2022年高考物理复习夯实核心素养固体、液体和气体（解析版）

13.2固体、液体和气体

必备知识清单

一、固体和液体

i.固体

(1)固体分为晶体和非晶体两类.石英、云母、明矶、食盐、味精、蔗糖等是晶体.玻璃、

蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体.

(2)单晶体具有规则的几何形状，多晶体和非晶体没有规则的几何形状；晶体有确定的熔点，

非晶体没有确定的熔点.

(3)有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这

类现象称为各向异性.非晶体和多晶体在各个方向的物理性质都是一样的，这叫做各向同性.

2.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这缠的趋势.

②方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直.

(2)毛细现象：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锤的现象，毛

细管越细，毛细现象越明显.

3.液晶

(1)具有液体的流动性.

(2)具有晶体的光学各向显性.

(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.

二、气体

1.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，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.

2.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.

3.气体实验定律

玻意耳定律查理定律盖一吕萨克定律

一定质量的某种气体，一定质量的某种气体，在一定质量的某种气体，在

内容在温度不变的情况下，体积不变的情况下，压强压强不变的情况下，其体

压强与体积成反比与热力学温度成正比积与热力学温度成正比

表达式piV1=P2V2

T\"d一富Ti7T乂於一篁

P1/

图象1/

0*V(T---------'T(T----------

4.理想气体的状态方程

一定质量的理想气体的状态方程：嘴=嘴或牛=C.

命题点精析(一)固体和液体的性质

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

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

形成原因

相互作用力表现为引力

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

表面特性

一层绷紧的弹性薄膜，分子势能大于液体内部的分子势能

方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线

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，

效果

而在体积相同的条件下，球形的表面积最小

典型例题

I例11(多选)下列说法正确的是()

A.非晶体不可能转化为晶体

B.单晶体有确定的熔点，多晶体没有确定的熔点

C.彩色液晶显示器利用了液晶的光学各向异性的特点

D.玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，其尖端变钝，这是由于表面张力的作用

【答案】CD

【解析】有的非晶体在一定条件下可以转化为晶体，选项A错误；单晶体和多晶体都有确

定的熔点，选项B错误.

【练1】（多选）以下说法正确的是（）

A.玻璃是晶体，它有规则的几何形状

B.单晶体和多晶体都具有各向异性的物理性质

C.荷叶上的小水滴呈球形，这是表面张力使液面收缩的结果

D.形成液体表面张力的原因是液体表面层的分子分布比内部稀疏

【答案】CD

【解析】玻稿没有固定的熔点是非晶体，故A错误；单晶体具有各向异性的物理性质，多

晶体不具有各向异性的物理性质，故B错误；荷叶上的小水滴呈球形，这是表面张力使液

面收缩的结果，故C正确；形成液体表面张力的原因是液体表面层的分子分布比内部稀疏，

分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力，故D正确。

【练2】下列说法正确的是（）

A.将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体

B.在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变

C.把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，这是由于水表面存在表面张力

D.当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开，这是

由于水膜具有表面张力

【答案】C

【解析】将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒还是晶体，A错误；在熔化过程中，晶体要吸收

热量，但温度保持不变，内能要增加，故B错误：针浮在水面上，是由于水面分子间的作

用力较大，形成了液体的表面张力，故C正确；玻璃及水分子之间存在着引力，故我们很

难将玻璃板拉开，这不是因水膜的表面张力，故D错误。

命题点精析（二）气体压强的产生和计算

1.理解气体压强的三个角度

产生原因气体分子对容器壁频繁地碰撞产生的

宏观上决定于气体的温度和体积

决定因素取决于分子的平均动能和分子的密集

微观上

程度

2.平衡状态下气体压强的求法

选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象进行受力分析，

力平衡法

得到液柱（或活塞）的受力平衡方程，求得气体的压强

在连通器中，同一种液体（中间不间断）同一深度处压强相

等压面法等。液体内深。处总压强P=Po+"g〃，岛为液面上方的压

强

选取假想的液体薄片（自身重力不计）为研究对象，分析液片

液片法两侧受力情况，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

3.加速运动系统中封闭气体压强的求法

选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二

定律列方程求解。

【例2】如图所示，汽缸由两个截面不同的圆筒连接而成，活塞A、8被轻质刚性细杆连接在一

起，可无摩擦移动，A、8的质量分别为“A=12kg、,g=8.0kg,横截面积分别为8=4.0X10

nA$8=2.0X10-2m2,一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po=1.0X105pa

甲乙

⑴汽缸水平放置达到如图甲所示的平衡状态，求气体的压强0;

(2)将汽缸竖直放置，达到平衡，如图乙所示，求气体的压强0.

【答案】

(1)1.0X105pa⑵1.1X105pa

【解析】

(1)汽缸处于题图甲所示位置时，汽缸内气体压强为0,对于活塞和杆，由力的平衡条件

得

POSA+PISB=PIS/I+P()SB

解得pi=1.OX105Pa

(2)汽缸处于题图乙所示位置时，汽缸内气体压强为02,对于活塞和杆，由力的平衡条件得

POSA+P2sB+(，"A+=P25A+poSb

解得P2=1.1X105Pa.

【练3】若已知大气压强为Po，图中各装置均处于静止状态，液体密度均为p，重力加速

度为g,下列说法正确的是()

A.甲图中密闭气体的压强大小是Po+0g〃

B.乙图中密闭气体的压强大小是Po+/>g/7

C.丙图中密闭气体的压强大小是Po—

D.J图中密闭气体的压强大小是Po+pg/h

【答案】D

【解析】设玻璃管的横截面积为S:甲图中以液柱为研究对象，由平衡条件得：PS+pshg=

P0S,解得：P=Po-pgh,故A错误：乙图中以左管高出右管的液柱为研究对象，由平衡条

件得：PS+phsg=PaS,解得：P=PLpgh,故B错误；丙图中以玻璃管内的液柱为研究对

象，由平衡条件得：PS+pshgsin60°=PoS,解得：P—Po-pghsin600,故C错误；由丁

图所示可知，封闭气体压强尸=几+0g加，故D正确。

【练4】若已知大气压强为po,图中各装置均处于静止状态，液体密度均为p,重力加速度为g,

求各被封闭气体的压强.

【答案】

甲：po—pgh乙：p（）—pgh丙：PLgpghT：pn+pgh\

【解析】

题图甲中，以高为/?的液柱为研究对象，由平衡条件知“pS+2g/?S=p（）S

则p*=p»-pgh

题图乙中，以8液面为研究对象，由平衡条件知

pAS+pghS=p（）S

则pC=PA=po—pgh

题图丙中，以2液面为研究对象，由平衡条件有

PA'S+pg/?sin60°6=p（）S

巧

则ps=PA'=PL^pgh

题图丁中，以A液面为研究对象，由平衡条件得

psS=pnS+pgh\S

所以〃丁=p（）+pg/h.

命题点精析（三）实验：探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

1.实验目的：探究一定质量的气体在温度不变的条件下的压强与体积的关系.

2.实验器材：注射器、橡胶塞、压力表.如图所示.

3.实验数据的搜集

空气的压强〃可以从仪器上方的压力表读出，空气柱的长度/可以在玻璃管侧的刻度尺上读

出，空气柱的长度/与横截面积S的乘积就是它的体积V.

用手把柱塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组数据.

4.实验数据的处理

在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p-V图象中呈现为双曲线的一支，如图甲所

示.处理实验数据时，要通过变换，即画"一古图象，把双曲线变为直线，说明p和丫成反

比，如图乙所示.这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理规律比

较直接，容易得出相关的对实验研究有用的参数.

5.实验结论

一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强°与体积丫成反比，所以p—V图线是双

曲线的一支，但不同温度下的图线是不同的.如图是一定质量的气体分别在“、T2温度下

等温变化的p—V图线，其中温度较高的是亮.

6.注意事项

(1)本实验应用物理实验中常用的控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温

过程)，气体的压强和体积的关系.

(2)为保持等温变化，实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位.同时，改变体积过程

应缓慢，以免影响密闭气体的温度.为保证气体密闭，应在活塞与注射器壁间涂上润滑油,

注射器内外气体的压强差不宜过大.

(3)实验中所用的压力表精度较高，而气体体积是直接在注射器上读出的，其误差会直接影

响实验结果.

【例3】如图1所示，用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，操作步骤如下：

①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算

机逐一连接起来；

②移动活塞至某一位置，记录此时注射器内封闭气体的体积口和由计算机显示的气体

压强值Pi;

③重复上述步骤②，多次测量并记录；

④根据记录的数据，作出相应图像，分析得出结论。

（1）关于本实验的基本要求，下列说法中正确的是（选填选项前的字母）。

A.移动活塞时应缓慢一些

B.封闭气体的注射器应密封良好

C.必须测出注射器内封闭气体的质量

D.气体的压强和体积必须用国际单位

（2）为了能最直观地判断气体压强P与气体体积丫的函数关系,应作出（选填“尸

-V”或‘力一七”）图像。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条

线，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。

（3）在不同温度环境下，另一位同学重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确。环

境温度分别为♦、乃，且力＞石。在如图2所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之

间关系的是（选填选项的字母）。

【答案】（DAB（2）P—p过原点的倾斜直（3）AC

【解析】（1）由于该实验是“用气体压强传感器探究气体等温变化的规律”，条件是气体

质量一定，故实验中不能出现漏气现象；实验时应该缓慢一些，因为移动活塞时，相当于对

气体做功或者气体对外做功，如果太快的话，气体的温度就会发生变化，故A、B正确；等

温变化的规律为P％=尸2匕，所以不必要测出气体的质量，只要看它是否满足这样的变化规

律即可，故C错误；只要两边压强尸的单位统一，体积丫的单位统一，就可以得出等温变

化的规律，故D错误。

（2）如果作「一卜图像，因为它们的乘积是不变的，故这个图像应该是一条曲线，为了直

观地判断压强P与体积V的数量关系，正比关系更能形象直观地体现二者的关系，故应作

出尸一+的图像，在误差允许的范围内，尸一E图线是一条过原点的倾斜直线。

（3）由于实验操作和数据处理均正确，则温度高的对应的PV值较大，分别在图线上找到

两个点，则PV乘积较大的是『对应的图线，故4正确，8错误；设P=+，则k值大的对

应PV的乘积也大，即斜率越大的对应的温度越高，故C正确，D错误。

【练5】某同学利用如图1所示传感器装置做“探究气体等温变化的规律”实验中，按如

下操作步骤进行实验：

a.将注射器活塞移动到体积适中的Vo位置，接上软管和压强传感器，通过。/S系统记

录下此时的体积Vo与压强打;

b.用手握住注射器前端，开始缓慢推拉活塞改变气体体积；

c.读出注射器刻度表示的气体体积V,通过DIS系统记录下此时的V与压强P；

d.重复b、c两步操作，记录6组数据，作P-V图。

结合上述步骤，请你完成下列问题：

（1）该同学对器材操作错误的是,因为该操作通常会影响气体的

（选填“温度”“压强”或“体积”）。

（2）我们在探究一定质量气体压强跟体积关系的实验中，一定质量气体等温变化的P-V

图线如图2所示，图线的形状为双曲线的一支。一定质量的气体，不同温度下的等温线是不

同的，如图3所示•请判断图3中的两条等温线的温度力（选填心”“V”或“="）不。

【答案】（1）用手握住注射器前端温度（2）＜

【解析】(1)在进行该实验时要保持被封闭气体的温度不变，所以实验中，不能用手握

住注射器前端，否则会使气体的温度发生变化。

(2)在图像中，根据牛=C,epPV=CT,离坐标原点越远的等温线温度越高，故

T\<T2.

【练6】如图甲所示，用气体压强传感器“探究气体等温变化的规律”，操作步骤如下：

①把注射器活塞推至注射器中间某一位置，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；

③重复上述步骤②，多次测量；

④根据记录的数据，作出丫一：图线，如图乙所示.

(1)完成本实验的基本要求是(填正确答案标号).

A.在等温条件下操作

B.封闭气体的注射器密封性良好

C.必须弄清所封闭气体的质量

D.气体的压强和体积必须用国际单位

(2)理论上由V—9图线分析可知，如果该图线,就说明气体的体积跟压强的倒数成

正比，即体积与压强成反比.

(3)若实验操作规范正确，则图线不过原点的原因可能是,图乙

中Vo代表.

【答案】（1）AB（2）为过坐标原点的直线（3）压强传感器与注射器间有气体压强传感渊与

注射器间的气体体积

【解析】（1）该实验的条件是温度不变、气体质量一定，所以要在等温条件下操作，注射器

密封性要好，故A、B正确.研究质量一定的气体压强与体积的关系，不需要测量气体的质

量，故C错误.研究气体的压强和体积的比例关系，单位无需统一为国际单位，故D错误.

（2）根据理想气体状态方程竿=C可知，实验数据画出的丫一，图线应是过坐标原点的直线.

（3）题图乙所示图线的方程为V='_Vo,说明注射器中的气体体积小于实际的封闭气体体积,

结合实验的器材可知，截距％代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积.

命题点精析（四）气体状态变化的图像问题

1.四种图象的比较

类别特点（其中C为常量）举例

p-vpV=CT,即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远冬;

C

P

1p=cg,斜率左=CT,即斜率越大，温度越高

〃一万幺

0

r2>rIV

p=^T,斜率仁5，即斜率越大，体积越小

P-T

至7

O%<匕T

cCV

V-T斜率仁宗即斜率越大，压强越小昌

CP2Vpi'

2.分析技巧

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.

例如：（1）在图甲中，H对应虚线为等容线，A、B分别是虚线与“、Ti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，所以乃>△.

（2）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

V2<Vi.

OT,T

乙

【例4】（多选）回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50K.某台回热式制冷机工作时，

一定质量的氢气（可视为理想气体）缓慢经历如图13所示的四个过程，已知状态A和B的温

度均为27℃,状态C和力的温度均为-133°C,下列判断正确的是（）

A.气体由状态A到B过程，温度先升高后降低

B.气体由状态8到C过程，内能保持不变

C.气体由状态C到。过程，气体对外做功

D.气体由状态。到A过程，其热力学温度与压强成正比

【答案】ACD

【解析】状态A和B的温度相等，根据牛=C,经过A、8的等温线应是过A、8的双曲线

的一部分，沿直线由A到8,pV先增大后减小，所以温度先升高后降低，故A正确；理想

气体由状态8到C过程，体积不变，根据牛=C可知，压强减小，温度降低，则内能减小，

故B错误；气体由状态C到。过程，体积增大，气体对外做功，故C正确；气体由状态。

到A过程，体积不变，根据牛=C,其热力学温度与压强成正比，故D正确.

【练7】一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化，问:

(1)已知从A到8的过程中，气体的内能减少了300J,则从A到B气体吸收或放出的热量是

多少；

(2)试判断气体在状态8、C的温度是否相同.如果知道气体在状态C时的温度Tc=300K,

则气体在状态A时的温度为多少.

【答案】(1)气体放出热量1200J(2)〃=l200K.

【解析】(1)从A到B,外界对气体做功，

有W=p^V=15X104X(8-2)X10-3J=900J

根据热力学第一定律△U=W+Q

Q=\U-W=-\200J,即气体放出热量1200J

⑵由题图可知PBVB=PCVCT故TB=TC

根据理想气体状态方程有喑1=噜

TATC

代入题图中数据可得：7^=1200K.

【练8】(多选)热学中有很多图象，对图中一定质量的理想气体图象的分析，正确的是()

oTOV

甲

A.图甲中理想气体的体积一定不变

B.图乙中理想气体的温度一定不变

C.图丙中理想气体的压强一定不变

D.图丁中实线对应的气体温度一定高于虚线对应的气体温度

【答案】ACD

【解析】由理想气体状态方程竿=（；可知，A、C正确：若温度不变，/，一丫图象应该是双曲

线的一支，题图乙不一定是双曲线的一支，B错误；温度升高，分子平均动能增大，分子平

均速率增大，所以题图丁中实线对应的气体温度一定高于虚线对应的气体温度，D正确.

核心素养大提升

【例5】（多选）

如图所示，粗细均匀的弯曲玻璃管（容积不能忽略）的A管插入烧瓶，8管与玻璃管C下

部用橡胶管连接，C管开口向上，一定质量的气体被水银封闭于烧瓶内。开始时，8、C内

的水银面（橡胶管内充满水银）等高，外界大气压恒定，下列说法正确的是（）

A.保持以C两管不动，若烧瓶内气体温度降低，则瓶内气体密度增大

B.保持8、C两管不动，若烧瓶内气体温度降低，则C管中水银柱将升高

C.若烧瓶内气体温度升高，为使烧瓶内气体的压强不变，应将C管向上移动

D.若烧瓶内气体温度升高，为使烧瓶内气体的压强不变，应将C管向下移动

【答案】AD

【解析】保持8、C两管不移动，气体温度降低，压强变小，B管水银面上升C管中水银柱

将下降，气体体积减小，则瓶内气体密度增大，故A正确，B错误；若烧瓶内气体温度升

高，为使瓶内气体的压强不变，应该使气体的体积增大，应将C管向下移动，故D正确，

C错误。

【练9】“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，实验

装置如图1。

(1)保持温度不变，封闭气体的压强P用测量，其体积V由

__________________读出。

(2)小红按实验步骤开始实验，但最后得到P和丫的乘积逐渐增大。

①由此可推断，她的实验结果可能为图2中的。

②图线弯曲的可能原因是在实验过程中o

A.注射器中有异物

B.连接软管中存在气体

C.注射器内气体温度升高

D.注射器内气体温度降低

③根据②的回答，可采取的改正措施是。(写出一种

即可)

【