新人教版第2 讲 气 体、固体与液体

第2讲气体、固体与液体

课程标准

1.了解固体的微观结构.知道晶体和非晶体的特点.能列举生活中的晶体和非晶体.通

过实例，了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用.

2.了解材料科学的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响.

3.观察液体的表面张力现象.了解表面张力产生的原因.知道毛细现象.

4.通过实脸，了解气体实验定律，知道理想气体模型，能用分子动理论和统计观点解释

气体实验定律.

素养目标

物理观念：(1)知道晶体、非晶体、单晶体和多晶体，了解各向异性、各向同性及晶体

的微观结构，能解释相关的现象.知道表面张力、浸润、不浸润、毛细现象及液晶的概念和

实验证据，并能解释相关的自然现象.

(2)知道状态参量、平衡态、热平衡、温度、热力学温度的概念及热平衡定律.

(3)知道等温变化、等压变化、等容变化、理想气体的概念，知道气体实脸定律的微观

解释.

科学思维：(1)掌握单晶体的各向异性，理解晶体的微观结构，能够解决相关的问题.

(2)理解液体的微观结构，能解释表面张力、浸润与不浸润产生的原因.掌握液晶对光

学具有各向异性，并能解决相关问题.

(3)会运用玻意耳定律、盖一吕萨克定律、查理定律、理想气体的状态方程解决实际问

题.

必备知识•自主落实

一、气体

1.分子运动规律

(1)气体分子运动的特点

分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有，而且向各个方

向运动的几乎相等.

(2)分子运动速率分布图像

①速率分布图像

氧气分子的速率分布图像

②“温度越高，分子的热运动越"，分子的速率都呈“中间、两头

”的分布.

2.气体压强的微观解释

(1)气体的压强

器壁单位面积上受到的,就是气体的压强.

(2)气体压强的微观解释

①若某容器中气体分子的越大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的

对器壁的就越大；

②若容器中气体分子的大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的

就多，平均作用力也会较大.

3.气体实验定律

玻意耳定律查理定律盖一吕萨克定律

一定质量的某种理想气一定质量的某种理想气

一定质量的某种理想气体，在

体，在体积不变的情况体，在压强不变的情况

内容温度不变的情况下，________

下，压强与下，其________与热力

与体积成________

____________成正比学温度成________

£1=或£1=鼻=或匕=

Ti-------------------〜

表达式p\V\=_________T1P2

V1/

图像

oV0»7(T---------»T

4.理想气体及理想气体状态方程

(1)理想气体状态方程

一定质量的理想气体的状态方程：字=*或与=C

(2)理想气体分子无大小，分子间无作

用力，分子势能为零

理想气体是指在任何条件下始终遵守的气体，实际气体在压强不太大、温

度不太低的条件下，可视为理想气体.

二、固体和液体

1.固体

(1)固体分为和,晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点.

(2)单晶体具有各向,非晶体和多晶体具有各向.

2.液体

(1)液体表面张力液体的温度越高，表面张力越小

①作用：液体的使液面具有收缩到表面积最小的趋势.

②方向：表面张力跟液面,且跟这部分液面的分界线垂直.

(2)浸润和不浸润

①一种液体会润湿某种固体并附着在的表面上，这种现象叫作浸润.

②一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面,这种现象叫作不浸润.

(3)毛细现象：指浸润液体在细管中的现象，以及不浸润液体在细管中

的现象，毛细管越细，毛细现象越明显.

3.液晶

(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向,又可以自由移动位置，保持了液体

的.

(2)液晶分子的位置无序使它像,排列有序使它像.

(3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐，而从另外一个方向看则是的.

关键能力精准突破

考点一固体、液体的性质

1.晶体和非晶体

(1)单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性.

(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体.

(3)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体.

2.液体表面张力

(1)表面张力的效果：表面张力使液体表面积具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小,

而在体积相同的条件下，球形的表面积最小.

(2)表面张力的大小：跟边界线的长度、液体的种类、温度都有关系.

针对训练

1.[2023•江苏冲刺卷]2022年北京冬奥会的雪花形主火炬由96块小雪花和6个橄榄枝组

成.关于雪花的下列说法正确的是()

A.一片雪花大约由1000个水分子组成

B.雪花融化成的水是液态的晶体

C.雪花是水蒸气凝华时形成的晶体

D.没有两片雪花是相同的，因此雪花不属于晶体

2.下列属于液晶分子示意图的是()

ABCD

3.[2023•宁夏石嘴山市第三中学模拟]关于以下几幅图中现象的分析，下列说法正确的是

）

丙T

A.图甲中水量停在水面而不沉，是浮力作用的结果

B.图乙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.图丙中毛细管中液面高于管外液面的是毛细现象，低于管外液面的不是毛细现象

D.图丁中玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是一种浸润现象

考点二气体压强的计算及微观解释

1.气体压强的微观解释

（1）产生原因

气体的压强是由气体中大量做无规则热运动的分子对器壁不断地碰撞产生的.压强就是

在器壁单位面积上受到的压力.

（2）从微观角度来看，气体压强的决定因素

①一方面是气体分子的平均速率.

②另一方面是气体分子的数密度.

2.平衡状态下封闭气体压强的求法

选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对?京进行受力分析，得到液柱（或

活塞）的受力平衡方程，求，得气体白勺压强.如图中的活塞模型，甲图中，

由poS+/ng=pS,解得气体的压强）yp=po%,；乙图中，由pS+mg=poS,

解得气体压强为。一空

p=0=po-p根gh.

平衡法

m彳r、

卜喏PQS

J

mg

LV/////3////A

甲乙

在连通器中，同一种液体（中间）F间断）同一-深度处压强相等.液体内深〃

处的总压强p=po+pg〃，po为呼殳面上方的压强.如图中的连通器模型，

由PB+"g/?2—PA，PA=p（）+pgh1,解得气体E的压强为pn=p（）+pg（h]—//2）.

F

等压法h,

▽

4

3.加速运动系统中封闭气体压强的求法

选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程

求解.

针对训练

4.[2022•江苏卷]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

5.如图所示，粗细均匀的薄壁U形玻璃管竖直放置，导热良好，左管上端封闭，封口处

有段水银柱1,右管上端开口且足够长，另有两段水银柱2、3封闭了力、8两部分理想气体,

外界大气压强恒为p（＞=75cmHg.三段水银柱长均为10cm,A气柱长为20cm,B气柱长为

10cm,气柱N和水银柱2各有一半长度在水平部分.则水银柱1对玻璃管封口的压强为

（）

A.60cmHgB.75cmHg

C.80cmHgD.90cmHg

6.如图所示，汽缸内装有一定质量的气体，汽缸的截面积为5,其活塞为梯形，它的一

个面与汽缸成。角，活塞与器壁间的摩擦忽略不计，现用一水平力尸缓慢推活塞，汽缸不动,

此时大气压强为次，则汽缸内气体的压强?为（）

B.po+-

考点三气体实验定律和理想气体状态方程的应用

1.理想气体状态方程与气体实验定律

'温度不变：P1V1=p2V2（玻意耳定律）

K1=吟］体积不变：詈=?（查理定律）

T

TiT2I~2

、压强不变：式盖-吕萨克定律）

适用条件：一定质量的某种理想气体.

2.解决问题的基本思路

选对象根据题意，选出所研究的、一定质量的气体；

I

方朝我6位前芬与麻泥去瓦壬函花而后前1

找参量

P、V、7数值或表达式，压强的确定是关键：

认过程认清变化过程，正确选用物理规律

选用气体状态方程或某一实验定律列式求解，：

列方程

有时要讨论结果的合理性

考向1“液柱+管”模型

例1［2022•广东卷］玻璃瓶可作为测量水深的简易装置.如图所示，潜水员在水面上将

80mL水装入容积为380mL的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底，倒置瓶身，打开瓶盖，让

水进入瓶中，稳定后测得瓶内水的体积为230mL.将瓶内气体视为理想气体，全程气体不泄

漏且温度不变.大气压强po取X105pa,重力加速度g取10m/s2,水的密度p取X1（Pkg/m?.

求水底的压强p和水的深度h.

［试答］

考向2"汽缸+活塞”模型

例2［2022•全国甲卷］如图，容积均为外、缸壁可导热的/、8两汽缸放置在压强为p。、

温度为To的环境中；两汽缸的底部通过细管连通，4汽缸的顶部通过开口C与外界相通；

汽缸内的两活塞将缸内气体分成I、II、m、iv四部分，其中第n、m部分的体积分别为9及

O

和;外.环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦.

4

(1)将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度；

(2)将环境温度缓慢改变至27。，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求/汽

缸中的活塞到达汽缸底部后，8汽缸内第IV部分气体的压强.

［试答］

针对训练

7.如图，一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管4、B、C粗细均匀，A、8两管的上

端封闭，C管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通.A,8两管的长度分别为

/>=。01,/2=32(^.将水银从(7管缓慢注入，直至8、C两管内水银柱的高度差方=5cm.已

知外界大气压强po=75cmHg.求/、B两管内水银柱的高度差.

8J2022•全国乙卷，节选］如图，一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，汽

缸中活塞I和活塞I［之间封闭有一定量的理想气体，两活塞用一轻质弹簧连接，汽缸连接处

有小卡销，活塞H不能通过连接处.活塞I、II的质量分别为2机、m,面积分别为2S、5,

弹簧原长为/.初始时系统处于平衡状态，此时弹簧的伸长量为/,活塞I、II到汽缸连接处

的距离相等，两活塞间气体的温度为加已知活塞外大气压强为00,忽略活塞与缸壁间的摩

擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积，重力加速度为g.

—

L

J

r

-

t

-S

（1）求弹簧的劲度系数；

（2）缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞n刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强

和温度.

考点四气体状态变化的图像问题

气体的四类“等值变化”图像的比较

类别特点（其中C为常量）举例

pV=CT,即pH之积越大的等温线

p-P图像

温度越高，线离原点越远10

V

等温

变化P小

p=c玲斜率A=CT,即斜率越大，

p—1图像

0工

温度越高

T,>T\

P/匕

等容变化：p—Tp=^T,斜率左弋，即斜率越大，

:一

体积越小0T

匕〈匕

等压变化：V-TV=-T,斜率4=£,即斜率越大,

p

图像

压强越小

P1<P\

注意：上表中各个常量“c’意义有所不同.可以根据P夕=〃火7确定各个常量“C的意义.

针对训练

9.（多选）一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p—［图线如图所示，变化顺序

为“一bfc—d—“，图中ab段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与1轴垂直.则

（）

X

V

A.a-b,压强减小、温度不变、体积增大

B.i,压强增大、温度降低、体积减小

C.Ld,压强不变、温度降低、体积减小

D.压强减小、温度升高、体积不变

10J2023•江苏泰州检测］如图所示，固定的绝热汽缸内用绝热活塞（活塞与汽缸壁无摩擦）

密封一定质量的理想气体.现用力尸使活塞向左缓慢移动，密闭气体的状态发生了变化.用

〃表示单位体积内气体的分子数，p、忆分别表示该气体的压强、体积，Ek表示该气体分子

的平均动能，。表示内能，下列四个图像（图中4、b为双曲线的一部分，C、d为直线）符合

上述过程的是（）

n\P

素养提升变质量气体模型

气体变质量问题的处理方法

打气问题：选择原有气体和即将充入的气体整体为研究对象.

抽气问题：把每次抽出的气体和剩余的气体整体作为研究对象.

灌气问题：把大容器中剩余气体和多个小容器的气体整体作为研究对象.

漏气问题：把容器中剩余气体和漏出的气体整体作为研究对象.

模型1充气、抽气问题

典例1［2022・山东卷］某些鱼类通过调节体内鱼膘的体积实现浮沉，如图所示.鱼蝶结

构可简化为通过阀门相连的4、8两个密闭气室，/室壁厚，可认为体积恒定，8室壁薄，

体积可变；两室内气体视为理想气体，可通过阀门进行交换.质量为例的鱼静止在水面下

H处.8室内气体体积为匕质量为设5室内气体压强与鱼体外压强相等、鱼体积的变

化与8室气体体积的变化相等，鱼的质量不变，鱼膘内气体温度不变，水的密度为p、重力

加速度为g,大气压强为po，求：

(1)鱼通过增加8室体积获得大小为"的加速度，需从/室充入5室的气体质量△加;

(2)鱼静止于水面下Hi处时，8室内气体质量网.

［试答］

模型2灌气分装

典例2武汉疫情期间，从辽宁调入一大批钢瓶氧气，每个钢瓶容积为40L,在辽宁测

得氧气压强为X107pa,环境温度为一23°C,长途运输到武汉方舱医院时，当地医院室内温

度27°C(钢瓶的热胀冷缩可以忽略).现使用其中一个大钢瓶，对容积5L小钢瓶缓慢分装,

小钢瓶分装前内部可视为真空，分装后每个供病人使用的小钢瓶内部气体压强为2X105pa,

要求大钢瓶内压强降到5X105Pa时就停止分装，在分装过程中大、小钢瓶温度均保持不变.

(1)到达武汉方舱医院后大钢瓶内氧气的压强为多少？

(2)一大钢瓶氧气可分装多少个小钢瓶供病人使用？

［试答］

模型3漏气问题

典例3实施乡村振兴策略，是党的十九大作出的重大决策部署.如图所示是某乡村排

水管道的侧面剖视图，井盖上的泻水孔因故堵塞，井盖与管口间密封良好但不粘连.暴雨期

间，水位迅速上涨，该井盖可能会不断跳跃.设井盖质量，〃=kg,圆柱形竖直井内水面面

积S=0.300m2,图示时刻水面与井盖之间的距离〃=m,井内密封有压强刚好等于大气压

强po=X105Pa的空气(可视为理想气体)，温度始终不变，重力加速度g取10m/s2.

(1)求密闭空气的压强为多大时井盖刚好被顶起；

(2)求从图示位置起，水面上涨多高后井盖会被顶起;

(3)若井盖第一次被顶起后又迅速落回，井盖与管口的密封性被破坏，求井盖被顶起前、

后井中空气质量之比.

［试答］

针对训练

11J2023•辽宁沈阳一模］2021年11月7日，王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走

出”太空舱，成为我国第一位在太空“漫步”的女性.舱外航天服是密封一定气体的装置，

用来提供适合人体生存的气压.王亚平先在节点舱(航天员出舱前的气闸舱)穿上舱外航天服,

假设航天服密闭气体的体积约为片=2L,压强“=X105pa,温度”=27℃.她穿好航天服

后，需要把节点舱的气压不断降低，以便打开舱门.7=1+273K.

(1)若节点舱气压降低到能打开舱门时，密闭航天服内气体体积膨胀到匕=3L,温度变

为》2=—3℃,这时航天服内气体压强P2为多少？

(2)为便于舱外活动，航天员出舱前需要把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降

到P3=XIO,pa.假设释放气体过程中温度不变，体积变为匕=L,那么航天服需要放出的

气体与原来气体的质量的比值为多少？

第2讲气体、固体与液体

必备知识•自主落实

、

1.(1)气体分子数目(2)②剧烈多少

2.(1)压力(2)①平均速率碰撞作用力②数密度分子数

3.压强反比热力学温度体积正比p2V2辱"察"

4.(2)气体实验定律

—.、

1.⑴晶体非晶体⑵异性同性

2.⑴①表面张力②相切(2)①固体(3)上升下降

3.(1)异性流动性(2)液体晶体(3)杂乱无章

关键能力精准突破

1.解析：一片雪花大约由大量的水分子组成，远大于1000个，A错误；雪花融化成

的水是晶体，不能说液态的晶体，故B错误；根据物态变化可知，雪花是水蒸气凝华时形

成的晶体，故C正确；雪花是晶体，故D错误.

答案：C

2.解析：液晶在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，选项A、C中，分子排列非常有序，不符合液晶分子的排列，选项A、C错误；

选项B中，分子排列比较整齐，但从另外一个角度看也具有无序性，符合液晶分子的排列，

选项B正确；选项D中，分子排列完全是无序的，不符合液晶分子的排列，选项D错误.

答案：B

3.解析：因为液体表面张力的存在，有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如，

故A错误；将棉线圈中肥皂膜刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果，故B正确；

浸润情况下，容器壁对液体的吸引力较强，附着层内分子密度较大，分子间距较小，故液体

分子间作用力表现为斥力，附着层内液面升高，故浸润液体呈凹液面，不浸润液体呈凸液面

都属于毛细现象，故C错误；玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是表面张

力的原因，不是浸润现象，故D错误.

答案：B

4.解析：密闭容器中的氢气质量不变，分子个数N不变，根据〃=小可知当体积/

增大时，单位体积的个数〃变小，分子的密集程度变小，选项A错误；气体压强产生的原

因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的；压强增大并不是因为分子间斥力

增大，选项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，对

于氢气，虽然氢气分子很小，但是在压强很大、温度很低的情况下，也不能看成理想气体，

选项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，两边

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，选项D正确.

答案：D

5.解析：气柱8的压强为：

PB=(po+h)cmHg=85cmHg

根据同一深度压强相等，有：Q=(PB+?)cmHg

解得：p/=90cmHg

则水银柱1对玻璃管封口的压强为：

p=(pA-h)cmHg=80cmHg,故选项C正确.

答案：C

6.解析：

以活塞为研究对象，进行受力分析如图所示

水平方向合力为0,即尸+poS=舄-sin仇可得p=po+(,故B正确，A、C、D错误.

答案：B

例1解析：在水面上方时，封闭气体的压强为po,气体的体积

匕=(380—80)mL=300mL

潜入水底后，封闭气体的压强等于水底的压强，

即p=p-pgh

封闭气体的体积为匕=(380—230)mL=150mL

由玻意耳定律得poH=p%

代入数据解得p=X105Pa

10m.

答案：X105paiom

例2解析：(1)选第W部分气体为研究对象，在8汽缸中的活塞到达汽缸底部的过程中

发生等压变化：学=野，解得八=[().

T0「13

(2)以第H、III部分气体整体为研究对象，温度由％升至27。过程，由理想气体状态方

程：噢比立=学.对第w部分气体，温度由To升至2。)过程，由理想气体状态方程：

To2To

哗网=誓"解得P尸》。.

To2To4

答案：(1)|70(2*0

7.解析：

设4、8两管内横截面积分别为S、S2,注入水银后如图所示，4、8气柱分别减少了

h\和岳，压强分别为pi和P2

则有：po/iSi=pi(7i—〃i)Si①

p012s2=P2(，2—//2)S2②

压强：P2=p0+pg%③

pI=P2+pg(/?2-h1)(3)

代入数据解得△力=〃2—〃[=1cm.

答案：1cm

8.解析：(1)对活塞I受力分析如图

p-2S

0.皿

Po•2s

2mg

由平衡条件有p-2S=p(y2S+2mg+kl

对活塞H受力分析如图

化户

O.W

pS

由平衡条件有pS+mg+kl

联立解得％=竺詈，夕=曲亨.

(2)由于是对气体缓慢加热，则两活塞受力平衡，将两活塞、弹簧、活塞间气体作为整

体分析，受力情况不变，故气体压强不变，p'=p=吧詈，且弹簧长度不变

对活塞间的气体，由盖-吕萨克定律有9=9

T112

其中以=嘤(25+5)=6,Tt=T0

v2=(i+iy2s=is

解得m.

⑴40：g(2严+3mg

答案：

9.解析：由图像可知，。一6过程，气体压强减小而体积增大，气体的压强与体积倒数

成正比，则压强与体积成反比，气体发生的是等温变化，故A正确；由理想气体状态方程景

=C可知号=夕忆=。7,由图像可知，连接。、b的直线比连接。、c的直线的斜率小，所以

V

6状态的温度低，b-c过程，温度升高，由图像可知，压强增大，且体积也增大，故B错

误；由图像可知，过程，气体压强不变而体积变小，由理想气体状态方程牛=C可知气

体温度降低，故C正确；由图像可知，d-a过程，气体体积不变，压强变小，由理想气体

状态方程片=C可知，气体温度降低，故D错误.

答案：AC