氣體、固體和液體（選修三第二章，總結(jié)筆記）
（1）狀態(tài)參量與平衡態(tài)
熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量分子組成的研究對象叫作熱力學(xué)系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。
外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱外界。
狀態(tài)參量：用來描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量。常用的狀態(tài)參量有體積V、壓強p、溫度T等。
體積V：系統(tǒng)的幾何參量，它可以確定系統(tǒng)的空間范圍。
壓強p：系統(tǒng)的力學(xué)參量，它可以描述系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì)。
溫度T：系統(tǒng)的熱學(xué)參量，它可以確定系統(tǒng)的冷熱程度。
平衡態(tài)：在沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量達到的穩(wěn)定狀態(tài)。
熱力學(xué)的平衡態(tài)與力學(xué)的平衡態(tài)的意義不同，熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動態(tài)平衡，組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無規(guī)則運動，只是分子運動的平均效果不隨時間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)不受外界的影響，狀態(tài)參量(壓強、體積和溫度)不隨時間變化。平衡態(tài)是一種理想情況，因為任何系統(tǒng)完全不受外界影響是不可能的。
（2）熱平衡與溫度
熱平衡：兩個相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)過一段時間，各自的狀態(tài)參量不再變化，說明兩個系統(tǒng)達到了平衡，這種平衡叫作熱平衡。
熱平衡定律：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡。
熱平衡定律的意義：決定兩個系統(tǒng)是否達到了熱平衡的最主要參量是溫度。因為互為熱平衡的物體具有相同的溫度，所以在比較各物體的溫度時，不需要將各物體直接接觸，只需將溫度計分別與各物體接觸，即可比較溫度的高低。
溫度：熱平衡中，表征“共同的熱學(xué)性質(zhì)”的物理量。
對溫度的理解：宏觀上，表示物體的冷熱程度；微觀上，反映分子熱運動的劇烈程度；一切達到熱平衡的物體都具有相同的溫度。
熱平衡的性質(zhì)：達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。
【平衡態(tài)與熱平衡的區(qū)別和聯(lián)系】
確定一個溫標(biāo)的方法：選擇一種測溫物質(zhì)；了解測溫物質(zhì)用以測溫的某種性質(zhì)；確定溫度的零點和分度的方法。
【“溫度”含義】
宏觀角度：表示物體的冷熱程度。
熱平衡角度：兩個處于熱平衡的系統(tǒng)存在一個數(shù)值相等的物理量，這個物理量就是溫度。
【熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t】
攝氏溫標(biāo)：一種常用的表示溫度的方法．規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點為0 ℃，水的沸點為100 ℃，在0 ℃和100 ℃之間均勻分成100等份，每份算做1 ℃。
熱力學(xué)溫標(biāo)：現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法。熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫熱力學(xué)溫度。用符號T表示，單位是開爾文，符號為K。
攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為T＝t＋273.15 K。
【常見溫度計及其原理】
溫度計測溫原理：一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．溫度計與待測物體接觸，達到熱平衡，其溫度與待測物體相同。
等溫變化：一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，其壓強與體積變化時的關(guān)系。
玻意耳定律：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強p與體積V成反比。
公式：或
。適用條件：氣體的質(zhì)量一定，溫度不變。
常量的意義：，該常量C與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)，對一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，則常量C越大。
【應(yīng)用玻意耳定律解題的一般步驟】
①確定研究對象，并判斷是否滿足玻意耳定律的條件。
②確定初、末狀態(tài)及狀態(tài)參量()。
③根據(jù)玻意耳定律列方程求解。確定氣體壓強或體積時，只要初、末狀態(tài)的單位統(tǒng)一即可，沒有必要都轉(zhuǎn)換成國際單位制。
④注意分析隱含條件，作出必要的判斷和說明。
（1）實驗思路(探究氣體等溫變化的規(guī)律)
在保證密閉注射器中氣體的質(zhì)量和溫度不變的條件下，通過改變密閉注射器中氣體的體積，由壓力表讀出對應(yīng)氣體的壓強值，進而研究在恒溫條件下氣體的壓強與體積的關(guān)系。
（2）實驗器材
帶鐵夾的鐵架臺、注射器、柱塞(與壓力表密封連接)、壓力表、橡膠套、刻度尺。
（3）物理量的測量
①如下圖所示組裝實驗器材。
③把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長度與壓強的幾組數(shù)據(jù)?？諝庵拈L度l可以通過刻度尺讀取，空氣柱的長度l與橫截面積S的乘積就是它的體積V。空氣柱的壓強p可以從與注射器內(nèi)空氣柱相連的壓力表讀取。
（4）數(shù)據(jù)分析
①作p－V圖像
以壓強p為縱坐標(biāo)，以體積V為橫坐標(biāo)，用采集的各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點，繪出等溫曲線，如2(a)所示。觀察p－V圖像的特點看能否得出p、V的定量關(guān)系。
②作圖像
以壓強p為縱坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點。如果圖像中的各點位于過原點的同一條直線上，如圖2(b)，就說明壓強p跟
成正比，即壓強與體積成反比。如果不在同一條直線上，我們再嘗試其他關(guān)系。
（5）注意事項
①改變氣體體積時，要緩慢進行。
②實驗過程中，不要用手接觸注射器的外壁。
③實驗前要在柱塞上涂抹潤滑油。
④讀數(shù)時視線要與柱塞底面平行。
⑤作圖像時，應(yīng)使盡可能多的點落在直線上，不在直線上的點應(yīng)均勻分布于直線兩側(cè)，偏離太大的點應(yīng)舍棄掉。
【兩種等溫變化圖像】
①取等壓面法
同種液體在同一深度向各個方向的壓強相等，在連通器中，靈活選取等壓面，利用同一液面壓強相等求氣體壓強。如下圖甲所示，同一液面C、D兩處壓強相等，故；如圖乙所示，M、N兩處壓強相等，從左側(cè)管看有
，從右側(cè)管看，
。
選與封閉氣體接觸的活塞、汽缸或液體為研究對象進行受力分析，由平衡條件列式求氣體壓強。
說明：容器加速運動時，可由牛頓第二定律列方程求解。
3.氣體的等壓變化和等容變化
（1）氣體的等壓變化
等壓變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強不變時，體積隨溫度變化的過程。
蓋－呂薩克定律：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強不變的情況下，其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比。
公式：或
。適用條件：氣體的質(zhì)量和壓強不變。
圖像：如下圖所示，圖像中的等壓線是一條過原點的直線，壓強越小斜率越大。
推論：或
。表示一定質(zhì)量的某種氣體從初狀態(tài)(V、T)開始發(fā)生等壓變化，其體積的變化量ΔV與熱力學(xué)溫度的變化量ΔT成正比。
【應(yīng)用蓋－呂薩克定律解題的一般步驟】
①確定研究對象，即被封閉的一定質(zhì)量的氣體。
②分析被研究氣體在狀態(tài)變化時是否符合定律的適用條件：質(zhì)量一定，壓強不變。
③確定初、末兩個狀態(tài)的溫度、體積。
④根據(jù)蓋－呂薩克定律列式求解。
⑤求解結(jié)果并分析、檢驗。
（2）氣體的等容變化
等容變化：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變時，壓強隨溫度變化的過程。
查理定律：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強p與熱力學(xué)溫度T成正比。
公式：或
。適用條件：氣體的質(zhì)量和體積不變。
圖像：圖下圖所示，p－T圖像中的等容線是一條過原點的直線；p－t圖像中的等容線不過原點，但反向延長線交t軸于－273.15 ℃。體積越大，斜率越小。
推論：或
。表示一定質(zhì)量的某種氣體從初狀態(tài)(p、T)開始發(fā)生等容變化，其壓強的變化量Δp與熱力學(xué)溫度的變化量ΔT成正比。
【應(yīng)用查理定律解題的一般步驟】
①確定研究對象，即被封閉的一定質(zhì)量的氣體。
②分析被研究氣體在狀態(tài)變化時是否符合定律的適用條件：質(zhì)量一定，體積不變。
③確定初、末兩個狀態(tài)的溫度、壓強。
④根據(jù)查理定律列式求解。
⑤求解結(jié)果并分析、檢驗。
【p－T圖像與V－T圖像的比較】
理想氣體：在任何溫度、任何壓強下都遵從氣體實驗定律的氣體。
理想氣體與實際氣體：實際氣體在溫度不低于零下幾十?dāng)z氏度、壓強不超過大氣壓的幾倍時，可以當(dāng)成理想氣體來處理。
理想氣體分子本身的大小與分子間的距離相比可忽略不計，分子不占空間，可視為質(zhì)點。它是對實際氣體的一種科學(xué)抽象，是一種理想模型，實際并不存在。
理想氣體分子無分子勢能的變化，內(nèi)能等于所有分子熱運動的動能之和，只和溫度有關(guān)。
【理想氣體的狀態(tài)方程】
內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在從一個狀態(tài)()變化到另一個狀態(tài)(
)時，壓強p跟體積V的乘積與熱力學(xué)溫度T的比值保持不變。
公式：。公式中常量C僅由氣體的種類和質(zhì)量決定，與狀態(tài)參量(p、V、T)無關(guān)。
適用條件：成立條件：一定質(zhì)量的理想氣體。
【理想氣體狀態(tài)方程與氣體實驗定律】
【玻意耳定律的微觀解釋】
一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能是一定的．體積減小時，分子的數(shù)密度增大，單位時間內(nèi)、單位面積上碰撞器壁的分子數(shù)就多，氣體的壓強就增大。
【蓋－呂薩克定律的微觀解釋】
一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度升高時，分子的平均動能增大，只有氣體的體積同時增大，使分子的數(shù)密度減小，才能保持壓強不變。
【查理定律的微觀解釋】
一定質(zhì)量的某種理想氣體，體積保持不變時，分子的數(shù)密度保持不變，溫度升高時，分子的平均動能增大，氣體的壓強增大。
4.固體
（1）晶體和非晶體
固體可以分為晶體和非晶體兩類。晶體又可以分為單晶體與多晶體。
石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、味精等是晶體，玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等是非晶體。
單晶體：有天然的規(guī)則的幾何形狀；有確定的熔點；導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)等某些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性。
多晶體：沒有規(guī)則的幾何形狀；有確定的熔點；導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)等物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性。
非晶體：沒有規(guī)則的外形；沒有確定的熔化溫度；導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)等物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性。
單晶體的各向異性是指單晶體在不同方向上的物理性質(zhì)不同，也就是沿不同方向去測試單晶體的物理性能時，測試結(jié)果不同。
通常所說的物理性質(zhì)包括彈性、硬度、導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、磁性等。
單晶體具有各向異性，并不是說每一種單晶體都能在各種物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性。
【單晶體、多晶體及非晶體的異同比較】
（2）晶體的微觀結(jié)構(gòu)
各種晶體中，原子(或分子、離子)都是按照一定的規(guī)則排列的，具有空間上的周期性。
有的物質(zhì)在不同條件下能夠生成不同的晶體．那是因為組成它們的微粒能夠按照不同規(guī)則在空間分布，例如碳原子按不同的空間分布排列可形成石墨和金剛石。
同一種物質(zhì)也可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)。有些非晶體在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為晶體。
【對單晶體各向異性的解釋】
如下圖所示，為在一個平面上單晶體物質(zhì)微粒的排列情況。在沿不同方向所畫的等長線段AB、AC、AD上物質(zhì)微粒的數(shù)目不同。線段AB上物質(zhì)微粒較多，線段AD上較少，線段AC上更少．因為在不同方向上物質(zhì)微粒的排列情況不同，才引起單晶體在不同方向上物理性質(zhì)的不同。
晶體加熱到一定溫度時，一部分微粒有足夠的動能克服微粒間的作用力，離開平衡位置，使規(guī)則的排列被破壞，晶體開始熔化，熔化時晶體吸收的熱量全部用來破壞規(guī)則的排列，溫度不發(fā)生變化。
5.液體
（1）液體的表面張力
表面層：液體表面跟氣體接觸的薄層。
表面張力：在表面層，分子比較稀疏，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，這種力使液體表面繃緊，叫作液體的表面張力。
【表面張力及其作用】
①表面張力使液體表面具有收縮趨勢，使液體表面積趨于最?。隗w積相同的條件下，球形的表面積最小．例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在潔凈玻璃板上的水銀滴呈球形(但由于受重力的影響，往往呈扁球形，在完全失重條件下才呈球形)。
②表面張力的大小除了跟邊界線長度有關(guān)外，還跟液體的種類、溫度有關(guān)。
③表面張力的方向：和液面相切，垂直于液面上的各條分界線，如下圖所示。
浸潤：一種液體會潤濕某種固體并附著在固體的表面上的現(xiàn)象。
不浸潤：一種液體不會潤濕某種固體，不會附著在這種固體的表面上的現(xiàn)象。
當(dāng)液體和與之接觸的固體的相互作用比液體分子之間的相互作用強時，液體能夠浸潤固體。反之，液體則不浸潤固體。
毛細(xì)現(xiàn)象：浸潤液體在細(xì)管中上升的現(xiàn)象，以及不浸潤液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象。
【浸潤和不浸潤的形成原因】
附著層內(nèi)分子受力情況：液體和固體接觸時，附著層的液體分子除受液體內(nèi)部的分子吸引外，還受到固體分子的吸引。
浸潤的成因：當(dāng)固體分子吸引力大于液體內(nèi)部分子力時，這時表現(xiàn)為液體浸潤固體。
不浸潤的成因：當(dāng)固體分子吸引力小于液體內(nèi)部分子力時，這時表現(xiàn)為液體不浸潤固體。
注意：浸潤和不浸潤是發(fā)生在兩種材料(液體與固體)之間的，與這兩種物質(zhì)的性質(zhì)都有關(guān)系，不能單說哪一種材料浸潤或不浸潤。例如：水能浸潤玻璃，但不能浸潤石蠟；水銀不能浸潤玻璃，但能浸潤鉛。
【毛細(xì)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因】
毛細(xì)現(xiàn)象的產(chǎn)生與表面張力及浸潤現(xiàn)象都有關(guān)系。如下圖所示，甲是浸潤情況，此時管內(nèi)液面呈凹形，因為液體的表面張力的作用，液體會受到向上的作用力，因而管內(nèi)液面要比管外高；乙是不浸潤情況，管內(nèi)液面呈凸形，表面張力的作用使液體受到向下的力，因而管內(nèi)液面比管外低。
液晶：是介于固態(tài)和液態(tài)之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。
特點：液晶態(tài)既具有液體的流動性，又在一定程度上具有晶體分子的規(guī)則排列的性質(zhì)；具有光學(xué)各向異性，液晶分子的排列不穩(wěn)定，微小的外界變動都會改變分子排列，從而改變液晶的某些性質(zhì)。
液晶的應(yīng)用：研究離子的滲透性；液晶顯示。
本章思維導(dǎo)圖
