13.2固体、液体和气体-2023年高考物理一轮复习提升核心素养

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一、固体和液体
1．固体
(1)固体分为 和 两类．石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是 ．玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是 ．
(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 ．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 ．
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 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 ．
(2)毛细现象：指浸润液体在细管中 的现象，以及不浸润液体在细管中 的现象，毛细管越细，毛细现象越明显．
3．液晶
(1)具有液体的 性．
(2)具有晶体的光学各向 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 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 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 ．
②微观上：决定于分子的平均动能和分子的 ．
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 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 ．
3．气体实验定律
4．理想气体的状态方程
一定质量的理想气体的状态方程：eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)或eq \f(pV,T)＝C.
固体和液体性质的理解
例题1.
在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针尖接触薄片背面上的一点，石蜡熔化区域的形状如图甲、乙、丙所示．甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示，则下列说法中正确的是( )
A．甲一定是单晶体
B．乙可能是金属薄片
C．丙在一定条件下可能转化成乙
D．甲内部的微粒排列是规则的，丙内部的微粒排列是不规则的
(2022·宁夏石嘴山市第三中学模拟)关于以下几幅图中现象的分析，下列说法正确的是( )
A．甲图中水黾停在水面而不沉，是浮力作用的结果
B．乙图中将棉线圈中肥皂膜刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果
C．丙图中毛细管中液面高于管外液面的是毛细现象，低于管外液面的不是毛细现象
D．丁图中玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是一种浸润现象
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—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
气体压强的计算及微观解释
例题2.
(多选)对于一定质量的理想气体，下列论述正确的是( )
A．气体的压强由温度和单位体积内的分子个数共同决定
B．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变
C．若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数一定增加
D．若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数可能不变
若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态．
(1)已知液体密度均为ρ，重力加速度为g，求各被封闭气体的压强．
(2)如图中两个汽缸质量均为M，内部横截面积均为S，两个活塞的质量均为m，左边的汽缸静止在水平面上，右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下．两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A、B，重力加速度为g，活塞与缸壁之间无摩擦，求封闭气体A、B的压强各多大？
如图所示，汽缸由两个截面不同的圆筒连接而成，活塞A、B被轻质刚性细杆连接在一起，可无摩擦移动，A、B的质量分别为mA＝12 kg、mB＝8.0 kg，横截面积分别为SA＝4.0×10－2 m2、SB＝2.0×10－2 m2，一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p0＝1.0×105 Pa.
(1)汽缸水平放置达到如图甲所示的平衡状态，求气体的压强p1；
(2)将汽缸竖直放置，达到平衡，如图乙所示，求气体的压强p2.
气体实验定律及应用
例题3.
为了监控锅炉外壁的温度变化，某锅炉外壁上镶嵌了一个底部水平、开口向上的圆柱形导热缸，汽缸内有一质量不计、横截面积S＝10 cm2的活塞封闭着一定质量理想气体，活塞上方用轻绳悬挂着矩形重物．当缸内温度为T1＝360 K时，活塞与缸底相距H＝6 cm、与重物相距h＝4 cm.已知锅炉房内空气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度大小g＝10 m/s2，不计活塞厚度及活塞与缸壁间的摩擦，缸内气体温度等于锅炉外壁温度．
(1)当活塞刚好接触重物时，求锅炉外壁的温度T2.
(2)当锅炉外壁的温度为660 K时，轻绳拉力刚好为零，警报器开始报警，求重物的质量M.
如图所示，一粗细均匀的“山”形管竖直放置，A管上端封闭，B管上端与大气相通，C管内装有带柄的活塞，活塞下方直接与水银接触．A管上方用水银封有长度L＝10 cm的空气柱，温度t1＝27 ℃；B管水银面比A管中高出h＝4 cm.已知大气压强p0＝76 cmHg.为了使A、B管中的水银面等高，可以用以下两种方法：
(1)固定C管中的活塞，改变A管中气体的温度，使A、B管中的水银面等高，求此时A管中气体的热力学温度T2；
(2)在温度不变的条件下，向上抽动活塞，使A、B管中的水银面等高，求活塞上移的距离ΔL.(结果保留一位小数)
(2021·广东卷·15(2))为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示，某种药瓶的容积为0.9 mL，内装有0.5 mL的药液，瓶内气体压强为1.0×105 Pa，护士把注射器内横截面积为0.3 cm2、长度为0.4 cm、压强为1.0×
105 Pa的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强．
气体状态变化的图像问题
例题4.一定质量的理想气体经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体体积在( )
A．ab过程中不断减小 B．bc过程中保持不变
C．cd过程中不断增加 D．da过程中保持不变
一定质量的气体经历一系列状态变化，其p－eq \f(1,V)图像如图所示，变化顺序为a→b→c→d→a，图中ab线段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与eq \f(1,V)轴垂直．气体在此状态变化过程中( )
A．a→b过程，压强减小，温度不变，体积增大
B．b→c过程，压强增大，温度降低，体积减小
C．c→d过程，压强不变，温度升高，体积减小
D．d→a过程，压强减小，温度升高，体积不变
一定质量的理想气体经历了温度缓慢升高的变化，如图所示，p－T图像和V－T图像各记录了其部分变化过程．

(1)求温度为600 K时气体的压强；
(2)在p－T图像上将温度从400 K升高到600 K的变化过程补充完整．
实验：探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
例题5.
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V1和由计算机显示的气体压强值P1；
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V的函数关系，应作出________(选填“P－V”或“P－eq \f(1,V)”)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T1、T2，且T1＞T2。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)。
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V0位置，接上软管和压强传感器，通过DIS系统记录下此时的体积V0与压强P0；
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T1________(选填“>”“＜”或“＝”)T2。
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V－eq \f(1,p)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－eq \f(1,p)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V0代表______________________．
一、单选题
1．新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图甲所示。储气室内气体可视为理想气体，在喷液过程中储气室内温度保持不变，喷液全过程储气室内气体在P-V图像中的变化图线如图乙所示，A、B是双曲线上的两点。下列说法正确的是（ ）
A．气体在状态A的内能一定大于在状态B的内能
B．图中Rt△OAC和Rt△OBD的面积一定相等
C．气体从状态A变化到状态B的过程中，气体吸收的热量大于气体做的功
D．气体从状态A变化到状态B的过程中，气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数不变
2．如图所示，在一根一端封闭，一端开口，长1m的均匀直玻璃管中，装入长为75cm的水银柱，用它封住一部分空气。当将其开口向下竖直放置时，被封气柱长24cm，这时的大气压强为76cm汞柱。那么，当大气压强变为74cm汞柱时，管内水银柱长度h为（ ）
A．73cmB．73cm二、多选题
3．下列说法正确的是（ ）
A．气体的体积等于所有气体分子的体积之和
B．晶体与非晶体在适当条件下可以相互转化
C．当物体从外界吸收热量时，其温度可能不变
D．物体的温度越高，其中有些分子的动能可能越小
E．处于完全失重状态的液体，其表面不存在表面张力
4．2021年8月5日，在东京奥运会跳水女子10m台决赛中，14岁的全红婵以总分466.2拿到金牌，并打破了世界纪录。她的五次跳水中有三次满分，娴熟的动作和标准的姿势不禁让李小鹏感叹：我扔个硬币溅起的水花都比她跳水的水花大。下列说法正确的是（ ）
A．运动员出水后泳衣上的水很快滑落，这是因为制造泳衣的材料对水不浸润
B．运动员入水激起的水花中，很多呈现球形，这是水的表面张力的作用
C．水池中的水温保持在26℃左右，用以保证运动员入水后的舒适度，此时运动员和水池中的水处于热平衡状态
D．运动员入水后，身体周围会出现一些小气泡，在水中产生的气泡内的气体压强大于大气压，这些小气泡在做无规则的布朗运动
三、实验题
5．某同学利用智能手机和无人机测量当地的重力加速度值。经查阅资料发现在地面附近高度变化较小时，可以近似将大气作为等密度、等温气体，实验地空气密度约为。实验步骤如下：
（1）将手机固定在无人机上，打开其内置压力传感器和高度传感器的记录功能；
（2）操控无人机从地面上升，手机传感器将记录压强、上升高度随时间变化的情况，完成实验后降落无人机；
无人机上升过程中起步阶段可以看作匀加速直线运动，上升高度与其对应时刻如下表所示：
根据上表信息，无人机在时的速度大小为________，在加速过程中的加速度大小为________；（结果均保留2位小数）
（3）导出手机传感器记录的数据，得到不同高度的大气压值，选取传感器的部分数据，作出图像如图所示。根据图像可得到当地重力加速度值为__________（结果保留2位有效数字）。
四、解答题
6．如图，一个粗细均匀、导热良好的U形细玻璃管竖直放置，A端封闭，D端开口。玻璃管内通过水银柱封闭a、b两段气体，a气体下端浮有一层体积、质量均可忽略的隔热层，各段长度如图。已知大气压强，环境温度为。取。
（1）通过加热器对b气体缓慢加热，使其温度升高到时玻璃管内剩余水银柱的总长度为多少？
（2）保持b气体温度不变，以BC为轴将玻璃管缓慢旋转至U形管躺平且不漏气，则玻璃管内剩余水银柱的总长度为多少？
7．如图所示，导热性能良好的气缸开口向上竖直放置，a、b是固定在气缸内壁的卡环，两卡环间的距离为h，缸内一个质量为m、横截面积为S的活塞与气缸内壁接触良好，无摩擦不漏气，活塞只能在，b之间移动，缸内封闭一定质量的理想气体。此时环境温度为T，活塞与卡环b刚好接触，无作用力，活塞离缸底的距离为3h，卡环能承受的压力最大为mg，活塞的厚度不计，大气压强大小等于，g为重力加速度，求：
（1）要使卡环不被破坏，环境的温度最低能降到多少；
（2）若提高环境温度，当环境温度为1.4T时，缸内气体的压强多大。
8．新冠病毒具有很强的传染性，转运新冠病人时需要使用负压救护车，其主要装置为车上的负压隔离舱（即舱内气体压强低于外界的大气压强），这种负压舱既可以让外界气体流入，也可以将舱内气体过滤后排出。若生产的某负压舱容积为，初始时温度为27℃，压强为；运送到某地区后，外界温度变为9℃，大气压强变为，已知负压舱导热且运输过程中与外界没有气体交换，容积保持不变。绝对零度取。
（1）求送到某地区后负压舱内的压强；
（2）运送到某地区后需将负压舱内气体抽出，使压强与当地大气压强相同，求抽出的气体质量与舱内剩余质量之比。
9．我国部分地区有放孔明灯祈福的习俗，如图所示为一圆柱形孔明灯，下端开口，其底面面积S=0.52m2，高h=1.0m，灯体的质量m=0.13kg，将灯体固定，加热灯内气体，当温度由7℃升至77℃时，取重力加速度10m/s2，常压下7℃空气密度ρ=1.3kg/m3，求：
（1）灯内逸出气体的质量与加热前灯内气体的质量之比；
（2）灯体解除固定，灯内温度升高到多少孔明灯能升空？（保留一位小数）
10．如图，两个导热良好的汽缸Ⅰ、Ⅱ的高度均为、底面积相同，其顶部分别有阀门、，下端用有阀门的细管（容积可忽略）连通，Ⅱ中有密封良好且可自由滑动的活塞（质量、体积均可忽略），初始时，三个阀门均打开，活塞在Ⅱ的底部。现关闭、，通过给汽缸充气，使Ⅰ中气体的压强达到大气压的1.5倍时关闭。已知环境温度为。
（1）保持关闭，同时打开、，求活塞稳定时的位置；
（2）在（1）状态下，再缓慢使环境温度升高到，求此时缸内气体的压强。
玻意耳定律
查理定律
盖—吕萨克定律
内容
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比
一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比
一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比
表达式
p1V1＝p2V2
eq \f(p1,T1)＝eq \f(p2,T2)或eq \f(p1,p2)＝eq \f(T1,T2)
eq \f(V1,T1)＝eq \f(V2,T2)或eq \f(V1,V2)＝eq \f(T1,T2)
图象
上升高度/
0
13.64
53.82
121.91
217.44
时刻/
0
0.30
0.60
0.90
1.20