专题61 固体、液体和气体-高考全攻略之备战2018年高考物理考点一遍过

专题61 固体、液体和气体-高考全攻略之备战2018年高考物理考点一遍过

一、固体和液体 ‎1．晶体（单晶体和多晶体）和非晶体 ‎（1）单晶体有确定的几何形状，多晶体和非晶体没有确定的几何形状，常见的金属属于多晶体。‎ ‎（2）晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点。‎ ‎（3）单晶体的一些物理性质（如导热性、导电性、光学性质等）具有各向异性，多晶体和非晶体的物理性质为各向同性的。‎ ‎2．表面张力 ‎（1）成因：液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，表面层分子间的相互作用力表现为引力。‎ ‎（2）特性：表面张力的方向和液面相切，使液体表面具有收缩趋势，液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小。‎ ‎3．浸润 ‎（1）附着层：当液体与固体接触时，接触的位置形成一个液体薄层，叫做附着层。‎ ‎（2）浸润：附着层内液体分子间的距离小于液体内部的分子间的距离，附着层内分子间的作用表现为斥力，附着层有扩展的趋势，液体与固体之间表现为浸润。‎ ‎（3）不浸润：附着层的液体分子比液体内部的分子稀疏，附着层内分子间的作用表现为引力，附着层有收缩的趋势，液体与固体之间表现为不浸润。‎ ‎（4）毛细现象：浸润液体在细管中不断扩展而上升，以及不浸润液体在细管中不断收缩而下降的现象。‎ ‎（5）当附着层对液体的力与液体的重力平衡时，液面稳定在一定的高度。毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关。‎ ‎4．液晶：像液体一样具有流动性，光学性质与某些晶体相似，具有各向异性。是介于液态和固态间的一种中间态。‎ ‎5．饱和汽与饱和汽压 ‎（1）动态平衡：在相同时间内回到水中的分子数等于从水面飞出去的分子数，水蒸气的密度不再增大，液体水也不再减少，液体与气体之间达到了平衡状态，蒸发停止。这种平衡是一种动态平衡。‎ ‎（2）饱和汽与饱和汽压：与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽，而没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽。在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这个压强叫做这种液体的饱和汽压。未饱和汽的压强小于饱和汽压。‎ ‎（3）饱和汽压随温度升高而增大，与物质种类有关，与水蒸气所在容器的容积无关。‎ ‎6．湿度 ‎（1）绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强。‎ ‎（2）相对湿度=‎ 二、气体实验定律和理想气体状态方程 ‎1．玻意耳定律：pV=C或p1V1=p2V2（温度不变）‎ ‎ ‎ ‎2．查理定律：=C或=（体积不变）‎ ‎3．盖–吕萨克定律：=C或=（压强不变）‎ ‎4．理想气体状态方程：=C或=‎ ‎（1）理想气体：①遵从气体实验定律和理想气体状态方程；②温度不低于零下几十摄氏度，压强不超过大气压的几倍时的实际气体；③分子势能可忽略不计。‎ ‎（2）气体实验定律是在近似为理想气体的实验条件下总结出的，严格意义上是理想气体的实验定律。‎ 下列说法中正确的是 A．雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力 B．夏天荷叶上小水珠呈球状是由于液体表面张力使其表面积具有收缩到最小趋势的缘故 C．喷泉喷到空中的水形成一个个球形小水球是表面张力的结果 D．晶体一定具有规则形状，且有各向异性的特征 E．小木块能够在水中漂浮是表面张力与其重力平衡的结果 ‎【参考答案】ABC ‎【详细解析】雨水不能透过布雨伞，是因为液体表面存在张力，A正确；荷叶上小水珠与喷泉喷到空中的水形成一个个球形小水珠均呈球状，是由于液体表面张力使其表面积具有收缩到最小趋势的缘故，BC正确；单晶体一定具有规则形状，且单晶体有各向异性的特征，D错误；小木块能够在水中漂浮是浮力和重力平衡的结果，E错误。‎ ‎【名师点睛】对固体和液体知识的考查，涉及晶体和非晶体、表面张力、浸润、液晶、饱和汽和饱和汽压、湿度等方面，应结合分子动理论、热力学定律等知识加强识记和理解能力。‎ ‎1．甲、乙、丙、丁四位同学组成合作学习小组，对晶体和液晶的特点展开了讨论，他们的说法正确的是 A．甲说：晶体有单晶体和多晶体，单晶体有天然规则的几何外形 B．乙说：多晶体是由许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体没有固定的熔点 C．丙说：液晶就是液态的晶体，其光学性质与多晶体相似，具有各向异性 D．丁说：液晶是一种在分子结构上介于固体和液体之间的中间态，它具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性 ‎【答案】AD ‎【解析】晶体有单晶体和多晶体，单晶体有天然规则的几何外形，A正确；多晶体是由许多单晶体杂乱 无章地组合而成的，所以多晶体没有规则的几何外形，但凡是晶体都有固定的熔点，B错误；液晶是一种在分子结构上介于固体和液体之间的中间态，它具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性，C错误，D正确。‎ ‎2．下面说法正确的是 A．鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿——毛细现象 B．细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后尖端变成球形——表面张力 C．粉笔能吸干纸上的墨水——浸润现象 D．布做的雨伞，虽然纱线间有空隙，却不漏雨水——毛细现象 ‎【答案】B ‎3．下列说法不正确的是 A．空气的相对湿度等于水蒸气的实际压强与同温度下水的饱和汽压的比值 B．饱和汽压随温度的升高而变小 C．在温度不变的情况下，增大液面上方饱和汽的体积，待气体重新达到饱和时，饱和汽的密度不变，压强也不变 D．一定温度下，饱和汽的压强是一定的 ‎【答案】B ‎【解析】根据相对湿度的定义，空气的相对湿度等于水蒸气的实际压强与同温度下水的饱和汽压的比值，A正确；饱和汽压随温度的升高而变大，B错误；一定温度下，增大液面上方饱和汽的体积，饱和汽压不变，则饱和汽的密度不变，CD正确。‎ 关于一定质量的理想气体的状态变化，下列说法中正确的是 A．当压强不变而温度由100 ℃上升到200 ℃时，其体积增大为原来的2倍 B．气体由状态1变到状态2时，一定满足方程 C．体积增大到原来的4倍，可能是压强减半，热力学温度加倍 D．压强增大到原来的4倍，可能是体积加倍，热力学温度减半 ‎【参考答案】BC ‎【详细解析】一定质量的理想气体，压强不变时，体积与热力学温度成正比，温度由100 ℃上升到200 ℃时，热力学温度由373 K上升到473 K，体积增大到原来的倍，A错误；质量不变的理想气体由状态1到状态2，一定满足方程，B正确；根据气体状态方程，一定质量的理想气体体积增大到原来的4倍，可能是压强减半，同时热力学温度加倍，C正确；若压强增大到原来的4倍，可能是体积加倍，同时热力学温度加倍，D错误。‎ ‎【名师点睛】使用气体实验定律或理想气体状态方程解题时，首先应选定研究对象——一定质量的理想气体，然后选定分析过程，找到始、末状态的参量或者状态参量的关系，再列式求解。‎ ‎1．如图所示，一定质量的理想气体经过一系列过程，下列说法中正确的是 A．a→b过程中，气体体积增大，压强减小 B．b→c过程中，气体压强不变，体积增大 C．b→c过程中，气体压强不变，体积减小 D．c→a过程中，气体压强增大，体积减小 E．c→a过程中，气体温度升高，体积不变 ‎【答案】ACE ‎2．容积为20 L的钢瓶充满氧气后，压强为150 atm，打开钢瓶的阀门让氧气同时分装到容积为5 L的小瓶中，若小瓶原来是抽空的，小瓶中充气后压强为10 atm，分装过程中无漏气，且温度不变，那么最多能 分装 A．4瓶 B．50瓶 C．56瓶 D．60瓶 ‎【答案】C ‎【解析】根据玻意耳定律有p0V0=p′(V0+nV1)，可得，选C。‎ ‎3．如图所示为竖直放置的上细下粗密闭细管，水银柱将气体分隔为A、B两部分，初始温度相同。现使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，则下列说法不正确的是 A．水银柱向上移动 B．ΔVA<ΔVB C．ΔpA>ΔpB D．ΔFA=ΔFB ‎【答案】BCD ‎1．下列说法中正确的是 A．常见的金属材料都是多晶体 B．只有非晶体才显示各向同性 C．凡是具有规则的天然几何形状的物体必定是单晶体 D．多晶体不显示各向异性 E．非晶体显示各向异性 ‎2．关于液体的表面张力，下列说法不正确的是 A．表面张力是液体内部各部分之间的相互作用力 B．液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为引力 C．液体的表面张力随温度的升高而减小 D．液体的表面张力随温度的升高而增大 E．表面张力的方向与液面垂直 ‎3．某日白天的气温是20 ℃，空气中水蒸气的压强是1.1×103 Pa；夜间，空气中水蒸气的压强不变，气温降到10 ℃，已知20 ℃时水的饱和汽压为2.3×103 Pa，10 ℃时水的饱和汽压为1.2×103 Pa，则我们感觉到的潮湿与干爽情况是 A．夜间干爽 B．白天潮湿 C．白天干爽 D．夜间潮湿 ‎4．同一种液体，滴在固体A的表面时，出现如图甲所示的情况；当把毛细管B插入这种液体时，液面又出现如图乙的情况。若A固体和B毛细管都很干净，则 A．A固体和B管可能是同种材料 B．A固体和B管一定不是同种材料 C．固体A的分子对液体附着层的分子的引力比B管的分子对液体附着层的分子的引力小 D．液体对毛细管B不浸润 ‎5．如图所示为一定质量的理想气体沿箭头所示的方向发生状态变化的过程，则下列说法中正确的是 A．从状态c到状态d，压强减小 B．从状态d到状态a，压强不变 C．从状态a到状态b，压强增大 D．从状态b到状态c，压强减小 ‎6．如图所示，开口向上竖直放置的内壁光滑气缸，其侧壁是绝热的，底部导热，内有两个质量均为m的密闭活塞，活塞A导热，活塞B绝热，将缸内理想气体分成Ⅰ、Ⅱ两部分。初状态整个装置静止不动且处于平衡状态，Ⅰ、Ⅱ两部分气体的高度均为l0，温度为T0。设外界大气压强为p0保持不变，活塞横截面积为S，且mg=p0S，环境温度保持不变。若在活塞 A上逐渐添加细砂，当细砂质量等于2m时，两活塞在某位置重新处于平衡，求活塞A下降的高度。‎ ‎7．如图a所示为开口向上、粗细均匀且足够长的导热玻璃管，管内有一段长25 cm的水银柱，封闭着长度为60 cm的空气柱（可视为理想气体），大气压强恒为p0=75 cmHg，环境温度为300 K。‎ ‎（1）求当玻璃管缓慢转动60°时（如图b）封闭空气柱的长度。（保留一位小数）‎ ‎（2）若玻璃管总长仅有L=115 cm，从开口向上缓慢转动至开口向下（如图c）后，再改变环境温度，足够长时间后封闭空气柱长度仍然为60 cm，求此时的环境温度。‎ ‎8．如图，有一个在水平面上固定放置的气缸，由a、b、c三个粗细不同的同轴绝热圆筒组成，a、b、c的横截面积分别为3S、S和2S。已知大气压强为p0，两绝热活塞A和B用一个长为4l的不可伸长细线相连，两活塞之间密封有温度为T0的空气，开始时，两活塞静止在图示位置。现对气体加热，使其温度缓慢上升，两活塞缓慢移动，忽略两活塞与圆筒之间的摩擦。‎ ‎（1）求加热前封闭气体的压强和细线上的张力大小。‎ ‎（2）气体温度缓慢上升到多少时，其中一活塞恰好移动到其所在圆筒与b圆筒的连接处？‎ ‎（3）气体温度上到时，封闭气体的压强。‎ ‎9．如图所示的玻璃管ABCDE，CD部分水平，其余部分竖直（B端弯曲部分长度可忽略），玻璃管截面半径相比其长度可忽略，CD内有一段水银柱，初始时数据如图所示，环境温度是300 K，大气压是75 cmHg。现保持CD水平，将玻璃管A端缓慢竖直向下插入大水银槽中，当水平段内水银柱刚好全部进入DE竖直管内时，保持玻璃管静止不动。‎ ‎（1）玻璃管A端插入大水银槽中的深度（即水银面到管口A的竖直距离）是多少？‎ ‎（2）当管内气体温度缓慢降低到多少时，DE中的水银柱刚好回到CD水平管中？‎ ‎10．（2016江苏卷）在高原地区烧水需要使用高压锅，水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽，停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却，在冷却过程中，锅内水蒸气的变化情况为 A．压强变小 B．压强不变 C．一直是饱和汽 D．变为未饱和汽 ‎11．（2015新课标全国Ⅰ卷）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．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同的方向上有不同的光学性质 C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体 D．在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体 E．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 ‎12．（2017新课标全国Ⅰ卷）如图，容积均为V的气缸A、B下端有细管（容积可忽略）连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3；B中有一可自由滑动的活塞（质量、体积均可忽略）。初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；关闭K2、K3，通过K1给气缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27 ℃，气缸导热。‎ ‎（1）打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；‎ ‎（2）接着打开K3，求稳定时活塞的位置；‎ ‎（3）再缓慢加热气缸内气体使其温度升高20 ℃，求此时活塞下方气体的压强。‎ ‎13．（2017新课标全国Ⅱ卷）一热气球体积为V，内部充有温度为Ta的热空气，气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在1个大气压、温度T0时的密度为ρ0，该气球内、外的气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为g。‎ ‎（1）求该热气球所受浮力的大小。‎ ‎（2）求该热气球内空气所受的重力。‎ ‎（3）设充气前热气球的质量为m0，求充气后它还能托起的最大质量。‎ ‎14．（2017新课标全国Ⅲ卷）一种测量稀薄气体压强的仪器如图（a）所示，玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K1和K2。K1长为l，顶端封闭，K2上端与待测气体连通；M下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通。开始测量时，M与K2相通；逐渐提升R，直到K2中水银面与K1顶端等高，此时水银已进入K1，且K1中水银面比顶端低h，如图（b）所示。设测量过程中温度、与K2相通的待测气体的压强均保持不变。已知K1和K2的内径均为d，M的容积为V0，水银的密度为ρ，重力加速度大小为g。求：‎ ‎（1）待测气体的压强；‎ ‎（2）该仪器能够测量的最大压强。‎ ‎15．（2016新课标全国Ⅰ卷）在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp=，其中σ=0.070 N/m。现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升。已知大气压强p0=1.0×105 Pa，水的密度ρ=1.0×103 kg/m3，重力加速度大小g=10 m/s2。‎ ‎（1）求在水下10 m处气泡内外的压强差。‎ ‎（2）忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。‎ ‎16．（2016新课标全国Ⅱ卷）一氧气瓶的容积为0.08 m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3。当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气。若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。‎ ‎17．（2016上海卷）如图，两端封闭的直玻璃管竖直放置，一段水银将管内气体分隔为上下两部分A和B，上下两部分气体初始温度相等，且体积VA>VB。‎ ‎（1）若A、B两部分气体同时升高相同的温度，水银柱将如何移动？‎ 某同学解答如下：‎ 设两部分气体压强不变，由，…，，…，所以水银柱将向下移动。‎ 上述解答是否正确？若正确，请写出完整的解答；若不正确，请说明理由并给出正确的解答。‎ ‎（2）在上下两部分气体升高相同温度的过程中，水银柱位置发生变化，最后稳定在新的平衡位置，A、‎ B两部分气体始末状态压强的变化量分别为ΔpA和ΔpB，分析并比较二者的大小关系。‎ ‎1．ACD【解析】常见的金属都是多晶体，A正确；非晶体和多晶体的物理性质都表现为各向同性，BE错误，D正确；有天然的规则的几何形状的物体一定是单晶体，C正确。‎ ‎3．CD【解析】相对湿度=，所以白天20 ℃时的相对湿度为，夜间10 ℃时的相对湿度为，故感觉白天干爽，夜间潮湿，选CD。‎ ‎4．BC【解析】由图可知，该液体不浸润A，但浸润B，所以A与B一定不是同种材料，AD错误，B正确；根据浸润与不浸润的特点可知，浸润时附着层内分子引力小于固体对液体分子的引力，不浸润时附着层内分子引力大于固体对液体分子的引力，所以固体A的分子对液体附着层的分子的引力小于B管的分子对液体附着层的分子的引力，C正确。‎ ‎5．ACD【解析】由可得，故V–T图上过原点的直线上压强相等，图象某点与原点连线的斜率越大，压强越小，故ACD正确，B错误。‎ ‎6．‎ ‎【解析】对Ⅰ气体，初状态：，末状态：‎ 由玻意耳定律有 解得 对Ⅱ气体，初状态：，末状态：‎ 由玻意耳定律有 解得 故活塞A下降的高度 ‎7．（1）68.6 cm （2）180 K ‎【解析】（1）转动前，封闭气体的压强 转动后，封闭气体的压强 气体等温变化，由玻意耳定律有 可得 ‎（2）假设旋转后水银不会从玻璃管溢出，转动后封闭气体的压强 由玻意耳定律有 解得，则水银已经溢出 设剩余水银柱长x 则有 解得（另解舍去）‎ 改变温度过程气体等压变化，由玻意耳定律有 解得 ‎8．（1）p0 0 N （2） （3）‎ ‎（2）对气体加热后，气体体积增大，两活塞将向左移动，活塞B能移动圆筒c与b的连接处 加热前，封闭气体的体积 加热后，封闭气体的体积 气体等压变化，由盖–吕萨克定律有 解得；‎ ‎（3），活塞B被挡住后，继续对气体加热，气体做等容变化 由查理定律有 解得 ‎9．（1）25 cm （2）262.5 K ‎【解析】（1）设玻璃管的横截面积为S 对水银柱左侧气体，初状态：，‎ 末状态：‎ 由玻意耳定律有 解得封闭空气柱的长度 A端插入大水银槽中的深度 ‎（2）降温后，封闭气体的压强为p0，体积 由盖–吕萨克定律有 解得 ‎10．AC【解析】在冷却过程中，温度降低，锅内水蒸气与液体水处于动态平衡，所以锅内水蒸气一直是饱和汽，C正确，D错误；在冷却过程中，温度降低，饱和汽的压强，即饱和汽压减小，A正确，B错误。‎ ‎12．（1） 2p0 （2）气缸B顶部 （3）1.6p0‎ ‎【解析】（1）设打开K2后，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1。依题意，被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律有，‎ 联立可得，‎ ‎（2）打开K3后，活塞上升，设活塞不再上升时，活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2‎ 由玻意耳定律得 可得，所以打开K3后，活塞会上升到气缸B的顶部 ‎（3）设加热后活塞下方气体的压强为p2，气体温度从T1=300 K升高到T2=320 K 由理想气体状态方程有 解得p2=1.6p0‎ ‎13．（1） （2） （3）‎ 联立可得 气球所受的浮力 ‎（2）气球内热空气所受的重力 ‎（3）设该气球还能托起的最大质量为m，由平衡条件有F=m0g+G+mg 解得 ‎14．（1） （2）‎ ‎【解析】（1）水银面升至M下端时，M和K1中气体刚被封住，封闭气体的体积，压强 等于待测气体的压强p；提升R，直到K2中水银面与K1顶端等高时，K1和K2中水银面高度差为h，可知K1中封闭气体的压强，体积 整个过程为等温过程，由玻意耳定律有 解得 ‎（2）h越大，越大 由题可知，故当h=l时，该仪器能够测量的最大压强 ‎15．（1）28 Pa （2）1.26‎ 气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有p1V1=p2V2‎ 联立可得 故r2>r1，有∆p2<∆p1=28 Pa，∆p1和∆p2均远小于p0‎ 则 ‎16．4‎ ‎【解析】氧气开始时的压强p1=20 atm，体积为V1，压强变为p2=2 atm时，体积为V2‎ 根据玻意耳定律有p1V1=p2V2‎ 重新充气前，用去的氧气在p2压强下的体积V3=V2–V1‎ 设用去的氧气在p0=1 atm压强下的体积为V0‎ 根据玻意耳定律有p2V3=p0V0‎ 实验室每天用去的氧气在p0压强下的体积ΔV=0.36 m3，则氧气可用的天数N≤‎ 联立各式解得N=4‎ ‎17．（1）不正确，水银柱向上移动 （2）ΔpA=ΔpB ‎【解析】（1）不正确，水银柱移动的原因是：气体升温后压强的变化使水银柱受力不平衡 正确解法：‎ 假设升温后A、B两部分气体体积不变 由查理定律有 压强增加量 由pB=pA+pHg>pA，则，所以水银柱要向上移动 ‎（2）升温前，由平衡条件有pB=pA+pHg 升温后，水银柱稳定时，由平衡条件有p'B =p'A+pHg 两式相减可得ΔpA=ΔpB ‎ ‎ ‎ ‎