第二章 气体、固体和液体 章末总结 课件-2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册（51页PPT）

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第二章 气体、固体和液体
培优帮丨章末总结
析课标 素养清单
物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任
1.理解热学中的 平衡态及状态 参量；掌握气 体状态变化规 律，能运用气 体实验的三个 定律分析求解 实际问题。 1.通过类比、推 理、论证，理 解气体状态参 量，区别平衡 态和热平衡， 掌握晶体和非 晶体的特点， 了解液晶的主 要性质。 1.通过实验室观察和 互联网学习，了解形 形色色的温度计，明 白测温原理，提高实 际应用能力。 1.通过对固体、液体和气体
等内容的学习，认识物质的
多样性。认识科学的本质，
获得学习的好奇心和求知
欲，激发探索自然的内在动
力，关心科技的发展。
物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任
2.建构理想气体 模型，掌握理 想气体状态方 程的应用。 2.通过实验探究气体 等温变化的规律，能 通过科学、合理的操 作方法获取数据、处 理数据，得出正确的 结论。 2.通过观察生活现象和实
验，了解固体、液体和气体
的微观结构。在学习与研究
中做到实事求是，能与他人
合作、敢于质疑，认识到材
料科学对人类生活和科技发
展的影响，增强民族振兴的
社会责任感。
续表
物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任
3.了解固体的微 观结构，知道 晶体和非晶体 的特点；了解 液体的主要特 性，体会物质 的多样性，形 成正确的物理 观念。 3.通过微观理论 的分析，对气 体实验定律进 行微观解释， 认识固体和液 体的性质。 3.通过实验观察，认 识固体和液体的主要 性质，能列举生活中 的晶体和非晶体，观 察并分析生活中与表 面张力相关的实例， 提高实验观察、分析 探究能力。
续表
例1 某同学用如图2-1甲所示的装置探究气体等温变化的规律。在橡胶塞和柱塞间封
闭着一段空气柱，空气柱的长度可以从刻度尺读取，空气柱的压强 可以从与空气
柱相连的压强计读取。缓慢地向下压或向上拉柱塞，保持空气柱的温度不变，测量
空气柱的长度及对应的压强，得到如图乙所示的 图像。#1
图2-1
（1）为了更直观地处理数据，将图乙化曲为直，绘制了如图丙所示的拟合直线，则
图丙的横轴为__（选填“”“”“”或“ ”）。
【解析】根据理想气体状态方程（常量）及,可得 ,故图丙的横
轴为 。
（2）本实验探究的是气体等温变化时压强与体积 变化的规律，但测量时却测量
了空气柱的长度，用代替 的理由是___。
A
A.空气柱的横截面积 恒定
B.空气柱的温度恒定
C.空气柱的压强恒定
【解析】空气柱的体积,其中为空气柱的横截面积，由于空气柱的横截面积
恒定不变，所以可用代替 ,故选A。
（3）根据实验数据，得出的结论为___。
B
A.一定质量的气体等温变化时，压强与体积成正比
B.一定质量的气体等温变化时，压强与体积成反比
C.一定质量的气体等容变化时，压强与温度成正比
D.一定质量的气体等容变化时，压强与温度成反比
【解析】本实验探究的是气体等温变化的规律，即控制温度不变，探究气体压强和
体积的关系，用到了控制变量法，结合实验数据，得出的结论为一定质量的气体等
温变化时，压强与体积成反比。故选B。
例2 (2024·全国甲卷)如图2-2，一竖直放置的汽缸内密封有一定量的气体，一不计厚
度的轻质活塞可在汽缸内无摩擦滑动，移动范围被限制在卡销、之间， 与汽缸
底部的距离，活塞的面积为。初始时，活塞在卡销 处，汽
缸内气体的压强、温度与活塞外大气的压强、温度相同，分别为 和
。在活塞上施加竖直向下的外力，逐渐增大外力使活塞缓慢到达卡销 处
（过程中气体温度视为不变），外力增加到 并保持不变。
图2-2
（1）求外力增加到时，卡销 对活塞支持力的大小;
【答案】
【解析】活塞从卡销运动到卡销 的过程中，气体发生等温变化，由玻意耳定律有
，其中
外力增加到 时，对活塞，由力的平衡条件有
联立并代入数据解得卡销 对活塞支持力的大小为
。
（2）再将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，求当活塞刚好能离开卡销 时气体
的温度。
【答案】
【解析】当活塞刚好能离开卡销时，对活塞，根据平衡条件有
从开始升温至活塞刚好能离开卡销，气体发生等容变化，由查理定律有
联立并代入数据，解得活塞刚好能离开卡销时，密封气体的温度为 。
信息提取析题意
关键表述 物理规律
活塞运动过程中，汽缸内气体温
度不变，发生等温变化。
汽缸内气体压强增大，发生等容
变化。
图2-4
例3 图2-4表示一定质量的气体的状态 的图像，其
中的延长线通过坐标原点，和分别与轴和 轴平行。则
下列说法正确的是( )
D
A. 过程气体压强增加
B. 过程气体压强不变
C. 过程气体单位体积内的分子数减小
D. 过程气体分子平均动能增加
【解析】过各点的等压线如图2-5所示，从状态到状态 ，在同一条过原点的倾斜直
线上，所以过程气体压强不变，A错误；从状态到状态 ，等压线的斜率变
大，则压强变小，B错误；从状态到状态 ，体积减小，则单位体积内的分子数增
大，C错误；从状态到状态 ，温度升高，则分子平均动能增大，D正确。
图2-5
图2-6
例4 (2025·福建福州期末)如图2-6甲所示为某气压型弹
跳杆，其核心部分可简化为如图乙所示，竖直倒立的圆
柱形汽缸导热性良好，连杆一端与水平地面接触，另一
端与横截面积为 的活塞连接，活塞与汽缸的重力均不
计，活塞与汽缸间的摩擦不计。汽缸内密封有一定质量
的理想气体，没有站人时活塞位于距缸底为的 处。
当某同学站上弹跳杆踏板最终稳定后（人静止在汽缸
上），活塞位于距离缸底的 处。已知大气压
强为，外界环境温度为，重力加速度为，汽缸始终竖直。
（1）求该同学的质量 。
【答案】
[第1步：求站人后密封气体的压强]
以被密封气体为研究对象，活塞从位置到位置 ，气体发生等温变化，由玻意耳定
律可知
由题意可知
则
[第2步：根据平衡条件求该同学的质量]
对汽缸，由力的平衡条件得
解得 。
（2）若环境温度升高了 ，该同学仍然站在踏板上，稳定时活塞与汽缸底部的
距离为多少？
【答案】
【解析】初始温度
升高温度后
此过程气体发生等压变化，根据盖-吕萨克定律有
即
解得 。
（3）使用一段时间后，汽缸内气体有部分漏出。若环境温度仍为 ，换一个质
量为的同学站上该弹跳杆，稳定时活塞也位于 处，则漏出气体的质量与原来汽
缸中气体质量的比值为多大？
【答案】
[第1步：求漏气换人后汽缸内气体的压强和体积]
漏气换人后，由平衡条件知，气体压强
气体体积为
[第2步：根据玻意耳定律求，如果未漏气，汽缸内气体压强为 时的体积]
根据玻意耳定律知，如果未漏气，汽缸内气体压强为时，体积 满足
解得
[第3步：求漏出的压强为 的气体的体积]
漏出的压强为的气体的体积
[第4步：求漏出气体与原来气体质量的比值]
漏出气体的质量与原来气体质量的比值 。
例5 (中科大自主招生试题)如图2-7所示，绝热汽缸与导热汽缸 均固定于地面，由
刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦，两汽缸内装有处于平衡状态的理想气
体，开始时体积均为、温度均为，缓慢加热中气体，停止加热达到稳定后，
中气体压强为原来的1.2倍。设环境温度始终保持不变，求汽缸中气体的体积 和
温度 。
图2-7
【答案】;
【解析】设初态压强为，稳定后，、中气体压强相等，均为,对 中气体，
根据玻意耳定律，有
解得
对 中气体，根据理想气体的状态方程，有
解得 。
【强化训练丨变式题】
1.(北京大学夏令营试题)有一个近乎真空的容器，其体积为 ，测得其内部
压强为,现将其温度升高至 ，吸附在壁上的分子由于受热
而逸出，此时又测得其内部压强为 ，则吸附在壁上的分子的数量级
为( )
B
A. B. C. D.
【解析】根据理想气体状态方程可得 ，约
为 个分子，选项B正确。
2.(北京大学博雅计划试题)新温标 ，单位为D，水的冰点温
度定义为。为理想气体在冰点时的压强。新温标下的 理想气体的状
态方程是_ ________________,该温标 的范围是__________。
【解析】理想气体在热力学温标下的状态方程为
在水的冰点温度时，压强为 ，则有
两式联立得
代入新温标关系有，得式中的单位为
代入热力学温标下气体状态方程得
根据可知，新温标的取值范围为 。
设情境 素养提升
问题情境1 “拧毛巾”和“液桥”实验——物理观念
例6 “拧毛巾”和“液桥”都是我国航天员在空间站里展示的有趣实验。航天员先将干
毛巾一端沾水，使得整个毛巾被完全浸湿，然后再用双手试图拧干，只见从毛巾中
挤出的水像一层果冻一样紧紧地吸附在毛巾的外表面，航天员的手上也沾有一层厚
厚的水。2022年3月23日，我国航天员王亚平还在空间站做了“液桥”实验，如图2-8
所示。关于这两个现象，下列描述不正确的是( )
A
图2-8
A.在地球上能将湿毛巾“拧干”是因为水不能浸润毛巾
B.在空间站里干毛巾沾水后被完全浸湿是毛细现象
C.水对航天员的手和液桥板都是浸润的
D.“液桥”实验装置脱手后两液桥板最终合在一起，这是水的表面
张力在起作用
本题以“拧毛巾”和“液桥”实验为背景命题，考查考生对液体的表面张力、浸润和不
浸润、毛细现象等知识的掌握情况，要求考生熟练掌握物理基本概念与基本规律，
体现了对物理观念的考查。
【解析】水能浸润毛巾，在地球上能将湿毛巾“拧干”是因为重力的作用，故A错误；
毛巾中有很多小缝隙，就相当于有很多毛细管，在空间站里水会沿毛巾的缝隙不断
扩散，所以干毛巾沾水后被完全浸湿是毛细现象，故B正确；浸润指液体与固体发生
接触时，液体附着在固体表面或渗透到固体内部的现象，此时对该固体而言，该液
体叫作浸润液体，由题意知，水对航天员的手和液桥板都是浸润的，故C正确；“液
桥”实验装置脱手后两液桥板最终合在一起，这是水的表面张力在起作用，故D正确。
问题情境2 吸盘挂钩——生活实际
图2-9
例7 [教材第43页“复习与提高”B组第2题改编]
吸盘挂钩给人们的生活带来了便利，某次使用
时，先将吸盘自然扣在墙壁上，吸盘内气体体
积为 ，接着按住锁扣把吸盘紧压在墙壁上
（如图2-9甲所示），吸盘中的空气被挤出一部
分，然后将锁扣扳下（如图乙所示），让锁扣
以盘盖为依托把吸盘向外拉出，吸盘就被牢牢
地固定在墙壁上，已知吸盘内剩余气体的压强
为、体积为，大气压强为 ，气体可视为理想气体，忽略整个过程气体温
度的变化。求吸盘内被挤出气体的质量与紧压前吸盘内气体质量的比值。
本题以生活中常见的吸盘挂钩为背景命题，解答时需选取吸盘内被挤出的气体和吸
盘内剩余气体为研究对象，将变质量问题转化为定质量问题。
【答案】
【解析】把吸盘紧压在墙壁上的过程中，气体发生等温变化，设紧压前吸盘内气体
压强变为时体积为，由玻意耳定律得
解得
设被挤出气体的体积为，由题意知
则吸盘内被挤出气体的质量与紧压前吸盘内气体质量的比值
解得 。
问题情境3 伽利略温度计—— 模型建构
图2-10
例8 [链接教材第21页图2.1-2]伽利略温度计的结构如图2-10所示。玻璃
泡的容积为，内封有一定质量的气体，与相连的 管插在液体槽中，
液体密度为 ，管内液柱的横截面积为，已知环境温度为 时，管内、
外液面的高度差为，当环境温度变化时， 即可反映泡内气体的温度
（即环境温度），并可由管上的刻度直接读出。已知大气压强为 ，
重力加速度为，只有在近似条件下温度和 的关系才是线性关系。
（1）在下述条件下求此线性关系：
①管的容积远小于 泡的容积；
【答案】
【解析】由于管的容积与 泡的容积相比可忽略不计，温度变化过程可认为是等容
变化过程，根据查理定律有
解得 。
②管内液体的密度很小，引起的压强远小于大气压强。
【答案】
【解析】管内液体引起的压强远小于大气压强，温度变化过程可认为是等压变化过
程，根据盖-吕萨克定律有
解得 。
（2）试分析指出这种温度计的缺点。
【答案】见解析
【解析】温度变化时，管内液体的高度发生变化，导致封闭气体的体积和压强都发
生变化，所以刻度不均匀；近似条件的限制使得它的测量范围限制在很小的区间内；
第①种情况，在环境大气压发生变化时，测量结果需要修正。
本题以伽利略温度计为背景命题，要求学生明白“管的容积远小于 泡的容积”及“管
内液体的密度很小，引起的压强远小于大气压强”的含义，能够据此建立对应的理想
气体模型并进行分析求解，同时能够根据建立模型时忽略的次要因素分析误差。
刷真题 体验高考
图2-11
1.(2023·江苏卷)如图2-11所示,密闭容器内一定质量的理想气体由
状态变化到状态 。该过程中( )
B
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
【解析】
理想气体状态方程（常量）气体从到，体积 不变
气体分子的数密度不变，A错误。
气体的温度 压强
气体压强的微观解释
气体压强是由大量分子与容器壁的频繁碰撞产生的，它的大小取决于两个因素：①
气体分子平均动能的大小；②单位时间内在单位面积上碰撞的气体分子个数。当气
体分子数密度不变时，温度升高，不仅气体分子的平均动能增加了，而且由于气体
分子速率的增加，器壁在单位时间、单位面积上受到气体分子碰撞的次数也增加了。
图2-12
2.(上海高考题，多选)如图2-12所示，在水平放置的刚性汽缸内用
活塞封闭两部分气体和 ，质量一定的两活塞用杆连接。汽缸内
两活塞之间保持真空，活塞与汽缸壁之间无摩擦，左侧活塞面积较
大，、的初始温度相同。略抬高汽缸左端使之倾斜，再使、
AD
A.体积增大 B.体积减小 C. D.
【解析】气温不变时，抬高汽缸左端使之倾斜，由于活塞的重力作用， 部分气体压
强减小，部分气体压强增大，对两部分气体，由玻意耳定律得，体积增大， 体
积减小，再使、升高相同温度，可知 部分气体体积会继续增大，A项正确，B项
错误；仍以两个活塞和杆整体为研究对象，有 ，可得
,D项正确；压力的变化量 ,C项错误。
升高相同温度，气体最终达到稳定状态。若始末状态、的压强变化量、 均
大于零，对活塞压力的变化量为、 ，则 ( )
3.(广东高考题)在高空飞行的客机上，某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧，下飞
机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同。由此可判断，高
空客舱内的气体压强______（选填 “大于”“小于” 或“等于”）机场地面大气压强；从
高空客舱到机场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能______（选填“变大”“变小”
或“不变”）。
小于
不变
【解析】矿泉水瓶变瘪是由于机场地面的大气压强大于原来瓶内气压，而在高空客
舱内矿泉水瓶没有变瘪，是由于瓶内气压等于舱内气压，故高空客舱内气体压强小
于机场地面大气压强。
温度是分子平均动能的标志，机场地面温度与高空客舱内温度相同，故瓶内气体的
分子平均动能不变。
图2-13
4.(2025·海南卷)如图2-13，竖直放置的汽缸内，活塞横截面积
，活塞质量不计，活塞与汽缸无摩擦，最初活塞静止，
缸内气体温度，体积 ，大气压强
， 。
（1）若加热气体，活塞缓慢上升，气体体积变为
，求此时气体的温度 ；
【答案】
【解析】活塞缓慢上升过程中，气体发生等压变化，根据盖-吕萨克定律有
代入数据解得 。
（2）若往活塞上放的重物，保持温度 不变，求稳定之后，气体的体积
。
【答案】
【解析】设稳定后气体的压强为 ，对活塞，根据平衡条件有
初始状态气体压强与大气压强相等，为 ，整个过程气体发生等温变化，根据玻意
耳定律有
联立并代入数据解得 。
5.(2024·江苏卷)某科研实验站有一个密闭容器，容器内有温度为，压强为
的气体，容器内有一个面积0.06平方米的观测台，现将这个容器移动到月球，容器内
的温度变成 ，整个过程可认为气体的体积不变，月球表面为真空状态。求：
（1）气体现在的压强；
【答案】
【解析】由题已知：容器内气体的初始温度为，压强为 ，末
态温度为。设末态压强为 。
整个过程气体的体积不变，根据查理定律得
代入数据解得 。
（2）观测台对气体的压力大小。
【答案】
【解析】气体对观测台压力为
根据牛顿第三定律可知观测台对气体的压力与气体对观测台压力等大反向，即观测
台对气体的压力为 。
图2-14
6.(湖南高考题)小赞同学设计了一个用电子天平测量环
境温度的实验装置，如图2-14所示。导热汽缸开口向
上并固定在桌面上，用质量 、截面积
的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与
汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点 上，
左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相同细
绳竖直悬挂一个质量 的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天
平示数为时，测得环境温度。设外界大气压强 ,
重力加速度 。
（1）当电子天平示数为时，环境温度 为多少
【答案】
【解析】当电子天平的示数为 时，以铁块为研究对象，由力的平衡条件
有
以活塞为研究对象，由力的平衡条件有
联立解得
当电子天平的示数为时，同理得
气体的体积不变，根据查理定律有
联立解得 。
（2）该装置可测量的最高环境温度 为多少？
【答案】
【解析】当细绳对活塞的拉力为零时，气体的压强最大，为
气体的体积不变，根据查理定律有
解得 。
图2-15
7.(2023·全国乙卷)如图2-15，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度
均为的、两段细管组成，管的内径是管的2倍， 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 。现将
玻璃管倒置使管在上方，平衡后，管内的空气柱长度改变 。求
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
为压强单位）
【答案】管内气体压强为， 管内气体压强为
【解析】管在上方时，设管中气体的压强为，长度
则管中气体的压强为，长度
倒置后，管在上方，设管中气体的压强为，管内空气柱长度
已知管的内径是管的2倍，则水银柱长度为
则管中气体压强为
B管内空气柱长度
对 管中气体，由玻意耳定律有
对 管中气体，由玻意耳定律有
联立解得
。
图2-16
8.(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2-16所示，、 两个导热
良好的汽缸通过差压阀连接， 内轻质活塞的上方与
大气连通，的体积不变。当内气体压强减去 内气
体压强大于时差压阀打开，内气体缓慢进入 中；
当该差值小于或等于 时差压阀关闭。当环境温度
时，内气体体积；
内气体压强等于大气压强。已知活塞的横截面积， ，
。重力加速度大小取，、 内的气体可视为理想气体，
忽略活塞与汽缸间的摩擦，差压阀与连接管道内的气体体积不计，当环境温度降低
到 时：
（1）求内气体压强 ；
【答案】
【解析】对内的气体进行分析，假设汽缸中的气体并未进入到汽缸中，则 汽
缸中的气体发生等容变化，根据查理定律可得
解得
此时，汽缸中的气体与 汽缸中的气体压强差为
假设成立，故 。
（2）求内气体体积 ；
【答案】
【解析】由（1）可知， 汽缸中的气体发生等压变化，根据盖-吕萨克定律可得
代入数据解得 。
（3）在活塞上缓慢倒入铁砂，若内气体压强回到 并保持不变，求已倒入铁砂的
质量 。
【答案】
【解析】若内气体压强回到并保持不变，则说明此时 汽缸内气体的压强为
此时对活塞进行受力分析可得
代入数据解得 。