固体液体和气体-2023年高考物理一轮复习（新高考）

专题15.2固体、液体和气体【讲】

【讲核心素养】

物理观念：晶体、饱和汽、未饱和汽、相对湿度、液晶。

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，并会分析气体图象问题.

科学态度：能列举生活中的晶体和非晶体。通过实例，了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用。

【讲考点题型】

【知识点一】固体和液体性质的理解

1.晶体和非晶体

晶体

比较漏、非晶体

单晶体多晶体

规则不规则

外形不规则

熔点确定确定不确定

各向异性各向同性

物质性质口各向同性Q

原子排列有规则每个晶粒的排列型则无规则

典型物质石英、云母、明以、食盐玻璃、橡胶

转化晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化

2.晶体的微观结构

(1)结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列。

(2)用晶体的微观结构特点解释晶体的特点：

现象原因

晶体有规则的外形由于内部微粒有规则的排列

晶体各向异性由于内部从任一结点出发在不同方向的相同距离上的微粒数丕回

晶体的多形性由于组成晶体的微粒可以形成不同的空回息鼓

3.对晶体与非晶体的进一步说明

(1)同一种物质在不同的条件下可能是晶体也可能是非晶体，晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。

(2)晶体中的多晶体具有各向同性，晶体中的单晶体具有各向异性，但单晶体并不一定在各种物理性质上都

表现出各向异性。

4.液体的表面张力

(1)概念

液体表面各部分间互相吸灭的力。

(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

表面张力跟液面出切，且跟这部分液面的分界线垂直。

(4)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。

(5)原因

液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间E勺距离比液体

内部大一些，分了•间的相互作用表现为引力。就象你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势。

5.液晶

(I)液晶分子既保持排列有序而显示各向星拄，又可以自由移动位置，保持了液体的流动性。

(2)液晶分子的位置无存使它像液体,排列有序使它像晶体。液晶分子和固态分子排列不相同，又不可以像

液体一样任意流动，所以和液态分子排列不相同，

(3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐，而从另外一个方向看则是邈无空的。

(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变。当液晶通电时导通，排列变得有秩序，使光线容易通

过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。所以液晶的光学性质随外加电压的变化而变化.

(5)通常在一定温度范围内才显现液晶相的物质。

6.对液体性质的两点说明

(1)液体表面层、附着层的分子结构特点是导致表面张力的根本原因。

(2)液晶是一类处于液态和固态之间的特殊物质，其分子间的作用力较强，在体积发生变化时需要考虑分子

间力的作用，分子势能和体积有关。

【例1】(2022•北京海淀•模拟预测)下列四幅图所涉及的物理知识，论述正确的是()

A.图甲说明晶体都有确定熔点，且熔化过程分子平均动能变大

B.图乙水晶可以在水面自由活动，说明它所受的浮力大于重力

C.图丙液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的

D.图丁中的酱油与左边材料浸泡，与右边材料不浸润

【答案】D

【解析】A.晶体都有确定熔点，晶体熔化时吸收热量但温度不变，所以熔化过程分子平均动能不变，故A

错误；

B.水龟可以在水面自由活动，是因为水的表面张力，故B错误；

C.液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的，故C错误；

D.从图中可以看出酱油与左边材料浸润，与右边材料不浸润（不浸润液滴会因为表面张力呈球形），故D

正确。

故选D。

【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。

【变式训练1】（2022•云南・昆明一中高三开学考试）正确佩戴口罩是FI常预防飞沫传播和呼吸道感染的有

效途径之一。取一个新的医用防护口罩贴近皮肤一面朝上，平铺在桌面上，往口罩上滴几滴水，水滴没有浸

湿口罩，呈椭球形，如图所示。下列说法正确的是（）

A.水滴形状的成因与水的表面张力有关，与重力无关

B.水滴不浸润口罩，换另一种液体，也不会浸润该口罩

C.若处于完全失重的环境中，水滴将浸湿I」罩

D.水滴与口罩附着层内水分子向距比水滴内部分子间距大

【答案】D

【解析】A.水滴形状的成因与水的表面张力有关，因水滴呈现椭圆形，则与重力也有关，选项A错误：

B.水滴不浸润口罩，换另一种液体，不一定不会浸润该口罩，选项B错误；

C.能否浸润是由水与口罩的材料决定的，与是否处于完全失重的环境无关，选项C错误；

D.水滴与口罩附着层内水分子间距比水滴内部分子间距大，产生表面张力，使液体表面绷紧即减小表面积

的作用，选项D正确。

故诜D。

【技巧总结】1.晶体和非晶体

（I）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

po保持不变。已知活塞质量为小，横截面积为S,重力加速度为以求:

（1）气缸开口向上放置时，气缸内气体的压强

（2）气缸开口向右放置时，气缸内气体的体积上；

（3）气缸开口向下放置时，气缸内气体的体积内。

【解析】（1）对活塞受力分析可知

p/S=poS+mg

解得

（2）整个过程中温度不变

piV/=poV2

解得

（3）设气缸开口向下放置时压强为〃3,对活塞受力分析可知

poS=pjS+rng

解得

根据

3V3

解得

【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维与物理观念。

【变式训练2】（2022•辽宁・东北育才学校模拟预测）如图所示，一根重力为G的上端封闭下端开口的横截

面积为S的薄壁玻璃管静止直立于可视为无限大无限深的水槽中，己知水的密度为p,重力加速度为g,管

内空气柱的长度为心空气柱长度大于管内外液面高度差。大气压强为外，求:

（I）管内外液面高度差;

（2）若在A端施加竖直向下大小也为G的作用力，待平衡后，A端下移的高度。（A端依然在水面上）

A

B

【解析】（1）设空气柱压强为〃，大气压强为外，对玻璃管则有

另外又有

联立两式得到

(2)设空气柱压强为“，大气压强为力,对玻璃管则有

此时的管内外液面高度差为"，亦有

又有

A端下移高度为

解得

【方法技巧】1.平衡状态下气体压强的求法

(1)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。

(2)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。

(3)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。

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。

【知识点三】气体实验定律

气体分子运动的特点

(1)分子很小，间距很大,除碰撞外，分子间的相互作用可以忽略。

(2)气体分子向各个方向运动的气体分子数目都相笠。

(3)分子做无规则运动，大量分子的速率按“中间多、两头少”的规律分布。

(4)温度•定时，某种气体分子的速率分布是确底的，温度升高时，“中间多、两头少”的分布规律不变,气体

分子的速率增大，分布曲线的峰值向速率大的一方移动。

气体的三个状态参量

⑴压强:(2)体积;(3)温度。

气体实验定律的比较

玻意耳定律查理定律盖一吕萨克定

比较［

(等温变化)(等容变化)律(等压变化)

〃1%=度1/2或〃1/=。(常Vi%V

数学表达式卷=%或条=C(常数)—=-yrng-=C（.常数）

数)

1.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.

2.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.

3.笔压面法:在连通器中，同•种液体（中间不间断）同•深度处压强相等.液体内深〃处的总压强p=/%+pg儿

“0为液面上方的压强

气体压强的产生

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,作用在器壁单位面枳上的压力叫

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枳.

（2）微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度.

理想气体实验定律的微观解释

1.等温变化

一定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能一定。在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度增

大，气体的压强增大。

2.等容变化

一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动

能增大，气体的压强增大。

3.等压变化

一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增大。只有气体的体枳同时增大，使分子的密集程度减小，

才能保持压强不变。

【例3】（2022•山西•高三开学考试）如图，一竖直放置的绝热圆柱形汽缸上端开口，其顶端有一卡环，两

个活塞M、N将两部分理想气体4、8封闭在汽缸内，两部分气体的温度均为〃尸27℃,其中活塞M为导热

活塞，活塞N为绝热活塞。活塞M距卡环的距离为0.5L,两活塞的间距为L,活塞N距汽缸底的距离为3L。

汽缸的横截面积为S,其底部有一体积很小的加热装置，其体积可忽略不计。现用加热装置缓慢加热气体B,

使其温度达到/尸127℃。己知外界的大气压为po,环境的温度为27℃且保持不变，重力加速度大小为g,两

活塞的厚度、质量及活塞与汽缸之间的摩擦均可忽略不计，两活塞始终在水平方向上。求此时两活塞之间的

距离4

【解析】初始状态A8两气体压强相等，与外界大气压相等且均为p。，活塞M在没有到达卡环之前两气体

压缩不变，设活塞M刚好到达卡环时气体4温度为了，活塞M为导热活塞，则气体4温度不变，压强不

变，则体积也不变，即两活塞之间的距离还为L则气体B的体积变为

对气体力根据查理定律

解得

即活塞M已到达卡环，气体的压强要发生变化；

设此时两气体的压强为两活塞之间的距离为“，对气体4,根据玻意耳定律有

气体B的体积变为

对气体力根据理想气体状态方程有

以上各式联立解得

【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维与物理观念。

【变式训练3】（2022・浙江.高三开学考试）如图所示，一端水平悬挂的圆柱形容器用活塞密封体积匕=2x

103m3的理想气体，活塞重力不计且能无摩擦地滑动，其下端悬挂质量〃?=60kg的重物，容器的横截面积

S=10-2m2o整个装置放在大气压po=l.Oxl（）5pa的空气中，开始时气体的温度乙二300K,当气体从外界吸

收300J的热量,体枳变为L=4x10-3]n3时，求，密闭气体：

（1）压强p；

（2）温度一；

（3）内能增加量AE。

〃〃/〃//

m【答案】(1)4x104Pa；(2)600K；(3)220J

【解析】(1)体积达到笆时，对活塞受力平衡

=p(fS

得

(2)密闭气体等压变化所以

得

(3)由热力学第一定律

W+Q=AE

又

W:/"一％)=80J

得

AE=G-VV=220J

【方法总结】解决气体问题的基本思路和方法

⑴洛题目所给的文字信息或图象向描述气体状态的三个状态参量P、匕丁转化.

(2)选取一定质量的封闭气体为研究对象，写出研究过程(气体状态发生变化的过程)初、末状态的三个状态参

量，在此期间寻找解题的难点和突破口.

(3)根据气体状态变化的特点，选取合适的气体实验定律或状态方程解题.

(4)对•所求结果进行讨论，看是否与实际情况相符.

【知识点四】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

pV=CT,即“V之积越大的等温线温度越高，线离原点

p-v号

越远

。V

T2>T.

2

1〃=CT1,斜率4=CT,即斜率越大，温度越高

OV

T2>T,

p

〃47,斜率左与，即斜率越大，体积越小

P-T

O

匕〈匕T

V口

斜率仁呆即斜率越大，压强越小

V-T

O

P2Vpi

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，0对应虚线为等容线，4、8分别是虚线与八、5两线的交点，可以认为从8状态通过

等容升压到A状态，温度必然升高，所以八＞八。

(2)如图乙所示，4、8两点的温度相等，从B状态到4状态压强增大，体积一定减小，所以LV%。

A.Ac两个状态,气体的温度相同

【答案】ADE

B.a-^b过程中，气体体积不变，压强增大一倍，气体热运动的平均动能增大一倍，则平均速度变为原来的

&倍，并非每个气体分子速率增大一倍，故B错误；

C.由理想气体状态方程可得

结合图形和题意可知，气体的温度应该先升高后降低，故