高中物理一轮复习学案：固体、液体和气体

第2讲固体、液体和气体

学习目标1.了解固体的微观结构，知道晶体和非晶体的特点，了解液晶的主要性质。2.了解表

面张力现象和毛细现象，知道它们的产生原因。3.掌握气体压强的计算方法及气体压强的微观解

释。4.能用气体实验定律解决实际问题，并会分析气体图像问题。

夯实必备知识

一、固体和液体

1.固体

⑴分类:固体分为晶体和非晶体两类。晶体又分为单晶体和多晶体。

⑵晶体和非晶体的比较

类晶体

比较、非晶体

单晶体多晶体

没有确定的几何

外形有规则的几何形状没有确定的几何形状

外形

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

玻璃、橡胶、蜂

典型物质石英、云母、明矶、食盐各种金属

蜡、松香、沥青

转化晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化

2.液体

(1)液体的表面张力

①作用效果: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。

⑵毛细现象:指浸润液体在细管中身的现象,以及不浸润液体在细管中正隆的现象c毛细管越

细，毛细现象越明显。

-具有液体的性

物理性质

一具力晶体的光学各向性

3.液晶-

微观结构

二、气体

'(1)产生的

(由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处

原因(

=(均匀、持续的压力

1.气体压强(1

(2)决定

(①宏观上:决定于气体的温度和体积

因素(一

(②微观上:决定于分子的平均动能和分子的暨蟹

'(1)宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵从气体实验定律

的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可

2理相气体.

・(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-吕萨克定律

一定质量的某种气

一定质量的某种气体，在一定质量的某种气体，在体

内体，在压强不变的情

温度不变的情况下，压强积不变的情况下，压强与热

容况下，体积与热力学

与体积成反比力学温度成正比

温度成正比

表达

p\V\-piViP1_P2也丝

7一石T~T

式2

一定质量的某种理想

一定质量的某种理想气一定质量的某种理想气体，气体，温度升高时，

微

体，温度保持不变时，分体积保持不变时，分子的数分子的平均动能增

观

子的平均动能丕变。体积大。只有气体的体积

密度保持不变,温度升高

解

减小时，分子的数密度增同时增大，使分子的

释时，分子的平均动能增大,

大，气体的压强增大数密度减小,才能保

气体的压强增大

持压强不变

图像

VOV匕OTO[/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华=詈或学二C

1.思考判断

⑴晶体的所有物理性质都是各向异性的。（X）

⑵有无确定的熔点是区分晶体和非晶体比较准确的方法。（J）

⑶液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性。（V）

⑷船浮于水面上不是由于液体的表面张力。（4）

⑸在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力的作用。（J）

（6）压强极大的气体不再遵从气体实验定律。（J）

2.（多选）以下各图均来自人教版选择性必修第三册,图甲为P23的正在升空的气球,图乙为P3I的

食盐颗粒和松香的外形图，图丙为P36的停在水面上的水电。下列说法正确的是（）

甲乙丙

A.食盐是晶体,每个食盐颗粒即为一个单晶体

B.松香是非晶体，具有各向同性

C水晶浮于水面上是液体的表面张力作用的结果

（4）晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。

2.对液体表面张力的理解

形成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

原因相互作用力表现为引力

表面张力

和液面相切，垂直于液面上的各条分界线

的方向

表面张力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，

的效果在体积相同的条件下，球形的表面积最小

典型现象球形液滴、肥皂泡、毛细现象、浸润和不浸润

跟踪训练

1.（晶体、非晶体）（2025•江苏镇江模拟）对下列几种固体物质的认识正确的有（）

A.食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体

B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体

C.天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则

D.石墨和金刚石的物理性质不同，是由于石墨是非晶体，金刚石是晶体

答案A

解析食盐熔化过程中，温度保持不变，即熔点一定，说明食盐是晶体，故A正确:烧热的针尖接

触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，只能说明云母片是晶体，故B错误;天然石

英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列规则，故C错误;石墨和金刚石组成它们的

化学元素是相同的，都是碳原子，它们的物理性质不同，是由于碳原子排列结构不同，故D错

误。

2.（液体的性质）（2025•江苏泰州高三模拟）关于下列各图所对应现象的描述,正确的是（）

A.图甲中水鼠可以停在水面，是因为受到水的浮力作用

B.图乙中玻璃容器中的小水银滴呈球形，是因为表面张力的缘故

C.图丙中插入水中的塑料笔芯内水面下降，说明水浸润塑料笔芯

D.图丁中拖拉机锄松土壤，是为了利用毛细现象将土壤里的水分引上来

答案B

解析水晶可以停在水面是因为水的表面张力的缘故，故A错误;水银的表面张力比较大，同时水

银不浸润玻璃，这就导致了水根在玻璃容器中会尽可能地减少表面积，从而形成球状，故B正确;

当一根内径很细的管垂直插入液体中，浸润液体在管里上升，而不浸润液体在管内下降，故C错

误:拖拉机锄松土壤，是为了破坏毛细现象减少水分蒸发，故D错误。

考点二气体压强的计算

1.平衡状态下气体压强的求法

力平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

衡法柱（或活塞）的受力平衡方程，求得气体的压强

等压在连通器中，同一种液体（中间不间断）同一深度处压强相等。液体

面法内深h处总玉强p=po+pg»,po为液面上方的压强

液

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

片

力情况，建立平衡方程，求得气体的压强

法

2.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。

跟踪训练

3.（求液柱封闭气体的压强）已知大气压强为外，液体密度均为〃，重力加速度为g,图中各装置均

处于静止状态，求各装置中被封闭气体的压强。

A

A

答案甲：po-pgh乙:怦・pgh丙:po■会g/7T:po+pgh\戊:p”=po+pg(/n・/?1・43)Pb=po+

Pg(〃2-hl)

解析题图甲中，以高为力的液柱为研究对象,由平衡条件有p甲S+pghS=PQS,所以〃甲==po-

Pgh

题图乙中，以8液面为研究对象，由平衡条件有

p乙S+pghS=poS,所以乙二〃Q・pgh

题图丙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有

〃丙S+pghsin60°-5=poS

所以〃丙二〃0-qpgh

题图丁中，以4液面为研究对象，由平衡条件有

PTS=IT()S+pgh\S

所以pT=po+pgh\

题图戊中，从开口端开始计算，右端大气压强为次，同种液体同一水平面上的压强相同

所以人气柱的压强为pb=/x)+pg(hi-h\)

a气柱的压强为Pa=ph-pgh3=/X)+〃g(〃2-h\-/?3)o

4.（求活塞封闭气体的压强）如图甲、乙、丙所示，汽缸与活塞均处于静止状态，已知大气压强为

po,重力加速度为g,活塞的质量为加，横截面积为S,汽缸、物块的质量均为M,活塞与汽缸间

均无摩擦，依次求出各图中汽t中气体的压强（图乙中汽缸壁厚度不计）。

答案甲:po+W乙：po-"丙:〃。+丝普

33O

解析题图甲中选活塞为研究对象，受力分析如图（a）所示，由平衡条件知由S=+

解得px〃）+詈

题图乙中选汽缸为研究对象，受力分析如图（b）所示，由平衡条件知poS=/mS+M*

解得pxpo-?

题图丙中选活塞为研究对象，受力分析如图（c）所示，由平衡条件知〃cS下sina=〃oS上+外+"2g,

其中尸N=Mg,S下sina二S上，S上二S,由以上可得=po+竺詈£。

考点三气体实验定律和理想气体状态方程

1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系

温度不变:Pi%=P2V2（玻意耳定律）

叱二处体积不变:金二年（查理定律）

1\T271/2

压强不变:ZT=ZT（盖-吕萨克定律）

2.两个重要的推论

（1）查理定律的推论:△〃二,AT

(2)盖・吕萨克定律的推论:AV=号A7

T1

例1[2024.全国甲卷,33(2)]如图，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a、b之间，b与汽缸底部的距离be=1()ab,

活塞的面积为1.0XIO*m,初始时，活塞在卡销a处，汽缸内气体的压强、温度与活塞外大气

5

的压强、温度相同，分别为LOX10Pa和300Ko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b处(过程中气体温度视为不变)，外力增加到20()N并保持不变。

(i)求外力增加到200N时，卡销b对活塞支持力的大小；

(ii)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b时气体的温度。

答案(i)100N(ii)327K

解析(i)活塞从卡销a运动到卡销b,对密封气体由玻意耳定律有p(Wo二pWi

其中v1=^Vo

外力增加到200N时，对活塞由平衡条件有

poS+F=p\S+FN

联立并代入数据解得卡销b对活塞支持力的大小为

FN=lOONo

(ii)当活塞刚好能离开卡销b时，对活塞有

poS+F=p2s

从开始升温至活塞刚好能离开卡销b,对密封气体，由查理定律有？=孑

TiT2

联立并代入数据解得活塞刚好能离开卡销b时密封气体的温度为72=|17o=327Ko

总结提升

1.利用气体实验定律解决问题的基本思路

根据题意，选出所研究的某一部分

越普1(一定质出气体

J、分别找出这部分气体状态发生变化前

遗典A后的八V、T数值或表达式(压播的确

定是关键)

越强A等温？等压？等容？还是P、KT均变化

3Z选用理想气体状态方程或某一实验

丽和A定律列式求解，右时要讨论结果的

"一合理性

2.分析气体状态变化的问题要紧抓三点

(1)弄清始、末状态过程中有哪几个物理过程。

(2)找出各变化过程是由什么物理量联系起来的。

(3)明确每个变化过程遵循什么实验定律。

跟踪训练

5.如图所示,两根粗细相同、两端开口的直玻璃管A和B,竖直插入同一水银槽中，各用一段水

银柱封闭着一定质量同温度的空气,空气柱长度%，水银柱长度加＞〃2,今使封闭气柱降低相

同的温度(大气压保持不变)，则两管中气柱上方水银柱的移动情况是()

AB

&_bL

A.A管中向上移动,B管中向下移动

B.A管中向下移动，B管中向上移动

C.均向下移动，A管中移动较多

D.均向上移动,A管中移动较多

答案C

解析管内封闭气柱的压强恒等于外界大气压与水银柱因自身重力而产生的压强之和，因外界大

气压不变,则管内气体做等压变化,根据盖-吕萨克定律知£=上竺,整理可得AV=^V,因

TT+ATT

A、B管中的封闭气体初温相同，温度变化A7也相同，且ATvO,贝U有AWO,即A、B管中的封

闭气体体积均减小，又因为HI>H2,即初始时A管中气体体积较大，所以AVA>AVB,即A管中气

体长度减少得多一些，故两管中气柱上方水银柱均向下移动，A管中水银柱移动较多，故C正

确。

6.如图甲所示，两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为公16cm的U形管，左管上端封闭，

右管上端开口。右管中有高加=4cm的水银柱，水银柱上表面离管口的距离/=10cm。管底水平

段的体积可忽略；环境温度T\=300K,大气压强po=76cmHgo

⑴若从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙)，恰好使水银柱下端到达右管底部，求此

时水银柱的高度/?!；

⑵若缓慢将U形管倒置，再对密封气体缓慢加热，直至水银柱下表面恰与右管口平齐，如图乙所

示，求此时密封气体的温度72O

答案(l)14cm(2)420K

解析⑴设管的横截面积为S,封闭气体发生等温变化，则有(〃)+外力0)(2"-ho-l)S=pHS

解得p=90cmHg

又有po+pghi=p,解得h\=14cmo

(2)根据题意可知，气体的初态p\-po+pgho-80cmHg,Vi=(2H-/?o-l)S-18S,T\-300K,气

体的末态〃2=po-pgho-72cmHg,V2-(2H-ho)S-28S

根据理想气体状态方程有竽=竽

71T2

解得八二420K。

考点四气体状态变化的图像问题

1.四种图像的比较

类别特点（其中C为常量）举例

P

pV=b,即p、V之积越大的等温线

p-V

温度越高，线离原点越远

OV

p

p=CT）斜率k=CT,即斜率越大,

1

p

~vJ■

温度越高01

T2>T.V

p

p=^T,斜率左=同即斜率越大,体

P-T

积越小OT

V2V匕

V

V=-T,斜率女二£,即斜率越大，压/Pz

V-TpP

强越小OT

P2Vpi

例2（2024.江西卷，13）可逆斯特林热机的工作循环如图所示。一定质量的理想气体经ABCD4完

成循环过程，AB和CD均为等温过程，BC和DA均为等容过程。已知Ti=1200K/=30