第32讲　固体、液体与气体（解析版）_04高考物理_通用版（老高考）复习资料_2024年复习资料_完2024年高考物理一轮考点复习精讲精练（全国通用）

第 32 讲 固体、液体与气体 目录 考点一 固体与液体的性质...........................................................................................................1 考点二 气体压强的产生与计算...................................................................................................1 考点三 气体实验定律的应用.......................................................................................................5 考点四 用图象法分析气体的状态变化.......................................................................................9 考点五 理想气体实验定律微观解释.........................................................................................14 练出高分.........................................................................................................................................20 考点一 固体与液体的性质 1．晶体与非晶体 单晶体 多晶体 非晶体 外形 规则 不规则 不规则 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 典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香 形成与 有的物质在不同条件下能够形成不同的形态．同一物质可能以晶体和非晶 转化 体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体. 2.液体的表面张力 (1)作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势． (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．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)从某个方向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． [例题1] （2023•盐城一模）如图所示，方解石形成的双折射现象实验的照片，下 列关于方解石的说法正确的是（ ） 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分1 百】A．是非晶体 B．具有固定的熔点 C．所有的物理性质都是各向异性 D．是由许多单晶体杂乱无章排列组成的 【解答】解：AB．双折射现象是光学各向异性的表现，依题意，说明方解石是晶体， 具有固定的熔点，故A错误，B正确； CD．单晶体具有规则的几何形状、各向异性和一定的熔点等性质；而多晶体是由许多 小的晶体杂乱无章地排列在一起组成的，使得多晶体不再具有规则的几何外形，而且也 看不出各向异性的特点，故CD错误。 故选：B。 [例题2] （2022•江苏模拟）石墨烯是从石墨中分离出的新材料，其中碳原子紧密 结合成单层六边形晶格结构，如图所示，则（ ） A．石墨是非晶体 B．石墨研磨成的细粉末就是石墨烯 C．单层石墨烯的厚度约3 m D．碳原子在六边形顶点附近不停地振动 μ 【解答】解：A、石墨是晶体，故A错误； B、石墨烯是石墨中提取出来的新材料，故B错误； C、单层石墨烯厚度约为原子尺寸10﹣10m，故C错误； D、根据分子动理论可知，固体分子在平衡点不停地振动，故D正确； 故选：D。 [例题3] （2023•镇海区校级模拟）2022年3月23日，“天宫课堂”第二课开讲， “太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站再次为广大青少年带来一堂精彩 的太空科普课，其中有一个实验是王亚平在太空拧毛巾，拧出的水形成一层水膜，附 着在手上，像手套一样，晃动也不会掉。形成这种现象的原因，下列说法正确的是（ ） 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分2 百】A．在空间站水滴不受重力 B．水和手发生浸润现象 C．水和手发生不浸润现象 D．在空间站中水的表面张力变大，使得水“粘”在手上 【解答】解：A、在空间站水滴仍受重力作用，只是重力用来提供向心力，故A错误； BC、由题意可知，拧出的水形成一层水膜，附着在手上，像手套一样，说明液体水在 手表面有扩展趋势，水和手发生浸润现象，故B正确，C错误； D、液体水在手表面有扩展趋势，而不是收缩趋势，故不是因为水的表面张力变大的缘 故，故D错误。 故选：B。 [例题4] （2023•江苏一模）将粗细不同的两端开口的玻璃细管插入盛有某种液体 的玻璃容器里，下列各图中可能正确的是（ ） A． B． C． D． 【解答】解：A、若液体不浸润玻璃时，玻璃细管与水面接触部分，玻璃分子与水分子 间的吸引力小于水分子之间的吸引力，所以在玻璃的细管内会下降，并形成向上凸起的 球面；故A错误； BCD、若液体浸润玻璃时，玻璃细管与水面接触部分，玻璃分子与水分子间的吸引力大 于水分子之间的吸引力，液体在玻璃的细管内会上升，并形成向下凹陷的球面，且细管 越细，液柱上升越高；故B正确，CD错误。 故选：B。 [例题5] （多选）（2023•贵州模拟）下列说法正确的是（ ） A．雨水没有透过布雨伞是因为布雨伞表面存在张力 B．已知某种气体的密度为 （kg/m3），摩尔质量为M（kg/mol），阿伏加德罗常数为 N （mol﹣1），则该气体分子之 ρ 间的平均距离可以表示为 √ 3 M A ρN A C．0℃的冰中的水分子和0℃的水中的水分子平均动能相等 D．物理性质表现为各向同性的固体可能是晶体也可能是非晶体 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分3 百】E．小明发现，到了高原地区，尽管气温变化不大，但车上带的矿泉水瓶变得更鼓张了， 这是瓶内空气压强变大的缘故 【解答】解：A、表面张力的存在使液体表面具有收缩的趋势，雨水不能透过布雨伞， 是因为液体表面存在张力，故A正确； B、将气体分子看为正方体模型，则边长为气体分子之间的平均距离，根据正方体的体 M 积V＝a3= ρN A √ M 解得：a=3 ρN A 故B正确； C、分子的平均动能由温度决定，0℃的冰和0℃的水温度相同，分子的平均动能相同， 故C正确； D、物理性质表现为各向异性的固体是单晶体，物理性质表现为各向同性的固体可能是 多晶体也可能是非晶体，D错误； E、在气温变化不大时，可近似认为发生的是等温变化，根据p V ＝p V 可知，瓶内气 1 1 2 2 体压强减小，即到了高原地区，车上带的矿泉水瓶变得更鼓张了，这是大气压强变小的 缘故，D错误。 故选：ABC。 考点二 气体压强的产生与计算 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 位面积上的压力叫做气体的压强． 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 (1)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． (2)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． (3)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＝p＋ρgh，p 为液面上方的压强． 0 0 4．加速运动系统中封闭气体压强的求法 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分4 百】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． [例题6] （2023•昆明一模）如图所示，两端开口的“U”形玻璃管竖直放置，其 右侧水银柱之间封住一段高h＝5cm的空气柱。空气柱下方的水银面与玻璃管左侧水 银面的高度差也为h。已知大气压强为75cmHg，空气柱中的气体可视为理想气体，周 围环境温度保持不变，玻璃管的导热性良好且玻璃管粗细均匀。下列说法正确的是（ ） A．右侧玻璃管中空气柱上方的水银柱高度小于5cm B．封闭空气柱中气体的压强为70cmHg C．从玻璃管右侧管口缓慢注入少量水银，空气柱的压强一定变大 D．从玻璃管左侧管口缓慢注入少量水银，空气柱的压强一定变大 【解答】解：AB、同一液面压强相等，则封闭气体的压强为：p＝（75cmHg+5cmHg） ＝80cmHg，所以右侧玻璃管中空气柱上方的水银柱高度等于5cm，故AB错误； C、从玻璃管右侧管口缓慢注入少量水银，右侧水银柱的长度增加，水银柱对空气柱产 生的压强增大，则空气柱的压强一定变大，故C正确； D、从玻璃管左侧管口缓慢注入少量水银，右侧水银柱的长度不变，气体做等压变化， 即空气柱的压强不变，故D错误。 故选：C。 [例题7] 如图，气缸放置在水平地面上，用质量为m 、截面积为S的活塞封闭一 1 定质量的气体。活塞上放置一个质量为m 的重物，不计摩擦，重力加速度为g，大气 2 压强为p ，平衡时缸内气体的压强为（ ） 0 m g A．p B．p + 1 0 0 S 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分5 百】m g m g+m g C．p + 2 D．p + 1 2 0 S 0 S m g+m g 【解答】解：活塞处于平衡状态，由pS＝p S+m g+m g，解得p＝p + 1 2 ，故D 0 1 2 0 S 正确，ABC错误； 故选：D。 [例题8] （2023•淮北一模）如图所示，同一房间中有a、b、c三根完全相同的玻 璃试管，管内各用一段相同长度的水银柱封闭了相等质量的空气。现使 a管由静止沿 光滑斜面下滑；b管轻放在粗糙斜面上，之后下滑；c管以初速度v沿粗糙斜面上滑过 程中，当水银柱与玻璃管位置相对稳定时，三管内的气柱长度 L 、L 、L 之间的大小 1 2 3 关系为（ ） A．L ＞L ＞L B．L ＞L ＞L C．L ＞L ＞L D．L ＞L ＞L 1 2 3 2 3 1 2 1 3 3 1 2 【解答】解：设大气压为p ，玻璃试管横截面积S。 0 对 a 管：a 管由静止沿光滑斜面下滑，以水银为研究对象，根据牛顿第二定律： mgsin45°+p S﹣p S＝ma 0 a a 对管子和水银整体，根据牛顿第二定律：Mgsin45°＝Ma a 解得p ＝p 0 a 对b管：以水银为研究对象，根据牛顿第二定律：mgsin45°+p S﹣p S＝ma 0 b b 对管子和水银整体，根据牛顿第二定律：Mgsin45°﹣f＝Ma b 解得p ＞p b 0 对c管：以水银为研究对象，根据牛顿第二定律：mgsin45°+p S﹣p S＝ma 0 c c 对管子和水银整体，根据牛顿第二定律：Mgsin45°+f＝Ma c 解得p ＜p c 0 综上所述p ＞p ＞p b a c 根据玻意耳定律pV＝C和V＝LS得L ＜L ＜L ，故D正确，ABC错误。 2 1 3 故选：D。 [例题9] 如图所示，一个内壁光滑的导热气缸竖直放置。用密闭性良好的活塞封 闭一定质量的理想气体。已知大气压强为p ，活塞的横截面积为S，重力加速度为 0 g，环境温度T ＝300K。 1 3 （1）若将气缸缓慢的倒置过来，封闭气体的体积变为原来的 ，求活塞的质量m； 2 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分6 百】（2）若在活塞上放置一小重物，再让周围环境温度缓慢升高到 350K，稳定后活塞刚好 回到初始位置，求小重物的质量m 。 0 【解答】解：（1）设倒置前的气体压强为p ，体积为V ；导致后的气体压强为p ，体 1 1 2 3 积为V = V ，温度保持不变，则 2 2 1 p V ＝p V 1 1 2 2 倒置前，对活塞进行受力分析，得： p S+mg＝p S 0 1 倒置后，对活塞进行受力分析，得： p S+mg＝p S 2 0 p S 联立解得：m= 0 5g mg+m g （2）放上重物后，气体的压强为：p =p + 0 ，体积为V ＝V 3 0 S 3 1 p p 则 1= 3 T T 1 3 p S 解得：m = 0 0 5g p S 答：（1）活塞的质量为 0 ； 5g p S （2）小重物的质量为 0 。 5g [例题10]（2022•开福区校级模拟）如图为某同学制作水火箭的示意图。该同学将 一个硬饮料瓶中装适量的水，塞好胶塞后放在发射架上，此时封闭气体的体积为 400mL，气体压强为大气压强，瓶中水面距离胶塞的高度h＝20cm。用自行车气嘴穿 过胶塞，用气筒向瓶内打气，每次打进的气体的体积为24mL，气体压强为大气压强。 打气n次后胶塞受到压力达到60N，水和橡皮塞从瓶口压出的同时，瓶飞向高空。已 知大气压强p ＝1.0×105Pa，胶塞的横截面积S＝4cm2，水的密度 ＝1.0×103kg/m3，重 0 力加速度g＝10m/s2，环境温度保持恒定。求： ρ （1）水火箭发射瞬间气体的压强； （2）打气次数n。 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分7 百】【解答】解：（1）设水火箭发射瞬间气体的压强为p 1 F p +ρgℎ = 1 S 解得p ＝1.48×105Pa 1 （2）由玻意耳定律可得 p （V+nV ）＝p V 0 0 1 解得n＝8 答：（1）水火箭发射瞬间气体的压强为1.48×105Pa； （2）打气次数n为8次。 考点三 气体实验定律的应用 1．气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律 一定质量的某种气体， 一定质量的某种气体， 一定质量的某种气体， 在体积不变的情况下， 在压强不变的情况下， 内容 在温度不变的情况下， 压强与热力学温度成正 其体积与热力学温度成 压强与体积成反比 比 正比 ＝或 ＝或 表达式 pV ＝ p V 1 1 2 2 ＝ ＝ 图象 2.理想气体的状态方程 (1)理想气体 ①宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，实际气体在压强 不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体． ②微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，即分子间无分子势能． (2)理想气体的状态方程 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分8 百】一定质量的理想气体状态方程：＝或＝C. 气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例． [例题11] （2023•蚌埠模拟）如图所示，高为2L、体积为2V的圆柱形导热汽缸竖 直固定，下方有一导热活塞封住一定质量的理想气体。汽缸中间用可以向上活动的、 一定质量的导热隔板和固定的卡环（大小不计）把汽缸分成两个体积相同的气室，隔 板可以使下方气室内的气体进入上方而不能使上方气室内的气体进入下方。初始时， 上、下两气室内有压强均为p 、温度与环境相同的同种气体。现用外力慢慢向上推活 0 L 塞，当活塞上移 时，下方气室内恰好有气体进入上方。已知环境温度不变，重力加 2 速度大小为g，隔板和活塞的厚度均不计。 （1）求隔板的质量m； （2）继续向上慢慢推活塞，直到下方气体全部进入上方气室，求此时缸内气体的压强。 【解答】解：（1）从开始到下方气体进入上方前，由玻意耳定律可知 V p• =p V 2 0 下方恰好有气体进入上方时，对隔板受力分析有 mg+p S＝pS 0 2V V 汽缸的横截面积S= = 2L L p V 联立解得m= 0 Lg （2）当下方气体全部进入上方时，对全部气体，由玻意耳定律有 p′V＝2p V 0 解得p′＝2p 0 p V 答：（1）隔板的质量m为 0 ； Lg （2）继续向上慢慢推活塞，直到下方气体全部进入上方气室，此时缸内气体的压强为 2p 。 0 [例题12]（2023•丽江一模）把上端A封闭，下端B开口的玻璃管插入水中，放 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分9 百】掉部分空气后放手，玻璃管可以竖直地浮在水中（如图所示）。设玻璃管的质量 m＝ 40g，横截面积S＝2cm2，玻璃管露出水面以上部分的长度 b＝2cm，大气压强p ＝ 0 105Pa，水的密度 ＝1g/cm3，玻璃管厚度和管内空气质量不计，g取10m/s2。 ①求玻璃管内空气 ρ 柱的长度； ②用手拿住玻璃缓慢地竖直压入水中，若水足够深，则当管的 A端在水面下超过某一 深度H时，放手后玻璃管不再浮起，求H。 【解答】解：①玻璃管漂浮时，浮力与重力平衡。设管内外水面高度差为h，则V排 ＝ hS，根据阿基米德原理，有： mg＝ ghS mg 解得： ρ ℎ = =20cm ρS 故玻璃管内空气柱长度为：l ＝b+h＝22cm 0 ②管全部没入水中一定深度H后，浮力与重力再次平衡，同样根据阿基米德原理，可 知空气柱的长度为： h′＝h＝20cm＝0.2m 初态：p ＝p + gh，V ＝（h+b）S 1 0 1 末态：p 2 ＝p 0 +ρgH+ gh′，V 2 ＝h′S 对封闭气体，根 ρ 据玻 ρ 意耳定律：p 1 V 1 ＝p 2 V 2 解得：H＝1.02m 答：①玻璃管内空气柱的长度为22cm； ②用手拿住玻璃缓慢地竖直压入水中，若水足够深，则当管的 A端在水面下超过某一 深度H时，放手后玻璃管不再浮起，H为1.02m。 [例题13]（2023•咸阳模拟）如图所示，导热良好的气缸竖直固定放置。由两部分 连接而成，上下截面积分别为2S、S，两个活塞a、b质量分别为2m、m，用不可伸长 的细线连接，两活塞在气缸内封闭一定质量的理想气体。开始时环境热力学温度为 T ，阀门K关闭，活塞a上部为真空，封闭气体的压强等于外界大气压强，活塞到气 0 缸连接处的距离均为L，系统保持静止。已知重力加速度为g，不计活塞与气缸间的 摩擦。 （1）打开阀门K，使a上部与大气连通，求稳定后细线上的张力F ； 1 （2）接（1）问，系统稳定后缓慢升高封闭气体温度，直到温度变为2.5T ，求再次稳 0 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分10百】定时活塞a的位置。 【解答】解：（1）设开始时细线上的张力为F ，根据平衡条件，对活塞b有 0 F +p S﹣mg﹣p S＝0 0 0 0 对活塞a有 2p S﹣F ﹣2mg＝0 0 0 整理解得 3mg p = 0 2S 打开阀门，a上部与大气连通，稳定后，活塞a落到气缸连接处，设气体压强变为p ， 1 等温过程，对封闭气体由玻意耳定律有 p （2SL+SL）＝p （2SL） 0 1 对活塞b有 F +p S﹣mg﹣p S＝0 1 0 1 整理解得 7 F = mg 1 4 （2）缓慢升高温度，设温度为T 时，活塞a对气缸连接处恰无压力，气体压强为p ， 2 2 细线上的张力为F ，对活塞a有 2 2p S﹣2p S﹣F ﹣2mg＝0 2 0 2 对活塞b有 F +p S﹣mg﹣p S＝0 2 0 2 等容过程，有 p P 1 = 2 T T 0 2 整理解得 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分11百】T ＝2T 2 0 继续升高温度，气体压强不变，体积变大。设温度为 T ＝2.5T 时，活塞a到气缸连接 3 0 处的距离为x，等压过程，有 2SL 2SL+2Sx−Sx = T T 2 3 整理解得 x＝0.5L 7 答：（1）稳定后细线上的张力F 为 mg； 1 4 （2）再次稳定时活塞a的位置为0.5L。 考点四 用图象法分析气体的状态变化 1．利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量、不同温度的两条等温线，不同体积的两 条等容线，不同压强的两条等压线的关系． 例如：在图10甲中，V 对应虚线为等容线，A、B分别是虚线与T 、T 两线的交点，可以 1 2 1 认为从B状态通过等容升压到A状态，温度必然升高，所以TT. 2 1 又如图乙所示，A、B两点的温度相等，从B状态到A状态压强增大，体积一定减小，所以 VV. 2 1 图10 2．一定质量的气体不同图象的比较 类别图线 特点 举例 pV＝CT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线 p－V 温度越高，线离原点越远 p－ p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高 p－T p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小 V－T V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分12百】[例题14]（2023•南京二模）一定质量的理想气体经历了如图所示的 A→B→C→D→A循环过程。下列说法正确的是（ ） A．A→B→C过程中，气体压强先增加后不变 B．C→D→A过程中，单位体积内分子数先不变后增加 C．整个循环过程中，气体对外界做的功大于外界对气体做的功 D．整个循环过程中，气体对外界放热，内能不变 【解答】解：A、理想气体由A→B为等温膨胀过程，由玻意耳定律可知，气体压强减 小。B→C为等容升温过程，由查理定律可知，气体的压强增大。可得A→B→C过程中， 气体压强先减小后增大，故A错误； B、理想气体由C→D→A的过程中，气体的体积先减小后不变，所以单位体积内分子数 先增加后不变，故B错误； C、理想气体由A→B为等温膨胀，压强减小过程；B→C为等容升温过程，压强增大过 程；C→D为等压压缩，温度降低过程；D→A为等容降温，压强减小过程。整个循环过 程定性的p﹣V图像如下图所示： 根据p﹣V图像与体积轴围成的面积表示做功多少，可知A→B过程中气体对外界做的 功小于C→D过程中外界对气体做的功，B→C和D→A的过程气体与外界没有相互做功， 故整个循环过程中，气体对外界做的功小于外界对气体做的功，故C错误； D、对整个循环过程，由热力学第一定律ΔU=Q+W，由上面的分析可知外界对气体做 的功大于气体对外界做的功，即W＞0，气体的温度最终回到了初始状态，内能变化量 为零，内能不变，即ΔU＝0，可知整个循环过程Q＜0，气体对外界放热，故D正确。 故选：D。 [例题15]（2023•黄山模拟）如图甲所示，斜面上气缸和活塞内封闭了一定质量的 理想气体，一根平行于斜面的轻绳一端连接活塞，另一端固定，系统处于平衡状态。 开始气体摄氏温度为t，通过气缸内电热丝缓慢升高气体温度，升温过程封闭气体的V ﹣t图像如图乙所示，已知斜面倾角为30°，重力加速度为g，大气压强为P ，气缸和 0 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分13百】活塞均绝热且不漏气，气缸（含电热丝）质量为 M、活塞面积为S、质量为m，所有 接触面均光滑。则（ ） Mg A．封闭气体压强恒为P − 0 2S B．在此过程中，封闭气体增加的内能等于吸收热量 C．封闭气体的体积为2V时，其摄氏温度为2t g D．剪断轻绳瞬间，气缸的加速度大小为 2 【解答】解：A．缓慢加热，则气缸处于动态平衡状态，故有 pS+Mgsin30°＝p S 0 Mg 得p=p − 0 2S 故A正确； B．根据热力学第一定律可知ΔU＝W+Q 体积增大过程W＜0，ΔU＞0， 因此封闭气体增加的内能小于吸收的热量，故B错误； V C．根据盖—吕萨克定理可知 =C T 温度为热力学温标时成正比，此题为摄氏温标，不成正比，故C错误； D．剪断轻绳瞬间，活塞和气缸位置不变，因此缸内气体压强不变，故气缸的受力不变、 合力为零，加速度大小为零。故D错误。 故选：A。 [例题16]（2023•宣化区二模）一定质量的理想气体经历了如图所示的a→b→c→a 循环，已知该气体在状态a时温度为T ＝300K、压强为p ＝1.0×105Pa、体积为V ＝ 0 0 0 1.0L，在状态b时温度为T 、体积为2V ，在状态c时体积为2V ，由状态b到状态c 0 0 0 气体吸收的热量为Q＝100J，ca图线的延长线过坐标原点下列说法正确的是（ ） 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分14百】A．气体由状态c到a发生的是等压变化 B．气体在状态c的温度是500K C．由状态c到状态a气体对外界做正功 D．由状态c到状态a气体放出的热量为200J 【解答】解：A、根据ca为过原点的一条直线可知，气体由c到a做等压变化，故A正 确； V 2V B、根据 0= 0 ，代入数据解得T＝600K，故B错误； T T c 0 c C、由c到a过程气体体积减小，外界对气体做正功，气体对外界做负功，故C错误； D、由状态b到状态c气体吸收的热量为Q＝100J，即气体由c到a放出的热量为Q＝ 100J，故D错误； 故选：A。 [例题17]（2023•浦东新区二模）一定质量的理想气体，其状态经历a→b→c的变 化，V﹣T图线如图，则（ ） A．a→b过程中气体分子平均动能减小 B．a→b过程中气体压强增大 C．b→c过程中单位体积内的分子数增多 D．b→c过程中气体内能减小 【解答】解：A、a→b过程中气体做等温变化，气体分子平均动能不变，故A错误； B、a→b过程中气体做等温变化，根据p V ＝p V 可知，a→b过程中气体体积减小，压 1 1 2 2 强变大，故B正确； C、b→c过程中气体体积不变，单位体积内的分子数不变，故C错误； D、b→c过程中气体升温，气体内能增大，故D错误； 故选：B。 [例题18]（2023•浙江模拟）如图所示，一定质量的理想气体分别经历 a→b和 a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则（ ） 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分15百】A．状态a的内能大于状态b B．状态a的温度高于状态c C．a→c过程中气体吸收热量 D．若沿abca过程变化则外界对气体做负功 【解答】解：A、a→b是等温过程，气体温度不变，则气体的内能不变，故A错误； pV BC、由图示图象可知，状态b、c的体积相同，根据一定质量理想气体的状态方程 = T C，可知c的温度高于b、a的温度，且c的内能大于b和a的内能，从a到c气体体积增 大，气体对外界做功，W＜0，该过程内能增大，ΔU＞0，由热力学第一定律可知：ΔU ＝W+Q，可知Q＞0，所以，a→c过程中气体吸收热量，故B错误，C正确； D、根据p﹣V图线与横轴围成图形的面积等于气体做的功，可知若沿abca过程变化， 则外界对气体做正功，故D错误。 故选：C。 考点五 理想气体实验定律微观解释 1．等温变化 一定质量的气体，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， 分子的密集程度增大，气体的压强增大． 2．等容变化 一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变．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． 3．等压变化 一定质量的气体，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 的密集程度减小，才能保持压强不变． [例题19]（多选）（2023•雅安模拟）下列说法正确的是（ ） A．空气中水蒸气的压强越大，人体水分蒸发的越快 B．由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，液面分子间作用力表现为引 力，所以液体表面具有收缩的趋势 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分16百】C．晶体熔化时吸收热量，分子平均动能一定增大 D．密封在容积不变的容器内的气体，若温度升高，则气体分子对器壁单位面积上的平 均作用力增大 E．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生 【解答】解：A．人体水分蒸发的快慢与相对湿度有关，而空气压强只与绝对湿度有关， 所以压强大时，人体水分蒸发的不一定越快，故A错误； B．由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，液面分子间作用力表现为引 力，所以液体表面具有收缩的趋势，故B正确； C．晶体熔化时吸收热量，但温度不变，分子平均动能不变，故C错误； D．密封在容积不变的容器内的气体，若温度升高，气体分子无规则运动越剧烈，则气 体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大，故D正确； E．一切物质的分子都在不停地做无规则运动，所以扩散现象在气体、液体和固体中都 能发生，故E正确。 故选：BDE。 [例题20]如图所示为模拟气体压强产生机理的演示实验。操作步骤如下：①把一 颗豆粒从距秤盘20cm处松手让它落到秤盘上，观察指针摆动的情况；②再把100颗 左右的豆粒从相同高度均匀连续地倒在秤盘上，观察指针摆动的情况；③使这些豆粒 从更高的位置均匀连续倒在秤盘上，观察指针摆动的情况。下列说法正确的是 （ ） A．步骤①和②模拟的是气体压强与气体分子平均动能的关系 B．步骤②和③模拟的是气体压强与分子密集程度的关系 C．步骤②和③模拟的是大量气体分子分布所服从的统计规律 D．步骤①和②反映了气体压强产生的原因 【解答】解：AD、步骤①和②都从相同的高度下落，把一颗豆粒从距秤盘20cm处松 手让它落到秤盘上不能使指针产生持续的偏转，而把100颗左右的豆粒从相同高度均匀 连续地倒在秤盘上能使指针产生持续的偏转，说明大量的豆粒连续地作用在盘子上能产 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分17百】生持续的作用力，即反映了气体压强产生的原因，故A错误，D正确； BC、而步骤②和③的豆粒个数相同，让它们从不同的高度落下，豆粒撞击的速率不同， 所以它们模拟的是分子的速率与气体压强的关系，或者说是气体的分子平均动能与气体 压强的关系，但不能模拟大量气体分子分布所服从的统计规律，故BC错误。 故选：D。 [例题21]）如图是一定质量的某种理想气体的等压线，等压线上的a、b两个状态 相比较，下列说法正确的是（ ） A．b状态在相同时间内撞在单位面积上的分子数较多 B．a状态在相同时间内撞在单位面积上的分子数较多 C．两状态在相同时间内撞在相同面积上的分子数一样多 D．两状态单位体积中的分子数一样多 【解答】解：由V﹣T图象可以看出b状态的体积大于a状态的体积，则b状态的分子 密集程度小于a状态的分子密集程度，即单位体积的分子数a状态较多； 而a状态下气体分子的平均动能小，两种状态下压强相等，故a状态下在相同时间内撞 在单位面积上的分子数较多，故ACD错误、B正确； 故选：B。 练出高分 一．选择题（共10小题） 1．物理学是研究物质最一般的运动规律和物质基本结构的学科，物理学研究大至宇宙、小 至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究 基础，有关物理学知识和史实，下列说法正确的是（ ） A．在完全失重的状态下，一定质量的理想气体对容器器壁压强为零 B．一定质量的理想气体在升温的过程中，气体分子平均动能增加 C．如果能发生光电效应，一旦增大入射光强度，光电子的最大初动能必定增加 D．卢瑟福在 粒子散射实验中观测到 粒子发生较大角度偏转，这说明了原子不可再 分 α α 【解答】解： A.在完全失重的状态下，一定质量的理想气体对容器器壁压强不为零，因为气体仍旧做 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分18百】无规则运动，会对器壁有碰撞，故A错误； B.一定质量的理想气体在升温的过程中，温度是衡量气体分子平均动能的标志，故气体 分子平均动能增加，故B正确； C.如果能发生光电效应，一旦增大入射光强度，根据光电效应方程，E ＝hν﹣W 光电子 k 0 的最大初动能与入射光强度无关，故C错误； D.卢瑟福在 粒子散射实验中观测到 粒子发生较大角度偏转，这说明了原子的核式结 构，原子可再分，故D错误； α α 故选：B。 2．如图所示，两端开口、内径均匀的玻璃弯管固定在竖直平面内，两段水银柱 A和C将 空气柱B封闭在左侧竖直段玻璃管，平衡时A段水银有一部分在水平管中，竖直部分高 度为h ，C段水银两侧液面高度差为h 。若保持温度不变，向右管缓缓注入少量水银， 2 1 则再次平衡后（ ） A．空气柱B的长度减小 B．左侧水银面高度差h 减小 2 C．空气柱B的压强增大 D．右侧水银面高度差h 增大 1 【解答】解：气体压强：P＝P + gh ＝P + gh ，故h ＝h 0 1 0 2 1 2 ABC、向右管注入少量水银，假定先固定水银A，则气压增加，再释放水银A，封闭气 ρ ρ 体将向上运动，故h 减小，气体压强P + gh 也就减小，气体的压强减小、温度不变， 2 0 2 pV 根据 =C，则气体体积增大，则长度增ρ大，故AC错误，B正确； T D、气体的压强减小，右管与B的水银面的高度差h 也减小，故D错误； 1 故选：B。 3．下列选项正确的是（ ） A．液体温度越高，悬浮颗粒越大，布朗运动越剧烈 B．若物体表现为各向同性，则该物体一定是非晶体 C．单晶硅中原子排列成空间点阵结构，因此其他物质分子不能扩散到单晶硅中 D．液晶态既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列 【解答】解：A．根据布朗运动规律，液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈。 故A错误； B．各向同性，物体可能是多晶体或是非晶体。故B错误； C．单晶硅中原子排列成空间点阵结构，单晶硅中原子间也有空隙，其他物质分子能扩 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分19百】散到单晶硅中。故C错误； D．液晶态既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列。故D正确。 故选：D。 4．佩戴一次性医用外科口罩是预防新冠肺炎的有效措施之一，合格的一次性医用外科口罩 内侧所用材料对水都是不浸润的，图为水滴在一次性医用外科口罩内侧的照片，对此， 以下说法正确的是（ ） A．照片中的口罩和水滴发生了浸润现象 B．照片中水滴表面分子比水滴的内部密集 C．照片中水滴呈扁球状是液体表面张力和重力共同作用的结果 D．水对所有材料都是不浸润的 【解答】解：A、由图可知，水珠呈球形，并没有发生浸润现象，故A错误； B、如图所示，小水滴为球形是由于液体表面张力造成的，照片中附着层内分子比水的 内部稀疏，表面张力具有使液体表面绷紧即减小表面积的作用，故B错误； C、水滴只在表面张力的作用下应呈球形，但由于在地面上受到重力作用，使水球呈扁 球形，故C正确； D、浸润与不浸润现象是相对的，所以水不是对所有材料都是不浸润的，故D错误。 故选：C。 5．复旦大学物理系张远波教授课题组发现了一种新型二维半导体材料—黑磷，并成功制备 了半导体测试材料。已知黑磷是有黑色金属光泽的半导体，是白磷在很高压强和较高温 度下转化形成的。图为黑磷的微观结构，下列说法正确的是（ ） A．黑磷是晶体材料 B．黑磷和白磷是同位素 C．黑磷没有固定的熔点 D．黑磷的微观各层结构都不同，每层内部结构松散 【解答】解：AC、根据图示可知，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，属于晶体材料，因而黑磷具有固定的熔点，故A正确，C错误； B、质子数相同，而中子数不同的元素互称同位素，白磷和黑鳞属于同素异型体，不属 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分20百】于同位素，故B错误； D、根据图示可知，黑磷的微观各层结构都相同，每层内部结构紧密，故D错误。 故选：A。 6．两端开口的洁净玻璃管竖直插入液体中，管中液面如图所示，则（ ） A．该现象不是毛细现象 B．该液体对玻璃是浸润的 C．减小管的直径，管中液面会下降 D．液体和玻璃间的相互作用比液体分子间的相互作用强 【解答】解：AB、毛细现象是指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。所以图为毛细现象，且为不浸润现象，故AB错误； C、毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管内径越小，高度差越大。所 以减小管的直径，液面下降，故C正确； D、玻璃壁附近水分子比液体内部的水分子稀疏，所以液体和玻璃间的相互作用比液体 分子间的相互作用弱，故D错误。 故选：C。 7．下列关于固体和液体的说法中不正确的是（ ） A．给农田松土的目的是破坏土壤里的毛细管，使地下的水分不会被快速引上来而蒸发 掉 B．雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力 C．金属的物理性质表现为各向同性，所以金属为非晶体 D．当液体和固体之间表现为不浸润，附着层内分子间表现为引力 【解答】解：A．给农田松土的目的是破坏土壤里的毛细管，使地下的水分不会被快速 引上来而蒸发掉，故A正确； B．雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力，故B正确； C．金属的物理性质表现为各向同性，但有确定的熔点，所以金属为多晶体，故C错误； D．当液体和固体之间表现为不浸润，附着层内分子间表现为引力，故D正确。 本题选择不正确的， 故选：C。 8 ． 下 列 四 幅 图 涉 及 到 的 物 理 知 识 中 ， 说 法 正 确 的 是 （ ） 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分21百】A．图甲中，温度T ＞T 2 B．图乙中，分子间引力随分子间距的增大而减小，斥力随分子间距的增大而增大 C．图丙中、在液体表面层，分子间作用力表现为斥力，因此产生表面张力 D．图丁中，A为非晶体 【解答】解：A、气体的温度越高，速率大的分子所占的比例越大，图甲中，T 温度下， 2 速率大的分子所占的比例较大，则T ＞T，故A正确； 2 B、图乙中，分子间引力和斥力都随分子间距的增大而减小，分子斥力减小的更快，故 B错误； C、图丙中、在液体表面层，分子间距离较大，分子间作用力表现为引力，因此可以产 生液体表面张力，故C错误； D、图丁中，A有固定的熔点，根据晶体的特点，可知A为晶体，故D错误。 故选：A。 9．如图所示，有一只小试管竖直倒插在盛有足量水的烧杯中，试管恰好漂浮于水面上，试 管内、外水面的高度差为h，试管露出水面的高度为L。若环境温度不变，大气压强缓 慢减小，在不考虑烧杯中水面升降及试管壁厚度的情况下，则（ ） A．L变大，h不变 B．L变大，h变大 C．L变小，h不变 D．L变小，h变大 【解答】解：试管处于漂浮状态，以试管及管内气体为研究对象，根据平衡条件 F浮 ＝ gV排 ＝mg ρ重力不变，浮力不变，试管排开水的体积不变，即V排 不变，因此即h不变 假设大气压强为p ，则试管内气体压强为p＝p + gh 0 0 若环境温度不变，大气压强缓慢减小时，试管内气体压强减小 ρ 由波意耳定律pV＝p′V′可知，气体等温变化，管内气体压强减小，气体体积变大， 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分22百】因此试管将上浮一些，即L变大，故A正确，BCD错误。 故选：A。 10．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。这就是热机的“卡诺循 环”。则（ ） A．B→C过程气体压强减小仅是因为气体分子的数密度减小 B．B→C过程速率大的分子比例在增加 C．B→C过程气体对外做功大于D→A过程外界对气体做功 D．C→D过程放出的热量小于A→B过程吸收的热量 【解答】解：A、B→C过程，气体对外做功，由于绝热过程，没有热交换，根据热力学 第一定律知气体的内能减少，温度降低，气体分子的平均动能减小，所以气体压强减小， 是由于气体分子的平均动能减小和气体分子的数密度减小两个因素造成的，故A错误； B、B→C过程气体温度降低，气体分子速率大的分子比例在减少，故B错误； C、一定质量的理想气体内能只跟温度有关，由于 A→B和C→D均为等温过程，则 B→C过程与D→A过程内能变化量大小相等，这两个过程均为绝热过程，根据热力学 第一定律知ΔU＝W+Q＝W，知B→C过程气体对外做功等于D→A过程外界对气体做 功，故C错误； D、根据p﹣V图像与V轴所围的面积表示气体做功，知C→D过程外界对气体做功小于 A→B过程气体对外做功。A→B和C→D均为等温过程，气体的内能均不变，根据热力 学第一定律知ΔU＝W+Q＝0，则Q＝﹣W，所以C→D过程放出的热量小于A→B过程 吸收的热量，故D正确。 故选：D。 二．计算题（共2小题） 11．航天服对宇航员的舱外活动提供了生命保障。1965年，苏联宇航员列昂诺夫在进行舱 外作业时发现航天服因为压力问题发生了膨胀，且膨胀的航天服使他根本挤不进气闸舱 狭窄的舱门。他只能放掉航天服中的部分空气，这才成功返回了气闸舱。设宇航员在出 舱前航天服内密封了一定质量的理想气体，体积为V ＝2L，压强约为p =0.6×105Pa， 1 1 出舱后因为压力问题航天服内气体膨胀到V ＝3L，整个过程气体温度保持不变。求： 2 （1）此时航天服内气体的压强p ； 2 （2）宇航员通过释放气体使航天服内气体压强变为p =0.25×105Pa，航天服内气体 3 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分23百】体积变为V ＝2L，求此次航天服放出的气体质量与没放气前航天服内原来气体的质量 3 之比。 【解答】解：（1）宇航员出仓前与出仓后，气体温度不变，由玻意耳定律得：p V ＝ 1 1 p V 2 2 代入数据解得：p ＝4×104Pa 2 （2）设释放的气体体积为V ，气体温度不变，由玻意耳定律得：p V ＝p （V +V ） 4 1 1 3 3 4 V 4 此次航天服放出的气体质量与原来气体的质量之比 V +V 3 4 m 7 其中：V ＝2.8L，代入数据解得： 放= 4 m 12 原 答：（1）此时航天服内气体的压强p 是4×104Pa； 2 （2）此次航天服放出的气体质量与没放气前航天服内原来气体的质量之比是7：12。 12．在综合实践课中，某同学利用铝制易拉罐制作一个简易“温度计”。如图所示，在一 个空的铝制易拉罐中插入一根透明细玻璃管，接口用蜡密封，在玻璃管内引入一小段油 柱（长度可以忽略）。已知大气压强是1.0×105Pa，易拉罐的容积是300cm3，均匀玻璃 管内部的横截面积为0.2cm2，玻璃管露出的长度为30cm。当温度为33℃时，油柱恰好 到达玻璃管管口。缓慢降低环境温度，油柱刚好在玻璃管和易拉罐的接口处，求： （1）此时环境温度t； （2）该过程罐内气体吸热还是放热？请说明理由； （3）玻璃管上标刻温度值时，刻度是否均匀？请说明理由。 【解答】解：（1）已知V =300cm3+0.2×30cm3=306cm3，T ＝273K+33K＝ 1 1 V V 306K，V =300cm3，气体做等压变化，由盖—吕萨克定律： 1= 2 2 T T 1 2 解得T ＝300K 2 故环境温度t＝（300﹣273）℃＝27℃ （2）温度降低，内能减少，ΔU＜0，又气体体积减少，外接对气体做功，W＞0，则由 热力学第一定律ΔU＝W+Q，可知Q＜0，即气体放热。 V （3）由盖—吕萨克定律可得 =C（其中C为恒量） T 1 即ΔT= ΔV C 温度的变化量与体积的变化量成正比，故玻璃管上标的刻度是均匀的。 答：（1）环境温度27℃； （2）罐内气体放热，理由见解析； 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分24百】（3）刻度均匀，理由见解析。 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分25百】