第78讲　固体、液体和气体——2027届高三物理一轮复习讲义（含答案）

这是一份第78讲　固体、液体和气体——2027届高三物理一轮复习讲义（含答案），共8页。学案主要包含了固体，液体，气体的性质及气体压强的计算，气体实验定律及微观解释，理想气体状态方程等内容，欢迎下载使用。
一、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 。
2．晶体与非晶体的比较
注意：单晶体物理性质具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。
二、液体、液晶
1．液体的微观结构特点
(1)分子间的距离很小；在液体内部分子间的距离在10－10 m左右。
(2)液体分子间的相互作用力很大，但比固体分子间的作用力要小。
(3)分子的热运动特点表现为振动与移动相结合。
2．液体表面张力
注意：表面张力使液体的表面趋于最小，体积相同的情况下，球形的表面积最小。
3．浸润和不浸润 毛细现象
(1)浸润和不浸润
①一种液体会 润湿 某种固体并 附着 在固体的表面上，这种现象叫作 浸润 ；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上，这种现象叫作 不浸润 。
②附着层：当液体与 固体 接触时，接触的位置形成一个液体薄层，叫作附着层。
③浸润和不浸润是 分子力 作用的表现。
(2)毛细现象
①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，称为毛细现象。
②毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管的内径越小，高度差 越大 。
4．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 。
(3)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。
三、气体的性质及气体压强的计算
1．气体分子运动的特点
(1)气体分子间距较大，分子力可以忽略，因此分子间除碰撞外不受其他力的作用，故气体能充满 整个空间 。
(2)分子做无规则的运动，速率有大有小，且时时变化，大量分子的速率按“ 中间多 ， 两头少 ”的规律分布。
(3)温度升高时，速率小的分子数 减少 ，速率大的分子数 增多 ，分子的平均速率将 增大 ，但速率分布规律不变。
(4)气体分子运动的速率分布图像
2．气体的压强
(1)产生原因
由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁 单位面积 上的压力叫作气体的压强。
(2)大小：气体的压强在数值上等于气体作用在 单位面积 上的压力。公式：p＝eq \f(F,S)。
(3)决定因素
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 分子数密度 。
(4)常用单位及换算关系
①国际单位制单位： 帕斯卡 ，符号：Pa,1 Pa＝1 N/m2。
②常用单位： 标准大气压 (atm)；厘米汞柱(cmHg)。
③换算关系：1 atm＝ 76 cmHg＝1.013×105 Pa≈1.0×105 Pa。
四、气体实验定律及微观解释
1．气体实验定律
2．气体实验定律的微观解释
(1)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 不变 。在这种情况下，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 增大 。
(2)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 。
(3)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 不变 。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强 增大 。
五、理想气体状态方程
1．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。
(1)理想气体是经过科学抽象而建立的 理想化模型 ，实际上并不存在。
(2)理想气体不考虑分子间作用力，不存在 分子势能 ，内能只与 温度 有关，与体积无关。
(3)实际气体(特别是不易液化的气体)在压强不太大，温度不太低时可看作理想气体。
2．理想气体状态方程：eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)或eq \f(pV,T)＝ C(常量) 。
1．大块晶体粉碎成形状相同的颗粒，每个颗粒即一个单晶体。( × )
2．单晶体的所有物理性质都是各向异性的。( × )
3．单晶体有天然规则的几何形状，是因为单晶体的物质微粒是规则排列的。( √ )
4．气体的压强是由气体的自身重力产生的。( × )
5．有无确定的熔点是区分晶体和非晶体比较准确的方法。( √ )
6．液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性。( √ )
7．船浮于水面上不是由于液体的表面张力。( √ )
8．压强极大的气体不再遵从气体实验定律。( √ )
考点1 固体和液体
(基础考点·自主探究)
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．晶体的微观结构
(1)晶体的微观结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列。
(2)用晶体的微观结构特点解释晶体的特点
3．浸润和不浸润的产生原因
(1)不浸润产生原因：固体分子对附着层内分子的引力小于液体分子对附着层内分子的引力，附着层的液体分子比液体内部的分子稀疏，也就是说，附着层内液体分子间的距离大于分子力平衡的距离r0，附着层内分子间的作用表现为引力，附着层有收缩的趋势，就像液体表面张力的作用一样。
(2)浸润产生原因：固体分子对附着层内分子的引力大于液体分子对附着层内分子的引力，附着层内分子间的距离小于液体内部分子间的距离，附着层内分子之间的作用表现为斥力，附着层有扩展的趋势。
【跟踪训练】
(晶体和非晶体)石墨烯中碳原子呈单层六边形结构。南京大学的科学家将多层石墨烯叠加，得到了一种结构规则的新材料，其中层与层间距约为六边形边长的两倍。则( )
A．新材料属于非晶体
B．新材料没有固定的熔点
C．低温下新材料中碳原子停止运动
D．层间相邻碳原子间作用力表现为引力
(液体的性质)关于以下几幅图中现象的分析，下列说法正确的是( )
A．甲图中水黾停在水面而不沉，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
(表面张力产生的原因)2021年12月9日中国空间站首次太空授课活动中，航天员王亚平做了一个“水球开花”实验。她将用纸做的小花轻轻放在水球表面，纸花迅速绽放。下列说法正确的是( )
A．纸花绽放过程中水面对小花做正功
B．水球表面上水分子间的作用力表现为斥力
C．表面层水分子间的平均距离比内部分子间的平均距离小
D．水分子间存在相互作用的引力和斥力，当分子间距增大时，引力变化的快
考点2 气体压强的计算和微观解释
(能力考点·深度研析)
►考向1 平衡状态下气体压强的求法
若已知大气压强为p0，液体密度均为ρ，重力加速度为g，图甲、乙中汽缸横截面积为S，不计摩擦力，下列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。
►考向2 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。
如图所示，质量为m1的内壁光滑的横截面积为S的玻璃管内装有质量为m2的水银，管外壁与斜面的动摩擦因数为eq \f(\r(3),6)，斜面倾角为30°，当玻璃管与水银共同沿斜面下滑时，求被封闭气体的压强。
►考向3 气体压强的微观解释
(2023·江苏高考)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( )
A．气体分子的数密度增大
B．气体分子的平均动能增大
C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
【跟踪训练】
(气体压强的计算)如图所示，活塞质量为m，缸套质量为M，通过弹簧放在地上，汽缸内封住一定质量的空气，缸套与活塞无摩擦，活塞横截面积为S，大气压强为p0，则( )
A．汽缸内空气的压强等于p0＋eq \f(Mg,S)
B．汽缸内空气的压强等于p0－eq \f(mg,S)
C．内、外空气对缸套的作用力为(M＋m)g
D．内、外空气对活塞的作用力为mg
(气体分子运动的速率分布图像)如图1所示，一个内壁光滑的绝热汽缸，汽缸内用轻质绝热活塞封闭一定质量理想气体。现向活塞上表面缓慢倒入细砂，如图2为倒入过程中气体先后出现的分子速率分布图像，则( )
A．曲线②先出现，此时气体内能比曲线①时大
B．曲线①先出现，此时气体内能比曲线②时小
C．曲线②和曲线①下方的面积不等
D．曲线②出现时气体分子单位时间对缸壁单位面积撞击次数比曲线①时少
考点3 气体实验定律和理想气体状态方程的应用
(能力考点·深度研析)
1．气态方程与气体实验定律的关系
eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(温度不变：p1V1＝p2V2玻意耳定律,体积不变：\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)查理定律,压强不变：\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)盖—吕萨克定律))
2．两个重要的推论
(1)查理定律的推论：Δp＝eq \f(p1,T1)ΔT
(2)盖—吕萨克定律的推论：ΔV＝eq \f(V1,T1)ΔT
►考向1 “玻璃管液封”模型
求液柱封闭的气体压强时，一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程求解，要注意：
(1)液体因重力产生的压强为p＝ρgh(其中h为液体的竖直高度)；
(2)不要漏掉大气压强，同时又要平衡掉某些气体产生的压力；
(3)有时注意应用连通器原理——连通器内静止的液体，同一液体在同一水平面上各处压强相等；
(4)当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”，使计算过程简捷。
如图所示，一U形管由上方两根同粗细的玻璃管和下方连接的橡皮管组成，两玻璃管保持竖直且上端平齐，右管内封有一段长38 cm的气体，左管开口，左管水银面比右管内水银面高14 cm，大气压强为76 cmHg。现沿竖直方向缓慢移动左侧玻璃管，使两侧玻璃管内水银面相平，玻璃管导热性能良好且环境温度不变。
(1)求此时右管封闭气体的长度；
(2)若改为从左侧管口用一带柄的密封性很好的活塞缓慢向下推动空气的方法使两侧水银面相平，求活塞下移的长度约为多少厘米(结果保留两位有效数字)。
反思提升
用气体定律的解题思路
【跟踪训练】
(2024·湖南卷)一个充有空气的薄壁气球，气球内气体压强为p、体积为V。气球内空气可视为理想气体。
(1)若将气球内气体等温膨胀至大气压强p0，求此时气体的体积V0(用p0、p和V表示)；
(2)小赞同学想测量该气球内气体体积V的大小，但身边仅有一个电子天平。将气球置于电子天平上，示数为m＝8.66×10－3 kg(此时须考虑空气浮力对该示数的影响)。小赞同学查阅资料发现，此时气球内气体压强p和体积V还满足：(p－p0)(V－VB0)＝C，其中p0＝1.0×105 Pa为大气压强，VB0＝0.5×10－3 m3为气球无张力时的最大容积，C＝18 J为常数。已知该气球自身质量为m0＝8.40×10－3 kg，外界空气密度为ρ0＝1.3 kg/m3，求气球内气体体积V的大小。
(2023·海南高考)如图所示，某饮料瓶内密封一定质量的理想气体，t＝27 ℃时，压强p＝1.050×105 Pa，则
(1)t′＝37 ℃时，气压是多大？
(2)保持温度不变，挤压气体，使之压强与(1)相同时，气体体积变为原来的多少倍？
(2022·全国乙卷)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Ⅱ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Ⅱ不能通过连接处。活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为2m、m，面积分别为2S、S，弹簧原长为l。初始时系统处于平衡状态，此时弹簧的伸长量为0.1l，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T0。已知活塞外大气压强为p0，忽略活塞与缸壁间的摩擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积。(重力加速度常量g)
(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Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强和温度。
考点4 理想气体的图像问题
(能力考点·深度研析)
一定质量的气体不同状态变化图像的比较
拓展延伸
一般状态变化图像的处理方法
基本方法是化“一般”为“特殊”，如图所示，一定质量的某种气体的状态变化过程为A→B→C→A。
在V－T图像上，等压线是一簇过原点的直线，过A、B、C三点作三条等压线分别表示三个等压过程，pA′