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专题36　　固体、液体和气体
题型 选择题 命题趋势和备考策略
高考考点 固体与液体的性质；气体和液体压强的产生与计算；三大实验定律的理解和计算；气体状态变化的图像问题；理想气体状态方程与气体实验定律的应用 【命题规律】近3年新高考卷对于本节内容考查共计27次，主要考查： 固体与液体的性质； 气体和液体压强的产生与计算； 三大实验定律的理解和在图像中的应用； （4）理想气体状态方程与气体实验定律的应用； 【备考策略】理解电容器的充放电现象，并能根据充放电现象判断电容器的动态变化情况；掌握带电粒子在电场中的受力分析方法，判断带电粒子在电场中的偏转情况和运动情况；熟练掌握平抛运动的特点和规律，正确应用牛顿第二定律解决类平抛问题。 【命题预测】本节内容题目难度中和中偏下，主要考察对物理观念的认识，模型构建等物理学科的核心素养。2024年考生务必重视本节内容，题虽然简单，在高考题中尽可能不丢分。
新高考 2023 重庆卷4题、北京卷1题、湖北卷13题、辽宁卷、江苏卷9题、江苏卷3题、海南卷13题、全国乙卷13题、全国甲卷13题、
2022 重庆卷16题、江苏卷6题、广东卷6题、河北卷16题、湖南卷16题、山东卷15题、全国甲卷14题、
2021 重庆卷16题、福建卷10题、湖北卷14题、辽宁卷14题、北京卷4题、山东卷4题、 广东卷16题、全国甲卷13题、全国乙卷14题、河北卷16题、湖南卷15题
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知识梳理
一、固体 2
二、液体和液晶 2
三、饱和汽、饱和汽压和相对湿度 2
四、气体 3
考点突破
考点一　固体与液体的性质 4
考点二　气体压强的产生与计算 6
考点三　气体状态变化的图象问题 8
考点过关
【素质基础练】 11
【能力提高练】 19
【高考通关练】 29
一、固体
晶体与非晶体的比较
　分类 比较　 晶体 非晶体
单晶体 多晶体
外形 规则 不规则 不规则
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
转化 晶体和非晶体在一定条件下可以转化
典型物质 石英、云母、明矾、食盐 玻璃、橡胶
二、液体和液晶
1．液体的表面张力
(1)作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．
(2)方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．
2．毛细现象是指浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，毛细管越细，毛细现象越明显．
3．液晶的物理性质
(1)具有液体的流动性．
(2)具有晶体的光学各向异性．
(3)从某个方向看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的．
三、饱和汽、饱和汽压和相对湿度
1．饱和汽与未饱和汽
(1)饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽．
(2)未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽．
2．饱和汽压
(1)定义：饱和汽所具有的压强．
(2)特点：液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关．
3．相对湿度
空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比．
即：相对湿度＝.
【深度思考】在闷热的夏天我们会感到非常的不舒服，是因为空气的相对湿度大还是小呢？
四、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，作用在器壁单位面积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积．
②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度．
2．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，其体积与热力学温度成正比
表 达 式 p1V1＝p2V2 ＝或 ＝ ＝或 ＝
图象
3.理想气体的状态方程
(1)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气体实验定律的气体，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，即分子间无分子势能．
(2)理想气体的状态方程
一定质量的理想气体状态方程：＝或＝C.
气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例．
4．气体实验定律的微观解释
(1)等温变化
一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变．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
一定质量的某种理想气体，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
一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大．只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变．
考点一　固体与液体的性质
【典例1】对下列几种固体物质的认识，正确的有(　　)
A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体
B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体
C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则
D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同
答案　AD
解析　若物体是晶体，则在熔化过程中，温度保持不变，可见A正确；烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，是由于云母片在不同方向上导热性能不同造成的，说明云母片是晶体，所以B错误；沿晶体的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理性质不同，这就是晶体的各向异性．选项C错误，D正确．
【变式1】下列说法中正确的是(　　)
A．空气中水蒸气的实际压强与饱和汽压相差越大，越有利于水的蒸发
B．布朗运动是液体分子的运动，说明液体分子永不停息地做无规则热运动
C．水杯里的水面超出杯口但不溢出，是由于水的表面张力作用
D．单晶体具有物理性质各向异性的特征
E．温度升高，物体所有分子的动能都增大
答案　ACD
【变式2】下列说法中正确的是(　　)
A．物体体积增大时，其分子势能一定增大
B．只要物体温度升高，其分子平均动能就一定变大
C．空气绝对湿度不变时，温度越高，相对湿度越小
D．给自行车打气越打越困难，主要是因为气体分子间斥力越来越大
E．液体表面层分子比内部分子稀疏，因此液体表面有收缩的趋势
答案　BCE
解析　分子间距离从很小逐渐增大的过程中，分子势能先减小后增大，要看分子间的距离从何位置增大，所以物体体积增大时，其分子势能不一定增大．故A错误．温度是分子平均动能的量度，只要物体温度升高，其分子平均动能就一定变大．故B正确．空气中水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度；空气绝对湿度不变时，温度越高，饱和汽压越大，相对湿度越小．故C正确；气体间分子间距较大，此时分子间作用力已经接近为零，故自行车打气越打越困难主要是因为胎内气体压强增大而非分子间相互排斥，故D错误；因液体分子表面层分子分布比内部稀疏，故分子间作用力表现为引力，液体表面有收缩趋势，故E正确．
【变式3】关于晶体、液晶和饱和汽的理解，下列说法正确的是(　　)
A．晶体的分子排列都是有规则的
B．液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点
C．饱和汽压与温度和体积都有关
D．相对湿度越大，空气中水蒸气越接近饱和
E．对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大
答案　BDE
考点二　气体压强的产生与计算
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．液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强．
【典例2】一定质量的理想气体经历一系列变化过程，如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．b→c过程中，气体压强不变，体积增大
B．a→b过程中，气体体积增大，压强减小
C．c→a过程中，气体压强增大，体积不变
D．c→a过程中，气体内能增大，体积变小
E．c→a过程中， 气体从外界吸热，内能增大
答案　BCE
解析　b→c过程中，气体压强不变，温度降低，根据盖—吕萨克定律＝C得知，体积应减小．故A错误．a→b过程中气体的温度保持不变，即气体发生等温变化，压强减小，根据玻意耳定律pV＝C得知，体积增大．故B正确．c→a过程中，由图可知，p与T成正比，则气体发生等容变化，体积不变，故C正确，D错误；一定质量的理想气体的内能只与气体温度有关，并且温度越高气体的内能越大，则知c→a过程中，温度升高，气体内能增大，而体积不变，气体没有对外做功，外界也没有对气体做功，所以气体一定吸收热量．故E正确．
【变式1】下图为一定质量理想气体的压强p与体积V的关系图象，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C.设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则下列关系式中正确的是(　　)
A．TATB，TB＝TC
C．TA>TB，TBTC
答案　C
解析　由题中图象可知，气体由A到B过程为等容变化，由查理定律得＝，pA>pB，故TA>TB；由B到C过程为等压变化，由盖·吕萨克定律得＝，VB【变式2】如图，一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，在此过程中，其压强(　　)
逐渐增大 B．逐渐减小 C．始终不变 D．先增大后减小
答案　A
解析　由图象可得，体积V减小，温度T增大，由公式＝C得压强p一定增大．故答案选A.
【变式3】(1)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
(2)如图甲所示，在斯特林循环的p－V图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成．B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目________(选填“增大”“减小”或“不变”)，状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图乙所示，则状态A对应的是________(选填“①”或“②”)．
(3)如图甲所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J，在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J．求气体完成一次循环对外界所做的功．
答案　(1)AC　(2)不变　①　(3)8 J
解析　(1)停止加热后，高压锅在密封状态下缓慢冷却，此过程中锅内水蒸气仍是饱和汽，由p－T关系知，p减小．故A、C项正确．
(2)从B→C的过程中，气体体积不变，故单位体积中的气体分子数目不变；因TA(3)完成一次循环气体内能不变ΔU＝0，吸收的热量
Q＝(20＋12－4－20) J＝8 J
由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，W＝－8 J，
气体对外做功为8 J.
考点三　气体状态变化的图象问题
1．气体实验定律图象对比(质量一定)
定律 变化过程 一定质量气体的两条图线 图线特点
玻意耳定律 等温变化 等温变化在p－V图象中是双曲线，由＝常数知，T越大，pV值就越大，故远离原点的等温线对应的温度高，即T1＜T2，等温变化的p－图象是通过原点的直线，斜率越大则温度越高，所以T2＞T1
查理定律 等容变化 等容变化的p－T图象是通过原点的直线，由＝常数可知，体积大时图线斜率小，所以V1＜V2
盖—吕萨克定律 等压变化 等压变化的V－T图象是通过原点的直线，由＝常数可知，压强大时斜率小，所以p1＜p2
2.利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量、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．例如图5中A、B是辅助线与两条等容线的交点，可以认为从B状态通过等温升压到A状态，体积必然减小，所以V2＜V1.
【典例3】如图所示，足够长的圆柱形汽缸竖直放置，其横截面积为S＝1×10－3 m2，汽缸内有质量m＝2 kg的活塞，活塞与汽缸壁封闭良好，不计摩擦．开始时活塞被销子K销于如图位置，离缸底高度L1＝12 cm，此时汽缸内被封闭气体的压强p1＝1.5×105 Pa，温度T1＝300 K，外界大气压p0＝1.0×105 Pa，g＝10 m/s2.
(1)现对密闭气体加热，当温度升到T2＝400 K．其压强p2多大？
(2)若在此时拔去销子K，活塞开始向上运动，当它最后静止在某一位置时，汽缸内气体的温度降为T3＝360 K，则这时活塞离缸底的距离L3为多少？
(3)保持气体温度为360 K不变，让汽缸和活塞一起在竖直方向做匀变速直线运动，为使活塞能停留在离缸底L4＝16 cm处，则求汽缸和活塞应做匀加速直线运动的加速度a的大小及方向．
答案　(1)2.0×105 Pa　(2)18 cm　(3)7.5 m/s2，方向向上
解析　(1)等容变化：＝，解得p2＝2.0×105 Pa
(2)活塞受力平衡，故封闭气体压强
p3＝p0＋＝1.2×105 Pa
根据理想气体状态方程，有＝，又V2＝L1S，V3＝L3S，解得：L3＝18 cm
(3)等温变化：p3V3＝p4V4，解得p4＝1.35×105 Pa
应向上做匀加速直线运动
对活塞，由牛顿第二定律：p4S－p0S－mg＝ma
解得：a＝7.5 m/s2.
【变式】如图所示，汽缸开口向右、固定在水平桌面上，汽缸内用活塞(横截面积为S)封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁之间的摩擦忽略不计．轻绳跨过光滑定滑轮将活塞和地面上的重物(质量为m)连接．开始时汽缸内外压强相同，均为大气压p0(mg＜p0S)，轻绳处在伸直状态，汽缸内气体的温度为T0，体积为V.现使汽缸内气体的温度缓慢降低，最终使得气体体积减半，求：
(1)重物刚离开地面时汽缸内气体的温度T1；
(2)气体体积减半时的温度T2；
(3)在如图乙所示的坐标系中画出气体状态变化的整个过程并标注相关点的坐标值．
答案　(1)T0　(2)T0　(3)见解析图
解析　(1)p1＝p0，p2＝p0－
等容过程：＝，解得：T1＝T0
(2)等压过程：＝，解得：T2＝T0
(3)如图所示
考点过关
【素质基础练】
1．（2022·浙江湖州·统考一模）下列说法正确的是（　　）
A．受潮后粘在一起的蔗糖没有固定的形状，所以蔗糖是非晶体
B．LC振荡电路中，当电容器极板两端电压增大时电路中的电流减小
C．两端开口的细玻璃管插入水中，已知水浸润玻璃，则管内的液面低于管外水面
D．把一块带负电的锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，验电器指针张角一直变大
【答案】B
【详解】A．蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块看起来没有确定的几何形状，但不是非晶体，而是多晶体，故A错误；
B．LC振荡电路中，当电容器极板两端电压增大时属于电容器的充电过程，该过程中电路中的电流减小，磁场能转化为电场能，故B正确；
C．两端开口的细玻璃管插入水中，已知水浸润玻璃，则管内的液面高于管外水面，故C错误；
D．一块带负电的锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板时会发生光电效应，锌板上失去电子，所以锌板的带电量将先减少后增加，验电器指针张角先变小后变大，故D错误。
故选B。
2．（2023·云南昆明·云南师大附中校考模拟预测）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其压强p一定，温度T升高，用如图所示的图像分别表示此变化过程，正确的有（　　）

A．①② B．①③ C．②③ D．①②③
【答案】C
【详解】根据理想气体状态方程
图①为等压变化，从状态a变化到状态b体积减小，温度降低；
图②为等压变化，从状态a变化到状态b温度升高；
图③从状态a变化到状态b温度升高，由于保持不变，则压强不变；
故②③正确。
故选C。
3．（2023·云南昆明·统考二模）如图所示，两端开口的“U”形玻璃管竖直放置，其右侧水银柱之间封住一段高的空气柱。空气柱下方的水银面与玻璃管左侧水银面的高度差也为h。已知大气压强为75cmHg，空气柱中的气体可视为理想气体，周围环境温度保持不变，玻璃管的导热性良好且玻璃管粗细均匀。下列说法正确的是（　　）

A．右侧玻璃管中空气柱上方的水银柱高度小于5cm
B．封闭空气柱中气体的压强为70cmHg
C．从玻璃管右侧管口缓慢注入少量水银，空气柱的压强一定变大
D．从玻璃管左侧管口缓慢注入少量水银，空气柱的压强一定变大
【答案】C
【详解】AB．同一液面压强相等，则封闭气体的压强为
p=（75cmHg+5cmHg）=80cmHg
所以右侧玻璃管中空气柱上方的水银柱高度等于5cm，故AB错误；
C．从玻璃管右侧管口缓慢注入少量水银，右侧水银柱的长度增加，水银柱对空气柱产生的压强增大，则空气柱的压强一定变大，故C正确；
D．从玻璃管左侧管口缓慢注入少量水银，右侧水银柱的长度不变，气体做等压变化，即空气柱的压强不变，故D错误。
故选C。
4．（2023·辽宁沈阳·辽宁实验中学校考模拟预测）关于气体、固体和液体，下列说法正确的是（　　）
A．液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部
B．分子间同时存在着引力和斥力，当引力和斥力相等时，分子势能最大
C．液晶具有液体的流动性，低温时会凝固成结晶态，分子取向是有序的
D．容器中气体分子的数密度越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子越多
【答案】C
【详解】A．液体表面张力是由于液体表面的分子间距较大，分子间作用力表现为引力，所以液体在完全失重时呈现球形，因此可知液体表面张力的方向与液面相切，A错误；
B．分子间同时存在着引力和斥力，当引力和斥力相等时，分子间作用力为零，此时无论分子间距变大还是变小，分子力都做负功，分子势能都会增加，所以当分子间引力等于斥力时，分子势能最小，B错误；
C．液晶具有液体的流动性，也具有晶体的特性，在低温时会凝固成结晶态，而结晶态的分子取向是有序的，C正确。
D．单位时间内，与单位面积器壁撞击的气体分子数与分子的动能和分子数密度有关，所以容器内气体分子的数密度越大，不一定在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子越多，D错误。
故选C。
5．（2023·上海·统考模拟预测）导热性能良好，内壁光滑的气缸开口朝上水平放在桌面上，开口面积为S，轻质活塞封闭了一定质量的气体，活塞上放置了一个质量为m的砝码，稳定时活塞距离气缸底高度为h，以m纵轴，为横轴，图线为一条直线，斜率为k，纵轴截距为b，大气压为 ，当m = 0时h′ = 。

【答案】
【详解】【1】由于为轻质活塞，设气缸内压强为p1。大气压强为p0，则对砝码做受力分析有
mg＋p0S = p1S
又由于气缸导热性能良好，则更换不同的砝码到稳定过程中气体经过等温变化，则有
p1Sh = C
整理有
则可知
【2】当m = 0时p2 = p0，则
p1Sh = p2Sh′
解得
6．（2023·海南·校联考一模）一定质量的理想气体，从状态开始，经历如图所示的变化过程，已知状态的压强为、体积为、温度为，状态的温度为，状态的体积为，连线的延长线过原点，da连线平行于纵轴。求：
（1）状态的体积是多少？
（2）状态的压强是多少？

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）ab连线的延长线过原点，所以过程为等压变化，则有
解得状态的体积为
（2）da连线平行于纵轴，所以此过程为等温变化，则有
解得状态的压强为
7．（2023·湖北武汉·华中师大一附中校考三模）如图所示，一绝热气缸放置在水平面上，绝热活塞a下方封闭了一定质量的理想气体，活塞a、b之间为真空，且用弹簧1连接，弹簧2下端与活塞b连接，上端固定在天花板上。已知两活塞质量均为m，横截面积均为S，两弹簧劲度系数相同，原长均为，大气压强为。当缸内气体温度为时，弹簧1长度为，弹簧2为原长，活塞a到气缸底部的距离为。求：
（1）弹簧的劲度系数k；
（2）将气缸温度缓慢升高，使活塞b上移，求此时缸内气体的温度。

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）初始状态对活塞，有
解得
（2）当温度为时，封闭气体的压强为，对活塞，有
得
当温度升为时，封闭气体的压强为，则对活塞
又
解得
对活塞
解得
对气缸中气体，有
其中

解得
8．（2023·辽宁沈阳·沈阳二中校考模拟预测）下端带有阀门的气缸内封闭有一定质量的理想气体，开始时缸内气体的压强等于大气压强，温度为。
（1）关闭气缸底部的阀门，使缸内气体温度升高至，试计算此时缸内气体的压强；
（2）保持缸内气体温度始终为，打开气缸底部的阀门，缓慢放出部分气体，使缸内气体的压强再次等于大气压强，试计算缸内剩余气体的质量与原来气体总质量的比值。

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）缸内气体发生等容变化，根据查理定律得
其中
解得，此时缸内气体的压强为
（2）将放出的气体与气缸内的气体整体为研究对象，发生等温变化，根据玻意耳定律有
其中
联立解得
缸内剩余气体质量与原来气体总质量比为
9．（2023·江西南昌·统考三模）某可显示温度的水杯容积为，倒入热水后，拧紧杯盖，此时显示温度为，压强与外界相同。已知，外界大气压强为，温度为。杯中气体可视为理想气体，不计水蒸气产生的压强。（结果保留三位有效数字）
（i）求杯内温度降到时，杯内气体的压强；
（ⅱ）杯内温度降到时稍拧松杯盖，外界空气进入杯中，直至稳定。求此过程中外界进入水杯中的空气体积。
【答案】（i）；（ⅱ）
【详解】（ⅰ）杯内气体做等容变化
代入
解得
（ⅱ）设打开杯盖后进入杯内的气体在大气压强下的体积为，以杯内原有气体为研究对象
解得
10．（2023·河北衡水·校联考二模）如图所示，导热良好的密闭容器内封闭有压强为的空气，现用抽气筒缓慢从容器底部的阀门处（只出不进）抽气两次。已知抽气筒每次抽出空气的体积为容器容积的，空气可视为理想气体，求：
（1）容器内剩余空气的压强p；
（2）容器内剩余空气和抽出空气的质量之比k。

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）设容器的容积为，则每次抽出空气的体积为，设第一次抽气后容器内剩余空气的压强为，有
解得
（2）假设将容器内剩余气体等温压缩到压强为时的体积为，则
解得
【能力提高练】
1．（2024·福建宁德·福建省宁德第一中学校考一模）一定质量的理想气体，在压强不变的情况下，温度由升高到，体积的增量为；温度由283K升高到288K，体积的增量为，则（　　）
A． B．
C． D．无法确定
【答案】A
【详解】在压强不变的情况下，由盖-吕萨克定律
得
所以
因为、分别是气体在和283K时的体积，而
所以
故选A。
2．（2024·福建宁德·福建省宁德第一中学校考一模）现利用固定在潜水器体外的一个密闭气缸做验证性实验：如图，气缸内封闭一定质量的理想气体，轻质导热活塞可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中，海水温度逐渐降低，则此过程中理论上被封闭的气体（　　）

A．单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多
B．压强与潜水器下潜的深度成正比
C．体积与潜水器下潜的深度成反比
D．分子的平均动能变大
【答案】A
【详解】A．在潜水器缓慢下潜的过程中，温度降低，分子运动的平均速率减小，由于压强增大，则单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多，故A正确；
B．气体压强为
压强与潜水器下潜的深度成一次函数关系，不成正比关系，故B错误；
C．根据理想气体状态方程有
结合上述解得
可知体积与潜水器下潜的深度不成反比，故C错误；
D．温度降低，气体分子的平均动能减小，故D错误。
故选A。
3．（2024·福建宁德·福建省宁德第一中学校考一模）历史上因为阴极射线管真空度不高，高速电子运动时受空气阻力的影响，没有观察到电子的有效偏转，人们一度认为电子不带电，后来卢瑟福改进仪器，才发现电子在电场中的偏转，进而说明电子是带负电的另一种新粒子. 某同学为了自制真空管，采用抽气装置对某一体积为V的玻璃管进行抽气，初始时，气体的压强等于大气压，已知每次能从玻璃管中抽走气体的体积为，，抽气过程温度不变，经过n次抽气后，玻璃管中气体的压强p和剩余气体的质量与原有气体质量的比值分别为（ ）
A． B．
C． D．
【答案】A
【详解】抽气过程温度不变，第一次抽气根据理想气体状态方程有
又
解得
同理第二次抽气根据理想气体状态方程有
解得
第n次抽气后
设未抽气时气体质量为，第一次抽气后玻璃管中的气体与抽气装置中的气体密度相同，两部分气体质量和与初始状态相同，则剩余气体的质量与原有气体质量的比值为
同理第二次抽气后剩余气体的质量与原有气体质量的比值为
第n次抽气后剩余气体的质量与原有气体质量的比值为
故选A。
4．（2023·湖南长沙·长沙一中校考一模）如图所示，将一个铁桶倒扣在水面上，平衡时铁桶内外水面高度差为，桶内空气柱长度为。已知水的密度为，铁桶的横截面积为，不计桶壁厚度，忽略封闭气体的质量，设封闭气体的温度不变，水足够深，下列说法正确的是（　　）
A．铁桶的质量为
B．铁桶的质量为
C．将铁桶下压的距离后，桶将自动下沉
D．桶受到重力、大气对桶的压力，封闭气体对桶的压力、水对桶的压力和浮力
【答案】A
【详解】AB．铁桶平衡时，有
解得铁桶的质量
选项A正确、B错误；
C．将桶下压到桶内气体体积为时，再略下沉，气体体积将进一步减小，桶将自动下沉，但此时不止将桶下压的距离，因为下压过程中，桶内液面也会下降，所以将铁桶下压 (l h) 的距离后，桶不会自动下沉，故C错误；
D．桶只受大气对它的压力、封闭气体对它的压力及重力，故D错误。
故选A。
二、多选题
5．（2024·福建宁德·福建省宁德第一中学校考一模）有一种测量气温的简易装置，其结构如图所示，大玻璃泡A内封闭有一定量的空气，与A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x可反映玻璃泡内空气的温度（即环境温度），已知该温度计是按照标准大气压进行温度刻度的。当温度为27℃时，B管内水银面的高度为16cm。B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计，下列说法正确的是（　　）

A．该测温装置利用了气体的等容变化的规律
B．当温度为27℃时，封闭气体的压强相当于91cm高的水银柱产生的压强
C．若把该温度计置于高山顶进行测温，已知高山顶的大气压低于标准大气压，则温度的测量值偏大
D．若该温度计因某种原因漏掉一部分气体，则温度的测量值偏大
【答案】AC
【详解】A．根据题意，B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计，可知在B中液面移动时，可近似认为气体体积不变，即该测温装置利用了气体的等容变化的规律，故A正确；
B．温度为27℃时，封闭气体的压强
即封闭气体的压强相当于59cm高的水银柱产生的压强，故B错误；
C．根据查理定律有
其中
即有
可知，温度升高，管内水银面的高度x降低，即管中刻度从上往下，表示的温度逐渐升高，若把该温度计置于高山顶进行测温，由于高山顶的大气压低于标准大气压，对管中气体有
温度一定时，管中气体压强运动，大气压强减小，可知管内液面的高度比山底的低一些，则温度的测量值偏高，故C正确；
D．根据
可知，若该温度计因某种原因漏掉一部分气体，管中气体的压强减小，可知管内液面上升，根据上述，温度的测量值偏小，故D错误。
故选AC。
6．（2023·四川达州·统考二模）下列有关热学说法正确的是（　　）
A．气体的内能包括气体分子的重力势能
B．布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动
C．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
D．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
E．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
【答案】BCE
【详解】A．气体的内能等于气体内所有分子动能和分子势能之和，但不包括分子的重力势能。故A错误；
B．布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动。故B正确；
C．由热平衡定律可知：如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡。故C正确；
D．液体中的扩散现象是液体分子的无规则运动形成的。故D错误；
E．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，如石墨和金刚石。故E正确。
故选BCE。
三、解答题
7．（2023·云南玉溪·云南省玉溪第三中学校考模拟预测）水平放置的汽缸用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，平衡时活塞与汽缸底的距离，离汽缸口的距离，如图甲所示。现将汽缸缓慢转动到开口向下并竖直悬挂，如图乙所示，此过程中封闭气体的温度始终为。已知活塞的质量，横截面积，大气压强，取重力加速度大小。
（1）求图乙中活塞下表面离汽缸口的距离L；
（2）若对缸内的气体加热，使图乙中活塞下表面刚好与汽缸口相平，求此时汽缸内气体的热力学温度T。

【答案】（1）；（2）
【分析】本题考查理想气体状态方程，目的是考查学生的推理论证能力。
【详解】（1）当汽缸水平放置时，封闭气体的压强为，当汽缸口朝下时，设封闭气体的压强为p，有
由玻意耳定律有
解得
（2）此过程为等压变化，有
解得
8．（2023·河北唐山·迁西县第一中学校考二模）如图所示，一竖直放置的汽缸被轻活塞AB和固定隔板CD分成两个气室，CD上安装一单向阀K，单向阀只能向下开启（当气室2中气压大于气室1中气压时，单向阀开启）；气室1内气体压强为，气室2内气体压强为，两气柱长度均为L，活塞面积为S，活塞与汽缸间无摩擦，汽缸导热性能良好。现在活塞上方缓慢放上质量为m的细砂，重力加速度大小为g，大气压强为。
（1）若，求活塞下移的距离。
（2）若，求气室1内气体的压强。

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）若，对活塞AB有
解得
单向阀未打开，所以气室2内的气体质量不变，气室1内气体的质量不变，压强也不变。根据玻意耳定律，有
解得此时气室2内气柱长度
所以活塞下移的距离
（2）若，对活塞AB有
解得
单向阀打开，如果气室2中的气体未完全进入气室1，则有
解得
假设不成立，所以气体完全进入气室1，则有
解得
9．（2024·陕西宝鸡·校联考模拟预测）如图所示，将一汽缸倒放在水平面上，汽缸与地面间密封性能良好，开始时汽缸内气体的温度为T1=300K、压强与外界大气压相等为p0；现将汽缸内的气体逐渐加热到T2=330K，汽缸对水平面刚好没有作用力；如果此时将汽缸顶部的抽气阀门打开放出少量的气体后，汽缸内气体的压强再次与外界大气压相等，然后关闭抽气阀门，将汽缸内气体的温度冷却到T1=300K，已知汽缸的横截面积为S，重力加速度为g，假设气体为理想气体.求：
①打开抽气阀门前瞬间，气体的压强为多少？汽缸的质量为多少？
②关闭抽气阀门，气体的温度回到T1=300K时，气体的压强为多少？至少用多大的力才能将汽缸拉起？

【答案】（1），；（2），
【详解】（1）以汽缸的气体为研究对象，设温度为T2时气体的压强为p2，由查理定律得
解得
由力的平衡条件可知
解得
（2）关闭抽气阀门，气体的温度回到T1=300K时，气体的压强为p3
解得
设刚好用F的拉力恰好将气缸拉起，由力的平衡条件可知
解得
即至少用的拉力才能将气缸拉起。
10．（2023·海南省直辖县级单位·嘉积中学校考三模）某充气式座椅简化模型如图所示，导热良好的两个相同汽缸C、D通过活塞封闭两部分质量相等的同种气体A、B，活塞通过轻弹簧相连，整个装置静等在水平面上。已知汽缸的质量为，封闭气体柱的初始高度均为，初始环境温度为，轻弹簧的劲度系数为、原长为，大气压强为，重力加速度大小为，活塞的横截面积为S，活塞的质量和厚度不计，汽缸壁厚度及汽缸内气体的重力均可忽略不计，弹簧的形变始终在弹性限度内。
（1）求初始时气体A的压强。
（2）若环境温度缓慢降至，求稳定后活塞离水平面的高度。

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）设弹簧的弹力为，则有
设气体的压强为，对活塞，有
解得
（2）气体B发生等压变化，则有
对弹簧，有
解得
所以活塞离水平面的高度
【高考通关练】
1．（2023·辽宁·统考高考真题）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是（　　）

A． B．
C． D．
【答案】B
【详解】根据
可得
从a到b，气体压强不变，温度升高，则体积变大；从b到c，气体压强减小，温度降低，因c点与原点连线的斜率小于b点与原点连线的斜率，c态的体积大于b态体积。
故选B。
2．（2023·江苏·统考高考真题）在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是（ ）

A．把柱塞快速地向下压
B．把柱塞缓慢地向上拉
C．在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
【答案】B
【详解】因为该实验是要探究气体等温变化的规律；实验中要缓慢推动或拉动活塞，目的是尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变；为了方便读取封闭气体的体积不需要在橡胶套处接另一注射器。
故选B。
3．（2023·江苏·统考高考真题）如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中（ ）

A．气体分子的数密度增大
B．气体分子的平均动能增大
C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
【答案】B
【详解】A．根据
可得，则从A到B为等容线，即从A到B气体体积不变，则气体分子的数密度不变，选项A错误；
B．从A到B气体的温度升高，则气体分子的平均动能变大，则选项B正确；
C．从A到B气体的压强变大，气体分子的平均速率变大，则单位时间内气体分子对单位面积的器壁的碰撞力变大，选项C错误；
D．气体的分子密度不变，从A到B气体分子的平均速率变大，则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数变大，选项D错误。
故选B。
4．（2023·湖北·统考高考真题）如图所示，竖直放置在水平桌面上的左右两汽缸粗细均匀，内壁光滑，横截面积分别为S、，由体积可忽略的细管在底部连通。两汽缸中各有一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭，左侧汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连。初始时，两汽缸内封闭气柱的高度均为H，弹簧长度恰好为原长。现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，直至右侧活塞下降，左侧活塞上升。已知大气压强为，重力加速度大小为g，汽缸足够长，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终在弹性限度内。求：
（1）最终汽缸内气体的压强。
（2）弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。
【答案】（1）；（2）；
【详解】（1）对左右气缸内所封的气体，初态压强p1=p0
体积
末态压强p2，体积
根据玻意耳定律可得
解得
（2）对右边活塞受力分析可知
解得
对左侧活塞受力分析可知
解得
5．（2023·海南·统考高考真题）某饮料瓶内密封一定质量理想气体，时，压强。
（1）时，气压是多大？
（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）时相同时，气体体积为原来的多少倍？

【答案】（1）；（2）0.97
【详解】（1）瓶内气体的始末状态的热力学温度分别为
，
温度变化过程中体积不变，故由查理定律有
解得
（2）保持温度不变，挤压气体，等温变化过程，由玻意耳定律有
解得
21世纪教育网(www.21cnjy.com)专题36　　固体、液体和气体
题型 选择题 命题趋势和备考策略
高考考点 固体与液体的性质；气体和液体压强的产生与计算；三大实验定律的理解和计算；气体状态变化的图像问题；理想气体状态方程与气体实验定律的应用 【命题规律】近3年新高考卷对于本节内容考查共计27次，主要考查： 固体与液体的性质； 气体和液体压强的产生与计算； 三大实验定律的理解和在图像中的应用； （4）理想气体状态方程与气体实验定律的应用； 【备考策略】理解电容器的充放电现象，并能根据充放电现象判断电容器的动态变化情况；掌握带电粒子在电场中的受力分析方法，判断带电粒子在电场中的偏转情况和运动情况；熟练掌握平抛运动的特点和规律，正确应用牛顿第二定律解决类平抛问题。 【命题预测】本节内容题目难度中和中偏下，主要考察对物理观念的认识，模型构建等物理学科的核心素养。2024年考生务必重视本节内容，题虽然简单，在高考题中尽可能不丢分。
新高考 2023 重庆卷4题、北京卷1题、湖北卷13题、辽宁卷、江苏卷9题、江苏卷3题、海南卷13题、全国乙卷13题、全国甲卷13题、
2022 重庆卷16题、江苏卷6题、广东卷6题、河北卷16题、湖南卷16题、山东卷15题、全国甲卷14题、
2021 重庆卷16题、福建卷10题、湖北卷14题、辽宁卷14题、北京卷4题、山东卷4题、 广东卷16题、全国甲卷13题、全国乙卷14题、河北卷16题、湖南卷15题
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知识梳理
一、固体 2
二、液体和液晶 2
三、饱和汽、饱和汽压和相对湿度 2
四、气体 3
考点突破
考点一　固体与液体的性质 4
考点二　气体压强的产生与计算 6
考点三　气体状态变化的图象问题 8
考点过关
【素质基础练】 11
【能力提高练】 19
【高考通关练】 29
一、固体
晶体与非晶体的比较
　分类 比较　 晶体 非晶体
单晶体 多晶体
外形 规则 不规则 不规则
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
转化 晶体和非晶体在一定条件下可以转化
典型物质 石英、云母、明矾、食盐 玻璃、橡胶
二、液体和液晶
1．液体的表面张力
(1)作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．
(2)方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．
2．毛细现象是指浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，毛细管越细，毛细现象越明显．
3．液晶的物理性质
(1)具有液体的流动性．
(2)具有晶体的光学各向异性．
(3)从某个方向看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的．
三、饱和汽、饱和汽压和相对湿度
1．饱和汽与未饱和汽
(1)饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽．
(2)未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽．
2．饱和汽压
(1)定义：饱和汽所具有的压强．
(2)特点：液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关．
3．相对湿度
空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比．
即：相对湿度＝.
【深度思考】在闷热的夏天我们会感到非常的不舒服，是因为空气的相对湿度大还是小呢？
四、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，作用在器壁单位面积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积．
②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度．
2．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，其体积与热力学温度成正比
表 达 式 p1V1＝p2V2 ＝或 ＝ ＝或 ＝
图象
3.理想气体的状态方程
(1)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气体实验定律的气体，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，即分子间无分子势能．
(2)理想气体的状态方程
一定质量的理想气体状态方程：＝或＝C.
气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例．
4．气体实验定律的微观解释
(1)等温变化
一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变．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
一定质量的某种理想气体，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
一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大．只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变．
考点一　固体与液体的性质
【典例1】对下列几种固体物质的认识，正确的有(　　)
A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体
B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体
C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则
D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同
【变式1】下列说法中正确的是(　　)
A．空气中水蒸气的实际压强与饱和汽压相差越大，越有利于水的蒸发
B．布朗运动是液体分子的运动，说明液体分子永不停息地做无规则热运动
C．水杯里的水面超出杯口但不溢出，是由于水的表面张力作用
D．单晶体具有物理性质各向异性的特征
E．温度升高，物体所有分子的动能都增大
【变式2】下列说法中正确的是(　　)
A．物体体积增大时，其分子势能一定增大
B．只要物体温度升高，其分子平均动能就一定变大
C．空气绝对湿度不变时，温度越高，相对湿度越小
D．给自行车打气越打越困难，主要是因为气体分子间斥力越来越大
E．液体表面层分子比内部分子稀疏，因此液体表面有收缩的趋势
【变式3】关于晶体、液晶和饱和汽的理解，下列说法正确的是(　　)
A．晶体的分子排列都是有规则的
B．液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点
C．饱和汽压与温度和体积都有关
D．相对湿度越大，空气中水蒸气越接近饱和
E．对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大
考点二　气体压强的产生与计算
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．液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强．
【典例2】一定质量的理想气体经历一系列变化过程，如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．b→c过程中，气体压强不变，体积增大
B．a→b过程中，气体体积增大，压强减小
C．c→a过程中，气体压强增大，体积不变
D．c→a过程中，气体内能增大，体积变小
E．c→a过程中， 气体从外界吸热，内能增大
【变式1】下图为一定质量理想气体的压强p与体积V的关系图象，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C.设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则下列关系式中正确的是(　　)
A．TATB，TB＝TC
C．TA>TB，TBTC
【变式2】如图，一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，在此过程中，其压强(　　)
逐渐增大 B．逐渐减小 C．始终不变 D．先增大后减小
【变式3】(1)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
(2)如图甲所示，在斯特林循环的p－V图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成．B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目________(选填“增大”“减小”或“不变”)，状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图乙所示，则状态A对应的是________(选填“①”或“②”)．
(3)如图甲所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J，在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J．求气体完成一次循环对外界所做的功．
考点三　气体状态变化的图象问题
1．气体实验定律图象对比(质量一定)
定律 变化过程 一定质量气体的两条图线 图线特点
玻意耳定律 等温变化 等温变化在p－V图象中是双曲线，由＝常数知，T越大，pV值就越大，故远离原点的等温线对应的温度高，即T1＜T2，等温变化的p－图象是通过原点的直线，斜率越大则温度越高，所以T2＞T1
查理定律 等容变化 等容变化的p－T图象是通过原点的直线，由＝常数可知，体积大时图线斜率小，所以V1＜V2
盖—吕萨克定律 等压变化 等压变化的V－T图象是通过原点的直线，由＝常数可知，压强大时斜率小，所以p1＜p2
2.利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量、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．例如图5中A、B是辅助线与两条等容线的交点，可以认为从B状态通过等温升压到A状态，体积必然减小，所以V2＜V1.
【典例3】如图所示，足够长的圆柱形汽缸竖直放置，其横截面积为S＝1×10－3 m2，汽缸内有质量m＝2 kg的活塞，活塞与汽缸壁封闭良好，不计摩擦．开始时活塞被销子K销于如图位置，离缸底高度L1＝12 cm，此时汽缸内被封闭气体的压强p1＝1.5×105 Pa，温度T1＝300 K，外界大气压p0＝1.0×105 Pa，g＝10 m/s2.
(1)现对密闭气体加热，当温度升到T2＝400 K．其压强p2多大？
(2)若在此时拔去销子K，活塞开始向上运动，当它最后静止在某一位置时，汽缸内气体的温度降为T3＝360 K，则这时活塞离缸底的距离L3为多少？
(3)保持气体温度为360 K不变，让汽缸和活塞一起在竖直方向做匀变速直线运动，为使活塞能停留在离缸底L4＝16 cm处，则求汽缸和活塞应做匀加速直线运动的加速度a的大小及方向．
【变式】如图所示，汽缸开口向右、固定在水平桌面上，汽缸内用活塞(横截面积为S)封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁之间的摩擦忽略不计．轻绳跨过光滑定滑轮将活塞和地面上的重物(质量为m)连接．开始时汽缸内外压强相同，均为大气压p0(mg＜p0S)，轻绳处在伸直状态，汽缸内气体的温度为T0，体积为V.现使汽缸内气体的温度缓慢降低，最终使得气体体积减半，求：
(1)重物刚离开地面时汽缸内气体的温度T1；
(2)气体体积减半时的温度T2；
(3)在如图乙所示的坐标系中画出气体状态变化的整个过程并标注相关点的坐标值．
考点过关
【素质基础练】
1．（2022·浙江湖州·统考一模）下列说法正确的是（　　）
A．受潮后粘在一起的蔗糖没有固定的形状，所以蔗糖是非晶体
B．LC振荡电路中，当电容器极板两端电压增大时电路中的电流减小
C．两端开口的细玻璃管插入水中，已知水浸润玻璃，则管内的液面低于管外水面
D．把一块带负电的锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，验电器指针张角一直变大
2．（2023·云南昆明·云南师大附中校考模拟预测）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其压强p一定，温度T升高，用如图所示的图像分别表示此变化过程，正确的有（　　）

A．①② B．①③ C．②③ D．①②③
3．（2023·云南昆明·统考二模）如图所示，两端开口的“U”形玻璃管竖直放置，其右侧水银柱之间封住一段高的空气柱。空气柱下方的水银面与玻璃管左侧水银面的高度差也为h。已知大气压强为75cmHg，空气柱中的气体可视为理想气体，周围环境温度保持不变，玻璃管的导热性良好且玻璃管粗细均匀。下列说法正确的是（　　）

A．右侧玻璃管中空气柱上方的水银柱高度小于5cm
B．封闭空气柱中气体的压强为70cmHg
C．从玻璃管右侧管口缓慢注入少量水银，空气柱的压强一定变大
D．从玻璃管左侧管口缓慢注入少量水银，空气柱的压强一定变大
4．（2023·辽宁沈阳·辽宁实验中学校考模拟预测）关于气体、固体和液体，下列说法正确的是（　　）
A．液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部
B．分子间同时存在着引力和斥力，当引力和斥力相等时，分子势能最大
C．液晶具有液体的流动性，低温时会凝固成结晶态，分子取向是有序的
D．容器中气体分子的数密度越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子越多
5．（2023·上海·统考模拟预测）导热性能良好，内壁光滑的气缸开口朝上水平放在桌面上，开口面积为S，轻质活塞封闭了一定质量的气体，活塞上放置了一个质量为m的砝码，稳定时活塞距离气缸底高度为h，以m纵轴，为横轴，图线为一条直线，斜率为k，纵轴截距为b，大气压为 ，当m = 0时h′ = 。

6．（2023·海南·校联考一模）一定质量的理想气体，从状态开始，经历如图所示的变化过程，已知状态的压强为、体积为、温度为，状态的温度为，状态的体积为，连线的延长线过原点，da连线平行于纵轴。求：
（1）状态的体积是多少？
（2）状态的压强是多少？

7．（2023·湖北武汉·华中师大一附中校考三模）如图所示，一绝热气缸放置在水平面上，绝热活塞a下方封闭了一定质量的理想气体，活塞a、b之间为真空，且用弹簧1连接，弹簧2下端与活塞b连接，上端固定在天花板上。已知两活塞质量均为m，横截面积均为S，两弹簧劲度系数相同，原长均为，大气压强为。当缸内气体温度为时，弹簧1长度为，弹簧2为原长，活塞a到气缸底部的距离为。求：
（1）弹簧的劲度系数k；
（2）将气缸温度缓慢升高，使活塞b上移，求此时缸内气体的温度。

8．（2023·辽宁沈阳·沈阳二中校考模拟预测）下端带有阀门的气缸内封闭有一定质量的理想气体，开始时缸内气体的压强等于大气压强，温度为。
（1）关闭气缸底部的阀门，使缸内气体温度升高至，试计算此时缸内气体的压强；
（2）保持缸内气体温度始终为，打开气缸底部的阀门，缓慢放出部分气体，使缸内气体的压强再次等于大气压强，试计算缸内剩余气体的质量与原来气体总质量的比值。

9．（2023·江西南昌·统考三模）某可显示温度的水杯容积为，倒入热水后，拧紧杯盖，此时显示温度为，压强与外界相同。已知，外界大气压强为，温度为。杯中气体可视为理想气体，不计水蒸气产生的压强。（结果保留三位有效数字）
（i）求杯内温度降到时，杯内气体的压强；
（ⅱ）杯内温度降到时稍拧松杯盖，外界空气进入杯中，直至稳定。求此过程中外界进入水杯中的空气体积。
10．（2023·河北衡水·校联考二模）如图所示，导热良好的密闭容器内封闭有压强为的空气，现用抽气筒缓慢从容器底部的阀门处（只出不进）抽气两次。已知抽气筒每次抽出空气的体积为容器容积的，空气可视为理想气体，求：
（1）容器内剩余空气的压强p；
（2）容器内剩余空气和抽出空气的质量之比k。

【能力提高练】
1．（2024·福建宁德·福建省宁德第一中学校考一模）一定质量的理想气体，在压强不变的情况下，温度由升高到，体积的增量为；温度由283K升高到288K，体积的增量为，则（　　）
A． B．
C． D．无法确定
2．（2024·福建宁德·福建省宁德第一中学校考一模）现利用固定在潜水器体外的一个密闭气缸做验证性实验：如图，气缸内封闭一定质量的理想气体，轻质导热活塞可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中，海水温度逐渐降低，则此过程中理论上被封闭的气体（　　）

A．单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多
B．压强与潜水器下潜的深度成正比
C．体积与潜水器下潜的深度成反比
D．分子的平均动能变大
3．（2024·福建宁德·福建省宁德第一中学校考一模）历史上因为阴极射线管真空度不高，高速电子运动时受空气阻力的影响，没有观察到电子的有效偏转，人们一度认为电子不带电，后来卢瑟福改进仪器，才发现电子在电场中的偏转，进而说明电子是带负电的另一种新粒子. 某同学为了自制真空管，采用抽气装置对某一体积为V的玻璃管进行抽气，初始时，气体的压强等于大气压，已知每次能从玻璃管中抽走气体的体积为，，抽气过程温度不变，经过n次抽气后，玻璃管中气体的压强p和剩余气体的质量与原有气体质量的比值分别为（ ）
A． B．
C． D．
4．（2023·湖南长沙·长沙一中校考一模）如图所示，将一个铁桶倒扣在水面上，平衡时铁桶内外水面高度差为，桶内空气柱长度为。已知水的密度为，铁桶的横截面积为，不计桶壁厚度，忽略封闭气体的质量，设封闭气体的温度不变，水足够深，下列说法正确的是（　　）
A．铁桶的质量为
B．铁桶的质量为
C．将铁桶下压的距离后，桶将自动下沉
D．桶受到重力、大气对桶的压力，封闭气体对桶的压力、水对桶的压力和浮力
二、多选题
5．（2024·福建宁德·福建省宁德第一中学校考一模）有一种测量气温的简易装置，其结构如图所示，大玻璃泡A内封闭有一定量的空气，与A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x可反映玻璃泡内空气的温度（即环境温度），已知该温度计是按照标准大气压进行温度刻度的。当温度为27℃时，B管内水银面的高度为16cm。B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计，下列说法正确的是（　　）

A．该测温装置利用了气体的等容变化的规律
B．当温度为27℃时，封闭气体的压强相当于91cm高的水银柱产生的压强
C．若把该温度计置于高山顶进行测温，已知高山顶的大气压低于标准大气压，则温度的测量值偏大
D．若该温度计因某种原因漏掉一部分气体，则温度的测量值偏大
6．（2023·四川达州·统考二模）下列有关热学说法正确的是（　　）
A．气体的内能包括气体分子的重力势能
B．布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动
C．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
D．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
E．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
三、解答题
7．（2023·云南玉溪·云南省玉溪第三中学校考模拟预测）水平放置的汽缸用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，平衡时活塞与汽缸底的距离，离汽缸口的距离，如图甲所示。现将汽缸缓慢转动到开口向下并竖直悬挂，如图乙所示，此过程中封闭气体的温度始终为。已知活塞的质量，横截面积，大气压强，取重力加速度大小。
（1）求图乙中活塞下表面离汽缸口的距离L；
（2）若对缸内的气体加热，使图乙中活塞下表面刚好与汽缸口相平，求此时汽缸内气体的热力学温度T。

8．（2023·河北唐山·迁西县第一中学校考二模）如图所示，一竖直放置的汽缸被轻活塞AB和固定隔板CD分成两个气室，CD上安装一单向阀K，单向阀只能向下开启（当气室2中气压大于气室1中气压时，单向阀开启）；气室1内气体压强为，气室2内气体压强为，两气柱长度均为L，活塞面积为S，活塞与汽缸间无摩擦，汽缸导热性能良好。现在活塞上方缓慢放上质量为m的细砂，重力加速度大小为g，大气压强为。
（1）若，求活塞下移的距离。
（2）若，求气室1内气体的压强。

9．（2024·陕西宝鸡·校联考模拟预测）如图所示，将一汽缸倒放在水平面上，汽缸与地面间密封性能良好，开始时汽缸内气体的温度为T1=300K、压强与外界大气压相等为p0；现将汽缸内的气体逐渐加热到T2=330K，汽缸对水平面刚好没有作用力；如果此时将汽缸顶部的抽气阀门打开放出少量的气体后，汽缸内气体的压强再次与外界大气压相等，然后关闭抽气阀门，将汽缸内气体的温度冷却到T1=300K，已知汽缸的横截面积为S，重力加速度为g，假设气体为理想气体.求：
①打开抽气阀门前瞬间，气体的压强为多少？汽缸的质量为多少？
②关闭抽气阀门，气体的温度回到T1=300K时，气体的压强为多少？至少用多大的力才能将汽缸拉起？

10．（2023·海南省直辖县级单位·嘉积中学校考三模）某充气式座椅简化模型如图所示，导热良好的两个相同汽缸C、D通过活塞封闭两部分质量相等的同种气体A、B，活塞通过轻弹簧相连，整个装置静等在水平面上。已知汽缸的质量为，封闭气体柱的初始高度均为，初始环境温度为，轻弹簧的劲度系数为、原长为，大气压强为，重力加速度大小为，活塞的横截面积为S，活塞的质量和厚度不计，汽缸壁厚度及汽缸内气体的重力均可忽略不计，弹簧的形变始终在弹性限度内。
（1）求初始时气体A的压强。
（2）若环境温度缓慢降至，求稳定后活塞离水平面的高度。

【高考通关练】
1．（2023·辽宁·统考高考真题）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是（　　）

A． B． C． D．
2．（2023·江苏·统考高考真题）在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是（ ）

A．把柱塞快速地向下压
B．把柱塞缓慢地向上拉
C．在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
3．（2023·江苏·统考高考真题）如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中（ ）

A．气体分子的数密度增大
B．气体分子的平均动能增大
C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
4．（2023·湖北·统考高考真题）如图所示，竖直放置在水平桌面上的左右两汽缸粗细均匀，内壁光滑，横截面积分别为S、，由体积可忽略的细管在底部连通。两汽缸中各有一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭，左侧汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连。初始时，两汽缸内封闭气柱的高度均为H，弹簧长度恰好为原长。现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，直至右侧活塞下降，左侧活塞上升。已知大气压强为，重力加速度大小为g，汽缸足够长，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终在弹性限度内。求：
（1）最终汽缸内气体的压强。
（2）弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。
5．（2023·海南·统考高考真题）某饮料瓶内密封一定质量理想气体，时，压强。
（1）时，气压是多大？
（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）时相同时，气体体积为原来的多少倍？

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