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专题 34 固体、液体和气体
1.了解固体的微观结构，知道晶体和非晶体的特点，了解液晶的主要性质.
2.了解表面张力现象和毛细现象，知道它们的产生原因.
3.掌握气体压强的计算方法及气体压强的微观解释.
4.能用气体实验定律解决实际问题，并会分析气体图像问题．
考点一 固体和液体性质的理解
1．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)晶体和非晶体的比较
分类 晶体
非晶体
比较 单晶体 多晶体
无确定的几何
外形 有规则的形状 无确定的几何外形
形状
熔点 确定 确定 不确定
物理性质 各向异性 各向同性 各向同性
石英、云母、明矾、食 玻璃、橡胶、蜂蜡、松
典型物质 各种金属
盐 香、沥青
转化 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化
2.液体
液体的表面张力
①作用效果：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，
球形表面积最小．
②方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．
③形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间作用力表现为引力．
3．液晶
(1)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．
(2)液晶的微观结构从某个方向上看，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．
【典例1】（2022·北京海淀·模拟预测）下列四幅图所涉及的物理知识，论述正确的是（ ）
A．图甲说明晶体都有确定熔点，且熔化过程分子平均动能变大
B．图乙水黾可以在水面自由活动，说明它所受的浮力大于重力
C．图丙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．图丁中的酱油与左边材料浸润，与右边材料不浸润
【典例2】（2022·山东潍坊·二模）在2021年12月9日的“天宫课堂”上，王亚平在叶光富的帮助下，把
一个带柄圆环伸入水袋中，再小心翼翼地拉出来时，圆环上就附着了一层水膜。当王亚平继续向水膜上加
水时，水膜逐渐变厚，最后变成了一个球，王亚平往水球中间轻轻注入一些气体，水球中间就出现了一个
气池（气体球）。如图乙所示。则以下说法正确的是（ ）
A．气泡会“浮出”水面
B．气泡处于平衡状态
C．水球表面水分子间作用力表现为引力
D．通过水球和气泡看到的都是王亚平倒立的像考点二 气体压强的计算及微观解释
1．气体压强的计算
(1)活塞模型
如图所示是最常见的封闭气体的两种方式．
求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程．
图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p.由于活塞处于平衡状态，所以pS＋mg＝
0 0
pS，
则气体的压强为p＝p＋.
0
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pS＋mg＝pS，
0
则气体压强为p＝p－＝p－ρ gh.
0 0 液
(2)连通器模型
如图所示，U形管竖直放置．同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以气体B和A的压强关系可由图
中虚线联系起来．则有p ＋ρgh ＝p ，
B 2 A
而p ＝p＋ρgh ，
A 0 1
所以气体B的压强为p ＝p＋ρg(h－h)．
B 0 1 2
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)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．
【典例3】（2021·上海市进才中学高三期中）如图，两端封闭的直玻璃管竖直放置，一段水银将管内气体
分隔为上下两部分，已知上部分气体压强等于大气压强。若水银柱所在玻璃管处开一个小孔，则短时间内
（ ）
A．上部气体体积减小
B．下部分气体压强增大
C．上端水银面下降，下端水银面上升
D．上端水银面下降，下端水银面下降
【典例4】（2021·江苏·高三专题练习）如图所示，一定质量的理想气体经历的状态变化为a→b→c→a，
其中纵坐标表示气体压强p、横坐标表示气体体积V，a→b是以p轴和V轴为渐近线的双曲线。则下列结
论正确的是（ ）
A．状态a→b，理想气体的内能减小
B．状态b→c，单位时间内对单位面积器壁碰撞的分子数变少
C．状态b→c，外界对理想气体做正功
D．状态c→a，理想气体的密度增大考点三 气体实验定律及应用
1．气体实验定律
玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律
一定质量的某种气 一定质量的某种气体， 一定质量的某种气
体，在温度不变的情 在体积不变的情况下， 体，在压强不变的情
内容
况下，压强与体积成 压强与热力学温度成正 况下，其体积与热力
反比 比 学温度成正比
＝ ＝
表达式 pV＝pV
1 1 2 2
拓展：Δp＝ΔT 拓展：ΔV＝ΔT
一定质量的某种理想
一定质量的某种理想 一定质量的某种理想气
气体，温度升高时，
气体，温度保持不变 体，体积保持不变时，
分子的平均动能增
时，分子的平均动能 分子的密集程度保持不
微观解释 大．只有气体的体积
不变．体积减小时， 变，温度升高时，分子
同时增大，使分子的
分子的密集程度增 的平均动能增大，气体
密集程度减小，才能
大，气体的压强增大 的压强增大
保持压强不变
图像
2．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温度决定．
(2)理想气体状态方程：＝或＝C.(质量一定的理想气体)
1．解题基本思路
2．分析气体状态变化的问题要抓住三点
(1)弄清一个物理过程分为哪几个阶段．
(2)找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的．
(3)明确哪个阶段应遵循什么实验定律．【典例5】（2022·江苏泰州·模拟预测）如图所示，圆柱形汽缸开口向上，活塞和汽缸中间的固定隔板将汽
缸分为两个体积相等的气室，分别密封等质量的同种气体甲、乙。已知汽缸、活塞绝热，隔板导热良好，
活塞与汽缸壁间无摩擦，活塞处于静止状态。现将一重物放在活塞上，一段时间后活塞达到新的平衡。则
（ ）
A．活塞达到新的平衡过程中，甲气体吸热
B．活塞达到新的平衡后，甲的压强比乙大
C．活塞达到新的平衡过程中，甲内能减小
D．活塞达到新的平衡后，甲内能比乙小
【典例6】（2022·重庆·模拟预测）一定质量的理想气体从状态a开始经 ，其 图像如图所示。
已知三个状态的坐标分别为 、 、 。则下列说法正确的是（ ）
A．状态a与状态b的温度之比为2：1
B．状态c与状态b的温度之比为1：3
C．a→b过程，内能先减小后增大
D．b→c过程，气体吸收热量，对外做功，内能增大
考点四 气体状态变化的图像问题
1．四种图像的比较
类别 特点(其中C为常量) 举例pV＝CT，即pV之积越大的等温线温
p－V
度越高，线离原点越远
p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，
p－
温度越高
p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积
p－T
越小
V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强
V－T
越小
2．处理气体状态变化的图像问题的技巧
(1)首先应明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个状态，它对应着三个状态量；图像上的某一条直
线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程．看此过程属于等温、等容还是等压变化，然
后用相应规律求解．
(2)在V－T图像(或p－T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可比较这两个状态到原点连线的斜率
的大小，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大．
【典例7】（2022·山东聊城·二模）如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B，C、D后再
回到状态A。其中AB和CD为等温过程，BC为等压过程，DA为等容过程，则在该循环过程中，下列说法
正确的是（ ）
A．AB过程中，气体吸收热量
B．BC过程中，气体分子的平均动能不变
C．CD过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少
D．若气体在BC过程中内能变化量的数值为2kJ，与外界交换的热量为7kJ，则在此过程中外界对气体做
的功为5kJ
【典例8】（2022·上海浦东新·模拟预测）如图，封有空气的玻璃瓶开口向下静置于恒温水中。将其缓慢往
下压了一小段距离，此过程中气体的质量保持不变。不考虑气体分子间的相互作用，则能反映瓶内气体状
态变化的图像是（ ）A． B．
C． D．
【典例9】（2022·江苏扬州·模拟预测）图示描述了一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中
ab的延长线过原点，bc与横轴平行，cd与纵轴平行，则下列说法正确的是（ ）
A．气体从 的过程，气体体积不变
B．气体从 的过程，气体体积先增大后减小
C．气体从 的过程，气体分子的数密度增大
D．气体从 的过程，气体从外界吸热
【典例10】（2022·山东·肥城市教学研究中心模拟预测）如图所示，表示一定质量的理想气体沿箭头所示
的方向发生状态变化的过程，则该气体压强变化情况是（ ）A．从状态c到状态d，压强减小
B．从状态d到状态e，压强增大
C．从状态e到状态a，压强增大
D．从状态a到状态b，压强不变
一、单选题
1．（2022·全国·高三课时练习）下列说法正确的是（ ）
A．晶体不能转化为非晶体
B．液晶都是人工合成的物质，在低温时液晶会凝固成结晶态
C．由于水的表面张力作用，即使雨伞上有很多细小的孔，伞也能达到遮雨的效果
D．水银对所有固体都是不浸润的
2．（2022·北京海淀·模拟预测）对下列现象的成因解释正确的是（ ）
A．小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体的表面张力作用
B．小木块能够浮于水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果
C．缝衣针浮在水面上不下沉是重力和水的浮力平衡的结果
D．喷泉喷射到空中形成一个个球形的小水珠，这是表面张力作用使其表面具有扩张趋势引起的结果
3．（2022·全国·高三专题练习）关于表面张力，下列说法中正确的是（ ）
A．表面张力产生在液体表面层，它的方向跟液面垂直
B．表面张力产生在液体表面层，它的方向跟液面平行
C．作用在任何一部分液面上的表面张力，总是跟这部分液面的分界线垂直
D．表面张力就是表面层分子间的斥力
4．（2022·全国·高三专题练习）将冰块放在烧杯中，冰块慢慢熔化成水，再逐渐蒸发。以下说法正确的是
（ ）
A．几何形状不规则的冰块不是晶体B．冰熔化成水的过程中，水分子的平均动能增加
C．冰块的所有物理性质一定是各向同性的，冰晶的所有物理性质一定是各向异性的
D．水变成水蒸气，分子间距增大，分子势能增大
5．（2021·重庆市第十一中学校高三阶段练习）对于下列四幅教材插图的说法，正确的是（
）
A．甲图中分子间距离为r 时，分子间斥力和引力的合力为零，分子势能也为零
0
B．乙图中欲使玻璃板离开水面，绳子对玻璃板的拉力大于玻璃板的重力
C．丙图中液体表面层分子间距离小于液体内部分子间的距离，分子间表现为斥力
D．丁图中封闭注射器的出射口，按压管内封闭气体过程中会感到阻力增大，这表明气体分子间距离减小
时，分子力间斥力会增大。
6．（2022·北京·牛栏山一中高三开学考试）将一定质量的理想气体缓慢压缩，压缩过程中温度保持不变。
下列说法正确的是（ ）
A．气体的内能不变 B．气体的压强不变
C．气体分子的平均动能减小 D．气体与外界无热交换
7．（2021·上海市民办瑞虹中学高三期中）如图为质量一定的某种气体状态变化的p﹣T图线。在a、b、
c、d四个状态中，体积最大的状态是（ ）
A．a状态 B．b状态
C．c状态 D．d状态
8．（2022·江苏省昆山中学模拟预测）封闭在气缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V
与热力学温度T的关系如图所示，O、A、D三点在同一直线上，则（ ）A．由状态B变到状态C过程中，气体对外放热，内能不变
B．气体在D状态和在A状态时的单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数相等
C．C状态时气体的压强小于D状态时气体的压强
D．在D状态与A状态时相等时间内气体分子对单位面积器壁的冲量相等
9．（2022·全国·高三专题练习）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变
化图像如图所示，此过程中该系统（ ）
A．对外界做正功 B．压强保持不变 C．向外界放热 D．内能减少
10．（2022·北京·日坛中学模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体从状态A经过状态B、C又回到状态
A。下列说法正确的是（ ）
A． 过程中气体分子在单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加
B． 过程中气体的压强减小，气体分子的数密度也减小
C． 过程中分子的平均动能减小
D． 过程中气体对外做的功大于 过程中外界对气体做的功
二、填空题
11．（2022·全国·高三课时练习）若已知大气压强为p，如图所示各装置均处于静止状态，图中液体密度
0
均为ρ，重力加速度为g，则各图中被封闭气体的压强分别为p ＝________；p ＝________；p ＝
甲气 乙气 丙气________；p ＝________。
丁气
12．（2022·黑龙江·哈尔滨三中模拟预测）一定质量理想气体先后经历A→B、B→C、C→A三个阶段，其
图像如图所示。已知状态A的温度为 ，则状态B的气体温度为___________°C，在C→A的过
程中气体内能的变化趋势为___________（填“一直增大”或“一直减小”或“先增大后减小”或“先减
小后增大”），在A→B→C过程中气体___________（填“吸收”或“放出”）的热量为___________J，
在C→A的过程中气体对外界所做的功为___________J。
13．（2022·河北·模拟预测）吃饭时先喝汤是很多人的饮食习惯之一，喝汤时发现漂浮在热菜汤表面上的
油滴，从上面观察是圆形的，这是由于液体表面张力的缘故。液体的表面张力使液面具有_________（填
“收缩”或“扩张”）的趋势，这是因为液体跟空气接触的表面层里，分子间的距离要比液体内部的大，
分子间的相互作用表现为_________（填“引力”或“斥力”）。
14．（2022·河北衡水·二模）把一层蜂蜡薄薄地涂在玻璃片上，用烧热的缝衣针针尖接触玻璃片，观察到
蜂蜡熔化的区域如图甲所示，_______（填“能”或“不能”）根据此现象说明玻璃是非晶体；将一滴水
银滴到玻璃片上，现象如图乙所示，发现水银不能浸润玻璃，原因是由于水银和玻璃接触的附着层内水银
分子的间距_______（填“大于”“等于”或“小于”）水银内部分子间距。
三、解答题15．（2022·山东·模拟预测）可视为质点的鱼在进食时经常会吐泡泡，可通过泡泡的大小判断出鱼的位置。
假设鱼在水面下某深度处吐出一个泡泡，泡泡的体积 ，此处水的热力学温度 ，当泡泡缓
慢上升至水面时，泡泡的体积 ，已知水面的热力学温度 ，大气压强恒为 ，
水的密度 ，取重力加速度大小 ，泡泡内的气体视为理想气体。
（1）简要说明该泡泡在上升的过程中是向外界放热还是从外界吸热；
（2）求鱼到水面的距离 。
16．（2022·全国·高三专题练习）如图所示，某水银气压计的玻璃管顶端高出水银槽液面1 m，因上部混入
少量空气，使其读数不准。当气温为300 K，标准气压计读数为76 cmHg时，该气压计读数为70 cmHg。
（1）在相同气温下，若用该气压计测量气压，测得读数为68 cmHg，则实际气压应为多少？
（2）若在气温为270 K时，用该气压计测得读数为70 cmHg，则实际气压为多少？
17．（2022·江苏省昆山中学模拟预测）一定质量的理想气体，在初始状态A时，体积为V，压强为 ，
0
温度为 。该理想气体从状态A经由一系列变化，最终返回到原来状态A，其变化过程的 图，如图
所示。其中CA延长线过坐标原点，B、A点在同一竖直线上。求：
（1）画出图甲中理想气体从状态A经由一系列变化得 图；
（2）该理想气体从状态B经由状态C回到状态A的过程中，气体向外界放出的热量。18．（2022·河北保定·二模）如图所示，“ ”形管的左管 开口竖直向上，右管 封闭， 管的横截面
积是 管的横截面积的2倍。管中装有水银（图中阴影部分）， 管的液面到管口的距离 ，且比
管的液面低 ， 管内空气柱的长度 。已知大气压强恒为 ，环境的热力
学温度恒为 。现用活塞（厚度不计）将 管口封住，对 管内的空气缓慢加热， 管内的空气
的温度保持不变，当左、右液面相平时立即停止加热。将管内的空气视为理想气体。求：
（1）停止加热时， 管内空气的压强 ；
（2）停止加热时， 管内空气的热力学温度 （结果保留三位有效数字）。
