第38讲　固体、液体和气体

9/9第38讲固体、液体和气体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。双基落实1.易错判断（1）晶体的所有物理性质都是各向异性的。（）（2）液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性。（）（3）船浮于水面上不是由于液体的表面张力。（）（4）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。（）（5）压强极大的气体不再遵从气体实验定律。（）2.〔多选〕〔人教版选择性必修第三册P38图2.5－5改编〕液体表面有一层跟气体接触的薄层，叫作表面层；同样，当液体与固体接触时，接触的位置形成一个液体薄层，叫作附着层。对于液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象，如图甲、乙所示，有下列几种解释，正确的是（）A.表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏B.表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部密C.附着层Ⅰ内的液体和与之接触的玻璃的相互作用比液体分子之间的相互作用强D.附着层Ⅱ内的液体和与之接触的玻璃的相互作用比液体分子之间的相互作用强考点一固体和液体的性质气体分子运动的速率分布规律1.（2026·江苏扬州阶段练习）“嫦娥六号”探测器上装有用石英制成的传感器，在其不同表面施加压力时产生不同的压电效应（即由压力产生电荷的现象）则（）A.石英是多晶体B.石英没有确定的熔点C.石英内部分子排列具有空间上的周期性D.石英在熔化过程中分子的平均动能变大2.（2026·江苏泰州模拟）关于下列各图所对应现象的描述，正确的是（）A.图甲中水黾可以停在水面，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3.〔多选〕（2026·湖北模拟预测）如图所示，通电雾化玻璃是将液体高分子晶膜固定在两片玻璃之间，未通电时，看起来像一块毛玻璃，不透明；通电后，看起来像一块普通玻璃，透明。可以判断通电雾化玻璃中的液晶（）A.是一种液体和晶体的混合物B.具有光学性质的各向异性C.通电时，入射光能顺利通过液晶层D.不通电时，入射光在液晶层发生了全反射，导致光线无法通过4.（2025·江苏高考8题）一定质量的理想气体，体积保持不变。在甲、乙两个状态下，该气体分子速率分布图像如图所示。与状态甲相比，该气体在状态乙时（）A.分子的数密度较大B.分子间平均距离较小C.分子的平均动能较大D.单位时间内分子碰撞单位面积器壁的次数较少1.晶体和非晶体的比较分类比较晶体非晶体单晶体多晶体外形有规则的几何形状无确定的几何形状无确定的几何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典型物质石英、云母、明矾、食盐各种金属玻璃、橡胶、蜂蜡、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.液体的表面张力的理解（1）方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的各条分界线垂直。（2）形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间作用力表现为引力。（3）作用效果：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形表面积最小。3.浸润和不浸润、毛细现象的理解（1）当液体和与之接触的固体的相互作用比液体分子之间的相互作用强时，液体能够浸润固体。反之，液体不浸润固体。（2）毛细现象：浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降。4.液晶的理解（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上看，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。5.气体分子运动速率分布图像的特点（1）“中间多、两头少”：同一温度下，特大或特小速率的分子数比例都较小，大多数分子具有中等的速率。（2）“图像向右偏移”：随温度升高，占总数比例最大的那些分子的速率增大。（3）“面积不变”：图线与横轴所围面积都等于1，不随温度改变。考点二气体压强的微观解释及计算气体压强的微观解释1.决定气体压强大小的微观因素（1）气体分子的密集程度气体分子密集程度（即单位体积内气体分子的数目）越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大。气体分子的密集程度对应宏观因素中的体积。（2）气体分子的平均速率气体的温度越高，气体分子的平均速率就越大，平均每个气体分子与器壁碰撞时（可视为弹性碰撞）给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，气体分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大。气体分子的平均速度对应宏观因素中的温度。2.密闭气体的压强与大气压强的比较密闭气体的压强大气压强产生原因由气体分子频繁碰撞器壁产生由于空气受到重力作用而产生大小因素（1）由气体分子的密集程度和平均速率决定。（2）与地球的引力无关，气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的（1）等于地球大气的总重力与地球表面积的比值。（2）高度越高，大气压越小（2026·河南开封期末）气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回时使用的气密性装置。如图所示，座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满一定质量的空气（可视为理想气体），气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱B时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换。下列说法正确的是（）A.在完全失重的情况下，座舱A内的空气对器壁的顶部没有作用力B.气体对外做功，平衡后气体内能减小C.气体对外做功，气体体积变大，平衡后压强减小D.气体对外不做功，气体体积变大，平衡后压强减小尝试解答封闭气体压强的计算1.平衡状态下气体压强的求法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处总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强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.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。（1）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p0，重力加速度为g，活塞的质量为m，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，依次求出甲、乙、丙各图中汽缸中气体的压强。（2）如图丁所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸，汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S，重力加速度为g。现用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强p。（已知外界大气压为p0）尝试解答已知大气压强为p0，液体密度均为ρ，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。尝试解答求液柱封闭的气体压强时，一般以液片或液柱为研究对象分析受力、列平衡方程，要注意：1.液体因重力产生的压强大小为p＝ρgh（其中h为液面的竖直高度，ρ为液体的密度，g为重力加速度）。2.不要漏掉大气压，同时又要注意大气压产生的压力是否可以平衡掉。3.有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的同种液体在同一水平面上各处压强相等。4.当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”，使计算过程简捷。考点三气体实验定律和理想气体状态方程的基本应用1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系p1V2.应用气体实验定律或理想气体状态方程的基本思路（2025·广东高考13题）如图是某铸造原理示意图，往气室注入空气增加压强，使金属液沿升液管进入已预热的铸型室，待铸型室内金属液冷却凝固后获得铸件。柱状铸型室通过排气孔与大气相通，大气压强p0＝1.0×105Pa，铸型室底面积S1＝0.2m2，高度h1＝0.2m，底面与注气前气室内金属液面高度差H＝0.15m，柱状气室底面积S2＝0.8m2，注气前气室内气体压强为p0，金属液的密度ρ＝5.0×103kg/m3，重力加速度取g＝10m/s2，空气可视为理想气体，不计升液管的体积。（1）求金属液刚好充满铸型室时，气室内金属液面下降的高度h2和气室内气体压强p1。（2）若在注气前关闭排气孔使铸型室密封，且注气过程中铸型室内温度不变，求注气后铸型室内的金属液高度为h3＝0.04m时，气室内气体压强p2。尝试解答（2026·黑龙江哈尔滨一模）汽车的胎压指的是汽车轮胎内空气的压强，过高和过低的胎压既会使汽车的行驶产生安全问题，也会缩短轮胎的使用寿命。绝大多数小轿车的轮胎胎压在230～250kPa之间为正常范围。已知轮胎内原有空气的压强为p＝240kPa，胎内空气温度t＝27℃，体积为V＝30L。由于长时间行驶，胎内空气温度变成t1＝67℃，胎内空气体积变成V1＝32L。胎内气体均可视为理想气体，车胎不漏气。（1）通过计算说明此时胎压是否正常；（2）若胎压不正常，则需要放出部分空气，已知放出气体后胎压为p2＝240kPa，胎内空气温度为t2＝47℃，胎内空气体积变成V'＝30.5L，求放出气体的质量与胎内原来气体质量的比值。（保留小数点后两位）尝试解答〔多选〕（2025·河南高考10题）如图，一圆柱形汽缸水平固置，其内部被活塞M、P、N密封成两部分，活塞P与汽缸壁均绝热且两者间无摩擦。平衡时，P左、右两侧理想气体的温度分别为T1和T2，体积分别为V1和V2，T1＜T2，V1＜V2。则（）A.固定M、N，若两侧气体同时缓慢升高相同温度，P将右移B.固定M、N，若两侧气体同时缓慢升高相同温度，P将左移C.保持T1、T2不变，若M、N同时缓慢向中间移动相同距离，P将右移D.保持T1、T2不变，若M、N同时缓慢向中间移动相同距离，P将左移尝试解答液柱（活塞）移动方向的分析思路1.先假设液柱或活塞不发生移动，两部分气体均做等容变化。2.对两部分气体分别应用查理定律，求出每部分气体压强的变化量Δp＝ΔTTp（1）如果液柱或活塞两端的横截面积相等，则若Δp均大于零，意味着两部分气体的压强均增大，则液柱或活塞向Δp值较小的一方移动；若Δp均小于零，意味着两部分气体的压强均减小，则液柱或活塞向压强减小量较大的一方（即｜Δp｜较大的一方）移动；若Δp相等，则液柱或活塞不移动。（2）如果液柱或活塞两端的横截面积不相等，则应考虑液柱或活塞两端的受力变化（Δp·S），若Δp均大于零，则液柱或活塞向Δp·S较小的一方移动；若Δp均小于零，则液柱或活塞向｜Δp·S｜较大的一方移动；若Δp·S相等，则液柱或活塞不移动。〔多选〕如图为竖直放置的粗细均匀的密闭细管，水银柱将气体分隔成A、B两部分，初始温度相同。使A、B升高相同温度达到稳定后，体积变化量为ΔVA、ΔVB，压强变化量为ΔpA、ΔpB，对液面压力的变化量为ΔFA、ΔFB，则（）A.水银柱向上移动了一段距离B.ΔVA＜ΔVBC.ΔpA＞ΔpBD.ΔFA＝ΔFB考点四气体状态变化的图像问题四种气体图像的比较类别特点（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p-1p＝CT1V，斜率k＝CT，即斜率越大，p-Tp＝CVT，斜率k＝CV，即斜率越大V-TV＝CpT，斜率k＝Cp，即斜率越大（2024·江西高考13题）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ABCDA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T1＝1200K，T2＝300K，气体在状态A的压强pA＝8.0×105Pa，体积V1＝1.0m3，气体在状态C的