固体、液体和气体
1．固体
固体通常可分为晶体和非晶体，其结构和性质见表：
分类 比较 晶体 非晶体
单晶体 多晶体
外形 规则 不规则
熔点 确定 不确定
物理性质 各向异性 各向同性
微观结构 组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列 [注意] 多晶体中每个小晶体间的排列无规则 无规则
2．液体的表面张力
(1)成因：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。
(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，跟这部分液面的分界线垂直。
3．液晶
(1)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)微观结构
从某个方向看，其分子排列比较整齐，但从另一个方向看，分子的排列是杂乱无章的。
4．气体压强
(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。
(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。
5．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p与体积V成反比 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比
表达式 p1V1＝p2V2 ＝ ＝
6．理想气体状态方程
(1)理想气体：宏观上讲，理想气体是指在任何温度、任何压强下都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。微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他相互作用力，即分子间无分子势能。
(2)一定质量的理想气体的状态方程：＝或＝C。
1．易错易混辨析
(1)所有晶体都具有天然、规则的几何外形。 (×)
(2)有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体。 (√)
(3)液体表面层分子之间的距离比内部要小些。 (×)
(4)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。 (×)
(5)一定质量的理想气体，保持温度不变时，体积增大，压强减小。 (√)
2．(人教版选择性必修第三册改编)如图所示，把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就变钝了。产生这一现象的原因是( )
A．玻璃是非晶体，熔化再凝固后变成晶体
B．玻璃是晶体，熔化再凝固后变成非晶体
C．熔化的玻璃表面分子间表现为引力使其表面绷紧
D．熔化的玻璃表面分子间表现为斥力使其表面扩张
C [玻璃是非晶体，熔化再凝固后仍然是非晶体，A、B错误；玻璃裂口尖端放在火焰上烧熔后变钝，是表面张力的作用，表面张力具有减小表面积的作用，即使液体表面绷紧，C正确，D错误。]
3．(人教版选择性必修第三册改编)(多选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触石蜡层背面上一点，石蜡熔化的范围分别如图(1)、(2)、(3)所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(4)所示。下列判断正确的是( )
A．甲、乙为非晶体，丙是晶体
B．甲、丙为晶体，乙是非晶体
C．甲、丙为非晶体，乙是晶体
D．甲可能为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体
BD [由题图(1)、(2)、(3)可知，在导热性能上甲、乙具有各向同性，丙具有各向异性；由题图(4)可知，甲、丙有固定的熔点，乙无固定的熔点，所以甲、丙为晶体，乙是非晶体，其中甲可能为多晶体，丙为单晶体，故B、D正确，A、C错误。]
4．(人教版选择性必修第三册)如图所示，向一个空的铝制饮料罐(即易拉罐)中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱(长度可以忽略)。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。已知铝罐的容积是360 cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为0.2 cm2，吸管的有效长度为 20 cm，当温度为25 ℃时，油柱离管口10 cm，T＝t＋273 K。
(1)吸管上标刻温度值时，刻度是否应该均匀；
(2)估算这个气温计的测量范围(结果保留1位小数)。
[解析] (1)由题意可知，压强不变，由盖-吕萨克定律得
＝
ΔV＝ΔT＝ΔT
ΔT＝·SΔL
由于ΔT与ΔL成正比，则刻度均匀。
(2)ΔT＝×0.2×(20－10) K≈1.6 K
故这个气温计可以测量的温度范围为
(25－1.6)～(25＋1.6) ℃，即23.4～26.6 ℃。
[答案] (1)刻度均匀 (2)23.4～26.6 ℃
固体、液体的性质
1．晶体和非晶体的理解
(1)凡是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。
(2)凡是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。
(3)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。
(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。
2．液体表面张力的理解
形成原因 表面层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
[典例1] (多选)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体，下列关于玻璃的说法正确的是( )
A．没有固定的熔点
B．天然具有规则的几何形式
C．沿不同方向的导热性能相同
D．分子在空间上周期性排列
AC [根据非晶体的特点可知非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)在空间上不呈周期性排列的固体，它没有一定规则的外形，它的物理性质在各个方向上是相同的，叫各向同性，它没有固定的熔点。故选AC。]
气体压强的理解与计算
1．气体压强
(1)产生原因：大量气体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：从微观上说，质量一定的气体，压强由气体分子的平均动能和分子数密度决定；从宏观上说，气体的压强由气体体积和温度共同决定。
2．气体压强计算的两类模型
模型 图示 方法解析
活塞模型 图1中活塞的质量和图2液体的质量均为m，活塞或管的横截面积均为S，外界大气压强为p0 图1活塞平衡有： p0S＋mg＝pS p＝p0＋ 图2中的液柱也可以看成“活塞”，液柱处于平衡状态有： pS＋mg＝p0S p＝p0－＝p0－ρ液gh
连通器模型 同一液体中的相同高度处压强一定相等 气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来。则有：(外界大气压强为p0) pB＋ρgh2＝pA 又pA＝p0＋ρgh1 则pB＝p0＋ρg(h1－h2)
[典例2] 已知大气压强为p0，重力加速度为g，图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭的气体的压强。
[解析] 题图1中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知p1S＋ρghS＝p0S，得p1＝p0－ρgh
题图2中，以B液面为研究对象，由平衡方程F上＝F下有pAS＋ρghS＝p0S，得p2＝pA＝p0－ρgh
题图3中，仍以B液面为研究对象，有pA′＋ρgh sin 60°＝pB′＝p0，得p3＝pA′＝p0－ρgh
题图4中，以液面A为研究对象，由二力平衡得p4S＝(p0＋ρgh1)S，得p4＝p0＋ρgh1
题图5中，从开口端开始计算：右端为大气压强p0，同种液体同一水平面上的压强相同，所以b气柱的压强pb＝p0＋ρg(h2－h1)，而a气柱的压强pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)。
[答案] 图1：p0－ρgh 图2：p0－ρgh 图3：p0－ρgh 图4：p0＋ρgh1 图5：pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3) pb＝p0＋ρg(h2－h1)
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处的压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强
气体实验定律与理想气体状态方程
1．利用气体实验定律解决问题的基本思路
2．几个重要的推论
(1)查理定律的推论：Δp＝ΔT。
(2)盖-吕萨克定律的推论：ΔV＝ΔT。
(3)理想气体状态方程的推论：＝…。
3．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。
单独气体的状态变化问题
[典例3] (2022·广东卷)玻璃瓶可作为测量水深的简易装置。如图所示，潜水员在水面上将80 mL水装入容积为380 mL的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底，倒置瓶身，打开瓶盖，让水进入瓶中，稳定后测得瓶内水的体积为230 mL。将瓶内气体视为理想气体，全程气体不泄漏且温度不变。大气压强p0取1.0×105Pa，重力加速度g取10 m/s2，水的密度ρ取。求水底的压强p和水的深度h。
[解析] 对瓶中所封的气体，由玻意耳定律可知
p0V0＝pV
即1.0×105 Pa×(380－80) mL＝p×(380－230) mL
解得p＝2.0×105Pa
根据p＝p0＋ρgh
解得h＝10 m。
[答案] 2.0×105 Pa 10 m
“关联”气体的状态变化问题
[典例4] (2024·广东卷)差压阀可控制气体进行单向流动，广泛应用于减震系统。如图所示，A、B两个导热良好的气缸通过差压阀连接，A内轻质活塞的上方与大气连通，B内气体体积不变。当A内气体压强减去B内气体压强大于Δp时差压阀打开，A内气体缓慢进入B中；当该差值小于或等于Δp时差压阀关闭。当环境温度T1＝300 K时，A内气体体积VA1＝4.0×10-2 m3，B内气体压强pB1等于大气压强p0，已知活塞的横截面积S＝0.10 m2，Δp＝0.11p0，p0＝1.0×105 Pa，重力加速度大小取g＝10 m/s2，A、B内的气体可视为理想气体，忽略活塞与气缸间的摩擦、差压阀与连接管内的气体体积不计。当环境温度降到T2＝270 K时：
(1)求B内气体压强pB2；
(2)求A内气体体积VA2；
(3)在活塞上缓慢倒入铁砂，若B内气体压强回到p0并保持不变，求已倒入铁砂的质量m。
[解析] (1)(2)假设温度降低到T2时，差压阀没有打开，A、B两个气缸导热良好，B内气体做等容变化，初态pB1＝p0，T1＝300 K
末态T2＝270 K
根据＝
代入数据可得pB2＝0.9×105 Pa
A内气体做等压变化，压强保持不变，初态VA1＝4.0×10-2m3，T1＝300 K
末态T2＝270 K
根据＝
代入数据可得VA2＝3.6×10-2m3
由于p0－pB2＜Δp
假设成立，即pB2＝0.9×105 Pa。
(3)恰好稳定时，A内气体压强为p′A＝p0＋
B内气体压强p′B＝p0
此时差压阀恰好关闭，所以有
p′A－p′B＝Δp
代入数据联立解得m＝110 kg。
[答案] (1)0.9×105 Pa (2)3.6×10-2m3
(3)110 kg
【典例4 教用·备选题】如图所示，容积均为V0、缸壁可导热的A、B两气缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中；两气缸的底部通过细管连通，A气缸的顶部通过开口C与外界相通；气缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为V0和V0。环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。
(1)将环境温度缓慢升高，求B气缸中的活塞刚到达气缸底部时的温度；
(2)将环境温度缓慢改变至2T0，然后用气泵从开口C向气缸内缓慢注入气体，求A气缸中的活塞到达气缸底部后，B气缸内第Ⅳ部分气体的压强。
[解析] (1)因两活塞的质量不计，则当环境温度升高时，Ⅳ内的气体压强总等于大气压强，则该气体进行等压变化，则当B中的活塞刚到达气缸底部时，由盖-吕萨克定律可得＝
解得T＝T0。
(2)设当A中的活塞到达气缸底部时Ⅲ中气体的压强为p，则此时Ⅳ内的气体压强也等于p，设此时Ⅳ内的气体的体积为V，则Ⅱ、Ⅲ两部分气体被压缩后的体积为V0－V，则对气体Ⅳ
＝
对Ⅱ、Ⅲ两部分气体＝
联立解得V＝V0，p＝p0。
[答案] (1)T0 (2)p0
气体状态变化图像
1．对几种图像的理解
类别图线 特点 图像
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
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
2．图像的应用与转换
(1)利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析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。
(2)转换技巧
①如图1所示，V1对应虚线为等容线，A、B分别是虚线与T2、T1两线的交点，可以认为从B状态通过等容升压到A状态，温度必然升高，所以T2>T1。
②如图2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V2
[典例5] (多选)(2024·海南卷)一定质量的理想气体从状态a开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过O点，下列说法正确的是( )
A．bc过程外界对气体做功
B．ca过程气体压强不变
C．ab过程气体放出热量
D．ca过程气体内能减小
AC [由理想气体状态方程＝C，化简可得V＝·T，由图像可知，图像上的点与原点连线的斜率越大，压强越小，故pa 气体状态变化图像的分析方法
(1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；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。
(2)明确图像斜率的物理意义：在V-T图像(p-T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。
(3)明确图像面积的物理意义：在p-V图像中，p-V图线与V轴所围面积表示气体对外界或外界对气体所做的功。
【典例5 教用·备选题】(多选)一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p- 图线如图所示，变化顺序为a→b→c→d→a，图中ab段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与轴垂直。则( )
A．a→b，压强减小、温度不变、体积增大
B．b→c，压强增大、温度降低、体积减小
C．c→d，压强不变、温度降低、体积减小
D．d→a，压强减小、温度升高、体积不变
AC [由题图可知，a→b过程，气体压强减小而体积增大，气体的压强与体积倒数成正比，则压强与体积成反比，气体发生的是等温变化，A项正确；由理想气体状态方程＝C可知＝CT，由题图可知，图像上的各点与坐标原点连线的斜率即为CT，所以b对应的温度最低，b→c过程温度升高，由题图可知，同时压强增大，且体积也增大，B项错误；由题图可知，c→d过程，气体压强p不变，而体积V变小，由理想气体状态方程＝C可知气体温度降低，C项正确；由题图可知，d→a过程，气体体积V不变，压强p变小，由理想气体状态方程＝C可知，气体温度降低，D项错误。]
1．石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成单层二维六边形晶格结构的新材料，一层层叠起来就是石墨，1毫米厚的石墨约有300万层石墨烯。下列关于石墨烯的说法正确的是( )
A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体
B．石墨烯中的碳原子始终静止不动
C．石墨烯熔化过程中碳原子的平均动能不变
D．石墨烯中的碳原子之间只存在引力作用
C [石墨有规则的形状，是晶体，石墨烯是石墨中提取出来的新材料，也有规则的形状，是晶体，故A错误；石墨烯中的碳原子是一直运动的，故B错误；石墨烯是晶体，在熔化过程中，温度不变，故碳原子的平均动能不变，故C正确；石墨烯中的碳原子之间同时存在分子引力和分子斥力，故D错误。故选C。]
2．(2024·海南卷)用铝制易拉罐制作温度计，一透明薄吸管里有一段油柱(长度不计)粗细均匀，吸管与罐密封性良好，罐内气体可视为理想气体，已知罐体积为330 cm3，薄吸管底面积0.5 cm2，罐外吸管总长度为20 cm，当温度为27 ℃时，油柱离罐口10 cm，不考虑大气压强变化，下列说法正确的是( )
A．若在吸管上标注等差温度值，则刻度左密右疏
B．该装置所测温度不高于31.5 ℃
C．该装置所测温度不低于23.5 ℃
D．其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，则油柱离罐口距离增大
B [由盖-吕萨克定律得＝，其中V1＝V0＋Sl1＝335 cm3，T1＝273＋27(K)＝300 K，V2＝V0＋Sl1＝330＋0.5x(cm3)，代入解得T＝x＋(K)，根据T＝t＋273 K可知t＝x＋(℃)，故若在吸管上标注等差温度值，则刻度均匀，故A错误；当x＝20 cm时，该装置所测的温度最高，代入解得tmax≈31.5 ℃，故该装置所测温度不高于31.5 ℃，当x＝0时，该装置所测的温度最低，代入解得tmin≈22.5 ℃，故该装置所测温度不低于22.5 ℃，故B正确，C错误；其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，由盖-吕萨克定律可知，油柱离罐口距离不变，故D错误。故选B。]
3．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 [由公式＝C整理得p＝T，又p -T图像为一条过原点的倾斜直线，则密闭容器内气体的体积保持不变，即理想气体由状态A变化到状态B的过程中，气体的体积不变，则气体分子的数密度不变，A错误；由状态A变化到状态B，气体的温度升高，又温度是一定质量的理想气体的分子平均动能的唯一标志，则由状态A变化到状态B的过程中气体分子的平均动能增大，B正确；气体的压强由气体分子的数密度以及气体分子的平均速率决定，由于气体分子的数密度不变，分子的平均速率增大，则单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力变大，C错误；由状态A变化到状态B的过程中气体的温度升高，分子的热运动加剧，则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数增多，D错误。]
4．如图所示，气缸由两个截面不同的圆筒连接而成，活塞A、B被轻质刚性细杆连接在一起，可无摩擦移动，A、B的质量分别为mA＝12.0 kg、mB＝8.0 kg，横截面积分别为SA＝4.0×10-2 m2、SB＝2.0×10-2 m2，一定质量的理想气体被封闭在两活塞之间，活塞外侧与大气相通，大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。
(1)气缸水平放置达到如图1所示的平衡状态，求气体的压强p1。
(2)将气缸竖直放置，达到平衡，如图2所示，求气体的压强p2。
[解析] (1)气缸处于题图1所示的位置时，气缸内气体压强为p1，对于活塞和杆，由力的平衡条件得p0SA＋p1SB＝p1SA＋p0SB
解得p1＝1.0×105 Pa。
(2)气缸处于题图2所示位置时，气缸内气体压强为p2，对于活塞和杆，由力的平衡条件得p0SA＋p2SB＋(mA＋mB)g＝p2SA＋p0SB
解得p2＝1.1×105 Pa。
[答案] (1)1.0×105 Pa (2)1.1×105 Pa
5．如图所示，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，取T＝t＋273 K。
(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？
[解析] (1)瓶内气体的始末状态的热力学温度分别为T＝(27＋273) K＝300 K，T′＝(37＋273) K＝310 K
温度变化过程中体积不变，故由查理定律有＝
解得p′＝1.085×105 Pa。
(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。
[答案] (1)1.085×105 Pa (2)0.97倍
课时分层作业(三十四) 固体、液体和气体
1．以下现象中，主要是由分子的热运动引起的是( )
A．菜籽油滴入水中后会漂浮在水面
B．含有泥沙的浑水经过一段时间会变清澈
C．密闭容器内悬浮在水中的花粉颗粒移动
D．荷叶上水珠呈球形
C [菜籽油滴入水中漂浮在水面主要是由于油的密度小于水的密度，A项错误；含有泥沙的浑水经过一段时间会变清澈是由于泥沙的平均密度大于水的密度，泥沙在重力的作用下向下沉，所以水变清澈，B项错误；密闭容器内悬浮在水中的花粉颗粒移动，是因为水分子的热运动撞击花粉颗粒，造成了花粉颗粒受力不平衡，C项正确；荷叶上的水珠呈球形是表面张力的作用，是分子间作用力的结果，D项错误。]
2．(2025·广东茂名质检)下列说法错误的是( )
A．晶体有固定的熔点
B．液晶既有液体的流动性，又有晶体的各向异性
C．物体吸收热量后，其温度一定升高
D．雨水没有透过布质雨伞是因为液体表面张力的存在
C [晶体有固定的熔点，A项正确；液晶既有液体的流动性，又有晶体的各向异性，B项正确；物体吸收热量的同时，可能还对外做功，其温度不一定升高，C项错误；雨水没有透过布质雨伞是因为液体表面存在张力，从而不会透过雨伞，D项正确。]
3．(多选)(2024·河北卷)如图，水平放置的密闭绝热气缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与气缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。气缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在气缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后( )
A．弹簧恢复至自然长度
B．活塞两侧气体质量相等
C．与初始时相比，气缸内气体的内能增加
D．与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少
ACD [活塞密封不严，左侧封闭气体向右侧真空扩散，当活塞重新静止时，活塞左右两侧气体压强相等，对活塞受力分析可知，其不受弹簧弹力，即弹簧恢复至自然长度，A正确；由于初始时活塞左侧有气体、右侧真空且活塞静止，则初始时弹簧处于压缩状态，又此时活塞静止在气缸正中间，则当活塞重新静止时，有V左4．“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 [根据题图可知，a到b为等压升温过程，根据＝C可知，压强不变，温度升高，则体积增大，p-T图像中图线上的点与坐标原点连线的斜率与体积成反比，则b到c的过程，体积增大，则B正确，A、C、D错误。]
5．(多选)关于一定质量的理想气体状态变化图像的描述，正确的是( )
A．图1中理想气体的体积一定不变
B．图2中理想气体的温度一定不变
C．图3中理想气体的压强一定不变
D．图4中理想气体从P到Q，可能经过了温度先降低后升高的过程
AC [由理想气体状态方程＝C可知，A、C两项正确；若温度不变，p-V图像应该是双曲线的一支，题图2不一定是双曲线的一支，B项错误；题图4中理想气体从P到Q，经过了温度先升高后降低的过程，D项错误。]
6．如图所示为某喷雾器简化原理图，其药液桶的总容积为15 L，装入药液后，封闭在药液上方的空气体积为2 L，气压为1 atm。用打气筒活塞可以打进空气，如果药液上方的气体压强达到6 atm时停止打气，并开始向外喷药，那么当喷雾器不能再向外喷药时，桶内剩下的药液还有多少升(不考虑环境温度的变化和药液的压强)( )
A．4 L B．3 L
C．2 L D．1 L
B [以药液上方空气为研究对象，开始向外喷药时，p1＝6 atm，V1＝2 L，当不能再向外喷药时，桶内空气的压强p2＝1 atm，根据玻意耳定律得p1V1＝p2V2，解得V2＝12 L，剩下的药液体积V＝15 L－12 L＝3 L。]
7．(2021·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。
[解析] 未向药瓶内注入气体前，药瓶内气体的压强p0＝1.0×105 Pa，体积V1＝0.4 mL，
注射器内气体的压强p0＝1.0×105 Pa，体积V0＝0.3×0.4 mL＝0.12 mL，
将注射器内气体注入药瓶后，药瓶内气体的体积
V2＝V1＝0.4 mL，设压强为p2，
根据玻意耳定律有p0(V1＋V0)＝p2V2，解得p2＝1.3×105 Pa。
[答案] 1.3×105 Pa
8．(2024·广东深圳一模)遇到突发洪水时，可以借助塑料盆进行自救，简化模型如图所示，塑料盆近似看成底面积为S的圆柱形容器，把塑料盆口向下竖直轻放在静止水面上，用力竖直向下缓慢压盆底，当压力为F时恰好使盆底与液面相平，忽略塑料盆的厚度及盆的重力，已知大气压强为p0，重力加速度为g，水的密度为ρ，求：
(1)此时盆内空气的压强p；
(2)此时塑料盆口的深度d。
[解析] (1)根据平衡条件可得F＋p0S＝pS
解得p＝p0＋。
(2)当塑料盆轻放在静止水面上时，盆内封闭气体的压强、体积分别为p1＝p0，V1＝Sd
当盆底与水面相平时，设进入盆内水的液面距盆底h，盆内压强、体积分别为p2＝p，V2＝Sh
而根据等压面法可知p2＝p0＋ρgh
根据题意p1V1＝p2V2
联立以上各式可得d＝。
[答案] (1)p0＋ (2)
9．如图所示，竖直放置的两口径大小不同的气缸中间相通，两端开口。面积分别为SA、SB的上下活塞之间用硬杆相连，且SAA．向下移动，压强下降 B．向下移动，压强不变
C．向上移动，压强上升 D．向上移动，压强不变
B [以两活塞和硬杆组成的整体为研究对象进行受力分析，p0SA＋pSB＋(mA＋mB)g＝p0SB＋pSA，解得封闭气体的压强p＝，因为气体缓慢加热，可认为它一直处于受力平衡状态，封闭气体压强不变。温度上升ΔT，气体体积增加，所以活塞向下移。]
10．(2024·广东深圳二模)如图所示，在趣味小实验中，将一定质量的乒乓球放在一个粗细均匀的竖直薄圆管下端，通过乒乓球和活塞在管内封闭一定高度的某种液体和气体，当封闭气体压强为p时，乒乓球恰好不掉落。已知液柱高度远大于乒乓球直径，圆管横截面积为S，为了防止乒乓球掉落，将活塞缓慢上移使气柱长度增加一半。求此时：
(1)封闭气体的压强；
(2)管口对乒乓球的作用力大小。
[解析] (1)由题意可知封闭气体发生等温变化，根据p1V1＝p2V2
其中V1＝SL，V2＝S×1.5L
解得p2＝。
(2)由于封闭气体压强减小，故而管口对乒乓球产生竖直向下的弹力FN，根据乒乓球所受合力为零，可得p2S＋ρgh·S＋mg＋FN＝p0S
pS＋ρgh·S＋mg＝p0S
解得FN＝。
[答案] (1) (2)
21 / 21课时分层作业(三十四) 固体、液体和气体
说明：单选题每小题4分，多选题每小题6分；本试卷共67分
1．以下现象中，主要是由分子的热运动引起的是( )
A．菜籽油滴入水中后会漂浮在水面
B．含有泥沙的浑水经过一段时间会变清澈
C．密闭容器内悬浮在水中的花粉颗粒移动
D．荷叶上水珠呈球形
2．(2025·广东茂名质检)下列说法错误的是( )
A．晶体有固定的熔点
B．液晶既有液体的流动性，又有晶体的各向异性
C．物体吸收热量后，其温度一定升高
D．雨水没有透过布质雨伞是因为液体表面张力的存在
3．(多选)(2024·河北卷)如图，水平放置的密闭绝热气缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与气缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。气缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在气缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后( )
A．弹簧恢复至自然长度
B．活塞两侧气体质量相等
C．与初始时相比，气缸内气体的内能增加
D．与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少
4．“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
5．(多选)关于一定质量的理想气体状态变化图像的描述，正确的是( )
A．图1中理想气体的体积一定不变
B．图2中理想气体的温度一定不变
C．图3中理想气体的压强一定不变
D．图4中理想气体从P到Q，可能经过了温度先降低后升高的过程
6．如图所示为某喷雾器简化原理图，其药液桶的总容积为15 L，装入药液后，封闭在药液上方的空气体积为2 L，气压为1 atm。用打气筒活塞可以打进空气，如果药液上方的气体压强达到6 atm时停止打气，并开始向外喷药，那么当喷雾器不能再向外喷药时，桶内剩下的药液还有多少升(不考虑环境温度的变化和药液的压强)( )
A．4 L B．3 L
C．2 L D．1 L
7．(9分) (2021·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。
8．(13分) (2024·广东深圳一模)遇到突发洪水时，可以借助塑料盆进行自救，简化模型如图所示，塑料盆近似看成底面积为S的圆柱形容器，把塑料盆口向下竖直轻放在静止水面上，用力竖直向下缓慢压盆底，当压力为F时恰好使盆底与液面相平，忽略塑料盆的厚度及盆的重力，已知大气压强为p0，重力加速度为g，水的密度为ρ，求：
(1)此时盆内空气的压强p；
(2)此时塑料盆口的深度d。
9．如图所示，竖直放置的两口径大小不同的气缸中间相通，两端开口。面积分别为SA、SB的上下活塞之间用硬杆相连，且SAA．向下移动，压强下降 B．向下移动，压强不变
C．向上移动，压强上升 D．向上移动，压强不变
10．(13分) (2024·广东深圳二模)如图所示，在趣味小实验中，将一定质量的乒乓球放在一个粗细均匀的竖直薄圆管下端，通过乒乓球和活塞在管内封闭一定高度的某种液体和气体，当封闭气体压强为p时，乒乓球恰好不掉落。已知液柱高度远大于乒乓球直径，圆管横截面积为S，为了防止乒乓球掉落，将活塞缓慢上移使气柱长度增加一半。求此时：
(1)封闭气体的压强；
(2)管口对乒乓球的作用力大小。
1 / 4 固体、液体和气体
1．固体
固体通常可分为晶体和非晶体，其结构和性质见表：
分类 比较 晶体 非晶体
单晶体 多晶体
外形 规则 不规则
熔点 确定 不确定
物理性质 各向异性 各向同性
微观结构 组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列 [注意] 多晶体中每个小晶体间的排列无规则 无规则
2．液体的表面张力
(1)成因：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________。
(2)作用：液体的表面张力使液面具有收缩到表面积________的趋势。
(3)方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线________。
3．液晶
(1)物理性质
①具有液体的________性。
②具有晶体的光学各向________性。
(2)微观结构
从某个方向看，其分子排列比较整齐，但从另一个方向看，分子的排列是杂乱无章的。
4．气体压强
(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。
(2)决定因素
①宏观上：决定于气体的温度和________。
②微观上：决定于分子的平均动能和分子的____________。
5．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p与体积V成________ 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成______ 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成________
表达式 p1V1＝____ ＝____ ＝____
6．理想气体状态方程
(1)理想气体：宏观上讲，理想气体是指在任何温度、任何压强下都遵守________________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。微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他相互作用力，即分子间无分子势能。
(2)一定质量的理想气体的状态方程：＝________或＝C。
1．易错易混辨析
(1)所有晶体都具有天然、规则的几何外形。 ( )
(2)有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体。 ( )
(3)液体表面层分子之间的距离比内部要小些。 ( )
(4)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。 ( )
(5)一定质量的理想气体，保持温度不变时，体积增大，压强减小。 ( )
2．(人教版选择性必修第三册改编)如图所示，把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就变钝了。产生这一现象的原因是( )
A．玻璃是非晶体，熔化再凝固后变成晶体
B．玻璃是晶体，熔化再凝固后变成非晶体
C．熔化的玻璃表面分子间表现为引力使其表面绷紧
D．熔化的玻璃表面分子间表现为斥力使其表面扩张
3．(人教版选择性必修第三册改编)(多选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触石蜡层背面上一点，石蜡熔化的范围分别如图(1)、(2)、(3)所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(4)所示。下列判断正确的是( )
A．甲、乙为非晶体，丙是晶体
B．甲、丙为晶体，乙是非晶体
C．甲、丙为非晶体，乙是晶体
D．甲可能为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体
4．(人教版选择性必修第三册)如图所示，向一个空的铝制饮料罐(即易拉罐)中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱(长度可以忽略)。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。已知铝罐的容积是360 cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为，吸管的有效长度为 20 cm，当温度为25 ℃时，油柱离管口10 cm，T＝t＋273 K。
(1)吸管上标刻温度值时，刻度是否应该均匀；
(2)估算这个气温计的测量范围(结果保留1位小数)。
固体、液体的性质
1．晶体和非晶体的理解
(1)凡是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。
(2)凡是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。
(3)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。
(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。
2．液体表面张力的理解
形成原因 表面层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
[典例1] (多选)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体，下列关于玻璃的说法正确的是( )
A．没有固定的熔点
B．天然具有规则的几何形式
C．沿不同方向的导热性能相同
D．分子在空间上周期性排列
[听课记录]
气体压强的理解与计算
1．气体压强
(1)产生原因：大量气体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：从微观上说，质量一定的气体，压强由气体分子的平均动能和分子数密度决定；从宏观上说，气体的压强由气体体积和温度共同决定。
2．气体压强计算的两类模型
模型 图示 方法解析
活塞模型 图1中活塞的质量和图2液体的质量均为m，活塞或管的横截面积均为S，外界大气压强为p0 图1活塞平衡有： p0S＋mg＝pS p＝p0＋ 图2中的液柱也可以看成“活塞”，液柱处于平衡状态有： pS＋mg＝p0S p＝p0－＝p0－ρ液gh
连通器模型 同一液体中的相同高度处压强一定相等 气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来。则有：(外界大气压强为p0) pB＋ρgh2＝pA 又pA＝p0＋ρgh1 则pB＝p0＋ρg(h1－h2)
[典例2] 已知大气压强为p0，重力加速度为g，图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭的气体的压强。
[听课记录]
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处的压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强
气体实验定律与理想气体状态方程
1．利用气体实验定律解决问题的基本思路
2．几个重要的推论
(1)查理定律的推论：Δp＝ΔT。
(2)盖-吕萨克定律的推论：ΔV＝ΔT。
(3)理想气体状态方程的推论：＝…。
3．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。
单独气体的状态变化问题
[典例3] (2022·广东卷)玻璃瓶可作为测量水深的简易装置。如图所示，潜水员在水面上将80 mL水装入容积为380 mL的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底，倒置瓶身，打开瓶盖，让水进入瓶中，稳定后测得瓶内水的体积为230 mL。将瓶内气体视为理想气体，全程气体不泄漏且温度不变。大气压强p0取1.0×105Pa，重力加速度g取10 m/s2，水的密度ρ取1.0×103 kg/m3。求水底的压强p和水的深度h。
[听课记录]
“关联”气体的状态变化问题
[典例4] (2024·广东卷)差压阀可控制气体进行单向流动，广泛应用于减震系统。如图所示，A、B两个导热良好的气缸通过差压阀连接，A内轻质活塞的上方与大气连通，B内气体体积不变。当A内气体压强减去B内气体压强大于Δp时差压阀打开，A内气体缓慢进入B中；当该差值小于或等于Δp时差压阀关闭。当环境温度T1＝300 K时，A内气体体积VA1＝4.0×10-2 m3，B内气体压强pB1等于大气压强p0，已知活塞的横截面积S＝0.10 m2，Δp＝，p0＝1.0×105 Pa，重力加速度大小取g＝10 m/s2，A、B内的气体可视为理想气体，忽略活塞与气缸间的摩擦、差压阀与连接管内的气体体积不计。当环境温度降到T2＝270 K时：
(1)求B内气体压强pB2；
(2)求A内气体体积VA2；
(3)在活塞上缓慢倒入铁砂，若B内气体压强回到p0并保持不变，求已倒入铁砂的质量m。
[听课记录]
气体状态变化图像
1．对几种图像的理解
类别图线 特点 图像
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
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
2．图像的应用与转换
(1)利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析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。
(2)转换技巧
①如图1所示，V1对应虚线为等容线，A、B分别是虚线与T2、T1两线的交点，可以认为从B状态通过等容升压到A状态，温度必然升高，所以T2>T1。
②如图2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V2[典例5] (多选)(2024·海南卷)一定质量的理想气体从状态a开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过O点，下列说法正确的是( )
A．bc过程外界对气体做功
B．ca过程气体压强不变
C．ab过程气体放出热量
D．ca过程气体内能减小
[听课记录]
气体状态变化图像的分析方法
(1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；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。
(2)明确图像斜率的物理意义：在V-T图像(p-T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。
(3)明确图像面积的物理意义：在p-V图像中，p-V 图线与V轴所围面积表示气体对外界或外界对气体所做的功。
1．石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成单层二维六边形晶格结构的新材料，一层层叠起来就是石墨，1毫米厚的石墨约有300万层石墨烯。下列关于石墨烯的说法正确的是( )
A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体
B．石墨烯中的碳原子始终静止不动
C．石墨烯熔化过程中碳原子的平均动能不变
D．石墨烯中的碳原子之间只存在引力作用
2．(2024·海南卷)用铝制易拉罐制作温度计，一透明薄吸管里有一段油柱(长度不计)粗细均匀，吸管与罐密封性良好，罐内气体可视为理想气体，已知罐体积为330 cm3，薄吸管底面积，罐外吸管总长度为20 cm，当温度为27 ℃时，油柱离罐口10 cm，不考虑大气压强变化，下列说法正确的是( )
A．若在吸管上标注等差温度值，则刻度左密右疏
B．该装置所测温度不高于31.5 ℃
C．该装置所测温度不低于23.5 ℃
D．其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，则油柱离罐口距离增大
3．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
4．如图所示，气缸由两个截面不同的圆筒连接而成，活塞A、B被轻质刚性细杆连接在一起，可无摩擦移动，A、B的质量分别为mA＝12.0 kg、mB＝8.0 kg，横截面积分别为SA＝4.0×10-2 m2、SB＝2.0×10-2 m2，一定质量的理想气体被封闭在两活塞之间，活塞外侧与大气相通，大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。
(1)气缸水平放置达到如图1所示的平衡状态，求气体的压强p1。
(2)将气缸竖直放置，达到平衡，如图2所示，求气体的压强p2。
5．如图所示，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，取T＝t＋273 K。
(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？
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