气体、固体和液体（选修三第二章，总结笔记）
（1）状态参量与平衡态
热力学系统：由大量分子组成的研究对象叫作热力学系统，简称系统。
外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。
状态参量：用来描述系统状态的物理量。常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等。
体积V：系统的几何参量，它可以确定系统的空间范围。
压强p：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质。
温度T：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度。
平衡态：在没有外界影响的情况下，系统内各部分的状态参量达到的稳定状态。
热力学的平衡态与力学的平衡态的意义不同，热力学的平衡态是一种动态平衡，组成系统的分子仍在不停地做无规则运动，只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统不受外界的影响，状态参量(压强、体积和温度)不随时间变化。平衡态是一种理想情况，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的。
（2）热平衡与温度
热平衡：两个相互接触的热力学系统，经过一段时间，各自的状态参量不再变化，说明两个系统达到了平衡，这种平衡叫作热平衡。
热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡。
热平衡定律的意义：决定两个系统是否达到了热平衡的最主要参量是温度。因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以在比较各物体的温度时，不需要将各物体直接接触，只需将温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。
温度：热平衡中，表征“共同的热学性质”的物理量。
对温度的理解：宏观上，表示物体的冷热程度；微观上，反映分子热运动的剧烈程度；一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。
热平衡的性质：达到热平衡的系统都具有相同的温度。
【平衡态与热平衡的区别和联系】
确定一个温标的方法：选择一种测温物质；了解测温物质用以测温的某种性质；确定温度的零点和分度的方法。
【“温度”含义】
宏观角度：表示物体的冷热程度。
热平衡角度：两个处于热平衡的系统存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度。
【热力学温度T与摄氏温度t】
摄氏温标：一种常用的表示温度的方法．规定标准大气压下冰的熔点为0 ℃，水的沸点为100 ℃，在0 ℃和100 ℃之间均匀分成100等份，每份算做1 ℃。
热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法。热力学温标表示的温度叫热力学温度。用符号T表示，单位是开尔文，符号为K。
摄氏温度与热力学温度的关系为T＝t＋273.15 K。
【常见温度计及其原理】
温度计测温原理：一切互为热平衡的系统都具有相同的温度．温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体相同。
等温变化：一定质量的气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系。
玻意耳定律：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。
公式：或
。适用条件：气体的质量一定，温度不变。
常量的意义：，该常量C与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，则常量C越大。
【应用玻意耳定律解题的一般步骤】
①确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件。
②确定初、末状态及状态参量()。
③根据玻意耳定律列方程求解。确定气体压强或体积时，只要初、末状态的单位统一即可，没有必要都转换成国际单位制。
④注意分析隐含条件，作出必要的判断和说明。
（1）实验思路(探究气体等温变化的规律)
在保证密闭注射器中气体的质量和温度不变的条件下，通过改变密闭注射器中气体的体积，由压力表读出对应气体的压强值，进而研究在恒温条件下气体的压强与体积的关系。
（2）实验器材
带铁夹的铁架台、注射器、柱塞(与压力表密封连接)、压力表、橡胶套、刻度尺。
（3）物理量的测量
①如下图所示组装实验器材。
③把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据。空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V。空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取。
（4）数据分析
①作p－V图像
以压强p为纵坐标，以体积V为横坐标，用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘出等温曲线，如2(a)所示。观察p－V图像的特点看能否得出p、V的定量关系。
②作图像
以压强p为纵坐标，以为横坐标，在坐标纸上描点。如果图像中的各点位于过原点的同一条直线上，如图2(b)，就说明压强p跟
成正比，即压强与体积成反比。如果不在同一条直线上，我们再尝试其他关系。
（5）注意事项
①改变气体体积时，要缓慢进行。
②实验过程中，不要用手接触注射器的外壁。
③实验前要在柱塞上涂抹润滑油。
④读数时视线要与柱塞底面平行。
⑤作图像时，应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布于直线两侧，偏离太大的点应舍弃掉。
【两种等温变化图像】
①取等压面法
同种液体在同一深度向各个方向的压强相等，在连通器中，灵活选取等压面，利用同一液面压强相等求气体压强。如下图甲所示，同一液面C、D两处压强相等，故；如图乙所示，M、N两处压强相等，从左侧管看有
，从右侧管看，
。
选与封闭气体接触的活塞、汽缸或液体为研究对象进行受力分析，由平衡条件列式求气体压强。
说明：容器加速运动时，可由牛顿第二定律列方程求解。
3.气体的等压变化和等容变化
（1）气体的等压变化
等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度变化的过程。
盖－吕萨克定律：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。
公式：或
。适用条件：气体的质量和压强不变。
图像：如下图所示，图像中的等压线是一条过原点的直线，压强越小斜率越大。
推论：或
。表示一定质量的某种气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的变化量ΔV与热力学温度的变化量ΔT成正比。
【应用盖－吕萨克定律解题的一般步骤】
①确定研究对象，即被封闭的一定质量的气体。
②分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件：质量一定，压强不变。
③确定初、末两个状态的温度、体积。
④根据盖－吕萨克定律列式求解。
⑤求解结果并分析、检验。
（2）气体的等容变化
等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度变化的过程。
查理定律：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。
公式：或
。适用条件：气体的质量和体积不变。
图像：图下图所示，p－T图像中的等容线是一条过原点的直线；p－t图像中的等容线不过原点，但反向延长线交t轴于－273.15 ℃。体积越大，斜率越小。
推论：或
。表示一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化，其压强的变化量Δp与热力学温度的变化量ΔT成正比。
【应用查理定律解题的一般步骤】
①确定研究对象，即被封闭的一定质量的气体。
②分析被研究气体在状态变化时是否符合定律的适用条件：质量一定，体积不变。
③确定初、末两个状态的温度、压强。
④根据查理定律列式求解。
⑤求解结果并分析、检验。
【p－T图像与V－T图像的比较】
理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。
理想气体与实际气体：实际气体在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时，可以当成理想气体来处理。
理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可忽略不计，分子不占空间，可视为质点。它是对实际气体的一种科学抽象，是一种理想模型，实际并不存在。
理想气体分子无分子势能的变化，内能等于所有分子热运动的动能之和，只和温度有关。
【理想气体的状态方程】
内容：一定质量的某种理想气体，在从一个状态()变化到另一个状态(
)时，压强p跟体积V的乘积与热力学温度T的比值保持不变。
公式：。公式中常量C仅由气体的种类和质量决定，与状态参量(p、V、T)无关。
适用条件：成立条件：一定质量的理想气体。
【理想气体状态方程与气体实验定律】
【玻意耳定律的微观解释】
一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的．体积减小时，分子的数密度增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大。
【盖－吕萨克定律的微观解释】
一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大，只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。
【查理定律的微观解释】
一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强增大。
4.固体
（1）晶体和非晶体
固体可以分为晶体和非晶体两类。晶体又可以分为单晶体与多晶体。
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。
单晶体：有天然的规则的几何形状；有确定的熔点；导电、导热、光学等某些物理性质表现为各向异性。
多晶体：没有规则的几何形状；有确定的熔点；导电、导热、光学等物理性质表现为各向同性。
非晶体：没有规则的外形；没有确定的熔化温度；导电、导热、光学等物理性质表现为各向同性。
单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上的物理性质不同，也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性能时，测试结果不同。
通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、磁性等。
单晶体具有各向异性，并不是说每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性。
【单晶体、多晶体及非晶体的异同比较】
（2）晶体的微观结构
各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性。
有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体．那是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布，例如碳原子按不同的空间分布排列可形成石墨和金刚石。
同一种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。
【对单晶体各向异性的解释】
如下图所示，为在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况。在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上物质微粒的数目不同。线段AB上物质微粒较多，线段AD上较少，线段AC上更少．因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同。
晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔化，熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化。
5.液体
（1）液体的表面张力
表面层：液体表面跟气体接触的薄层。
表面张力：在表面层，分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，这种力使液体表面绷紧，叫作液体的表面张力。
【表面张力及其作用】
①表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小．而在体积相同的条件下，球形的表面积最小．例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形(但由于受重力的影响，往往呈扁球形，在完全失重条件下才呈球形)。
②表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关。
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，如下图所示。
浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上的现象。
不浸润：一种液体不会润湿某种固体，不会附着在这种固体的表面上的现象。
当液体和与之接触的固体的相互作用比液体分子之间的相互作用强时，液体能够浸润固体。反之，液体则不浸润固体。
毛细现象：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。
【浸润和不浸润的形成原因】
附着层内分子受力情况：液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引。
浸润的成因：当固体分子吸引力大于液体内部分子力时，这时表现为液体浸润固体。
不浸润的成因：当固体分子吸引力小于液体内部分子力时，这时表现为液体不浸润固体。
注意：浸润和不浸润是发生在两种材料(液体与固体)之间的，与这两种物质的性质都有关系，不能单说哪一种材料浸润或不浸润。例如：水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡；水银不能浸润玻璃，但能浸润铅。
【毛细现象的产生原因】
毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。如下图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体的表面张力的作用，液体会受到向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到向下的力，因而管内液面比管外低。
液晶：是介于固态和液态之间的一种物质状态。
特点：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的规则排列的性质；具有光学各向异性，液晶分子的排列不稳定，微小的外界变动都会改变分子排列，从而改变液晶的某些性质。
液晶的应用：研究离子的渗透性；液晶显示。
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