15.2 固体、液体和气体 课件 -2027届高三物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦热学模块，覆盖固体与液体性质、气体分子运动与压强、气体实验定律及理想气体状态方程、等温压强体积关系实验四大核心考点。依据高考评价体系梳理考查要求，分析得出气体实验定律应用占比35%、压强计算占25%的高频考点分布，归纳出活塞/液柱模型、图像分析等常考题型。 课件亮点在于“真题情境+模型建构+素养提升”的备考策略，如以2025江苏卷气体分子速率分布题为例，运用科学思维中的模型建构方法，拆解分子数密度与平均动能的关联。实验专题通过p-1/V图像转化训练科学探究能力，特设“易错警示”专栏纠正液柱压强计算忽略倾角等问题。助力学生掌握解题技巧，教师可依托考点权重精准规划复习，提升备考效率。

第15章 热学 第2节 固体、液体和气体 实验：探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 1 考点一 固体与液体 考点二 气体 考点三 气体实验定律和理想气体状态方程的简单应用 考点四 实验：探究等温情况下一定质量气体压强与体积 的关系 2 考点一 固体与液体 3 1.固体 （1）分类：固体分为______和________两类。晶体又分为________和________。 （2）晶体和非晶体的比较 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 4 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 ______ 不确定 物理性质 各向异性 __________ 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 形成与转化 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化 确定 各向同性 5 2.液体 （1）液体的表面张力 ①作用效果：液体的表面张力使液面具有______的趋势，使液体表面积趋于最小，而 在体积相同的条件下，____形表面积最小。 ②方向：表面张力跟液面______，跟这部分液面的分界线______。 ③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 ______。 （2）浸润和不浸润 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______，不浸润液体在细管中______。 收缩 球 相切 垂直 引力 上升 下降 6 3.液晶 （1）液晶的物理性质 ①具有液体的________。 ②具有晶体的______________。 （2）液晶的微观结构 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。 流动性 光学各向异性 7 【视角1】 固体性质 例1 (多选)“嫦娥六号”探测器胜利完成月球采样任务并返回地球。探测器上装有用石英制成的传感器，其受压时不同表面会产生不同的压电效应(即由压力产生电荷的现象)。如图所示，则下列说法正确的是(　　 ) A.石英是非晶体 B.石英没有确定的熔点 C.石英内部分子按照一定的规律排列，具有空间上的周期性 D.其导热性在不同表面也一定不同 C 8 [解析] 晶体有确定的熔点，石英是单晶体，有确定的熔点，故A、B错误；组成晶体的微粒，按照一定的规律排列，具有空间上的周期性，故C正确；由题意知，石英晶体具有各向异性的压电效应，但导热性不一定具有各向异性，故D错误。 9 【视角2】　液体性质+表面张力 例2 (多选)下列说法正确的是(　　) A.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的缘故 B.水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，这是因为油脂使水的表面张力增大的缘故 C.在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由漂浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果 D.在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关 ACD 10 [解析] 水的表面层分子间距较大，分子力表现为引力，这种分子之间的引力液面具有收缩的趋势，针轻放在水面上，它会浮在水面，正是由于水表面存在表面张力的缘故，A正确；水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，这是因为水不浸润油脂，但可以浸润玻璃，B错误；在围绕地球飞行的宇宙飞船中，水滴处于完全失重状态，水滴表面仅在表面张力的作用下有收缩为球形的趋势，C正确；在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关，D正确。 11 【视角3】　液体性质+浸润与不浸润 例3 (多选)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( ) AC 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 12 [解析] 液体表面层中分子间距离r略大于r0，而液体内部分子间的距离r略小于r0，故表面层Ⅰ、表面层Ⅱ内分子的分布均比液体内部稀疏，A正确，B错误。由甲图可知，水浸润玻璃，说明附着层Ⅰ中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，C正确；由乙图可知，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弱，D错误。 13 考点二 气体 14 1.气体分子运动的速率分布图像 （1）气体分子运动的特点 气体分子间距离大约是分子直径的10倍，分子间作用力十分微弱，可忽略不计；分子沿各个方向运动的机会均等；分子速率按“中间多、两头少”的统计规律分布。且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大，如图所示。 15 （2）温度是分子平均动能的标志。对确定的气体而言，温度与分子运动的平均速率有 关，温度越高，反映气体分子热运动的平均速率越大。 （3）对微观世界的理解：单个分子的运动是不规则的，但大量分子的运动是有规律的， 如对大量气体分子来说，朝各个方向运动的分子数目相等，且分子的速率按照一定的 规律分布。宏观物理量与微观物理量的统计平均值是相联系的，如温度是分子热运动 平均动能的标志。 16 2.气体压强的微观解释 （1）产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续 而稳定的压力。 （2）决定因素（一定质量的某种理想气体） ①宏观上：决定于气体的温度和体积。 ②微观上：决定于分子的平均动能和分子的数密度。 17 3.气体压强的计算 （1）活塞模型 如图所示是最常见的封闭气体的两种方式。 求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析，然后根据平衡 条件或牛顿第二定律列方程。 图甲中活塞的质量为，活塞横截面积为，外界大气压强为 。由于活塞处于 平衡状态，所以，则气体的压强为 。 图乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以 ， 则气体压强为 。 18 （2）连通器模型 如图所示， 形管竖直放置。同一液体中的相同高度处压强一定相等，所 以气体和的压强关系可由图中虚线联系起来。则有 ，而 ， 所以气体的压强为 。 19 【视角1】 压强微观解释 例1如图所示为模拟气体压强产生机理的演示实验。操作步骤如下: ①把一颗豆粒从距秤盘20 cm处让它落到秤盘上，观察指针摆动的情况； ②再把100颗左右的豆粒从相同高度均匀连续地倒在秤盘上，观察指针摆动的情况； ③使100颗豆粒从更高的位置均匀连续倒在秤盘上，观察指针摆动的情况。 下列说法正确的是(　　) A.步骤①和②模拟的是气体压强与气体分子平均动能的关系 B.步骤①和②模拟的是大量气体分子频繁碰撞器壁产生压力的持续性 C.步骤②和③模拟的是气体压强与分子密集程度的关系 D.步骤②和③模拟的是大量气体分子速率分布所服从的统计规律 B 20 [解析] 气体的压强由单位时间内，单位面积上碰撞的分子个数和每个分子碰撞时给器壁的冲量决定，与分子数密度和温度有关，①说明一个分子碰撞观察不到效果，②模拟大量分子在温度较低的时候，产生的效果，③模拟大量分子在温度较高时产生的效果，因此高度大，碰撞时速度大，相当于温度高，选B。 21 【视角2】 气体分子速率 例2 (2025·江苏)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( ) C 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 22 [解析] 根据题意，一定质量的理想气体，甲乙两个状态下气体的体积相同，所以分子数密度相同、分子的平均距离相同，故AB错误；根据题图可知，乙状态下气体速率大的分子占比较多，则乙状态下气体温度较高，则平均动能大，故C正确；乙状态下气体平均速度大，密度相等，则单位时间内撞击容器壁次数较多，故D错误。 23 【视角3】　气体压强计算+汽缸 例3 求汽缸中气体的压强。(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，均处于平衡状态) 24 [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pAS = p0S+mg，得pA = p0+； 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p0S = pBS+Mg，得pB = p0−； 题图丙中选活塞为研究对象，受力分析如图(c)所示，pCS下sin α = p0S上+FN+mg，FN = Mg，S下sin α = S上，S上 = S，由以上可得pC = p0+。 25 【视角4】　气体压强计算+试管液柱 例4 若已知大气压强为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。 26 [解析]题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由平衡条件有p甲S+ρghS = p0S 所以p甲 = p0−ρgh 题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有 p乙S+ρghS = p0S p乙 = p0−ρgh 题图丙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有 p丙S+ρghsin 60°·S = p0S 所以p丙 = p0−ρgh 27 题图丁中，以A液面为研究对象，由平衡条件有 p丁S = p0S+ρgh1S 所以p丁 = p0+ρgh1 题图戊中，从开口端开始计算，右端大气压强为p0，同种液体同一水平面上的压强相同， 所以b气柱的压强为pb = p0+ρg(h2−h1)， 故a气柱的压强为pa = pb−ρgh3 = p0+ρg(h2−h1−h3)。 考点三 气体实验定律和理想气体状态方程的简单 应用 29 1.气体实验定律 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， 体积与热力学温度成 正比 30 玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律 表达式 _____ 图像 _________________________ _________________________ _________________________ 续表 31 2.理想气体状态方程 （1）理想气体：在任何温度、任何______下都遵从气体实验定律的气体。 ①在压强不太大、温度不太低时，实际气体可以看作理想气体。 ②理想气体的分子间除碰撞外不考虑其他作用，一定质量的某种理想气体的内能仅由 ______决定。 （2）理想气体状态方程：或 。（质量一定的理想气体） 压强 温度 32 3.解题基本思路 4.分析气体状态变化的问题要抓住三点 （1）弄清一个物理过程分为哪几个阶段。 （2）找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的。 （3）明确哪个阶段应遵循什么实验定律。 33 【视角1】 等温变化 例1 细长玻璃管用长l0为6.8 cm的水银柱封闭一定质量的空气(看作理想气体)。当玻璃管开口向下竖直放置时(水银未溢出)，空气柱长度l1为33 cm；当玻璃管水平放置时，空气柱长度l2为30 cm。求玻璃管开口向上竖直放置时空气柱的长度。 [解析] 设玻璃管横截面积为S，管内气体在管开口向下时压强p1 = p0−ρ水银gl0，管水平放置时压强为p0，对管内气体根据玻意耳定律有p1l1S = p0l2S，解得p0 = 74.8 cmHg，管开口向上时压强p3 = p0+ρ水银gl0，根据玻意耳定律得p0l2S = p3l3S，解得l3 = 27.5 cm。 34 【视角2】 等容变化 例2 在一次科学晚会上，某老师表演了一个“马德堡半球实验”。他先取出两个在碗底各焊接了铁钩的不锈钢碗，在一个碗里烧了一些纸，然后迅速把另一个碗扣上，再在碗的外面浇水，使其冷却到环境温度。用两段绳子分别钩着铁钩朝相反的方向拉，试图把两个碗拉开。当两边的人各增加到5人时，才把碗拉开。已知碗口的直径为20 cm，环境温度为15 ℃，大气压强为1.0×105 Pa。实验过程中碗不变形，也不漏气，设每人平均用力为200 N。下列说法中正确的是( ) B A.浇水过程中不锈钢碗里的气体压强逐渐增大 B.浇水过程中不锈钢碗里气体分子的平均速度逐渐变小 C.碗快要被拉开时，碗内封闭气体压强约为3.6×104 Pa D.不锈钢碗刚被扣上时，里面空气的温度约为404 ℃ 35 [解析] 碗里气体，浇水过程为等容降温，气体分子平均速率逐渐变小，压强减小，A错，B对；碗的横截面积S = πr2 = 3.14×10−2 m2，冷却后拉开时p2S+F = p0S。p2 = p0− = 6.8×104 Pa，C错；T1 = T2 = 424 K，D错。 36 【视角3】 等压变化 例3 (2024·海南)用铝制易拉罐制作温度计，一透明薄吸管里有一段油柱(长度不计)粗细均匀，吸管与罐密封性良好，罐内气体可视为理想气体，已知罐体积为330 cm3，薄吸管底面积为0.5 cm2，罐外吸管总长度为20 cm，当温度为27 ℃时，油柱离罐口10 cm，不考虑大气压强变化，下列说法正确的是( ) A.若在吸管上标注等差温度值，则刻度左密右疏 B.该装置所测温度不高于31.5 ℃ C.该装置所测温度不低于23.5 ℃ D.其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，则油柱离罐口距离增大 B 37 [解析] 由盖—吕萨克定律得，其中V1 = V0+Sl1 = 335 cm3，T1 = (273+27) K = 300 K，V2 = V0+Sx = 330+0.5x(cm3)，代入解得T = x+(K)，根据T = t+273 K，可知t = x+(℃)，故若在吸管上标注等差温度值，则刻度均匀，故A错误；当x = 20 cm时，该装置所测的温度最高，代入解得tmax≈31.5 ℃，故该装置所测温度不高于31.5 ℃，当x = 0时，该装置所测的温度最低，代入解得tmin≈22.5 ℃，故该装置所测温度不低于22.5 ℃，故B正确，C错误；其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，由盖—吕萨克定律可知，油柱离罐口距离不变，故D错误。 38 【视角4】　理想气体状态方程 例4 某实验小组受酒店烟雾报警器原理启发，设计了如图所示的温度报警装置，在竖直放置的圆柱形容器内用一厚度不计、面积S = 5 cm2、质量m = 0.5 kg的活塞密封一定质量的理想气体，活 塞能无摩擦滑动，整个装置倒贴在水平天花板上，开始时房间的热力学温度T0 = 300 K，活塞与容器顶部的距离l0 = 20 cm，在活塞下方d = 4 cm处有一压力传感器制成的卡口，环境温度缓慢升高时容器内气体温度也随之升高，当传感器受到压力大于5 N时，就会启动报警装置。已知大气压强恒为p0 = 1.0×105 Pa，重力加速度大小g取10 m/s2，求: 39 （1）封闭气体初始状态的压强p； [解析] 对活塞受力分析，由平衡条件有pS = p0S−mg 解得p = 9×104 Pa 40 （2）触发报警装置的热力学温度T。 [解析] 设触发报警装置的压强为p'，对活塞受力分析，由平衡条件有p'S+mg = p0S+F 解得p' = 1.0×105 Pa 由理想气体状态方程得 解得T = 400 K。 41 考点四 实验：探究等温情况下一定质量气体压强 与体积的关系 42 1.实验器材：注射器、橡胶套、压力表等（如图所示）。 43 2.实验数据的获取 空气柱的压强<m></m>可以从仪器上方的压力表读出，空气柱的长度<m></m>可以在玻璃管侧的刻度 尺上读出，空气柱的长度<m></m>与横截面积<m></m>的乘积就是它的体积<m></m>。 把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出空气柱的长度与压强的几组数据。 44 3.实验数据的处理 在等温过程中，气体的压强和体积的关系在<m></m>图像中呈现为双曲线的一支，如图甲所示。处理实验数据时，要通过变换，即画<m></m>图像，把双曲线变为直线，说明<m></m>和<m></m>成反比，如图乙所示。这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理规律比较直接，容易得出相关的对实验研究有用的参数。 45 4.实验结论 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，所以 图线是 双曲线的一支，但不同温度下的图线是不同的。如图是一定质量的气体分别在、 温度下等温变化的 图线，其中温度较高的是___。 46 5.注意事项 （1）本实验应用控制变量法，探究在气体______和______不变的情况下（即等温过 程），气体的压强和体积的关系。 （2）为保证等温变化，实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位。同时，改变体 积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度。为保证气体密闭，应在活塞与注射器内壁 间涂上润滑油，注射器内、外气体的压强差不宜过大。 质量 温度 47 【视角1】　实验原理与操作 例1 用图甲所示装置探究气体等温变化的规律。 （1）实验中，为找到体积与压强的关系，　　　　(选填“需要”或“不需要”)测空气柱的横截面积；  不需要 [解析] 由于注射器的横截面积相等，所以在此实验中可用长度代替体积，故不需要测空气柱的横截面积。 48 （2）关于该实验的操作，下列说法正确的有　　　；  A.柱塞上应该涂油 B.应缓慢推拉柱塞 C.用手握住注射器推拉柱塞 D.注射器必须固定在竖直平面内 AB [解析]柱塞上涂油，既减小摩擦，又防止漏气，故A正确；若急速推拉活塞，则有可能造成漏气和不满足等温条件，所以应缓慢推拉活塞，故B正确；手握注射器会造成温度变化，故C错误；压强由压力表测量，不是由竖直的平衡条件计算，所以不需要竖直放置，故D错误。 49 （3）测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，以p为纵坐标，为横坐标，在坐标系中描点作图；小明所在的小组不断压缩气体，由测得的数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上述方法作出的图像应为图乙中的　　　(选填“①”或“②”)，造成该现象的原因可能是　　　　。  ② 漏气 [解析]由 = C，可得p = CT·，则p−图像的斜率为k = CT，又因pV = CT，且p与V的乘积值越来越小，则图像的斜率越来越小，图像将向下弯曲，图②是小明组所绘，造成这种情况的原因可能是漏气。 50 【视角2】　实验数据处理和图像分析 例2 如图所示，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缓慢移动活塞至某一位置，待示数稳定后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。 51 （1）在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的　 　和　　　。  质量 温度 [解析] 探究气体等温变化的规律，需要保持不变的量是气体的质量和温度。 （2）根据记录的实验数据，作出了如图所示的p−V图像。对图线进行分析，如果在误差允许范围内，p1、p2、V1、V2之间满足关系式　　　　　　，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。  [解析]一定质量的气体在温度保持不变时，压强与体积成反比，即压强与体积的乘积不变，如果在误差允许范围内，p1、p2、V1、V2之间满足关系式是p1V1 = p2V2。 52 （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　　　　(选填选项前的字母)。  AC A. B. C. D. [解析]由理想气体状态方程 = C，可知pV = CT，对于一定质量的气体，温度T越高pV越大，即V−p图像离坐标轴越远，已知T1>T2，故A正确，B错误；由理想气体状态方程 = C，可知V = CT，对于一定质量的气体，温度T越高， V−图像的斜率越大，已知T1>T2，故C正确，D错误。 53 【视角3】　创新实验——测不规则形状物体体积 例3 某同学通过图甲所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗形状不规则的石子的体积。 实验步骤: ①将石子装进注射器，插入活塞，再将注射器通过软管与传感器A连接； ②移动活塞，通过活塞所在的刻度读取了多组气体体积V，同时记录对应的传感器数据； ③建立直角坐标系。 54 （1）在实验操作中，下列说法正确的是　　　　；  A.图甲中，传感器A为压强传感器 B.在步骤①中，将注射器与传感器A连接前，应把注射器活塞移至注射器最右端位置 C.操作中，不可用手握住注射器封闭气体部分，是为了保持封闭气体的温度不变 D.若实验过程中不慎将活塞拔出注射器，应立即将活塞插入注射器继续实验 AC 55 [解析] 该气体发生等温变化，从注射器的刻度上读出体积，因此传感器A为压强传感器，A正确；在步骤①中，将注射器与传感器A连接前，应使注射器封住一定质量的气体，因此不必将活塞移至注射器最右端，B错误；操作中，不可用手握住注射器封闭气体部分，是为了保持封闭气体的温度不变，C正确；若实验过程中不慎将活塞拔出注射器，气体的质量发生变化，因此以上数据全部作废，应重新做实验，D错误。 56 （2）为了在坐标系中获得直线图像，若取y轴为V，则x轴为　　(选填“”或“p”)； [解析] 作出图像为一条直线，根据玻意耳定律pV = C可知，x轴应为。 （3）选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到的图像如图乙所示，若不考虑传感器和注射器连接处的软管容积带来的误差，则石子的体积为　　　　；若考虑该误差影响，测得软管容积为V0，则石子的体积为　　　　　。  [解析] 设石子体积为V1，对一定质量的气体，根据玻意耳定律可得p(V−V1) = C，整理得V = +V1，因此可得V1 = b；软管容积为V0不能忽略，则表达式为p(V+V0−V1) = C，整理得V = +V1−V0，可知V1−V0 = b，故V1 = b+V0。 57 $