2025秋高考物理复习专题十三热学第2讲气体、液体和固体课件（72页PPT）

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第2讲　气体、液体和固体
一、固体
1.分类：固体分为　　　和　　　　两类.晶体分为　　　和　　　　.
2.晶体与非晶体的比较.
晶体
非晶体
单晶体
多晶体
比较 单晶体 多晶体 非晶体
外形 　　　 不规则 不规则
熔点 确定 　　　 不确定
物理性质 　　　 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
转化 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
规则
确定
各向异性
二、液体
1.液体的表面张力.
（1）作用：液体的表面张力使液面具有　　　　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　　　　.
（3）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.
收缩
垂直
2.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
1.气体分子运动的特点.
（1）气体分子间距　　　　，分子力可以忽略，因此分子间除碰撞外不受其他力的作用，故气体能充满它能达到的整个空间.
（2）分子做无规则的运动，速率有大有小，且时刻变化，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　　　　，速率大的分子数　　　　，分子的平均速率将　　　　，但速率分布规律不变.
较大
减少
增加
增大
2.气体实验三定律
三定律 玻意耳定律 查理定律 盖--吕萨克定律
条件 质量一定，
　　　　不变 质量一定，
　　　　不变 质量一定，　　　　不变
表达式 　　　
图像

温度
体积
压强
p1V1=p2V2
四、理想气体状态方程
1.理想气体.
（1）宏观上讲，理想气体是指在任何温度、任何压强下始终遵循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，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间.
2.理想气体的状态方程.
（1）内容：一定质量的某种理想气体发生状态变化时，压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变.
1.［晶体］（多选）下列说法正确的是 （　　）
A.金刚石、食盐都有确定的熔点
B.岩盐是立方体结构，粉碎后的岩盐不再是晶体
C.一些小昆虫可以停在水面上是由于液体表面张力的作用
D.多晶体的物理性质表现为各向异性
AC
2.［表面张力］下列说法正确的是 （　　）
A.液晶不具有液体的流动性
B.液体的表面张力是由表面层液体分子之间的相互排斥引起的
C.用打气筒向篮球充气时需用力，说明气体分子间有斥力
D.雨水没有透过布雨伞是因为液体有表面张力
D
【解析】液晶分子可以自由移动位置，保持了液体的流动性，A错误；液体的表面张力是由液体表面层分子之间的相互吸引而引起的，B错误；用打气筒向篮球充气时需用力是因为篮球内部气体的压强太大，C错误；雨水没有透过布雨伞是因为液体有表面张力的作用，D正确.
3.［气体的压强］（2023年北京汇文中学一模）关于气体压强的说法，下列说法正确的是 （　　）
A.气体对容器的压强源于气体分子的热运动
B.气体对容器的压强源于气体分子受到重力作用
C.气体分子密集程度增大，气体压强一定增大
D.气体分子平均动能增大，气体压强一定增大
A
【解析】气体对容器的压强就是分子的热运动对容器壁的碰撞产生的，A正确，B错误；气体的压强在微观上与两个因素有关：一是气体分子的平均动能，二是气体分子的密集程度，密集程度和平均动能增大，都只强调问题的一方面，故不能确定压强一定增大，C、D错误.
考点1　固体和液体的性质　［基础考点］
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.
2.液体表面张力
（1）表面张力的效果：表面张力使液体表面积具有收缩趋势，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.
（2）表面张力的大小：跟边界线的长度、液体的种类、温度都有关系.
1.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 μm
D.碳原子在六边形顶点附近不停地振动
D
【解析】石墨是晶体，A错误；石墨烯是石墨中提取出来的新材料，B错误；单层石墨烯厚度约等于原子尺寸10-10 m，C错误；根据分子动理论可知，固体分子在平衡点不停地振动，D正确.
2.（2024年茂名一中开学考）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.该液体对玻璃是不浸润的
B.玻璃管竖直插入任何液体中，管中液面都会下降
C.减小管的直径，管中液面会上升
D.液体和玻璃间的相互作用比液体分子间的相互作用强
A
【解析】根据图像可知，液体与玻璃的附着层沿固体表面收缩，则该液体对玻璃是不浸润的，A正确；玻璃管与其他液体有可能浸润，管中液面会上升，B错误；不浸润液体中，减小管的直径，管中液面会进一步下降，C错误；在不浸润现象中，液体和玻璃间的相互作用比液体分子间的相互作用弱，D错误.
3.如图，航天员王亚平在中国空间站“天宫课堂”授课活动中，演示了液桥实验：用两滴水珠在两个板间，搭起一座约10 cm的液体桥.关于液桥现象，下列正确的是 （　　）
A.液桥现象与重力有关
B.液体表面张力的方向跟液面相切
C.液体表面层的分子间距小于液体内部的分子间距
D.表面张力使液体表面有扩张到最大面积的趋势
B
【解析】水珠处于完全失重状态，液桥现象与重力无关，A错误；液体表面张力的方向跟液面相切，B正确；液体表面层的分子间距大于液体内部的分子间距，分子力表现为引力，C错误；表面张力使液体表面有收缩到最小面积的趋势，D错误.
考点2　气体压强的产生与计算　［能力考点］
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，该压力与受力面积的比值，叫作气体压强，其在数值上等于作用在器壁单位面积上的压力.
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.静止或匀速运动系统中封闭气体压强的确定
（1）平衡法：选与气体接触的液柱为研究对象，进行受力分析，利用它的受力平衡，列方程求出气体的压强.
（2）取等压面法：根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在连通器内灵活选取等压面，由两侧压强相等建立方程，求出压强.
4.加速运动系统中封闭气体压强的确定
常从两处入手：一是选择与气体接触的液柱或活塞等为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律解出.二是对气体，考虑用气体定律确定（后面遇到）.具体问题中常把二者结合起来，建立方程组联立求解.自由落体的试管中液柱产生的压强为零.
例1　汽缸截面积为S，质量为m的梯形活塞上面是水平的，下面与右侧竖直方向的夹角为α，如图所示，当活塞上放质量为M的重物时处于静止.设外部大气压为p0，已知活塞与缸壁之间无摩擦.求汽缸中气体的压强.
1.某学生在水瓶中装入半瓶热水，盖紧瓶盖，一段时间后，该同学发现瓶盖变紧.其本质原因是单位时间内瓶盖受到瓶内气体分子的撞击次数
　　　　（填“增加”“减少”或“不变”），瓶内气体分子平均动能
　　　　（填“增大”“减小”或“不变”）.
减少
　减小
2.如图所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸，汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S.现用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强p（已知外界大气压为p0）.
考点3　气体状态变化的图像问题　［能力考点］
比较一定质量气体的不同图像
过程 图线 特点 示例
等温
过程 p-V pV=CT（其中C为恒量），即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远
T2>T1

T2>T1
等容
过程 p-T
V2等压
过程 V-T
p2例2（2023年辽宁卷）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量.“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T图像如图所示.该过程对应的p-V图像可能是 （　　）
A
B
C
D
B
1.（2023年江苏卷）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
B
2.一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个过程，先后到达状态B和C，A、B和C三个状态的体积分别为VA、VB和VC.状态变化过程中气体的压强与热力学温度的关系如图所示，下列说法正确的是 （　　）
A.VA=VB，VB>VC
B.VAC.状态A到状态B的过程中气体的内能增大
D.状态B到状态C的过程中气体分子的平均动能减小
C　
【解析】根据一定质量的理想气体的状态方程pV=CT可知，从A→B的过程中，气体体积不变，即VA=VB；从B→C的过程中，体积增大，即VB3.如图所示，一定质量的理想气体经历ab、bc、cd、da四个过程，下列说法中正确的是 （　　）
A.ab过程中气体压强减小
B.bc过程中气体压强减小
C.cd过程中气体压强减小
D.da过程中气体压强减小
B
3.应用状态方程解题的一般步骤
例3　（2023年海南卷）某饮料瓶内密封一定质量理想气体，t=27 ℃时，压强p=1.050×105 Pa.求：
（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，气体体积为原来的多少倍？
（2）保持温度不变，挤压气体，等温变化过程，由玻意耳定律有pV=p'V'，
解得V'≈0.97V.
（1）最终汽缸内气体的压强.
（2）弹簧的劲度系数和添加的沙子质量.
2.（2021年广东卷）为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示，某种药瓶的容积为0.9 mL，内装有0.5 mL的药液，瓶内气体压强为1.0×105 Pa，护士把注射器内横截面积为0.3 cm2、长度为0.4 cm、压强为1.0×105 Pa 的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强.
解：以注入后的所有气体为研究对象，由题意可知瓶内气体发生等温变化，设瓶内气体体积为V1，有V1=0.9 mL-0.5 mL=0.4 mL=0.4 cm3，
注射器内气体体积为V2，有V2=0.3×0.4 cm3=0.12 cm3，
根据理想气体状态方程有p0（V1+V2）=p1V1，
代入数据解得p1=1.3×105 Pa.
3.（2023年全国乙卷）如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20 cm的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方.管内空气被一段水银柱隔开.水银柱在两管中的长度均为10 cm.现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变1 cm.求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强.（气体温度保持不变，以cmHg为压强单位）
解：设B管在上方时上部气压为pB，则此时下方气压为pA，此时有pA=pB+20 cmHg，
倒置后A管气体压强变小，即空气柱长度增加1 cm，A管中水银柱减小1 cm，又因为SA=4SB，可知B管水银柱增加4 cm，空气柱减小4 cm；设此时两管的压强
分别为p'A、p'B，所以有p'A+23=p'B，
倒置前后温度不变，根据玻意耳定律对A管有
pASALA=p'ASAL'A，
对B管有pBSBLB=p'BSBL'B，
其中L'A=10 cm+1 cm=11 cm，L'B=10 cm-4 cm=6 cm，
联立以上各式解得pA=74.36 cmHg，pB=54.36 cmHg.
考点5　气体变质量问题　
1.气体变质量问题总的求解思路
将“变质量”问题转换为“不变质量”问题，把全部气体作为研究对象.
2.气体变质量的四种常见情境
充气、抽气、灌气、漏气.
例4　（2023年全国甲卷）一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17 ℃，密度为1.46 kg/m3.
（1）升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27 ℃时内气体的密度；
（2）保持温度27 ℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度.
（2）若启动负压舱，舱内温度保持T0不变，达到要求的负压值，求需要抽出压强为p0状态下多少体积的气体？
2.玉龙雪山是国家级旅游景区，高山雪景位于海拔4 000 m以上，由于海拔较高，景区通常为游客备有氧气瓶.假设景区用体积为V=30 L、温度为t1=27 ℃、压强为p=4×106 Pa的氧气瓶对便携式氧气瓶充气，便携式氧气瓶的容积为V0=1.5 L，设定充满压强为p0=2×105 Pa.已知热力学温度T与摄氏温度t的关系为T-t=273 K，瓶内的气体均可视为理想气体.
（1）求在27 ℃的环境下，景区的氧气瓶能充满多少个便携式氧气瓶（假设充气前便携式氧气瓶均为真空）.
小实验*　探究等温情况下气体压强与体积的关系
1.实验步骤
（1）装置如图.
（2）密封气体：用胶套在注射器中密封一定质量的
气体（气体的体积大约是注射器容积的一半）.
（3）安装固定：如图所示，把带有压力表的注射器固定在铁架台上.
（4）实验数据的收集：空气柱的压强p可以从仪器上方的指针读出，空气柱的长度l可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.用手把活塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组数据.
例5　（2023年江苏卷）在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示.利用注射器选取一段空气柱为研究对象.下列改变空气柱体积的操作正确的是 （　　）
A.把柱塞快速地向下压
B.把柱塞缓慢地向上拉
C.在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D.在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
B
【解析】因为该实验是要探究气体等温变化的规律；实验中要缓慢推动或拉动活塞，目的是尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变；为了方便读取封闭气体的体积不需要在橡胶套处接另一注射器.故B正确.
变式　用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图甲所示，实验步骤如下：
①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；
②移动活塞，记录注射器的刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p；
甲
乙
在注射器活塞上涂润滑油
移动活塞要缓慢
不能用手握住注射器封闭气体部分
注射器与压强传感器连接部位的气体体积
甲
乙
知识巩固练
1.复旦大学物理系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.如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.黑磷没有固定熔点
D.黑磷的微观各层结构都不同，每层内部结构松散
（本栏目对应学生用书P443）
A
【解析】黑磷的微观结构呈现规则排列，具有空间上的周期性，属于晶体材料，因而具有固定的熔点，A正确，C错误；质子数（即原子序数）相同，而中子数不同的元素互称同位素，白磷和黑磷属于同素异形体，不属于同位素，B错误；黑磷的微观各层结构都相同，每层内部结构紧密，D错误.
2.（多选）下列说法正确的是 （　　）
A.分子间距离减小时分子势能一定减小
B.即使水凝结成冰后，水分子的热运动也不会停止
C.将一块晶体敲碎，得到的小颗粒也是晶体
D.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
BCD
3.物理“天宫课堂”中，王亚平将分别挤有水球的两块板慢慢靠近，直到两个水球融合在一起，再把两板慢慢拉开，水在两块板间形成了一座“水桥”.如图甲所示，为我们展示了微重力环境下液体表面张力的特性.“水桥”表面与空气接触的薄层叫表面层，已知分子间作用力F和分子间距r的关系如图乙.下列说法正确的是 （　　）
D
A.能总体反映该表面层里的水分子之间相互作用的是B位置
B.“水桥”表面层中两水分子间的分子势能与其内部水相比偏小
C.“水桥”表面层中水分子距离与其内部水分子相比偏小
D.王亚平放开双手两板吸引到一起，该过程分子力做正功
【解析】在液体内部，分子间的距离在r0左右，分子力约为零，而在表面层，分子比较稀疏，分子间的距离大于r0，因此分子间的作用表现为相互吸引，从而使液体表面绷紧，所以能总体反映该表面层里的水分子之间相互作用的是C位置，故A、C错误；分子间距离从大于r0减小到r0左右的过程中，分子力表现为引力，做正功，则分子势能减小，所以“水桥”表面层中水分子距离与其内部水分子相比偏大，故B错误；王亚平放开双手，“水桥”在表面张力作用下收缩，而“水桥”与玻璃板接触面的水分子对玻璃板有吸引力作用，在两玻璃板靠近过程中分子力做正功，故D正确.
4.将一个乒乓球浸没在水中，当水温升高时，球内气体 （　　）
A.分子热运动平均动能变小，压强变小
B.分子热运动平均动能变小，压强变大
C.分子热运动平均动能增大，压强变小
D.分子热运动平均动能增大，压强变大
D
【解析】当水温升高时，乒乓球内的气体温度升高，气体分子平均动能增大，分子对器壁的撞击作用变大，气体压强变大，D正确.
综合提升练
5.两端开口、粗细相同的洁净玻璃管A和塑料管B竖直插入水中，管中液面的高度如图所示，则 （　　）
A.A中是毛细现象，B中不是毛细现象
B.A中是不浸润现象，B中是浸润现象
C.B壁附近水分子间的作用力表现为引力
D.只减小两管的直径，管中的液面均上升
C
【解析】浸润液体在细管中上升和不浸润液体在细管中下降的现象都是毛细现象，A、B错误；B壁附近水分子间距大，表现为引力，C正确；细管越细，毛细现象越明显，只减小两管的直径，A管液面上升，B管液面下降，D错误.
6.（2023年全国乙卷）（多选）对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是 （　　）
A.等温增压后再等温膨胀
B.等压膨胀后再等温压缩
C.等容减压后再等压膨胀
D等容增压后再等压压缩
E.等容增压后再等温膨胀
ACD