高中物理 22 气体、液体、固体

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约定：理想气体忽略分子势能；热力学温度\(T=t+273\ \mathrm K\)；\(N_\mathrm A=6.0×10^{23}\mathrm{mol^{-1}}\)

（一）固体

1. 晶体：单晶体规则几何外形、各向异性、固定熔点；多晶体各向同性、有固定熔点。

2. 非晶体：无固定熔点、各向同性。

晶体微观：微粒空间周期性点阵排列。

（二）液体

1. 液体表面张力：液体表层分子引力，使液面收缩成最小面积；露珠球形、缝衣针浮水面都是表面张力。

2. 浸润与不浸润：液体附着固体为浸润（管壁凹液面），不附着为不浸润（凸液面）；毛细现象由浸润+表面张力共同产生。

（三）理想气体三大实验定律（一定质量封闭气体）

1. 玻意耳定律（等温\(T\)不变）：\(\boldsymbol{p_1V_1=p_2V_2}\)，压强体积反比

2. 查理定律（等容\(V\)不变）：\(\boldsymbol{\dfrac{p_1}{T_1}=\dfrac{p_2}{T_2}}\)，压强热力学温度正比

3. 盖–吕萨克定律（等压\(p\)不变）：\(\boldsymbol{\dfrac{V_1}{T_1}=\dfrac{V_2}{T_2}}\)，体积热力学温度正比

4. 理想气体状态方程：\(\boldsymbol{\dfrac{p_1V_1}{T_1}=\dfrac{p_2V_2}{T_2}}\)

关键：计算一律用热力学温度\(T\)，不能用摄氏\(t\)。

例1：石英单晶：几何外形规则、各向异性、固定熔点。

例2：铁块（多晶体）：各向同性、有确定熔化温度。

例3：玻璃是非晶体，无固定熔点。

例4：露珠呈球形：液体表面张力收缩作用。

例5：水沿细玻璃管上升（毛细）：水浸润玻璃+表面张力。

例6：水银在玻璃管液面凸起：水银不浸润玻璃。

例7：气体\(p_1=2×10^5\mathrm{Pa},V_1=4\mathrm L\)，等温变\(p_2=4×10^5\mathrm{Pa}\)，求\(V_2\)。

\(p_1V_1=p_2V_2 \Rightarrow V_2=\dfrac{2×4}{4}=2\mathrm L\)。

例8：等温体积扩大2倍，压强变为原来\(\dfrac12\)。

例9：\(V_1=10\mathrm L，p_1=1\mathrm{atm}\)，压缩到\(V_2=2\mathrm L\)，\(p_2=5\mathrm{atm}\)。

例10：大气压\(p_0\)下封闭气柱\(V\)，等温加压至\(3p_0\)，体积\(V/3\)。

例11：等温过程气体膨胀，气体对外做功，理想气体温度不变内能不变。

例12：密闭容器气体\(t_1=27^\circ\mathrm C(T_1=300\mathrm K)\)，\(p_1=1×10^5\mathrm{Pa}\)，升温至\(t_2=127^\circ\mathrm C(T_2=400\mathrm K)\)，求\(p_2\)。

\(p_2=\dfrac{T_2}{T_1}p_1=\dfrac43×10^5\mathrm{Pa}\)。

例13：等容降温，热力学温度减半，压强减半。

例14：气体\(T_1=300\mathrm K，p_1=2\mathrm{atm}\)，\(p_2=3\mathrm{atm}\)，\(T_2=450\mathrm K\)。

例15：等压气体\(T_1=300\mathrm K,V_1=6\mathrm L\)，\(T_2=400\mathrm K\)，\(V_2=\dfrac{400}{300}×6=8\mathrm L\)。

例16：等压降温至\(T_2=T_1/2\)，体积减半。

例17：\(t_1=27^\circ\mathrm C(300\mathrm K)\)，体积\(5\mathrm L\)，升温到\(327^\circ\mathrm C(600\mathrm K)\)，\(V_2=10\mathrm L\)。

例18：\(p_1=1\mathrm{atm},V_1=3\mathrm L,T_1=300\mathrm K\)；\(p_2=2\mathrm{atm},T_2=400\mathrm K\)，求\(V_2\)。

\(V_2=\dfrac{p_1V_1T_2}{p_2T_1}=\dfrac{1×3×400}{2×300}=2\mathrm L\)。

例19：\(V\)不变、\(p\)加倍、\(T\)变为2倍。

例20：压强加倍、体积减半，\(p_2=2p_1,V_2=\dfrac12V_1\)，\(\dfrac{p_1V_1}{T_1}=\dfrac{2p_1·0.5V_1}{T_2}\Rightarrow T_2=T_1\)温度不变。

解题总结

1. 固液：球形液滴、液面收缩→表面张力；毛细=浸润+表面张力；单晶体各向异性。

2. 气体三步：①判断变化类型（等T/等V/等p）；②摄氏转热力学\(T=t+273\)；③套对应公式。

3. 理想气体只看温度定内能，等温内能不变。

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