2024届高考物理第一轮复习重难点练习：第十五章 第2讲　固体、液体和气体

第2讲固体、液体和气体

【目标要求】1.了解固体的微观结构，知道晶体和非晶体的特点，了解液晶的主要性质.2.了解

表面张力现象和毛细现象，知道它们的产生原因.3.掌握气体压强的计算方法及气体压强的微

观解释4能用气体实验定律解决实际问题，并会分析气体图像问题.

考点一固体和液体性质的理解

・梳理必备知识

1.固体

(1)分类：固体分为晶体和非晶体两类.晶体又分为单晶体和多晶体.

⑵晶体和非晶体的比较

分类晶体

非晶体

比单晶体多晶体

外形有规则的几何形状无确定的几何形状无确定的几何外形

熔点确定确定不确定

物理性质各向异性各向同性各向同性

玻璃、橡胶、蜂蜡、松

典型物质石英、云母、明矶、食盐各种金属

香、沥青

转化晶体和非晶体在一定条件下可以彳一日互转化

2.液体

(1)液体的表面张力

①作用效果：液体的表面张力使液面具有姬的趋势，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.

②方向：表面张力跟液面相切,跟这部分液面的分界线垂直.

③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)浸润和不浸润

①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

定.反之，液体不浸润固体.

②毛细现象：浸润液体在细管中上升,不浸润液体在细管中下降.

3.液晶

(1)液晶的物理性质

①具有液体的流动性.

②具有晶体的光学各向异性.

（2）液晶的微观结构

从某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的.

-判断正误

1.晶体的所有物理性质都是各向异性的.（X）

2.液晶是液体和晶体的混合物.（X）

3.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶

体.（X）

4.在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力的作

用•（J）

考向1晶体和非晶体

【例11在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针尖接触薄片背面上的一点，石蜡

熔化区域的形状如图甲、乙、丙所示.甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变

化的关系如图丁所示,

A.甲一定是单晶体

B.乙可能是金属薄片

C.丙在一定条件下可能转化成乙

D.甲内部的微粒排列是规则的，丙内部的微粒排列是不规则的

答案C

考向2液体

【例2】关于以下几幅图中现象的分析，下列说法正确的是（）

A.甲图中水用停在水面而不沉，是浮力作用的结果

B.乙图中将棉线圈中肥皂膜刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果

C.丙图液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的

D.丁图中的酱油与左边材料不浸润，与右边材料浸润

答案B

解析因为液体表面张力的存在，水龟才能在水面上行走自如，故A错误；将棉线圈中肥皂

膜刺破后，扩成一个圆扎，是表面张力作用的结果，故B正确；液晶显示器是利用液晶光学

性质具有各向异性的特点制成的，故C错误；从题图丁中可以看出酱油与左边材料浸涧，与

右边材料不浸润(不浸润液滴会因为表面张力呈球形)，故D错误.

考点二气体压强的计算

1.气体压强的计算

(1)活塞模型

如图所示是最常见的封闭气体的两种方式.

'〃〃〃/,

甲

求气体压强的基本方法：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“,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poS+〃?g=pS,则气体的压强为0=0()+等

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+〃2g=poS,

则气体压强为p=po—*=PLp液gh.

(2)连通器模型

如图所示，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8和A的压

强关系可由图中虚线联系起来.则有PB+pg/?2=PA,而PA=Po+pg〃l，

所以气体B的压强为ps=Po+"g(〃l-/j2).

2.气体分子运动的速率分布图像

当气体分子间距离大约是分子直径的10倍时，分子间作用力十分微弱，可忽略不计；分子沿

各个方向运动的机会均等；分子速率的分布规律按“中间多、两头少”的统计规律分布，且

这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大，如图所示.

3.气体压强的微观解释

（1）产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的

压力.

（2）决定因素（一定质量的某种理想气体）

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数密度.

【例31（2022•江苏卷⑹自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说

法中正确的是（）

A.体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变

B.压强增大是因为氢气分子之间斥力增大

C.因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体

D.温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化

答案D

解析密闭容器中的氢气质量不变，分子个数No不变，根据〃=岸可知，当体积增大时，单

位体积的分子个数〃变少，氢气分子的密集程度变小，故A错误；气体压强产生的原因是大

量气体分子对容器壁进行持续的、无规则的撞击，压强增大并不是因为分子间斥力增大，故

B错误；普通气体在温度不太低、压强不太大的情况下才能看作理想气体，故C错误；温度

是气体分子平均动能的标志，大量气体分子的速率呈现“中间多，两头少”的规律，温度变

化时，大量分子的平均速率会变化，即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百

分比会变化，故D正确.

【例4】求汽缸中气体的压强.（大气压强为po,重力加速度为g,活塞的质量为如横截面积

为5,汽缸、物块的质量均为M,活塞与汽缸间均无摩擦，均处于平衡状态）

甲乙________丙

/安_1_迎岖

合案po+5〃。_sS

解析题图甲中选活塞为研究对象，受力分析如图(a)所示，由平衡条件知以S=poS+〃吆，得

img

PA=PO+§；

7P8

PAS

P(5

FN'一

Po^l.

Fz

P(3PBS

mg

mgMg

(a)(b)(c)

题图乙中选汽缸为研究对象，受力分析如图(b)所示，由平衡条件知poS=p«S+Mg,得p“=

题图丙中选活塞为研究对象，受力分析如图(c)所示，pc5Tsina=p()S±+FN+/7ig,FN=Mg,

.LWD(M+/n)g

由以上可付〃c=po+----?.

【例5】若已知大气压强为po,液体密度均为p,重力加速度为g,图中各装置均处于静止状

态，求各装置中被封闭气体的压强.

曲U/

甲乙西

I1[-\-y

丁戊

答案甲：po-pgh乙：po-pgh

丙：po—%)g/7

T：po+pgh]戊：Pa=p()+pg(h2-fi]—hit)Pb=po+pg(h2-h\)

解析题图甲中，以高为〃的液柱为研究对象，由平衡条件有〃中S+pghS=poS

所以p甲=〃0—pg/z

题图乙中，以3液面为研究对象，由平衡条件有

pcS+pghS=p()S

P乙=PLpgh

题图丙中，以3液面为研究对象，由平衡条件有

p丙S+〃g/?sin60°S=p（）S

所以p丙=po—卞7呜〃

题图丁中，以A液面为研究对象，由平衡条件有

pTS=poS+pghiS

所以PT=P（）+pg〃l

题图戊中，从开口端开始计算，右端大气压强为po,同种液体同一水平面上的压强相同,

所以b气柱的压强为P/产po+pg（/?2—力1）,

故CI气柱的压强为P“=P6—〃g〃3=P（）+pg（/?2一加一角）.

考点三气体实验定律及应用

■梳理必备知识

1.气体实验定律

玻意耳定律查理定律盖一吕萨克定律

一定质量的某种气体，一定质量的某种气体，在一定质量的某种气体，在

内容在温度不变的情况下，体积不变的情况下，压强压强不变的情况下，其体

压强与体积成反比与热力学温度成正比积与热力学温度成正比

包=也

T1FT1T2

表达式PlV1=.」

V,

拓展：八〃=郑丁拓展：

11

一定质量的某种理想气一定质量的某种理想气

一定质量的某种理想气

体，温度保持不变时，体，温度升高时，分子的

体，体积保持不变时，分

微观分子的平均动能丕平均动能增大.只有气体

子的数密度保持不变,温

解释变.体积减小时，分子的体积同时增大，使分子

度升高时，分子的平均动

的数密度增大,气体的的数密度减小,才能保持

能增大,气体的压强增大

压强增大压强不变

P1/

图像1/

cK--7--------T

2.理想气体状态方程

(1)理想气体：在任何温度、任何亟强下都遵从气体实验定律的气体.

①在压强不太大、温度不太低时，实际气体可以看作理想气体.

②理想气体的分子间除碰撞外不考虑其他作用，一定质量的某种理想气体的内能仅由温度决

定.

(2)理想气体状态方程：嘴=*或半=<7.(质量一定的理想气体)

-判断正误

1.压强极大的实际气体不遵从气体实验定律.(V)

2.一定质量的理想气体，当温度升高时，压强一定增大.(X)

3.一定质量的理想气体，温度升高，气体的内能一定增大.(V)

■提升关键能力

1.解题基本思路

根据题意，选出所研究的某一部分一定

质量的气体

分别找出这部分气体状态发生变化前后

的P、v、r,其中压强的确定是关键

认清变化过程，正确选用物理规律

选用理想气体状态方程或某一气体实验

定律列式求解,有时要讨论结果的合理性

2.分析气体状态变化的问题要抓住三点

(1)弄清一个物理过程分为哪几个阶段.

(2)找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的.

(3)明确哪个阶段应遵循什么实验定律.

【例6】(2023•河南安阳市模拟)上端开口、横截面积为S且导热性能良好的汽缸放置在水平面

上，大气压强为加.汽缸内有一卡子，横截面积为S的轻质活塞上面放置一个质量为机的重

物，活塞下面密封一定质量的理想气体.当气体温度为•时，活塞静止，此位置活塞与卡子

距离为活塞与汽缸底部距离的点现缓慢降低汽缸温度，活塞被卡子托住后，继续降温，直到

缸内气体压强为fo.已知重力加速度为g,活塞厚度、汽缸壁厚度及活塞与汽缸壁之间的摩擦

均不计.求：

(1)活塞刚接触卡子瞬间，缸内气体的温度；

(2)缸内气体压强为与。时气体的温度.

答案⑴》Q项黑面

解析(1)活塞被卡子托住前，气体经历等压变化，设活塞刚刚接触卡子时气体的温度为72,

V.%

根据盖一吕萨克定律有彳=^

h/2

式中V1=SL1,V2=SL2

根据题意上2=(1—?乙1=,£1

2

联立解得T2=^T]

⑵活塞被卡子托住后，再降低温度，气体经历等容变化，根据查理定律有发=发，式中P3=

1

2Po

根据力的平衡条件有P2=P1=P()+等

PoSTi

联立可得73=

3(poS+/ng).

【例7】如图所示，一粗细均匀的“山”形管竖直放置，A管上端封闭一定质量的理想气体，

B管上端与大气相通，C管内装有带柄的活塞，活塞下方直接与水银接触.A管上端的理想

气体柱长度乙=10cm,温度人=27℃；8管水银面比A管中高出〃=4cm.已知大气压强po

=76cmHg.为了使A、8管中的水银面等高，可以用以下两种方法：

(1)固定C管中的活塞，改变A管中气体的温度，使A、B管中的水银面等高，求此时A管中

气体的热力学温度72；

⑵在温度不变的条件下，向上抽动活塞，使4、8管中的水银面等高，求活塞上移的距离△”结

果保留一位小数）

答案（1）228K（2）5.1cm

解析（1）设“山"形管的横截面积为5,对A管上端气体，初态有/?i=76cmHg+4cmHg=

80cmHg,Ti=300K

末态有.2=76cmHg

气柱长度为Li=L=10cm,£2=8cm

根据理想气体状态方程有噌=噌

1\12

l)]L\SP2L2S

故有解得八=228K

T\=T2

（2）由于7不变，对A管上端气体根据玻意耳定律可得pWi=p3V3,必=po,即有p/iS=p（）L3s

解得c3公10.53cm

所以C管中水银长度的增加量为

△L=4cm+0.53cm+0.53cm85.1cm

即活塞上移的距离为5.1cm.

考点四气体状态变化的图像问题

1.四种图像的比较

类别特点（其中C为常量）举例

pV=CT,即pV之积越大的等温线温度越高，线离原P

p-v

点越远O

1P=CT^,斜率火=cr,即斜率越大，温度越高

P-V

07>看V

P

p=§T，斜率4=£，即斜率越大，体积越小

P-T匿

0

ccV

V-TV=^T,斜率即斜率越大，压强越小与

CPi<pi

2.处理气体状态变化的图像问题的技巧

（1）首先应明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个状态，它对应着三个状态量；图像

上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程.看此过程属于等

温、等容还是等压变化，然后用相应规律求解.

（2）在V—7图像（或p—7图像）中，比较两个状态的压强（或体积）时，可比较这两个状态到原

点连线的斜率的大小，斜率越大，压强（或体积）越小；斜率越小，压强（或体积）越大.

【例8】一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p—E图像如图所示，变化顺序为

图中外线段延长线过坐标原点,4线段与p轴垂直，曲线段与1轴垂直.气

体在此状态变化过程中（）

V

A.a-匕过程，压强减小，温度不变，体积增大

B.人一c过程，压强增大，温度降低，体积减小

C.c-d过程，压强不变，温度升高，体积减小

D.d—a过程，压强减小，温度升高，体积不变

答案A

解析由题图可知，。一》过程，气体发生等温变化，气体压强减小，体积增大，故A正确；

由理想气体状态方程华=（2可知p=C7£斜率k=CT,连接。、人的直线比连接。、c的直

线的斜率小，所以h的温度低，万一c过程，温度升高，压强增大，且体积也增大，故B错误；

c-d过程，气体压强不变，体积变小，由理想气体状态方程竿=（:可知，气体温度降

低，故C错误；"f”过程，气体体积不变，压强变小，由理想气体状态方程华=C可知，气

体温度降低，故D错误.

【例9】（2021•全国甲卷-33（1））如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积一温

度（V—。图上的两条直线I和H表示，口和匕分别为两直线与纵轴交点的纵坐标：扣是它们

的延长线与横轴交点的横坐标，m=一273.15℃；a为直线I上的一点.由图可知，气体在状

态“和。的压强之比存—；气体在状态b和c的压强之比注—

答案1

解析由体积一温度十一。图像可知，直线I为等压线，则4、〃两点压强相等，则有a=1；

Pb

f=0C时，当气体体积为V]时，设其压强为〃],当气体体积为丫2时，设其压强为P2,温度

相等，由玻意耳定律有P1V]=P2V2

由于直线I和II为两条等压线，则有〃1=〃以Pl~Pc

联立解唠琮=是

课时精练

立基础落实练

1.（2023•山西省榆次一中模拟）中国最早的农学论文《吕氏春秋•任地》论述到：“人耨必以

旱，使地肥而土缓”.农谚“锄板底下有水”、“锄头自有三寸泽”，这都是对松土保墉功

能的生动总结.关于农业生产中的松土保搞环节蕴含的科学原理，下列说法正确的是（）

A.松土是把地面的土壤锄松，目的是破坏这些土壤里的毛细管，保存水分

B.松土是为了让土壤里的毛细管变得更细，保护土壤里的水分

C.松土保墙利用了浸润液体在细管中下降，不浸润液体在细管中上升的科学原理

D.松土除了保埔、刈草外，还可促进蒸发、降低地温，“多锄地发暖”这句农谚没有科学

道理

答案A

解析松土是把地面的土壤锄松，目的是破坏这些土壤里的毛细管，防止发生浸润现象，可

有效减少水分蒸发，保存水分，A正确，B错误；水对土壤是浸润液体，松土保埔是利用了

浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降的原理，C错误；松土除了保墉、刈草外，

还减少土壤下水分蒸发，提高地温，D错误.

2.下列说法中正确的是（）

A.液晶的分子排列会因所加电压的变化而变化，由此引起光学性质的改变

B.在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会呈球状，这是因为液体内分子间有相互吸

引力

C.水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，这是因为油脂使水

的表面张力增大

D.当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开，这是由于

水膜具有表面张力

答案A

解析液晶的分子排列会因所加电压的变化而变化，由此引起光学性质的改变，A正确；在

处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会成球状，是表面张力原因，B错误；水在涂有油

脂的玻璃板上能形成水珠，这是不浸润的结果，而在干净的玻璃板上不能形成水珠，这是浸

润的结果，C错误；玻璃板很难被拉开是由于分子引力和大气压的作用，D错误.

3.（多选）玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体，下列关于

玻璃的说法正确的是（）

A.没有固定的熔点

B.天然具有规则的几何形状

C.沿不同方向的导热性能相同

D.分子在空间上周期性排列

答案AC

解析玻璃是非晶体，根据非晶体的特点可知，非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）

在空间上不呈周期性排列的固体，它没有一定规则的外形，它的物理性质在各个方向上都是

相同的，叫各向同性，它没有固定的熔点，故A、C正确，B、D错误.

4.（多选）对于一定质量的理想气体，下列论述正确的是（）

A.气体的压强由温度和单位体积内的分子个数共同决定

B.若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变

C.若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数一定增加

D.若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数可能不变

答案AC

解析气体的压强由气体的温度和单位体积内的分子个数共同决定，故A正确；单位体积内

分子个数不变，当分子热运动加剧时，单位面积上的碰撞次数和碰撞的平均力都增大，因此

这时气体压强一定增大，故B错误：若气体的压强不变而温度降低，则气体的体积减小，则

单位体积内分子个数一定增加，故C正确，D错误.

5.（2023•福建省名校联盟测试）负压病房是收治传染性极强的呼吸道疾病病人所用的医疗设

施，可以大大减少医务人员被感染的概率，病房中气压小于外界环境的大气压.若负压病房

的温度和外界温度相同，负压病房内气体和外界环境中气体都可以看成理想气体，则以下说

法正确的是（）

A.负压病房内气体分子的平均动能小于外界环境中气体分子的平均动能

B.负压病房内每个气体分子的运动速率都小于外界环境中每个气体分子的运动速率

C.负压病房内单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数

D.相同面积负压病房内壁受到的气体压力等于外壁受到的气体压力

答案C

解析因为负压病房的温度和外界温度相同，而温度是分子平均动能的标志，则负压病房内

气体分子的平均动能等于外界环境中气体分子的平均动能，负压病房内每个气体分子的运动

速率不一定都小于外界环境中每个气体分子的运动速率，A、B错误；负压病房内的压强较

小，温度与外界相同，则分子的数密度较小，即负压病房内单位体积气体分子的个数小于外

界环境中单位体积气体分子的个数，C正确；负压病房内的压强较小，根据F=pS可知，相

同面积负压病房内壁受到的气体压力小于外壁受到的气体压力，D错误.

6.一定质量的理想气体经历了如图所示的ah.be、cd.da四个过程，其中be的延长线通过

原点，c”垂直于必且与水平轴平行，da与儿平行，则气体体积在（）

A.而过程中不断减小B.be过程中保持不变

C.”过程中不断增大D.而过程中保持不变

答案B

解析因为庆的延长线通过原点，所以历是等容线，即气体体积在历过程中保持不变，B

正确：是等温线，压强减小则体积增大，A错误；cd是等压线，温度降低则体积减小，C

错误；连接a。交cd于e,则ne是等容线，即匕=%,因为均<匕，所以匕〈匕，所以而过

程中气体体积发生变化，D错误.

I能力综合练

7.（2023•江苏省如皋中学高三模拟）如图所示，两个内壁光滑的导热汽缸通过一个质量不能忽

略的“工”字形活塞封闭了A、B两部分理想气体.下面汽缸的横截面积大于上面汽缸的横

截面积，现使环境温度降低10℃,外界大气压保持不变，下列说法正确的是（）

A.活塞下降B.活塞上升

C.活塞静止不动D.不能确定

答案A

解析初态时，对“工”字形活塞整体受力分析，有PASA+M工g+poSB=PBSB+p（）SA,对上

面汽缸受力分析，有PASA=P<）SA+M上"g,末态时，对“工”字形活塞整体受力分析，有p,SA

+M工g+poSB=pB'SB+POSA,对上面汽缸受力分析，有PA'SA=POSA+M上缸g,联立方程解

PAVAPA'V/

得对A、3两部分气体，根据理想气体状态方程可得,

PA'=PA,PB'=PB,TT'

PBVB_PB'W

T~~T'，因温度降低，pA'=pA,PB'=PB,则以'<％、VB'<VB,则活塞下降,

上面汽缸下降，才能使4、8气体体积均变小，故选A.

8.（2022•重庆卷・15（2））某同学探究一封闭汽缸内理想气体的状态变化特性，得到压强p随温

度/的变化如图所示.已知图线I描述的是体积为％的等容过程，当温度为h时气体的压强

为pi;图线H描述的是压强为p2的等压过程.取0℃为273K,求：

⑴等容过程中,温度为0℃时气体的压强;

(2)等压过程中,温度为时气体的体积.

答案(1隹瑞⑵*

Pi

解析(1)在等容过程中，设时气体压强为外，根据查理定律有Ai

〃+273K273K'

273〃

解付夕°一4+273

⑵当压强为02,温度为0℃时，设此时体积为上，则根据理想气体状态方程有二£*7

力十2/JK

〃2匕

273K

解存%=273pWi_

解仔'z2_p2G+273)-

9.(2021・广东卷・15(2))为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到

药瓶里后再抽取药液，如图所示，某种药瓶的容积为0.9mL,内装有0.5mL的药液，瓶内

气体压强为1.0X105Pa,护士把注射器内横截面积