第十五章热学第75课时固体、液体和气体2025高考物理二轮专题

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　以下各图均来自人教版选择性必修第三册，P23的图甲为正在升空 的气球、P31的图乙为食盐颗粒和松香的外形图、P36的图丙为停在水 面上的水黾。
（1）食盐是晶体，每个食盐颗粒即为一个单晶体。（　×　）
（2）松香是非晶体，具有各向同性。（　√　）
（3）单晶体的所有物理性质都是各向异性的。（　×　）
（4）水黾浮于水面上是液体的表面张力作用的结果。（　√　）
（5）气球中所有气体分子运动的速率都是相同的。（　×　）
考点一　固体、液体的性质　[素养自修类]1. 【晶体与非晶体】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分别如图（a）、（b）、（c） 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（d）所示，则下列说法中正确的是（　　 ）
解析：　丙上面的石蜡熔化的区域为椭圆形，导热上表现为各向 异性，则丙为单晶体，根据温度随加热时间变化关系可知，甲是晶 体，乙是非晶体，金属属于晶体，故乙不可能是金属薄片，甲在导 热上具有各向同性，从题中不能确定甲在其他性质上是否具有各向 异性，因此甲可能是单晶体，也可能是多晶体，故A、B错误；一 定条件下，晶体和非晶体可以相互转化，故C正确；甲和丙都是晶 体，所以其内部的微粒排列都是规则的，故D错误。
2. 【液体的性质】（多选）下列说法正确的是（　　 ）
解析：　把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面上，这是由于 水表面存在表面张力，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，是因为液体表面张力的作用形成的，B错误； 将玻璃管道裂口放在火上烧，它的尖端就变圆，是因为熔化的玻璃 在表面张力的作用下，表面要收缩到最小，C正确；漂浮在热菜汤 表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是油滴液体的表面张力导致 的，D错误。
3. 【液晶的特点】关于液晶，下列说法中正确的是（　　 ）
解析：　液晶并不是指液体和晶体的混合物，而是一种特殊的物 质，液晶像液体一样具有流动性，液晶的光学性质与某些晶体相 似，具有各向异性，故A错误，B正确；当液晶通电时导通，排列 变得有秩序，使光线容易通过，不通电时排列混乱，阻止光线通 过，所以液晶的光学性质随外加电压的变化而变化，液晶并不发 光，故C错误；不是所有的物质都有液晶态，故D错误。
1. 对晶体和非晶体的理解（1）凡是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。（2）凡是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。（3）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。（4）晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。
2. 对液体表面张力的理解
考点二　 气体压强的计算及微观解释　[多维探究类]　　
（1）活塞模型和液柱模型
求气体压强的基本方法：先对活塞或液柱进行受力分析，然 后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程。
图甲中活塞若处于平衡状态，则p0S＋mg＝pS，
图乙中液柱若处于平衡状态，则pS＋mg＝p0S，
如图所示，U形管竖直放置。同一液柱相同高度处压强相等， 所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来。则有pB＋ ρgh2＝pA，而pA＝p0＋ρgh1，所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg （h1－h2）。
2. 气体分子运动的速率分布图像气体分子间距离大约是分子直径的10倍，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：由于气体分子的无规则热运动，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密集程度。
考向一　气体分子运动的统计规律【典例1】　（多选）氧气分子在不同温度下的速率分布规律如图所 示，横坐标表示速率，纵坐标表示某一速率内的分子数占总分子数的 百分比，由图可知（　　 ）
解析：由题图可知，同一温度下，氧气分子呈现“中间多，两头少” 的分布规律，A正确；随着温度的升高，绝大部分氧气分子的速率都 增大，但有少量分子的速率可能减小，B错误；随着温度的升高，氧 气分子中速率小的分子所占的比例减小，C错误；①状态的温度比② 状态的温度低，D正确。
考向二　气体压强的微观解释【典例2】　（2023·江苏高考3题）如图所示，密闭容器内一定质量 的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中（　　）
考向三　活塞封闭气体压强的计算
【典例3】　如图甲、乙、丙所示，气缸与活塞均处于静止状态，已 知大气压强为p0，重力加速度为g，活塞的质量为m，横截面积为S， 汽缸、物块的质量均为M，活塞与汽缸间均无摩擦，依次求出各图中 汽缸中气体的压强。
考向四　液柱封闭气体压强的计算
【典例4】　已知大气压强为p0，液体密度均为ρ，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。
答案：甲：p0－ρgh　乙：p0－ρgh
戊：pa＝p0＋ρg（h2－h1－h3）pb＝p0＋ρg（h2－h1）
题图丁中，以A液面为研究对象，由平衡条件有p丁S＝p0S＋ρgh1S所以p丁＝p0＋ρgh1题图戊中，从开口端开始计算，右端大气压强为p0，同种液体同一水 平面上的压强相同，所以b气柱的压强为pb＝p0＋ρg（h2－h1）故a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg（h2－h1－h3）。
2. 应用气体实验定律或状态方程的基本思路
（1）升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气 体温度升至27 ℃时舱内气体的密度；
答案：1.41 kg/m3　
（2）保持温度27 ℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至 1.0个大气压，求此时舱内气体的密度。
答案：1.18 kg/m3
【典例5】　（2023·全国甲卷33题）一高压舱内气体的压强为1.2个 大气压，温度为17 ℃，密度为1.46 kg/m3。
（1）气体压强不变，已知T1＝（17＋273）K＝290 K，T2＝ （27＋273）K＝300 K，ρ1＝1.46 kg/m3上式简化为ρ1T1＝ρ2T2将已知数据代入解得ρ2≈1.41 kg/m3。
解得ρ3≈1.18 kg/m3。
解得ρ2≈1.41 kg/m3。
（2）保持气体温度不变，降压前气体体积为V2，压强为p2＝p1＝1.2 atm，降压后压强减小为p3＝1.0 atm，气体体积增大为V3，由玻意耳定 律有p2V2＝p3V3同时ρ2V2＝ρ3V3联立解得ρ3≈1.18 kg/m3。
　（2024·九省联考贵州）如图是一个简易温度计示意图，左边由固定的玻璃球形容器和内径均匀且标有刻度的竖直玻璃管组成，右边是上端开口的柱形玻璃容器，左右两边通过软管连接，用水银将一定质量的空气封闭在左边容器中。已知球形容器的容积为530 cm3，左边玻璃管内部的横截面积为2 cm2。当环境温度为0 ℃且左右液面平齐时，左管液面正好位于8.0 cm刻度处。设大气压强保持不变。
（1）当环境温度升高时，为使左右液面再次平齐，右边柱形容器应 向上还是向下移动？
解析：当环境温度升高时，假设右边容器不动，由于左侧 气体体积变大，则右侧管中液面将高于左侧管中液面，则为使 左右液面再次平齐，右边柱形容器应向下移动；
（2）当液面位于30.0 cm刻度处且左右液面又一次平齐时，对应的环 境温度是多少摄氏度？
考点四　气体状态变化的图像问题　[互动共研类]一定质量的气体不同图像的比较
注意：上表中各个常量“C”意义有所不同。
【典例6】　2023·辽宁高考5题）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是（　　）
2. 【V-t图像问题】
如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积—温度 （V-t）图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点 的纵坐标；t0为它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0＝－273.15 ℃；a、b为直线Ⅰ上的一点。求：
巧学 妙解 应用
考点一　固体、液体的性质1. （多选）关于晶体和非晶体的性质说法正确的是（　　 ）
解析：　晶体和非晶体的区别就是有无固定熔点，因此可以利 用有无固定熔点来判断物质是晶体还是非晶体，故A正确；晶体在 熔化时要吸热，是分子势能增加，而晶体在熔化过程中温度不变， 分子动能不变，故B错误；多晶体表现为各向同性，故C错误；液 晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和单晶体相似，具有各向 异性，故D正确。
2. 关于以下几幅图中现象的分析，下列说法正确的是（　　 ）
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。
考点二　气体压强的计算及微观解释3. （多选）密闭容器内有一定质量的理想气体，如果保持气体的压强 不变，气体的温度升高，下列说法中正确的是（　　 ）
解析：　气体的温度升高，气体分子的平均速率增大，气体分 子对器壁的平均作用力变大，故A、C正确；气体压强是器壁单位 面积上受到大量气体分子频繁地碰撞而产生的平均作用力的结果， 气体压强不变，单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力不变，故 B错误；气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，压强不变， 则气体分子的密集程度减小，故体积增大，密度减小，故D正确。
4. （2022·江苏高考6题）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（　　）
考点三　气体实验定律和理想气体状态方程的应用5. 登山队员在攀登高峰的时候必须带上专业的登山装备，某队员戴了 登山手表攀登珠穆朗玛峰，手表是密封的，表内温度27 ℃时气体压 强为1.0×105 Pa（常温下的大气压强值），当他登上峰顶时，峰顶 气压为4.0×104 Pa，表内温度为－23 ℃，则此登山手表表面玻璃可 以承受的内外压强差至少为（　　 ）
6. 如图所示，有一只小试管竖直倒插在盛有足量水的烧杯中，试管恰 好漂浮于水面上，试管内、外水面的高度差为h，试管露出水面的 高度为L。若环境温度不变，大气压强缓慢减小，在不考虑烧杯中 水面升降及试管壁厚度的情况下，则（　　）
解析：　试管处于漂浮状态，以试管及管内气体为研究对象，根 据平衡条件F浮＝ρgV排＝mg，重力不变，浮力不变，试管排开水的 体积不变，即V排不变，因此h不变，假设大气压强为p0，则试管内 气体压强为p＝p0＋ρgh，若环境温度不变，大气压强缓慢减小时， 试管内气体压强减小，由玻意耳定律pV＝p'V'可知，气体等温变 化，管内气体压强减小，气体体积变大，因此试管将上浮一些，即 L变大，故A正确，B、C、D错误。
7. 如图所示，两端开口、内径均匀的玻璃弯管固定在竖直平面内，两 段水银柱A和C将空气柱B封闭在左侧竖直段玻璃管，平衡时A段水 银有一部分在水平管中，竖直部分高度为h2，C段水银两侧液面高 度差为h1。若保持温度不变，向右管缓缓注入少量水银，则再次平 衡后（　　 ）
考点四　气体状态变化的图像问题8. 一定质量的理想气体经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程， 其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平 行，则气体体积在（　　 ）
解析：　因为bc的延长线通过原点，所以bc是等容线，即气体体 积在bc过程中保持不变，B正确；ab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aO 交cd于e，则ae是等容线，即Va＝Ve，因为Vd＜Ve，所以Vd＜Va，所 以da过程中气体体积发生变化，D错误。
9. 如图所示是一定质量理想气体状态由A依次经过B、C到D变化的p-T 图像，对应的转换图像中可能正确的是（　　 ）
10. 一定质量的理想气体经历两个不同过程，分别由压强—体积（p- V）图上的两条曲线Ⅰ和Ⅱ表示，如图所示，曲线均为反比例函数曲 线的一部分。a、b为曲线Ⅰ上的两点，气体在状态a和b的压强分别 为pa、pb，温度分别为Ta、Tb。c、d为曲线Ⅱ上的两点，气体在状 态c和d的压强分别为pc、pd，温度分别为Tc、Td。下列关系式正确 的是（　　 ）
11. 把上端A封闭，下端B开口的玻璃管插入水中，放掉部分空气后放 手，玻璃管可以竖直地浮在水中（如图所示）。设玻璃管的质量m ＝40 g，横截面积S＝2 cm2，玻璃管露出水面以上部分的长度b＝2 cm，大气压强p0＝1×105 Pa，水的密度ρ＝1 g/cm3，玻璃管厚度和 管内空气质量不计，g取10 m/s2。（1）求玻璃管内空气柱的长度；
解析：玻璃管漂浮时，浮力与重力平衡。设管内外水 面高度差为h，则V排＝hS，根据阿基米德原理，有mg＝ρghS
故玻璃管内空气柱长度为：l0＝b＋h＝22 cm。
（2）用手拿住玻璃缓慢地竖直压入水中，若水足够深，则当管的A端在水面下超过某一深度H时，放手后玻璃管不再浮起，求H。
解析：管全部没入水中一定深度H后，浮力与重力再次平衡，同样根据阿基米德原理，可知空气柱的长度为h'＝h＝20 cm＝0.2 m
初态：p1＝p0＋ρgh，V1＝（h＋b）S
末态：p2＝p0＋ρgH＋ρgh'，V2＝h'S对封闭气体，根据玻意耳定律得p1V1＝p2V2
解得H＝1.02 m。
12. 如图所示，“手掌提杯”实验可证明大气压的存在。先将热水加 入不计壁厚的玻璃杯中，杯子升温后将水倒掉，再迅速用手盖住 杯口，待杯中密封气体缓慢冷却至室温，手掌竖直向上提起，杯 子跟着手掌被提起而不脱落（杯内气体各处温度相等）。
（1）杯口横截面为S，手掌刚盖上时，杯内气体温度为T1，冷却 后温度为T2，大气压强为p0，忽略杯内气体体积变化，则能 提起的杯子最大重力G为多少？
解得T0＝320 K所以t0＝（320－273）℃＝47 ℃。