專題16 熱學【高考命題熱點】該專題在選做題中考查，主要考查分子動理論、氣體狀態(tài)方程和熱力學定律及能量守恒定律。【知識清單】考點一 分子動理論1. 物體是由大量分子組成的（1） 分子的大小極?。悍肿又睆降臄?shù)量級：m； 分子直徑可用油膜法估測。（2） 分子的質(zhì)量很小，一般物質(zhì)分子質(zhì)量的數(shù)量級是：kg。（3） 阿伏伽德羅常數(shù)：1 mol的任何物質(zhì)中含有相同的微粒個數(shù)，用表示，是聯(lián)系宏觀和微觀的橋梁：， 說明：摩爾質(zhì)量； 每個分子的質(zhì)量； 氣體摩爾體積；每個分子的占有體積。（4） 分子的兩種理想模型 球形模型： 立方體模型： （5） 分子大小、質(zhì)量與物體體積、質(zhì)量的關(guān)系一個分子的質(zhì)量：m。一個分子所占的體積：V0(估算固體、液體分子的體積或氣體分子平均占有的空間)。1 mol 物質(zhì)的體積：Vmol。 質(zhì)量為M的物體中所含的分子數(shù)：nNA。體積為V的物體中所含的分子數(shù)：nNA。說明：對固體和液體，可認為分子是一個個緊密排列在一起的球體，對氣體，由于分子間距離較大，可以利用立方體模型計算分子間的距離。2. 分子永不停息地做無規(guī)則運動 擴散現(xiàn)象和布朗運動都說明分子做無規(guī)則運動。運動的劇烈程度與溫度有關(guān)。 （1）擴散現(xiàn)象：相互接觸的物體互相進入對方的現(xiàn)象。溫度越高，擴散越快。 （2）布朗運動（類似花粉、碳粒的運動，是固體小顆粒的運動） 產(chǎn)生原因：是各個方向的液體分子對顆粒碰撞的不平衡引起的。 特點：永不停息、無規(guī)則運動；顆粒越小，運動越劇烈； 溫度越高，運動越劇烈；運動軌跡不確定。布朗運動分子熱運動共同點都是無規(guī)則運動，都隨溫度的升高而變得更加劇烈不同點小顆粒的運動分子的運動使用光學顯微鏡觀察使用電子顯微鏡觀察聯(lián)系布朗運動是由于小顆粒受到周圍分子熱運動的撞擊力而引起的，反映了分子做無規(guī)則運動3. 分子間存在著相互作用力（1） 分子間同時存在相互作用的引力和斥力。（2） 分子力：引力和斥力的合力。（3） 為分子間引力和斥力大小相等時的距離，其數(shù)量級為m。（4）分子力F、分子勢能Ep與分子間距離r的關(guān)系圖線如圖所示(取無窮遠處分子勢能Ep0)。 說明：分子間引力和斥力都隨分子間距離增大而減小，隨分子間距離的減小而增大。(1)當rr0時，分子力為引力，當r增大時，分子力做負功，分子勢能增加。(2)當rr0時，分子力為斥力，當r減小時，分子力做負功，分子勢能增加。(3)當rr0時，引力與斥力相等，分子勢能最?。ǖ灰欢榱悖c零勢能面的選取有關(guān)）。4. 物體的內(nèi)能（1）分子平均動能物體內(nèi)所有分子動能的平均值叫做分子的平均動能。溫度是分子平均動能大小的標志，溫度越高，分子平均動能越大。（2） 分子勢能：由分子間的相對位置和相互作用決定的能量。微觀上，分子勢能大小與分子間距離有關(guān)；宏觀上，分子勢能大小與物體體積有關(guān)。（3） 物體的內(nèi)能：物體內(nèi)所有分子勢能和分子動能的總和。（）決定內(nèi)能的因素：微觀：分子動能、分子勢能、分子個數(shù)；宏觀：溫度、體積、物質(zhì)的量。改變物體內(nèi)能的兩種方式：做功：當做功使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時候，外界對物體做了多少功，物體內(nèi)能就增加多少；物體對外界做了多少功，物體內(nèi)能就減少多少。熱傳遞：當熱傳遞使物體物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時候，物體吸收了多少熱量，物體內(nèi)能就增加多少；物體放出了多少熱量，物體內(nèi)能就減少多少。內(nèi)能與熱量的比較：內(nèi)能熱量區(qū)別是狀態(tài)量，狀態(tài)確定系統(tǒng)的內(nèi)能隨之確定。一個物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能是過程量，它表示由于熱傳遞而引起的內(nèi)能變化過程中轉(zhuǎn)移的能量聯(lián)系在只有熱傳遞改變物體內(nèi)能的情況下，物體內(nèi)能的改變量在數(shù)值上等于物體吸收或放出的熱量考點二 固體、液體與氣體1. 固體（1） 固體分為晶體和非晶體兩類。石英、云母、明礬、食鹽、味精、蔗糖等是晶體，玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等是非晶體。（2） 單晶體具有規(guī)則的幾何形狀，多晶體和非晶體沒有規(guī)則的幾何形狀；晶體有確定的熔點，非晶體沒有確定的熔點。（3） 有些晶體沿不同方向的導(dǎo)熱或?qū)щ娦阅懿煌?，有些晶體沿不同方向的光學性質(zhì)不同，這類現(xiàn)象稱為各向異性；非晶體和多晶體在各個方法的物理性質(zhì)都是一樣的叫做各向同性。2. 液體（1) 液體分子間距離比氣體分子間距離小得多，液體分子間的作用力比固體分子間的作用力要??；液體內(nèi)部分子間的距離在m左右。（2) 液體的表面張力：液體表面層分子間距離較大，因此分子間的作用力表現(xiàn)為引力；液體表面存在表面張力，使液體表面繃緊，浸潤與不浸潤也是分子力的表現(xiàn)。（3) 液晶：是一種特殊的物質(zhì)，它具有液體的流動性，又具有晶體的各向異性，液晶在顯示器方面具有廣泛的應(yīng)用。3. 氣體分子運動的特點氣體分子的速率分布，表現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的統(tǒng)計分布規(guī)律。4. 描述氣體的狀態(tài)參量（1） 溫度（）物理意義：宏觀上表示物體的冷熱程度；微觀上標志物體分子熱運動的激烈程度，它是物體分子平均動能的標志。兩種溫標a. 攝氏溫度（）：單位。在一個標準大氣壓下，冰的熔點為0，水的沸點為100。b. 熱力學溫度（）：單位K。把-273作為0 K。絕對零度（0 K）是低溫的極限，只能接近不能達到。c. 兩種溫標的關(guān)系：就每分度表示的冷熱差別來說，兩種溫度是相同的，只是零值的起點不同，所以二者關(guān)系為。（2） 體積（）意義：氣體分子所占據(jù)的空間，也就是氣體所充滿的容器的容積。單位：。（3） 壓強（）產(chǎn)生原因：由于大量分子無規(guī)則地運動而碰撞器壁，形成對器壁各處均勻、持續(xù)的壓力，作用在器壁單位面積上的壓力叫做氣體的壓強。氣體壓強大小的決定因素a. 宏觀上：決定于氣體的溫度和體積。b. 微觀上：決定于分子平均動能和分子的數(shù)密度（單位體積內(nèi)的分子數(shù)）。c. 常用單位及換算關(guān)系：帕斯卡（Pa）：1Pa=1N/m2 1atm=1.013×105Pa (一個標準大氣壓) （4） 氣體的狀態(tài)及變化于一定質(zhì)量的氣體，如果溫度、體積、壓強這三個量都不變，我們就說氣體處于一定的狀態(tài)。一定質(zhì)量的氣體，。三個量中不可能只有一個參量發(fā)生變化，至少有兩個或三個同時改變。5. 飽和汽與飽和汽壓（1） 動態(tài)平衡：在相同時間內(nèi)回到水中的分子數(shù)等于從水面飛出去的分子數(shù)。這時，水蒸氣的密度不再增大，液體水也不再減少，液體與氣體之間達到了平衡狀態(tài)，蒸發(fā)停止。這種平衡是一種動態(tài)平衡。（2） 飽和汽與飽和汽壓飽和汽和未飽和汽與液體處于動態(tài)平衡的蒸汽叫做飽和汽，而沒有達到飽和狀態(tài)的蒸汽叫做未飽和汽。飽和汽壓在一定溫度下，飽和汽的分子數(shù)密度是一定的，因而飽和汽的壓強也是一定的，這個壓強叫做液體的飽和汽壓。未飽和汽的壓強小于飽和汽壓。（3） 飽和汽壓與溫度的關(guān)系：溫度升高，飽和汽的密度隨著增大，飽和汽壓也增大。注：水的飽和汽壓指的只是空氣中水蒸氣的氣壓，與其他氣體的壓強無關(guān)。6. 空氣的濕度空氣的濕度可通俗的理解為空氣的潮濕程度，它有相對濕度和絕對濕度之分。（1） 絕對濕度：空氣中水蒸氣的壓強叫做空氣的絕對濕度。（2） 相對濕度：某溫度時空氣中水蒸氣的壓強與同一溫度時水的飽和汽壓之比叫做空氣的相對濕度。相對濕度反映了空氣的潮濕程度。7. 氣體實驗定律、理想氣體狀態(tài)方程（重中之重）（1） 理想氣體 忽略分子間作用力，不考慮分子勢能變化，在任何溫度、任何壓強下都遵從氣體實驗定律的氣體叫做理想氣體。實際氣體在溫度不太低、壓強不太大時可當做理想氣體處理。（2）三大氣體實驗定律玻意耳定律(等溫變化)：p1V1p2V2或pVC(常數(shù))。查理定律(等容變化)：或C(常數(shù))。蓋呂薩克定律(等壓變化)：或C(常數(shù))。一定質(zhì)量的氣體不同圖像的比較：過程類別圖線特點示例等溫過程p ­VpVCT(其中C為恒量)，即pV之積越大的等溫線溫度越高，線離原點越遠p ­pCT，斜率kCT，即斜率越大，溫度越高等容過程p ­TpT，斜率k，即斜率越大，體積越小等壓過程V ­TVT，斜率k，即斜率越大，壓強越?。?） 理想氣體狀態(tài)方程 內(nèi)容：一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)1變到狀態(tài)2時，盡管都可能改變，但壓強跟體積的乘積與熱力學溫度的比值不變。公式：（4）幾種常見情況的壓強計算方法液片法選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象，分析液片兩側(cè)受力情況，建立平衡方程，消去面積，得到液片兩側(cè)壓強相等方程，求得氣體的壓強力平衡法選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象進行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得氣體的壓強等壓面法在連通器中，同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強相等。液體內(nèi)深h處的總壓強pp0gh，p0為液面上方的壓強“牛二法”選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象，進行受力分析，利用牛頓第二定律列方程求解。（5）利用氣體實驗定律解決問題的基本思路考點三 熱力學定律與能量守恒1. 熱力學定律（1） 熱力學第一定律內(nèi)容：外界對物體做的功與物體從外界吸收的熱量之和等于物體內(nèi)能的增量。表達式：符號規(guī)定符號做功W吸放Q內(nèi)能變化U外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少三種特殊情況：若過程是絕熱的，則Q0，WU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。若過程中不做功，即W0，則QU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，則WQ0或WQ，外界對物體做的功等于物體放出的熱量。運用熱力學第一定律分析問題時，一般要注意以下幾個重點詞：理想氣體：表示不考慮分子間作用力，不考慮分子勢能的變化。溫度升高，氣體內(nèi)能增大，溫度降低，氣體內(nèi)能減小，即溫度變化決定氣體內(nèi)能的變化。體積的膨脹與壓縮：體積膨脹表示氣體對外做功；體積壓縮表示外界對氣體做功。絕熱：表示沒有熱傳遞，即。導(dǎo)熱性能良好：表示容器內(nèi)外溫度相等。緩慢變化：表示一種動態(tài)的平衡，非絕熱時，也可以理解為容器內(nèi)外溫度相等。做這類題一般是利用熱力學第一定律與理想氣體狀態(tài)方程相結(jié)合解答。（2） 熱力學第二定律的兩種表述熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。2. 能量守恒定律（1） 內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中其總量保持不變。（2） 條件性：能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的。例如，機械能守恒定律具有適用條件，而能量守恒定律是無條件的，是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。3. 兩類永動機（1） 第一類永動機：不消耗任何能量，卻源源不斷地對外做功的機器。違背能量守恒定律，因此不可能實現(xiàn)。（2） 第二類永動機：從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來對外做功，而不引起其他變化的機器。 違背熱力學第二定律，因此不可能實現(xiàn)。答案P83專題熱點突破提升練十六1（多選）關(guān)于熱力學定律，下列說法正確的是() A氣體吸熱后溫度一定升高 B對氣體做功可以改變其內(nèi)能 C理想氣體等壓膨脹過程一定放熱 D熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 E如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間 也必定達到熱平衡2（多選）一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其pT圖象如圖所示，其中對角線ac的延長線過原點O。下列判斷正確的是() A氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等 B氣體在狀態(tài)a時的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時的內(nèi)能 C在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功 D在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功 E在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功3 （多選）關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說法正確的是() A質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能一定相同 B氣體溫度不變，整體運動速度越大，其內(nèi)能越大 C氣體被壓縮時，內(nèi)能可能不變 D一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān) E一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中，內(nèi)能一定增加4 （多選）下列說法正確的是() A將一塊晶體敲碎后，得到的小顆粒是非晶體 B固體可以分為晶體和非晶體兩類，有些晶體在不同方向上有不同的光學性質(zhì) C由同種元素構(gòu)成的固體，可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體 D在合適的條件下，某些晶體可以轉(zhuǎn)化為非晶體，某些非晶體也可以轉(zhuǎn)化為晶體 E在熔化過程中，晶體要吸收熱量，但溫度保持不變，內(nèi)能也保持不變5 （多選）關(guān)于擴散現(xiàn)象，下列說法正確的是() A溫度越高，擴散進行得越快 B擴散現(xiàn)象是不同物質(zhì)間的一種化學反應(yīng) C擴散現(xiàn)象是由物質(zhì)分子無規(guī)則運動產(chǎn)生的 D擴散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生 E液體中的擴散現(xiàn)象是由于液體的對流形成的6 （多選）下列說法正確的是() A懸浮在水中的花粉的布朗運動反映了花粉分子的熱運動 B空中的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結(jié)果 C彩色液晶顯示器利用了液晶的光學性質(zhì)具有各向異性的特點 D高原地區(qū)水的沸點較低，這是高原地區(qū)溫度較低的緣故 E干濕泡濕度計的濕泡顯示的溫度低于干泡顯示的溫度，這是濕泡外紗布中的水蒸發(fā) 吸熱的結(jié)果7（多選）關(guān)于分子動理論的規(guī)律，下列說法正確的是() A擴散現(xiàn)象說明物質(zhì)分子在做永不停息的無規(guī)則運動 B壓縮氣體時氣體會表現(xiàn)出抗拒壓縮的力是由于氣體分子間存在斥力的緣故 C兩個分子距離減小時，分子間引力和斥力都在增大 D如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于 熱平衡，用來表征它們所具有的“共同熱學性質(zhì)”的物理量叫做內(nèi)能 E兩個分子間的距離為r0時，分子勢能最小8（多選）對于分子動理論和物體內(nèi)能的理解，下列說法正確的是() A溫度高的物體內(nèi)能不一定大，但分子平均動能一定大 B外界對物體做功，物體內(nèi)能一定增加 C溫度越高，布朗運動越顯著 D當分子間的距離增大時，分子間作用力就一直減小 E當分子間作用力表現(xiàn)為斥力時，隨分子間距離的減小分子勢能增大9（多選）下列說法正確的是() A物體的內(nèi)能是物體所有分子的熱運動的動能和分子間的勢能之和 B布朗運動就是液體分子或者氣體分子的熱運動 C利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為 機械能是可能的 D氣體分子間距離減小時，分子間斥力增大，引力減小 E一定量的理想氣體，在壓強不變時，分子每秒對器壁單位面積平均碰撞次數(shù)隨著溫 度降低而增加10（多選）下列說法正確的是() A顯微鏡下觀察到墨水中的小炭粒在不停的作無規(guī)則運動，這反映了液體分子運動的 無規(guī)則性 B分子間的相互作用力隨著分子間距離的增大，一定先減小后增大 C分子勢能隨著分子間距離的增大，可能先減小后增大 D在真空、高溫條件下，可以利用分子擴散向半導(dǎo)體材料摻入其它元素 E當溫度升高時，物體內(nèi)每一個分子熱運動的速率一定都增大11（多選）下列說法中正確的是() A氣體放出熱量，其分子的平均動能可能增大 B布朗運動不是液體分子的運動，但它可以說明分子在永不停息地做無規(guī)則運動 C當分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大 D第二類永動機不違反能量守恒定律，但違反了熱力學第一定律 E某氣體的摩爾體積為V，每個分子的體積V0，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為NA12. 如圖所示，在兩端封閉粗細均勻的豎直長管道內(nèi)，用一可自由移動的活塞A封閉體積相等的兩部分氣體。開始時管道內(nèi)氣體溫度都為T0500 K，下部分氣體的壓強p01.25×105 Pa，活塞質(zhì)量m0.25 kg，管道的內(nèi)徑橫截面積S1 cm2。現(xiàn)保持管道下部分氣體溫度不變，上部分氣體溫度緩慢降至T，最終管道內(nèi)上部分氣體體積變?yōu)樵瓉淼?，若不計活塞與管道壁間的摩擦，g取10 m/s2，求此時上部分氣體的溫度T。13如圖所示，長為31 cm、內(nèi)徑均勻的細玻璃管開口向上豎直放置，管內(nèi)水銀柱的上端正好與管口齊平，封閉氣體的長為10 cm，外界大氣壓強不變。若把玻璃管在豎直平面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)至開口豎直向下，這時留在管內(nèi)的水銀柱長為15 cm，然后再緩慢轉(zhuǎn)回到開口豎直向上，求：(1)大氣壓強p0的值；(2)玻璃管重新回到開口豎直向上時空氣柱的長度。14.如圖，一固定的豎直汽缸由一大一小兩個同軸圓筒組成，兩圓筒中各有一個活塞。已知大活塞的質(zhì)量為m12.50 kg，橫截面積為S180.0 cm2；小活塞的質(zhì)量為m21.50 kg，橫截面積為S240.0 cm2；兩活塞用剛性輕桿連接，間距為l40.0 cm；汽缸外大氣的壓強為p1.00×105 Pa，溫度為T303 K。初始時大活塞與大圓筒底部相距，兩活塞間封閉氣體的溫度為T1495 K?，F(xiàn)汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降，活塞緩慢下移。忽略兩活塞與汽缸壁之間的摩擦，重力加速度大小g取 10 m/s2。求：()在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間，缸內(nèi)封閉氣體的溫度；()缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達到熱平衡時，缸內(nèi)封閉氣體的壓強。15在水下氣泡內(nèi)空氣的壓強大于氣泡表面外側(cè)水的壓強，兩壓強差p與氣泡半徑r之間的關(guān)系為p，其中0.070 N/m?，F(xiàn)讓水下10 m處一半徑為0.50 cm的氣泡緩慢上升，已知大氣壓強p01.0×105 Pa，水的密度1.0×103 kg/m3，重力加速度大小g10 m/s2。()求在水下10 m處氣泡內(nèi)外的壓強差；()忽略水溫隨水深的變化，在氣泡上升到十分接近水面時，求氣泡的半徑與其原來半徑之比的近似值。16. 一氧氣瓶的容積為0.08 m3，開始時瓶中氧氣的壓強為20個大氣壓。某實驗室每天消耗1個大氣壓的氧氣0.36 m3。當氧氣瓶中的壓強降低到2個大氣壓時，需重新充氣。若氧氣的溫度保持不變，求這瓶氧氣重新充氣前可供該實驗室使用多少天。17一U形玻璃管豎直放置，左端開口，右端封閉，左端上部有一光滑的輕活塞。初始時，管內(nèi)汞柱及空氣柱長度如圖所示。用力向下緩慢推活塞，直至管內(nèi)兩邊汞柱高度相等時為止。求此時右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強和活塞向下移動的距離。已知玻璃管的橫截面積處處相同；在活塞向下移動的過程中，沒有發(fā)生氣體泄漏；大氣壓強p075.0 cmHg。環(huán)境溫度不變。18如圖，一粗細均勻的U形管豎直放置，A側(cè)上端封閉，B側(cè)上端與大氣相通，下端開口處開關(guān)K關(guān)閉；A側(cè)空氣柱的長度為l10.0 cm，B側(cè)水銀面比A側(cè)的高h3.0 cm?，F(xiàn)將開關(guān)K打開，從U形管中放出部分水銀，當兩側(cè)水銀面的高度差為h110.0 cm時將開關(guān)K關(guān)閉。已知大氣壓強p075.0 cmHg。()求放出部分水銀后A側(cè)空氣柱的長度；()此后再向B側(cè)注入水銀，使A、B兩側(cè)的水銀面達到同一高度，求注入的水銀在管內(nèi)的長度。- 13 -