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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
【答案】D
【解析】A．晶体都有确定熔点，晶体熔化时吸收热量但温度不变，所以熔化过程分子平均动能不变，故
A错误；
B．水黾可以在水面自由活动，是因为水的表面张力，故B错误；
C．液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的，故C错误；
D．从图中可以看出酱油与左边材料浸润，与右边材料不浸润（不浸润液滴会因为表面张力呈球形），故
D正确。
故选D。
【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
【答案】C
【解析】A．空间站中的物体都处于完全失重状态，液体中的物体没有浮力，气泡在水中没有浮力，不会
“浮出”水面，A错误；
B．气泡跟着空间站在绕着地球做匀速圆周运动，处于非平衡状态，B错误；
C．水球表面水分子间作用力表现为引力，C正确；
D．水球具有中间厚，边缘薄的特点，因此水球相当于一个凸透镜，当物体在两倍焦距以外时成倒立，缩
小的实像。中间的气泡和周围的水，组成了一个凹透镜，凹透镜成正立缩小的虚像，D错误。
故选C。
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
【答案】C
【解析】设开孔处上方水银柱高度为h，下方水银柱高度为h，则开始时下部分气体的压强为
1 2
①
开孔后，孔上方水银在孔处的压强为
②
孔下方水银在孔处的压强为
③
所以在短时间内孔上下方的水银都将从孔中溢出，即上端水银面下降，上部分气体体积增大，下端水银面
上升。设末状态时孔下方剩余的水银柱高度为h′，则此时下部分气体压强为
2
④
根据①④两式可知下部分气体压强减小，综上所述可知ABD错误，C正确。
故选C。
【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
【答案】C
【解析】A．状态a→b为等温变化，所以理想气体内能不变，所以A错误；
BC．状态b→c为等压变化，且体积减小，外界对气体做正功，分子数密度增大，则单位时间内对单位面
积器壁碰撞的分子数变大，所以B错误，C正确；
D．状态c→a为等容变化，即体积不变，由
可知，一定质量的理想气体的密度不变，所以D错误。
故选C。
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
【答案】B
【解析】ACD．活塞气缸绝热，与外界没有热交换，放上物体后，气体被压缩，外界对气体做功，内能增
大，温度升高，热量从甲传向乙，最终甲乙温度相同，内能相等，ACD错误；B．由理想气态状态方程可知
最终甲乙温度相等，乙的体积大，压强小，甲的体积小，压强大，B正确。
故选B。
【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
【答案】D
【解析】AB．根据理想气体方程
解得
，
故AB错误；
C．作出a、b两点的等温线，温度先增大后减小，所以内能先增大后减小，故C错误；
D．b→c过程，温度升高，则内能增大，又由于体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律
可知，气体吸收热量，故D正确。
故选D。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
【答案】C
【解析】A．AB过程中，气体温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，则气体放出热量，选项
A错误；
B．BC过程中，压强不变，体积增大，则气体温度升高，则气体分子的平均动能增加，选项B错误；
C．CD过程中，气体温度不变，压强减小，体积变大，则单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减小，选
项C正确；
D．根据热力学第一定律，若气体在BC过程中气体内能增加，数值为2kJ，气体体积变大，对外做功，则
气体吸收热量，若吸收的热量为7kJ，则在此过程中气体对外做的功为5kJ，选项D错误。
故选C。
【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．
【答案】C
【解析】由题意可知气体经历等温变化，且压强增大，体积减小，根据玻意耳定律可知p与V的乘积不变，
即p-V图像应为双曲线的一支， 图像应为过原点的倾斜直线，故ABD错误，C正确。故选C。
【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
【答案】A
【解析】A．ab的延长线过原点，所以 是等容过程，体积不变，故A正确；
B．p-T图像的斜率与体积成反比，气体从 的过程中，各点与原点连线的斜率不断减小，所以体
积不断增大，故B错误；
C．从 的过程中，气体体积增大，气体分子的数密度减小，故C错误；
D．气体从 的过程，体积减小，外界对气体做功， ，气体温度降低，内能减小， ，根据
热力学第一定律 知
所以气体放热，故D错误；
故选A。
【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
【答案】A
【解析】在 图像中等压线是过坐标原点的直线。由理想气体的状态方程知
可见当压强增大时，等压线的斜率
变小，由图可确定
pa
