2027年高考物理一轮复习学案练习含答案15-第十五章 热学 02-第2讲 固体、液体和气体（教用）

这是一份2027年高考物理一轮复习学案练习含答案15-第十五章 热学 02-第2讲 固体、液体和气体（教用），共16页。试卷主要包含了固体和液体的性质，封闭气体压强的计算等内容，欢迎下载使用。
课标要求
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；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；通过实验，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。
考点一 固体和液体的性质
回归教材 强基础
1．固体
（1）分类：固体分为晶体和非晶体两类。晶体分单晶体和多晶体。
（2）晶体与非晶体的比较
【答案】异性； 有规则
2．液体
（1） 液体的表面张力
①形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离_ _ _ _ ，分子间作用力表现为_ _ _ _ 。
②作用：液体的表面张力使液面具有_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 的趋势。
③方向：表面张力跟液面_ _ _ _ ，且跟分界线_ _ _ _ 。
④大小：液体的温度越高，表面张力_ _ _ _ ；液体中溶有杂质时，表面张力_ _ _ _ ；液体的密度越大，表面张力_ _ _ _ 。
（2） 液体的浸润和不浸润
①液体会润湿固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作_ _ _ _ 。
②液体不会润湿固体，也不会附着在固体的表面上，这种现象叫作_ _ _ _ _ _ 。
③液体与固体间的浸润与不浸润现象，都是液体与固体分子间的相互作用造成的。
（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。
（4） 液晶的物理性质
具有液体的_ _ _ _ _ _ ，分子取向排列的液晶具有光学_ _ _ _ _ _ _ _ 。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。
【答案】（1） 大；引力；收缩到表面积最小；相切；垂直；越小；变小；越大
（2） 浸润；不浸润
（3） 上升；下降
（4） 流动性；各向异性
易错辨析
1．单晶体的所有物理性质都是各向异性的。（ ）
【答案】×
2．具有各向同性的固体一定是非晶体。（ ）
【答案】×
3．晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。（ ）
【答案】√
4．晶体一定有规则的几何形状。（ ）
【答案】×
5．液晶是液体和晶体的混合物。（ ）
【答案】×
6．有些昆虫可以在水面上自由走动是由于有液体表面张力。（ ）
【答案】√
7．一种液体是否浸润某种固体，只与这种液体的性质有关。（ ）
【答案】×
突破核心 提能力
例1 （2025·河北邯郸模拟）白磷在高温、高压环境下可以转化为一种新型二维半导体材料——黑磷，图为黑磷微观结构，其原子以一定的规则有序排列。下列说法正确的是（ ）
A. 黑磷是非晶体材料
B. 黑磷熔化过程中温度不变
C. 黑磷中每个分子都是固定不动的
D. 黑磷在不同方向的所有物理性质均不同
【答案】B
【解析】根据题图可知，黑磷的微观结构呈现空间上规则排列，具有空间上的周期性，因而黑磷属于晶体材料，具有固定的熔点，熔化过程中温度不变，A错误，B正确；组成物质的分子总是在做无规则热运动，C错误；黑磷具有各向异性，但不是在不同方向的所有物理性质均不同，D错误。
例2 （2025·山东潍坊模拟）某新型“自清洁玻璃”具有特殊的微纳米结构，水滴在其表面会形成接近球形的液滴并能自发滚落，滚落过程中几乎不会在玻璃表面留下痕迹。下列说法正确的是（ ）
A. 水能浸润该“自清洁玻璃”
B. 水滴呈球形是因为液体表面张力的作用
C. 水滴表面的水分子间只存在分子引力
D. 用该玻璃制成的两端开口的洁净毛细管竖直插入水中，管内液面比水面高
【答案】B
【解析】如果水能浸润该“自清洁玻璃”，水在玻璃表面应该是铺展开的，而不是形成接近球形的液滴，所以水不能浸润该“自清洁玻璃”，故A错误；液体表面张力会使液体表面有收缩的趋势，使得水滴呈球形，故B正确；分子间引力和斥力是同时存在的，在水滴表面的水分子间也不例外，故C错误；因为水不能浸润该玻璃，用该玻璃制成的两端开口的洁净毛细管竖直插入水中，管内液面应该比水面低，故D错误。
例3 （2025·湖北武汉模拟）多选 如图所示，通电雾化玻璃是将高分子晶膜固定在两片玻璃之间，未通电时，看起来像一块毛玻璃，不透明；通电后，看起来像一块普通玻璃，透明。由此可以判断通电雾化玻璃中的液晶（ ）
A. 是一种液体和晶体的混合物
B. 具有光学性质的各向异性
C. 通电时，入射光能顺利通过液晶层
D. 不通电时，入射光在液晶层发生了全反射，导致光线无法通过
【答案】BC
【解析】液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态，具有液体的流动性；通电雾化玻璃中的液晶具有光学性质的各向异性，故A错误，B正确。不通电时，即在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，入射光在液晶层发生了漫反射，穿过玻璃的光线少，所以液晶像毛玻璃一样不透明；通电时，液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列，入射光能顺利通过液晶层，故C正确，D错误。
考点二 封闭气体压强的计算
1.封闭气体压强的求法
2.两种常见模型
（1）活塞模型（用活塞封闭一定质量的气体）
图甲活塞平衡时，有pS=p0S+mg。
图乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以有pS+mg=p0S。
（2）液柱模型（用液柱封闭一定质量的气体）
平衡时对气体A有pA=p0+ρgℎ1，
对气体B有pB+ρgℎ2=pA=p0+ρgℎ1，
所以pB=p0+ρg(ℎ1−ℎ2)。
考向1 活塞模型
例4 求汽缸中封闭气体A、B、C的压强。（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，均处于平衡状态）
【答案】p0+mgSp0−MgSp0+(M+m)gS
【解析】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pAS=p0S+mg，得pA=p0+mgS；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p0S=pBS+Mg，得pB=p0−MgS；题图丙中选活塞为研究对象，受力分析如图（c）所示，pCS下sinα=p0S上+FN+mg，FN=Mg，S下sinα=S上，S上=S，联立可得pC=p0+(M+m)gS。
图（a）图（b）图（c）
例5 如图所示，倾角为θ 的光滑斜面上有一固定挡板，现有一质量为M的汽缸，汽缸内用质量为m的活塞封闭有一定质量的理想气体，不计活塞与汽缸间的摩擦，活塞横截面积为S，现将活塞用细绳固定在挡板上处于静止状态。（已知外界大气压强为p0，重力加速度为g）
（1） 求汽缸内的气体压强p1；
（2） 若将绳子剪断，求汽缸与活塞保持相对静止一起沿斜面向下做匀加速直线运动时，汽缸内的气体压强p2。
【答案】（1） p0−MgsinθS
（2） p0
【解析】
（1） 以汽缸为研究对象，由平衡条件得Mgsinθ+p1S=p0S，
解得p1=p0−MgsinθS。
（2） 以整体为研究对象，有
(M+m)gsinθ=(M+m)a，
以汽缸为研究对象，有
Mgsinθ+p2S−p0S=Ma，
解得p2=p0。
考向2 液柱模型
例6 图中各装置均处于静止状态。已知各图中液体密度均为ρ ，大气压强均为p0，重力加速度为g，求各图中被封闭气体的压强。
【答案】见解析
【解析】题图甲中，以高为ℎ的液柱为研究对象，由平衡条件有p甲S+ρℎSg=p0S，
所以p甲=p0−ρgℎ；
题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有p乙S+ρgℎS=p0S，
所以p乙=p0−ρgℎ；
题图丙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有p丙S+ρgℎsin60∘⋅S=p0S，
所以p丙=p0−32ρgℎ；
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，b气柱的压强为
pb=p0+ρg(ℎ2−ℎ1)，
a气柱的压强为
pa=pb−ρgℎ3=p0+ρg(ℎ2−ℎ1−ℎ3)。
考点三 气体实验定律和理想气体状态方程的基本应用
回归教材 强基础
1．气体实验定律
【答案】反比； 正比； 正比； p2V2； 不变； 增大； 增大； 保持不变； 增大； 增大； 增大； 减小
2．理想气体状态方程
（1） 理想气体：在任何温度、任何_ _ _ _ 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_ _ _ _ 决定。
（2） 理想气体状态方程：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 或_ _ _ _ _ _ _ _ （质量一定的理想气体）。
【答案】（1） 压强；温度
（2） p1V1T1=p2V2T2；pVT=C
易错辨析
1．理想气体是一种假想的物理模型，实际上并不存在。（ ）
【答案】√
2．理想气体严格遵守气体实验定律。（ ）
【答案】√
3．能用气体实验定律来解决的问题不一定能用理想气体状态方程求解。（ ）
【答案】×
4．一定质量的理想气体压强增大到原来的2倍，可能是体积不变，热力学温度也增大到原来的2倍。（ ）
【答案】√
突破核心 提能力
例7 （2026·河北保定模拟）中国计划在2030年前实现载人登月，开展月球科学考察及相关技术试验。月球表面昼夜温差较大，假设月球上某科研实验站的一个刚性容器内密闭有一定质量的理想气体，白天容器内气体的热力学温度最高为T0，此时容器内气体的压强为p0，晚上容器内气体的热力学温度最低为T04。
（1） 求晚上温度最低时容器内气体的压强p；
（2） 若容器底部有一个面积为S的观测台，且观测台与容器底部之间无缝隙，求一昼夜内容器内气体对观测台的压力大小F的范围。
【答案】（1） p04
（2） p0S4≤F≤p0S
【解析】
（1） 根据查理定律有p0T0=pT04，
解得p=p04。
（2） 一昼夜内，容器内气体对观测台的压力的最大值与最小值分别为Fmax=p0S、Fmin=pS，
经分析可知Fmin≤F≤Fmax，
解得p0S4≤F≤p0S。
例8 （2025·湖南卷·13，10分）用热力学方法可测量重力加速度。如图所示，粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内用液柱封闭了一段长度为L1的空气柱。液柱长为ℎ，密度为ρ 。缓慢旋转细管至水平，封闭空气柱长度为L2，大气压强为p0。
（1） 若整个过程中温度不变，求重力加速度g的大小；
（2） 考虑到实验测量中存在各类误差，需要在不同实验参数下进行多次测量，如不同的液柱长度、空气柱长度、温度等。某次实验测量数据如下，液柱长ℎ=0.2000m，细管开口向上竖直放置时空气柱温度T1=305.7K。水平放置时调控空气柱温度，当空气柱温度T2=300.0K时，空气柱长度与竖直放置时相同。已知ρ=1.0×103kg/m3，p0=1.0×105Pa。根据该组实验数据，求重力加速度g的值。
【答案】（1） p0(L2−L1)ρL1ℎ
（2） 9.5m/s2
【解析】
（1） 封闭空气发生等温变化，设细管横截面积为S，根据玻意耳定律得
(p0+ρgℎ)L1S=p0L2S，
解得g=p0(L2−L1)ρL1ℎ。
（2） 根据理想气体的状态方程得
p1V1T1=p2V2T2，
即(p0+ρgℎ)LST1=p0LST2，
其中p0=1.0×105Pa，ℎ=0.2000m，T1=305.7K，T2=300.0K，ρ=1.0×103kg/m3，代入数据解得g=9.5m/s2。
溯源教材
（人教版选择性必修第三册第二章第3节“练习与应用”）
4.一个容器内部呈不规则形状，为测量它的容积，在容器上插入一根两端开口的玻璃管，接口用蜡密封。玻璃管内部横截面积为S，管内一静止水银柱封闭着长度为l1的空气柱，如图2.3-6，此时外界的温度为T1。现把容器浸在温度为T2的热水中，水银柱静止时下方的空气柱长度变为l2 。实验过程中认为大气压没有变化，请根据以上数据推导容器容积的表达式。
图2.3-6
溯源分析
总结归纳
利用气体实验定律及理想气体状态方程解决问题的基本思路
温馨提示 请完成《分层突破训练》课时作业77项目
晶 体
非晶体
单晶体
多晶体
外形
规则
不规则
不规则
熔点
固定
固定
不固定
物理性质
各向_ _ _ _
各向同性
各向同性
排列
_ _ _ _ _ _
无规则
无规则
典型物质
石英、云母、食盐、硫酸铜
玻璃、蜂蜡、松香
形成与转化
有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体。同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些晶体在一定条件下可以转化为非晶体，有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体
平衡状态
力平衡法
选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象进行受力分析，得到液柱（或活塞）的受力平衡方程，求得气体的压强
等压面法
在连通器中，同一种液体（中间不间断）同一深度处压强相等。液体内深ℎ处的压强p=p0+ρgℎ，p0为液面上方的压强
液片法
选取假想的液体薄片（自身重力不计）为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强
加速运动系统
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
玻意耳定律
查理定律
盖-吕萨克定律
内容
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成_ _ _ _
一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成_ _ _ _
一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成_ _ _ _
表达式
p1V1= _ _ _ _ _ _ _ _
p1T1=p2T2
拓展：Δp=p1T1ΔT
V1T1=V2T2
拓展：ΔV=V1T1ΔT
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_ _ _ _ 。体积减小时，分子的数密度_ _ _ _ ，气体的压强_ _ _ _
一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度_ _ _ _ _ _ _ _ ，温度升高时，分子的平均动能_ _ _ _ ，气体的压强_ _ _ _
一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能_ _ _ _ 。只有气体的体积同时增大，使分子的数密度_ _ _ _ ，才能保持压强不变
图像
相同点
情境相同，均考查液柱模型
不同点
教材题较基础，利用液柱模型考查等压变化求解容器容积，高考题考查等温变化和等容变化来求解重力加速度，考查了学生理解并灵活运用气体实验定律和理想气体状态方程的能力，同时考查气体压强的计算
复习启示
熟练掌握并能灵活运用教材，可以在教材常见情境的基础之上稍加创新