解析] (1)设气体在状态B 时的体积为V B ，
由盖吕萨克定律得
V A V B
T ＝T A B
代入数据得V 3
B ＝0.4 m
(2)微观原因：气体体积不变，分子密集程度不变，温度变化(降低) ，气体分子平均动能
变化(减小) ，导致气体压强变化(减小) ．
(3)Q 1大于Q 2；因为TA ＝TC ，故A →B 增加的内能与B →C 减少的内能相同，而A →B 过程气体对外做正功，B →C 过程气体不做功，由热力学第一定律可知Q 1大于Q 2.
[答案] (1)0.4 m3 (2)见解析 (3)Q 1大于Q 2，原因见解析
[课后作业] 班级 姓名 学号
1．如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中，设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降的过程中，筒内空气体积减小，同时有(
)
A ．从外界吸热 B ．内能增大 C ．向外界放热
D ．内能减小
解析：金属筒在缓慢下降的过程中，气体的压强逐渐增大，水温均匀且恒定，不计气体分子间相互作用，则气体温度不变、内能不变，根据理想气体状态方程可以判断，气体体积必然减小，所以外界对气体做功，由热力学第一定律W ＋Q ＝ΔU 得，Q 为负，气体必然向外界放热．只有C 项正确．
答案：C
2．(多选) 关于液晶，下列说法中正确的有( ) A ．液晶是一种晶体
B ．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性 C ．液晶的光学性质随温度的变化而变化 D ．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
解析：液晶的微观结构介于晶体和液体之间，虽然液晶分子在特定方向上排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，A 、B 错误．外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质．温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，C 、D 正确．
答案：CD
3．(多选) 对一定量的气体，下列说法正确的是( ) A ．气体的体积是所有气体分子的体积之和 B ．气体分子的热运动越剧烈，气体温度就越高
C ．气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的 D ．当气体膨胀时，气体分子之间的势能减小，因而气体的内能减少
解析：气体分子距离远大于分子大小，所以气体的体积远大于所有气体分子体积之和，A 项错；温度是物体分子平均动能的标志，是表示分子热运动剧烈程度的物理量，B 项正确；气体压强的微观解释是大量气体分子频繁撞击产生的，C 项正确；气体膨胀，说明气体对外做功，但不能确定吸、放热情况，故不能确定内能变化情况，D 项错．
答案：BC
4．(多选) 关于液体的表面张力，下列说法正确的是( ) A ．表面张力是液体内部各部分之间的相互作用力 B ．液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为引力
C ．不论是什么液体，表面张力都会使表面收缩 D ．表面张力的方向与液面垂直
解析：表面张力是由于表面层中分子间距大，而在表面层分子间表现出的引力，A 错B 正确；由于表面张力的作用，使液体表面有收缩的趋势，C 正确；表面张力的方向跟液面相切，D 错误．
答案：BC
5．一个有活塞的密闭容器内盛有饱和汽与少量的水，则可能发生的现象是( ) A ．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强会增大 B ．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强不变 C ．温度保持不变，慢慢地推出活塞，容器内压强会减小 D ．固定活塞而将容器放在沸水中，容器内压强不变
解析：根据饱和汽的特征，饱和汽压的大小与物质的性质有关，并随着温度的升高而增大，但跟饱和汽的体积无关．所以在温度不变时，饱和汽压不随体积变化，因而B 正确；其余的现象均不可能发生．
答案：B
6．下列说法中正确的是( )
A ．黄金可以切割加工成任意形状，所以是非晶体 B ．同一种物质只能形成一种晶体 C ．单晶体的所有物理性质都是各向异性的 D ．玻璃没有确定的熔点，也没有规则的几何形状
解析：所有的金属都是晶体，因而黄金也是晶体，只是因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形状，A 错误；同一种物质可以形成多种晶体，如碳可以形成金钢石和石墨两种晶体，故B 错误；单晶体的物理性质各向异性是指某些物理性质各向异性，有些物理性质各向同性，故C 错误；玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，D 正确．
答案：D
7. 我们认识到的固体、液体和气体，下列说法正确的有（BD ）
A ．液体的表面张力是由于表面层里分子距离比液体内部小些，分子间表现为引力
B ．利用液晶在外加电压的影响下，会由透明状态变成混浊状态而不透明，去掉电压后，又会恢复透明的特性可以做成显示元件；
C ．晶体内部的物质微粒是有规则地排列的，而非晶体内部物质微粒排列是不规则的。晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着
D ．在同一温度下，不同液体的饱和气压一般不同，挥发性大的液体饱和气压大；同一种液体的饱和气压随温度的升高而迅速增大。
8．为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体．图象能正确表示该过程中空气的压强p 和体积V 关系的是 ( )
解析：根据气体等温变化方程pV ＝C ，所以p ＝C 1
V
，因此p V
选项B 正确．
答案：B
9.(1)如图所示，活塞与气缸密封了一定质量的气体，活塞与气缸之间摩擦不计且可在气缸中自由
移动，气缸固定在地面上，活塞处于静止状态．现对气缸加热，测出气体吸收的热量为2．0x106
J ，
算出活塞移动对外做功为1．5x106
J ，则气体内能 (选填“增加”，或“减少” J．
(2)试估算通常情况下(即lmol 气体的体积为22．4L) 气体分子间的距离d(结果可用根式表示) ．d= m．
(3)一定质量的理想气体经历一段变化过程，可用图上的直线AB 表示，则A 到B 气体内能变化为 (选填“正值”、 “负值”或“零”) ，气体 (选填“吸收”、 ”放出”或“不传递”) 热量．
答案：（1）增加（2分）0.5﹡106（2分）(2)3.3﹡10-9
m （4分）(3)0（2分）, 吸收（2分）
第37讲 固体、液体和气体
【教学目标】
1. 了解晶体和非晶体及液晶；
2．了解液体的表面张力现象；了解饱和汽及饱和汽压； 3．了解理想气体概念，掌握气体实验定律。 [典型例题]
例1：如图所示，一定质量的理想气体从状态A 经等压过程到状态B 。此过程中，气体压强p ＝1.0×105
Pa ，吸收的热量Q ＝7.0×102
J ，求此过程中气体内能的增量。
解析：V A T V B
W ＝p (V B －V A )
A T B
根据热力学第一定律ΔU ＝Q －W ， 解得ΔU ＝5.0×102
J 。 答案：5.0×102
J
例2：我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录。在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990 m深处的海水温度为280 K。某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化。如图所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度T 3
0＝300 K ，压强p 0＝1 atm ，封闭气体的体积V 0＝3 m 。如果将该汽缸下潜至990 m 深处，此过程中封闭气体可视为理想气体。
(1)求990 m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10 m深的海水产生的压强) 。
(2)下潜过程中封闭气体________(填“吸热”或“放热”)，传递的热量________(填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功。
[解析] (1)以汽缸内封闭的气体为研究对象，初态压强p 0＝1 atm，温度T 0＝300 K，体积V 0
＝3 m2
，汽缸在990 m深处时，气体压强p ＝1 atm＋99010＝100 atm，温度T ＝280 K，设体积变
为V 。由理想气体状态方程有
p 0V 0pV －T T
，代入数据解得V ＝2.8×102m 3
。 0(2)封闭气体的体积减小，外界对气体做功，而气体的温度降低，内能减小，由热力学第一定律可知，气体要放热，且传递的热量大于外界对气体所做的功。
[答案] (1)2.8×10－2m 3
(2)放热 大于
例3：一定质量的理想气体由状态A 经状态B 变为状态C ，其中A →B 过程为等压变化，B →C 过程为等容变化．已知VA ＝0.3 m3，TA ＝TC ＝300 K，TB ＝400 K.
(1)求气体在状态B 时的体积．
(2)说明B →C 过程压强变化的微观原因．
(3)设A →B 过程气体吸收热量为Q1，B →C 过程气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2的大小并说明
原因．
[解析] (1)设气体在状态B 时的体积为V B ，
由盖吕萨克定律得
V A V B
T ＝T A B
代入数据得V 3
B ＝0.4 m
(2)微观原因：气体体积不变，分子密集程度不变，温度变化(降低) ，气体分子平均动能
变化(减小) ，导致气体压强变化(减小) ．
(3)Q 1大于Q 2；因为TA ＝TC ，故A →B 增加的内能与B →C 减少的内能相同，而A →B 过程气体对外做正功，B →C 过程气体不做功，由热力学第一定律可知Q 1大于Q 2.
[答案] (1)0.4 m3 (2)见解析 (3)Q 1大于Q 2，原因见解析
[课后作业] 班级 姓名 学号
1．如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中，设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降的过程中，筒内空气体积减小，同时有(
)
A ．从外界吸热 B ．内能增大 C ．向外界放热
D ．内能减小
解析：金属筒在缓慢下降的过程中，气体的压强逐渐增大，水温均匀且恒定，不计气体分子间相互作用，则气体温度不变、内能不变，根据理想气体状态方程可以判断，气体体积必然减小，所以外界对气体做功，由热力学第一定律W ＋Q ＝ΔU 得，Q 为负，气体必然向外界放热．只有C 项正确．
答案：C
2．(多选) 关于液晶，下列说法中正确的有( ) A ．液晶是一种晶体
B ．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性 C ．液晶的光学性质随温度的变化而变化 D ．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
解析：液晶的微观结构介于晶体和液体之间，虽然液晶分子在特定方向上排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，A 、B 错误．外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质．温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，C 、D 正确．
答案：CD
3．(多选) 对一定量的气体，下列说法正确的是( ) A ．气体的体积是所有气体分子的体积之和 B ．气体分子的热运动越剧烈，气体温度就越高
C ．气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的 D ．当气体膨胀时，气体分子之间的势能减小，因而气体的内能减少
解析：气体分子距离远大于分子大小，所以气体的体积远大于所有气体分子体积之和，A 项错；温度是物体分子平均动能的标志，是表示分子热运动剧烈程度的物理量，B 项正确；气体压强的微观解释是大量气体分子频繁撞击产生的，C 项正确；气体膨胀，说明气体对外做功，但不能确定吸、放热情况，故不能确定内能变化情况，D 项错．
答案：BC
4．(多选) 关于液体的表面张力，下列说法正确的是( ) A ．表面张力是液体内部各部分之间的相互作用力 B ．液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为引力
C ．不论是什么液体，表面张力都会使表面收缩 D ．表面张力的方向与液面垂直
解析：表面张力是由于表面层中分子间距大，而在表面层分子间表现出的引力，A 错B 正确；由于表面张力的作用，使液体表面有收缩的趋势，C 正确；表面张力的方向跟液面相切，D 错误．
答案：BC
5．一个有活塞的密闭容器内盛有饱和汽与少量的水，则可能发生的现象是( ) A ．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强会增大 B ．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强不变 C ．温度保持不变，慢慢地推出活塞，容器内压强会减小 D ．固定活塞而将容器放在沸水中，容器内压强不变
解析：根据饱和汽的特征，饱和汽压的大小与物质的性质有关，并随着温度的升高而增大，但跟饱和汽的体积无关．所以在温度不变时，饱和汽压不随体积变化，因而B 正确；其余的现象均不可能发生．
答案：B
6．下列说法中正确的是( )
A ．黄金可以切割加工成任意形状，所以是非晶体 B ．同一种物质只能形成一种晶体 C ．单晶体的所有物理性质都是各向异性的 D ．玻璃没有确定的熔点，也没有规则的几何形状
解析：所有的金属都是晶体，因而黄金也是晶体，只是因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形状，A 错误；同一种物质可以形成多种晶体，如碳可以形成金钢石和石墨两种晶体，故B 错误；单晶体的物理性质各向异性是指某些物理性质各向异性，有些物理性质各向同性，故C 错误；玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，D 正确．
答案：D
7. 我们认识到的固体、液体和气体，下列说法正确的有（BD ）
A ．液体的表面张力是由于表面层里分子距离比液体内部小些，分子间表现为引力
B ．利用液晶在外加电压的影响下，会由透明状态变成混浊状态而不透明，去掉电压后，又会恢复透明的特性可以做成显示元件；
C ．晶体内部的物质微粒是有规则地排列的，而非晶体内部物质微粒排列是不规则的。晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着
D ．在同一温度下，不同液体的饱和气压一般不同，挥发性大的液体饱和气压大；同一种液体的饱和气压随温度的升高而迅速增大。
8．为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体．图象能正确表示该过程中空气的压强p 和体积V 关系的是 ( )
解析：根据气体等温变化方程pV ＝C ，所以p ＝C 1
V
，因此p V
选项B 正确．
答案：B
9.(1)如图所示，活塞与气缸密封了一定质量的气体，活塞与气缸之间摩擦不计且可在气缸中自由
移动，气缸固定在地面上，活塞处于静止状态．现对气缸加热，测出气体吸收的热量为2．0x106
J ，
算出活塞移动对外做功为1．5x106
J ，则气体内能 (选填“增加”，或“减少” J．
(2)试估算通常情况下(即lmol 气体的体积为22．4L) 气体分子间的距离d(结果可用根式表示) ．d= m．
(3)一定质量的理想气体经历一段变化过程，可用图上的直线AB 表示，则A 到B 气体内能变化为 (选填“正值”、 “负值”或“零”) ，气体 (选填“吸收”、 ”放出”或“不传递”) 热量．
答案：（1）增加（2分）0.5﹡106（2分）(2)3.3﹡10-9
m （4分）(3)0（2分）, 吸收（2分）