2020年高考物理新课标第一轮总复习讲义：第十三章第二讲　固体、液体与气体

基础复习课
第二讲　固体、液体与气体

一、固体的微观结构、晶体和非晶体　液晶的微观结构
1．晶体与非晶体

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)用晶体的微观结构解释晶体的特点
现象
原因
晶体有规则的外形
由于内部微粒有规则的排列
晶体各向异性
由于内部从任一结点出发在不同方向的相同距离上的微粒数不同
晶体的多形性
由于组成晶体的微粒可以形成不同的空间点阵
3.液晶
(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向异性，又可以自由移动位置，保持了液体的流动性．
(2)液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体．
(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杂乱无章的．
(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变．
二、液体的表面张力
1．概念
液体表面各部分间互相吸引的力．
2．作用
液体的表面张力使液面具有收缩到表面积最小的趋势．
3．方向
表面张力跟液面相切，且跟这部分液面的分界线垂直．
4．大小
液体的温度越高，表面张力越小；液体中溶有杂质时，表面张力变小；液体的密度越大，表面张力越大．
三、饱和汽、未饱和汽和饱和汽压　相对湿度
1．饱和汽与未饱和汽
(1)饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽．
(2)未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽．
2．饱和汽压
(1)定义：饱和汽所具有的压强．
(2)特点：液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关．
3．相对湿度
空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比．
即：相对湿度＝.
四、气体分子运动速率的统计分布　气体实验定律　理想气体
1．气体和气体分子运动的特点

2．气体的压强
(1)产生原因：由于气体分子做无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力．
(2)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＝.
(3)常用单位及换算关系：
①国际单位：帕斯卡，符号为：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.
3．气体实验定律

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，压强与体积成反比
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正比
一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比
表达式
p1V1＝p2V2
＝或
＝
＝或
＝
图象



4.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．
(2)理想气体状态方程：＝或＝C.
[小题快练]
1．判断题
(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的．( × )
(2)晶体有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的．( √ )
(3)液晶是液体和晶体的混合物．( × )
(4)船浮于水面上是液体的表面张力作用的结果．( × )
(5)水蒸气达到饱和时，水蒸气的压强不再变化，这时蒸发和凝结仍在进行．( √ )
2．(多选)关于空气湿度，下列说法正确的是( BC )
A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大
B．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小
C．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示
D．空气的相对湿度定义为水的饱和汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比
3．下列说法中正确的是( D )
A．气体压强是由气体分子间的斥力产生的
B．在失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁没有压强
C．气体分子的平均动能增大，气体的压强一定增大
D．气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
4．一定质量的理想气体，由状态a经状态b变化到状态c，如图所示，下图中能正确反映出这种变化过程的是( C )




考点一　固体、液体的性质 (自主学习)
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．
(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化．
2．液体表面张力
形成原因
表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力
表面特性
表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜
表面张力
的方向
和液面相切，垂直于液面上的各条分界线
表面张力
的效果
表面张力使液体表面具有收缩趋势，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

1－1.[晶体的性质]　(多选)(2015·全国卷Ⅰ)下列说法正确的是(　　)
A．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体
B．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质
C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体
E．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变
答案：BCD
1－2.[表面张力]　下列关于液体表面现象的说法中正确的是(　　)
A．把缝衣针小心地放在水面上，针可以把水面压弯而不沉没，是因为针的重力小，同时受到液体的浮力
B．在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会成球状，是因为液体内分子间有相互吸引力
C．玻璃管裂口放在火上烧熔，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
D．漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴液体呈各向同性
答案：C
1－3.[饱和汽]　(多选)关于饱和汽，下列说法中正确的是(　　)
A．达到饱和汽时液面上的气体分子的密度不断增大
B．达到饱和汽时液面上的气体分子的密度不变
C．将未饱和汽转化成饱和汽可以保持温度不变，减小体积
D．将未饱和汽转化成饱和汽可以保持体积不变，降低温度
答案：BCD
考点二　气体压强的产生与计算 (自主学习)
1．产生的原因
由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，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．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的密集程度．
3．平衡状态下气体压强的求法
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
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处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强
4.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．

2－1.[气体压强的产生]　(多选)对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是(　　)
A．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大
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时，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时，则单位体积内分子个数可能不变
E．气体的压强由温度和单位体积内的分子个数共同决定
答案：ACE
2－2.[液柱封闭气体的压强]　若已知大气压强为p0，在图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭气体的压强．

解析：在甲图中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知
p气 S＝－ρghS＋p0S
所以p气＝p0－ρgh
在图乙中，以B液面为研究对象，由平衡方程F上＝F下有：
p气 S＋pghS＝p0S
p气＝p0－ρgh
在图丙中，仍以B液面为研究对象，有
p气＋ρghsin 60°＝pB＝p0
所以p气＝p0－ρgh
在图丁中，以液面A为研究对象，由二力平衡得
p气S＝(p0＋ρgh1)S
所以p气＝p0＋ρgh1.
答案：甲：p0－ρgh　乙：p0－ρgh　丙：p0－ρgh　丁：p0＋ρgh1
2－3.[汽缸封闭气体的压强]　如图所示，一圆筒形汽缸静止于地面上，汽缸的质量为M，活塞(连同手柄)的质量为m，汽缸内部的横截面积为S，大气压强为p0，平衡时汽缸内的容积为V.现用手握住活塞手柄缓慢向上提．设汽缸足够长，不计汽缸内气体的重力和活塞与汽缸壁间的摩擦，求开始汽缸内封闭气体的压强和刚提离地面时封闭气体的压强．

解析：开始时由于活塞处于静止状态，由平衡条件可得
p0S＋mg＝p1S，则p1＝p0＋
当汽缸刚提离地面时汽缸处于静止，汽缸与地面间无作用力，因此由平衡条件可得p2S＋Mg＝p0S，
则p2＝p0－.
答案：p0＋　p0－
考点三　气体实验定律的应用 (自主学习)
1．三大气体实验定律
(1)玻意耳定律(等温变化)：
p1V1＝p2V2或pV＝C(常数)．
(2)查理定律(等容变化)：
＝或＝C(常数)．
(3)盖—吕萨克定律(等压变化)：
＝或＝C(常数)．
2．利用气体实验定律解决问题的基本思路


3－1.[变质量问题]　(2016·全国卷Ⅱ)一氧气瓶的容积为0.08 m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压．某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3.当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气．若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天．
解析：设氧气开始时的压强为p1，体积为V1，压强变为p2(2个大气压)时，体积为V2.根据玻意耳定律得
p1V1＝p2V2①
重新充气前，用去的氧气在p2压强下的体积为
V3＝V2－V1②
设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0，则有
p2V3＝p0V0③
设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV，则氧气可用的天数为N＝④
联立①②③④式，并代入数据得N＝4(天)．
答案：4天
3－2.[玻璃管封闭气体]　(2019·兰州一中期中)如图所示，一个质量为m的T形活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞的体积可忽略不计，距汽缸底部h0处连接一U形细管(管内气体体积可忽略)，初始时，封闭气体温度为T0，活塞水平部分距离汽缸底部1.4h0.现缓慢降低气体的温度，直到U形管中两边水银面恰好相平，此时T形活塞的竖直部分与汽缸底部接触．已知大气压强为p0，汽缸横截面积为S，活塞竖直部分高为1.2h0，重力加速度为g.求：

(1)汽缸底部对T形活塞的支持力大小；
(2)两水银面相平时气体的温度．
解析：(1)由U形管两边的液面相平可知，p0S＋mg＝p0S＋FN，FN＝mg.
(2)初态时，p1＝p0＋，V1＝1.4 h0S，T1＝T0，末态时，p2＝p0，V2＝1.2 h0S，由理想气体状态方程得，＝，解得T2＝.
答案：(1)FN＝mg　(2)T2＝
3－3.[水下气泡压强计算]　(2016·全国卷Ⅰ)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp＝，其中σ＝0.070 N/m.现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升．已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度大小g取10 m/s2.
(1)求在水下10 m处气泡内外的压强差；
(2)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值．
解析：(1)当气泡在水下h＝10 m处时，设其半径为r1，气泡内外压强差为Δp1，则
Δp1＝①
代入题给数据得
Δp1＝28 Pa.②
(2)设气泡在水下10 m处时，气泡内空气的压强为p1，气泡体积为V1；气泡到达水面附近时，气泡内空气的压强为p2，内外压强差为Δp2，其体积为V2，半径为r2.
气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有
p1V1＝p2V2③
由力学平衡条件有
p1＝p0＋ρgh＋Δp1④
p2＝p0＋Δp2⑤
气泡体积V1和V2分别为
V1＝πr⑥
V2＝πr⑦
联立③④⑤⑥⑦式得
()3＝⑧
由②式知，Δpi≪p0，i＝1,2，故可略去⑧式中的Δp1、Δp2项．代入题给数据得＝≈1.3.
答案：(1)28 Pa　(2)1.3
考点四　气体状态变化的图象问题 (自主学习)





4－1. [p－V图象]　如图为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图象，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C.设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则下列关系式中正确的是(　　)

A．TATB，TB＝TC
C．TA>TB，TBTC
答案：C
4－2.[V－T图象]　如图所示为一定质量理想气体的体积V与温度T的关系图象，它由状态A经等温过程到状态B，再经等容过程到状态C.设A、B、C状态对应的压强分别为pA、pB、pC，则下列关系式中正确的是(　　)

A．pA＜pB，pB＜pC B．pA＞pB，pB＝pC
C．pA＞pB，pB＜pC D．pA＝pB，pB＞pC
答案：A
4－3.[图象的转换]　如图甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V－T图象．已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa.

(1)说出A→B过程中压强变化的情形，并根据图象提供的信息，计算图甲中TA的温度值；
(2)请在图乙坐标系中，作出该气体由状态A经过状态B变为状态C的p－T图象，并在图线相应位置上标出字母A、B、C.如果需要计算才能确定的有关坐标值，请写出计算过程．
解析：(1)从题图甲可以看出，A与B连线的延长线过原点，所以A→B是一个等压变化过程，即pA＝pB.
根据盖—吕萨克定律可得＝，
所以TA＝TB＝×300 K＝200 K.
(2)由题图甲可知，由B→C是等容变化，根据查理定律得＝，所以pC＝pB＝pB＝pB＝×1.5×105 Pa＝2.0×105 Pa则可画出由状态A→B→C的p－T图象如图所示．

答案：(1)200 K　(2)见解析

1．下列说法正确的是( A )
A．露珠呈球形是由于表面张力所致
B．不浸润现象说明固体分子对液体分子的吸引力大于液体分子之间的吸引力
C．在一定温度下当气体容纳某种液体分子的个数达到极值时，这种气体就成为饱和汽，此时液体就不再蒸发
D．给自行车打气时气筒压下后反弹，是由分子斥力造成的
2．(多选)(2019·河南中原名校质检)如右图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程．该循环过程中，下列说法正确的是( ADE )

A．A→B过程中，气体对外界做功，吸热
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增加
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少
D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线发生变化
E．该循环过程中，气体吸热
解析：A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，气体吸热，A正确；B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，B错误；C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，C错误；D→A过程中，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，D正确；该循环中，气体对外做功大于外界对气体做功，即W＜0；一个循环，内能不变，ΔU＝0，根据热力学第一定律，Q＞0，即气体吸热，E正确．
3．一质量M＝10 kg、高度L＝35 cm的圆柱形汽缸，内壁光滑，汽缸内有一薄活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞质量m＝4 kg、横截面积S＝100 cm2.温度t0＝27 ℃时，用绳子系住活塞将汽缸悬挂起来，如图甲所示，汽缸内气体柱的高L1＝32 cm.如果用绳子系住汽缸底，将汽缸倒过来悬挂起来，如图乙所示，汽缸内气体柱的高L2＝30 cm，两种情况下汽缸都处于竖直状态，取重力加速度g＝9.8 m/s2，求：

(1)此时的大气压强；
(2)图乙状态时，在活塞下挂一质量m′＝3 kg的物体，如图丙所示，则温度升高到多少时，活塞将从汽缸中脱落．
解析：(1)由图甲状态到图乙状态，等温变化：
p1＝p0－，p2＝p0－，
由玻意耳定律得p1L1S＝p2L2S
所以(p0－)L1S＝(p0－)L2S，
解得p0＝＝9.8×104 Pa.
(2)活塞脱落的临界状态：气柱体积为LS，压强p3＝p0－
，设此时温度为t，由理想气体状态方程有＝，得t＝－273℃＝66 ℃.
答案：(1)9.8×104 Pa　(2)66 ℃　

[A组·基础题]
1．(多选)(2018·合肥二模)关于固体、液体和气体，下列说法正确的是( BCE )
A．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性
B．固体可以分为晶体和非晶体，非晶体和多晶体都没有确定的几何形状
C．毛细现象及浸润现象的产生均与表面张力有关，都是分子力作用的结果
D．空气中水蒸气的实际压强越大，相对湿度就越大
E．大量气体分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率按“中间多，两头少”的规律分布
解析：液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些单晶体相似，具有各向异性，故A错误；固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体又分为单晶和多晶，非晶体和多晶体都没有确定的几何形状，故B正确；毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系，都是分子力的作用结果，故C正确；空气中水蒸气的实际压强越大，绝对湿度就越大，相对湿度不一定大，故D错误；大量分子做无规则运动的速率有大有小，分子速率分布有规律，即统计规律．分子数百分率呈现“中间多，两头少”的统计规律，故E正确．
2．(2018·威海模拟)如图所示，U形气缸固定在水平地面上，用重力不计的活塞封闭着一定质量的气体，已知气缸不漏气，活塞移动过程无摩擦．初始时，外界大气压强为p0，活塞紧压小挡板．现缓慢升高缸内气体的温度，则图中能反映气缸内气体的压强p随热力学温度T变化的图象是( B )



解析：缓慢升高缸内气体的温度，当缸内气体的压强p 3．(多选)对于一定量的稀薄气体，下列说法正确的是( BD )
A．压强变大时，分子热运动必然变得剧烈
B．保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈
C．压强变大时，分子间的平均距离必然变小
D．压强变小时，分子间的平均距离可能变小
4. 如图，固定的导热汽缸内用活塞密封一定质量的理想气体，汽缸置于温度不变的环境中．现用力使活塞缓慢地向上移动，密闭气体的状态发生了变化．下列图象中p、V和U分别表示该气体的压强、体积和内能，k表示该气体分子的平均动能，n表示单位体积内气体的分子数，a、d为双曲线，b、c为直线．不能正确反映上述过程的是( C )


5．如图所示，两容器A、B中分别装有同种理想气体，用粗细均匀的U形管连通两容器，管中的水银滴把两容器隔开，两容器A、B的容积(包括连接它们的U形管部分)均为174 cm3，U形管的横截面积为S＝1 cm2.容器A中气体的温度为7 ℃，容器B中气体的温度为27 ℃，水银滴恰在玻璃管水平部分的中央保持平衡．调节两容器的温度，使两容器温度同时升高10 ℃，水银滴将向何方移动？移动距离为多少？

解析：设水银滴向右移动的距离为x，则对于容器A有
＝，
对于容器B有＝，
开始时水银滴保持平衡，则有pA＝pB，VA＝VB＝174 cm3，
温度升高后水银滴保持平衡，则有pA′＝pB′，
联立则有x＝0.2 cm.
答案：水银滴向右移动0.2 cm
[B组·能力题]
6．如图是一种气压保温瓶的结构示意图．其中出水管很细，体积可忽略不计，出水管口与瓶胆口齐平，用手按下按压器时，气室上方的小孔被堵塞，使瓶内气体压强增大，水在气压作用下从出水管口流出．最初瓶内水面低于出水管口10 cm，此时瓶内气体(含气室)的体积为2.0×102 cm3，已知水的密度为1.0×103 kg/m3，按压器的自重不计，大气压强p0＝1.01×105 Pa，取g＝10 m/s2.求：

(1)要使水从出水管口流出，瓶内水面上方的气体压强的最小值；
(2)当瓶内气体压强为1.16×105 Pa时，瓶内气体体积的压缩量．(忽略瓶内气体的温度变化)
解析：(1)由题意知，瓶内、外气体压强以及水的压强存在以下关系：
p内＝p0＋p水＝p0＋ρgh水
代入数据得p内＝1.02×105 Pa.
(2)当瓶内气体压强为p＝1.16×105 Pa时，设瓶内气体的体积为V.
由玻意耳定律为p0V0＝pV，压缩量为ΔV＝V0－V，
已知瓶内原有气体体积V0＝2.0×102 cm3，解得ΔV＝25.9 cm3.
答案：(1)1.02×105 Pa　(2)25.9 cm3
7．(2015·全国卷Ⅰ)如图，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞．已知大活塞的质量为m1＝2.50 kg，横截面积为S1＝80.0 cm2；小活塞的质量为m2＝1.50 kg，横截面积为S2＝40.0 cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l＝40.0 cm；汽缸外大气的压强为p＝1.00×105 Pa，温度为T＝303 K．初始时大活塞与大圆筒底部相距，两活塞间封闭气体的温度为T1＝495 K．现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移．忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10 m/s2.求：

(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，汽缸内封闭气体的温度；
(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强．
解析：(1)设初始时气体体积为V1，在大活塞与大圆筒底部刚接触时，缸内封闭气体的体积为V2，温度为T2，由题给条件得
V1＝S2(l－)＋S1() ①
V2＝S2l②
在活塞缓慢下移的过程中，用p1表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得
S1(p1－p)＝m1g＋m2g＋S2(p1－p)③
故缸内气体的压强不变．由盖—吕萨克定律有
＝④
联立①②④式并代入题给数据得
T2＝330 K．⑤
(2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为p1.在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中，被封闭气体的体积不变．设达到热平衡时被封闭气体的压强为p′，由查理定律有
＝⑥
联立③⑤⑥式并代入题给数据得
p′＝1.01×105 Pa.
答案：(1)330 K　(2)1.01×105 Pa