高中物理3-3热学知识点归纳(全面、很好)(最新-编写)11502
选修3-3热学知识点归纳
一、分子运动论
1. 物质是由大量分子组成的
（1）分子体积
分子体积很小，它的直径数量级是10?10m
（2）分子质量
分子质量很小，一般分子质量的数量级是10?26kg
（3）阿伏伽德罗常数（宏观世界与微观世界的桥梁）
1摩尔的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值：N A =6.02×1023mol ?1设微观量为：分子体积V 0、分子直径d 、分子质量m ；
宏观量为：物质体积V 、摩尔体积V 1、物质质量M 、摩尔质量μ、物质密度ρ．
分子质量： m =μN A =ρV 1N A
分子体积: （对气体，V 0应为气体分子平均占据的空间大小） V 0=μρN A =V 1N A
分子直径:
球体模型: （固体、液体一般用此模型）V d N =3A 2(34π303A 6=6=π
πV N V d 立方体模型: （气体一般用此模型）（对气体，d 理解为相邻分子间的平均距离）30=V d 分子的数量．A 1
A 1A A N V V N V M N V N M
n ====ρμρμ2. 分子永不停息地做无规则热运动
（1）分子永不停息做无规则热运动的实验事实：扩散现象和布郎运动。
（2）布朗运动
布朗运动是悬浮在液体（或气体）中的固体微粒的无规则运动。布朗运动不是分子本身的 运动，但它间接地反映了液体（气体）分子的无规则运动。
（3）实验中画出的布朗运动路线的折线，不是微粒运动的真实轨迹。
因为图中的每一段折线，是每隔30s 时间观察到的微粒位置的连线，就是在这短短的30s 内，小颗粒的运动也是极不规则的。
（4）布朗运动产生的原因
大量液体分子（或气体）永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因。简言之：液体（或气体）分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。
（5）影响布朗运动激烈程度的因素
固体微粒越小，温度越高，固体微粒周围的液体分子运动越不规则，对微粒碰撞的不平衡性越强，布朗运动越激烈。
（6）能在液体（或气体）中做布朗运动的微粒都是很小的，一般数量级在，这种10?6m
微粒肉眼是看不到的，必须借助于显微镜。
3.分子间存在着相互作用力
（1）分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。 分子间的引力和斥力只与分子间距离(相对位置)有关，与分子的运动状态无关。
（2）分子间的引力和斥力都随分子间的距离r 的增大而减小，随分子间的距离r 的减小而增大，但斥力的变化比引力的变化快。
（3）分子力F 和距离r 的关系如下图
（注：上图中：数量级）
01r r =m 1010-4.物体的内能
(1)做热运动的分子具有的动能叫分子动能。温度是物体分子热运动的平均动能的标志。
(2)由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。分子力做正功时分子势能减小；分子力作负功时分子势能增大。当r=r 0即分子处于平衡位置时分子势能最小。不论r 从r 0增大还是减小，分子势能都将增大。如果以分子间距离为无穷远时分子势能为零，则分子势能随分子间距离而变的图象如上图。
(3)物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。物体的内能跟物体的温度和体积及物质的量都有关系，定质量的理想气体的内能只跟温度有关。
(4)内能与机械能：运动形式不同，内能对应分子的热运动，机械能对于物体的机械运动。物体的内能和机械能在一定条件下可以相互转化。
二、固体
1．晶体和非晶体
（1）在外形上，晶体具有确定的几何形状，而非晶体则没有。
（2）在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的。
（3）晶体具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点。
（4）晶体和非晶体并不是绝对的，它们在一定条件下可以相互转化。例如把晶体硫加热
熔化（温度不超过300℃）后再倒进冷水中，会变成柔软的非晶体硫，再过一段时间又会转化为晶体硫。
2．多晶体和单晶体
单个的晶体颗粒是单晶体，由单晶体杂乱无章地组合在一起是多晶体。
多晶体具有各向同性。
3．晶体的各向异性及其微观解释
在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的。通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等。晶体的各向异性是指晶体在不同方向上物理性质不同，也就是沿不同方向去测试晶体的物理性能时测量结果不同。需要注意的是，晶体具有各向异性，并不是说每一种晶体都能在各物理性质上都表现出各向异性。晶体内部结构的有规则性，在不同方向上物质微粒的排列情况不同导致晶体具有各向异性。
4.晶体与非晶体、单晶体与单晶体的比较
三、液体
1.液体的微观结构及物理特性
（1）从宏观看
因为液体介于气体和固体之间，所以液体既像固体具有一定的体积，不易压缩，又像气体没有形状，具有流动性。
（2）从微观看有如下特点
①液体分子密集在一起，具有体积不易压缩；
②分子间距接近固体分子，相互作用力很大；
③液体分子在很小的区域内有规则排列，此区域是暂时形成的，边界和大小随时改变，并且杂乱无章排列，因而液体表现出各向同性；
④液体分子的热运动虽然与固体分子类似，但无长期固定的平衡位置，可在液体中移动，因而显示出流动性，且扩散比固体快。
2．液体的表面张力
如果在液体表面任意画一条线，线两侧的液体之间的作用力是引力，它的作用是使液体面绷紧，所以叫液体的表面张力。
特别提醒：
①表面张力使液体自动收缩，由于有表面张力的作用，液体表面有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切。
②表面张力的形成原因是表面层（液体跟空气接触的一个薄层）中分子间距离大，分子间的相互作用表现为引力。
③表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关。
四、液晶
1．液晶的物理性质
液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性。
2．液晶分子的排列特点
液晶分子的位置无序使它像液体，但排列是有序使它像晶体。
3．液晶的光学性质对外界条件的变化反应敏捷
液晶分子的排列是不稳定的，外界条件和微小变动都会引起液晶分子排列的变化，因而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等，都可以改变液晶的光学性质。
如计算器的显示屏，外加电压液晶由透明状态变为混浊状态。
五、气体
1.气体的状态参量
（1）温度：温度在宏观上表示物体的冷热程度；在微观上是分子平均动能的标志。
热力学温度是国际单位制中的基本量之一，符号T，单位K（开尔文）；摄氏温度是导出单位，符号t，单位℃（摄氏度）。关系是t=T-T0，其中T0=273.15K
两种温度间的关系可以表示为：T = t+273.15K和ΔT =Δt，要注意两种单位制下每一度的间隔是相同的。
0K是低温的极限，它表示所有分子都停止了热运动。可以无限接近，但永远不能达到。
气体分子速率分布曲线
图像表示：拥有不同速率的气体分子在总分子数中所占的百分比。图像下面积可表示为分子总数。
特点：同一温度下，分子总呈“中间多两头少”的分布特点，即速率处中等的分子所占比例最大，速率特大特小的分子所占比例均比较小；温度越高，速率大的分子增多；曲线极大值处所对应的速率值向速率增大的方向移动，曲线将拉宽，高度降低，变得平坦。（2）体积:气体总是充满它所在的容器，所以气体的体积总是等于盛装气体的容器的容积。（3）压强:气体的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的。
（4）气体压强的微观意义：大量做无规则热运动的气体分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强。单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力。所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。
（5）决定气体压强大小的因素：
①微观因素：气体压强由气体分子的密集程度和平均动能决定：
A、气体分子的密集程度（即单位体积内气体分子的数目）越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多；
B、气体的温度升高，气体分子的平均动能变大，每个气体分子与器壁的碰撞（可视为弹性碰撞）给器壁的冲力就大；从另一方面讲，气体分子的平均速率大，在单位时间里撞击器壁的次数就多，累计冲力就大。
②宏观因素：气体的体积增大，分子的密集程度变小。在此情况下，如温度不变，气体压强减小；如温度降低，气体压强进一步减小；如温度升高，则气体压强可能不变，可能变化，由气体的体积变化和温度变化两个因素哪一个起主导地位来定。
2．气体实验定律
（1）等温变化-玻意耳定律
内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。
公式：或或（常量）
（2）等容变化-查理定律
内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。
公式：或或（常量）
（3）等压变化-盖·吕萨克定律
内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比。
公式：或或（常量）
3．对气体实验定律的微观解释
（1）玻意耳定律的微观解释
一定质量的理想气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体积减小到原来的几分之一，气体的密集程度就增大到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍，反之亦然，所以气体的压强与体积成反比。
（2）查理定律的微观解释
一定质量的理想气体，说明气体总分子数N 不变；气体体积V 不变，则单位体积内的分子数不变；当气体温度升高时，说明分子的平均动能增大，则单位时间内跟器壁单位面积上碰撞的分子数增多，且每次碰撞器壁产生的平均冲力增大，因此气体压强p 将增大。
（3）盖·吕萨克定律的微观解释
一定质量的理想气体，当温度升高时，气体分子的平均动能增大；要保持压强不变，必须减小单位体积内的分子个数，即增大气体的体积。
4. 理想气体状态方程：一定质量的理想气体状态方程：公式：=恒量 T
PV 或 （含密度式：）222111T V P T V P =2
22111T P T P ρρ=注意：计算时公式两边T 必须统一为热力学温度单位,其它两边单位相同即可。
5.*克拉珀龙方程： (R 为普适气体恒量，n 为摩尔数）
RT M
nRT PV μ==六、热力学定律
1.热力学第零定律（热平衡定律）：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡
2.热力学第一定律：ΔE ＝W+Q 能的转化守恒定律第一类永动机（违反能量守恒定律）??不可能制成.
(1)做功和热传递都能改变物体的内能。也就是说，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的：做功是其他能和内能之间的转化，功是内能转化的量度；而热传递是内能间的转移，热量是内能转移的量度。
(2)符号法则： 体积增大,气体对外做功,W 为“一”；体积减小,外界对气体做功,W 为“+”。 气体从外界吸热,Q 为“+”；气体对外界放热,Q 为“一”。
温度升高,内能增量?E 是取“+”；温度降低,内能减少，?E 取“一”。
(3)三种特殊情况：
●等温变化?E=0，即 W+Q=0
●绝热膨胀或压缩：Q=0即 W=?E
●等容变化：W=0 ，Q=?E
(4)由图线讨论理想气体的功、热量和内能
等温线（双曲线）：一定质量的理想气体，
a →
b ，等温降压膨胀，内能不变，吸热等于对外做
功。
b →
c ，等容升温升压，不做功，吸热等于内能增加。
c →a
，等压降温收缩，外界做功和放热等于内能减
少。
图像下面积表示做功：体积增大气体对外做功，体积
减小外界对气体做功
V
O
等容线（过0K 点直线或通过t 轴上一273.15℃的直线）：一定质量的理想气体，
a →
b ，等温降压膨胀，内能不变，吸热等于对外做功。
b →
c ，等容升温升压，不做功，吸热等于内能增加。
c →a ，等压降温收缩，外界做功和放热等于内能减少。
等压线（过0K 点直线或通过t 轴上一273.15℃的直线）： 一定质量的理想气体，
a →
b ，等温升压收缩，内能不变，外界做功等于放热。
b →
c ，等压升温膨胀，吸热和对外做功等于内能增加。 c →a ，等容降温降压，不做功，内能减少等于放热。
3.热学第二定律（1）第二类永动机不可能制成 （满足能量守恒定律，但违反热力学第?二定律）
实质:涉及热现象(自然界中)的宏观过程都具有方向性,是不可逆的
（2）热传递方向表述(克劳修斯表述)：
不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其它变化。(热传导有方向性)
（3）机械能与内能转化表述(开尔文表述)：
不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其它变化。(机械能与内能转化具有方向性)。
4.热力学第三定律：热力学零度不可达到。
T=t+273.15K ， T
t ?=?5.
熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵是不会减少的。
——孤立系统熵增加过程是系统热力学概率增大的过程（即无序度增大的过程），是系统从非平衡态趋于平衡态的过程，是一个不可逆过程。
熵的增加表示宇宙物质的日益混乱和无序。P T P
V T P
高中物理热学知识点
《热学》 一、知识网络 分子直径数量级 物质是由大量分子组成的 阿伏加德罗常数 油膜法测分子直径 分子动理论 分子永不停息地做无规则运动 扩散现象 布朗运动 分子间存在相互作用力，分子力的F －r 曲线 分子的动能；与物体动能的区别 物体的内能 分子的势能；分子力做功与分子势能变化的关系；E P －r 曲线 物体的内能；影响因素；与机械能的区别 单晶体——各向异性（热、光、电等） 晶体 多晶体——各向同性（热、光、电等） 有固定的熔、沸点 非晶体——各向同性（热、光、电等）没有固定的熔、沸点 浸润与不浸润现象——毛细现象——举例 饱和汽与饱和汽压 液晶 体积V 气体体积与气体分子体积的关系 温度T （或t ） 热力学温标 分子平均动能的标志 压强的微观解释 压强P 影响压强的因素 求气体压强的方法 改变内能的物理过程 做功 ——内能与其他形式能的相互转化 热传递——物体间（物体各部分间）内能的转移 热力学第一定律 能量转化与守恒 能量守恒定律 热力学第二定律（两种表述）——熵——熵增加原理 能源与环境 常规能源．煤、石油、天然气 新能源．风能、水能、太阳能、核能、地热能、海洋能等 二、考点解析 考点64 物体是由大量分子组成的 阿伏罗德罗常数 要求：Ⅰ 阿伏加德罗常数（N A ＝6.02×1023mol －1）是联系微观量与宏观量的桥梁。 设分子体积V 0、分子直径d 、分子质量m ；宏观量为．物质体积V 、摩尔体积V 1、物质质量M 、摩尔质量μ、物质密度ρ。 分 子 动 理 论 固体 液体 热力 学 气 体 热力学定律
（1）分子质量：A A ==N V N m ρμ （2）分子体积：A A 10PN N V V μ＝＝ （对气体，V 0应为气体分子占据的空间大小） （3）分子直径：○1球体模型．V d N =)2(343A π 303A 6=6=ππV N V d （固体、液体一般用此模 型）○2立方体模型．30=V d （气体一般用此模型）（对气体，d 应理解为相邻分子间的平均距离） （4）分子的数量：A 1A 1A A ====N V V N V M N V N M n ρμρμ固体、液体分子可估算分子质量、 大小(认为分子一个挨一个紧密排列)；气体分子不可估算大小，只能估算气体分子所占空间、分子质量。 考点65 用油膜法估测分子的大小（实验、探究） 要求：Ⅰ 在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，有下列操作步骤，请补充实验步骤C 的内容及实验步骤E 中的计算式： A ．用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒中，记下滴入1mL 的油酸酒精溶液的滴数N ； B ．将痱子粉末均匀地撒在浅盘内的水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，逐滴向水面上滴入，直到油酸薄膜表面足够大，且不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n ； C ．________________________________________________________________________ D ．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长1cm 的正方形为单位，计算出轮廓内正方形的个数m （超过半格算一格，小于半格不算） E ．用上述测量的物理量可以估算出单个油酸分子的直径 d = _______________ cm ． 考点66 分子热运动 布朗运动 要求：Ⅰ 1）扩散现象：不同物质彼此进入对方（分子热运动）。温度越高，扩散越快。 扩散现象说明：组成物体的分子总是不停地做无规则运动，温度越高分子运动越剧烈；分子间有间隙 2）布朗运动：悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，不是液体分子的无规则运动！ 布朗运动发生的原因是受到包围微粒的液体分子无规则运动地撞击的不平衡性造成的．因而布朗运动说明了分子在永不停息地做无规则运动． （1）布朗运动不是固体微粒中分子的无规则运动．（2）布朗运动不是液体分子的运动．（3）课本中所示的布朗运动路线，不是固体微粒运动的轨迹．（4）微粒越小，温度越高，布朗运动越明显． 3）扩散现象是分子运动的直接证明；布朗运动间接证明了液体分子的无规则运动 考点67 分子间的作用力 要求：Ⅰ 1）分子间引力和斥力一定同时存在，且都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但斥力变化快。 2）实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。随分 子间距离的增大，分子力先变小后变大再变小。（注意：这 是指 r 从小于r 0开始到增大到无穷大）。 3）分子力的表现及变化，对于曲线注意两个距离，即r 0（10 －10m ）与10r 0。①当分子间距离为r 0（约为10－10m ）时，分 子力为零，分子势能最小；②当分子间距离r ＞r 0时，分子 力表现为引力。当分子间距离由r 0增大时，分子力先增大后 减小；③当分子间距离r ＜r 0时，分子力表现为斥力。当分子间距离由r 0减小时，分子力不断增大 考点68 温度和内能 要求：Ⅰ 温度和温标：1）温度：反映物体冷热程度的物理量（是一个宏观统计概念） ，是物体分子平均动能大小的
热学高中物理选修试题
热学高中物理选修-试题
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一、分子动理论（微观量计算、布朗运动、分子力、分子势能） 1、用油膜法测出分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，只需知道油滴( ） Ａ、摩尔质量 B 、摩尔体积 C 、体积 D 、密度 2、将1cm 3 油酸溶于酒精中,制成200cm ３油酸酒精溶液。已知1ｃｍ3溶液中有50滴。现 取一滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水后,油酸在水面上形成一单分子薄层。已 测出这薄层的面积为０．2m 2,由此估测油酸分子的直径为( ) A 、２×10-１0m B 、5×1０-1０m C 、2×10-9m Ｄ、５×10-9m ３、只要知道下列哪一组物理量,就可以估算出气体中分子间的平均距离（ ） Ａ．阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和质量 B ．该气体的摩尔质量和密度 C ．阿伏加德罗常数、该气体的摩尔体积 Ｄ.该气体的密度、体积和质量 4、若以Ｍ表示水的摩尔质量,Ｖ表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ为在标准状态下水 蒸气的密度，ＮA 为阿伏加德罗常数，m 、Ｖ0表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关 系式：(１) m V N A ρ= (2） 0V N M A =ρ (3) A N M m = (4) A N V V =0其中 （ ） Ａ．(１）和(2)都是正确的 B.(1）和（3）都是正确的 C ．（３)和（４）都是正确的 D.（1)和（4）都是正确的 5、关于布朗运动,下列说法正确的（ ) Ａ.布朗运动就是分子的无规则运动 Ｂ.布朗运动是液体分子的无规则运动 Ｃ．温度越高， 布朗运动越剧烈 D.在00C 的环境中， 布朗运动消失 6、关于布朗运动,下列说法中正确的是（ ）?A ．悬浮在液体或气体中的小颗粒的无规则 运动就是分子的无规则运动 B.布朗运动反映了悬浮微粒分子的无规则运动 C.分子的热运动就是布朗运动 D.悬浮在液体或气体中的颗粒越小，布朗运动越明显 7、在较暗的房间里,从射进来的阳光中，可以看到悬浮在空气中的微粒在不停地运动,这些微 粒的运动是（ ） A.是布朗运动 ? B ．空气分子运动 C.自由落体运动 ?D ．是由气体对流和重力引起的 运动 8、做布朗运动实验,得到某个观测记录如图所示． 图中记录的是 ( ) Ａ．分子无规则运动的情况 B.某个微粒做布朗运动的轨迹 C ．某个微粒做布朗运动的速度—时间图线 Ｄ.按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线 9、以下关于分子力的说法正确的是( ) A.分子间既存在引力也存在斥力 Ｂ.液体难以被压缩表明液体分子间只有斥力存在 C.气体分子间总没有分子力的作用 D ．扩散现象表明分子间不存引力 １0、分子间的相互作用力由引力f 引和斥力f 斥两部分组成,则（ ) Ａ．f 引和f 斥是同时存在的 Ｂ.f 引总是大于f 斥，其合力总是表现为引力 Ｃ．分子间的距离越小，f 引越小，f 斥越大 D ．分子间的距离越小，f 引越大,f 斥越小 11、若两分子间距离为r 0时,分子力为零, 则关于分子力、分子势能说法中正确的是（ ) Ａ．当分子间的距离为r 0时,分子力为零,也就是说分子间既无引力又无斥力 B.分子间距离大于r 0时，分子距离变小时,分子力一定增大 C ．分子间距离小于r ０时，分子距离变小时，分子间斥力变大，引力变小 Ｄ．在分子力作用范围内,不管r >ｒ０,还是r 高考物理真题——选修3-3 热学 2016年 （全国新课标I 卷，33）（15分） （1）（5分）关于热力学定律，下列说确的是__________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分为0分） A ．气体吸热后温度一定升高 B ．对气体做功可以改变其能 C ．理想气体等压膨胀过程一定放热 D ．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 E ．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 （2）（10分）在水下气泡空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差p ?与气泡半径r 之间的关系为2p r σ?=，其中0.070N/m σ=。现让水下10m 处一半径为0.50cm 的气泡缓慢上升。已知大气压强50 1.010Pa p =?，水的密度 331.010kg /m ρ=?，重力加速度大小210m/s g =。 (i)求在水下10m 处气泡外的压强差； (ii)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。 （全国新课标II 卷，33）（15分） ⑴（5分）一定量的理想气体从状态a 开始，经历等温或 等压过程ab 、bc 、cd 、da 回到原状态，其p -T 图像如图 所示．其中对角线ac 的延长线过原点O ．下列判断正确 的是 ． A ．气体在a 、c 两状态的体积相等 B ．气体在状态a 时的能大于它在状态c 时的能 C ．在过程cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D ．在过程da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E ．在过程bc 中外界对气体做的功等于在过程da 中气体对外界做的功 ⑵（10分）一氧气瓶的容积为30.08m ，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30.36m ．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 高中物理之热学专题复 习与练习 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 第七章热学 一、主要内容 本章内容包括两部分，一是微观的分子动理论部分，一是宏观的气体状态变化规律。其中分子动理论部分包括分子动理论的基本观点、分子热运动的动能、分子间相互作用的势能和物体的内能等概念，及分子间相互作用力的变化规律、物体内能变化的规律、能量转化和守恒定律等基本规律；气体状态变化规律中包括热力学温度、理想气体和气体状态参量等有关的概念，以及理想气体的等温、等容、等压过程的特点及规律（包括公式和图象两种描述方法）。 二、基本方法 本章中所涉及到的基本方法是理想化的模型方法，其中在分子动理论中将微观分子的形状视为理想的球体，这是通过阿伏伽德罗常数对微观量进行估算的基础；在气体状态变化规律中，将实际中的气体视为分子没有实际体积且不存在相互作用力的理想气体，从而使气体状态变化的规律在误差允许的范围内得以大大的简化。 三、错解分析 在本章知识应用的过程中，初学者常犯的错误主要表现在：对较为抽象的分子热运动的动能、分子相互作用的势能及分子间相互作用力的变化规律理解不到位，导致这些微观量及规律与宏观的温度、物体的体积之间关系不能建立起正确的关系。对于宏观的气体状态的分析，学生的问题通常表现在对气体压强的分析与计算方面存在着困难，由此导致对气体状态规律应用出现错误；另外，本章中涉及到用图象法描述气体状态变化规律，对于p—V，p—T，V—T图的理解，一些学生只观注图象的形状，不能很好地理解图象上的点、线、斜率等的物理意义，因此造成从图象上分析气体温度变化（内能变化）、体积变化（做功情况）时出现错误，从而导致利用图像分析气体内能变化等问题时的困难。 例1 设一氢气球可以自由膨胀以保持球内外的压强相等，则随着气球的不断升高，因大气压强随高度而减小，气球将不断膨胀。如果氢气和大气皆可视为理想气体，大气的温度、平均摩尔质量以及重力和速度随高度变化皆可忽略，则氢所球在上升过程中所受的浮力将______（填“变大”“变小”“不变”） 【错解】错解一：因为气球上升时体积膨胀，所以浮力变大。 错解二：因为高空空气稀薄，所以浮力减小。 选修3-3热学知识点归纳 一、分子运动论 1. 物质是由大量分子组成的 （1）分子体积 分子体积很小，它的直径数量级是 （2）分子质量 分子质量很小，一般分子质量的数量级是 （3）阿伏伽德罗常数（宏观世界与微观世界的桥梁） 1摩尔的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值： 设微观量为：分子体积V 0、分子直径d 、分子质量m ； 宏观量为：物质体积V 、摩尔体积V 1、物质质量M 、摩尔质量μ、物质密度ρ． 分子质量： 分子体积: （对气体，V 0应为气体分子平均占据的空间大小） 分子直径: 球体模型: V d N =3A )2(34π 303 A 6=6=ππV N V d （固体、液体一般用此模型） 立方体模型:30=V d （气体一般用此模型）（对气体，d 理解为相邻分子间的平均距离） 分子的数量．A 1 A 1A A N V V N V M N V N M n ====ρμρμ 2. 分子永不停息地做无规则热运动 （1）分子永不停息做无规则热运动的实验事实：扩散现象和布郎运动。 （2）布朗运动 布朗运动是悬浮在液体（或气体）中的固体微粒的无规则运动。布朗运动不是分子本身的 运动，但它间接地反映了液体（气体）分子的无规则运动。 （3）实验中画出的布朗运动路线的折线，不是微粒运动的真实轨迹。 因为图中的每一段折线，是每隔30s 时间观察到的微粒位置的连线，就是在这短短的30s 内，小颗粒的运动也是极不规则的。 （4）布朗运动产生的原因 大量液体分子（或气体）永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因。简言之：液体（或气体）分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。 （5）影响布朗运动激烈程度的因素 热学试题 一选择题： 1．只知道下列那一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离 A．阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和质量 B．阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和密度 C．阿伏加徳罗常数，该气体的质量和体积 D．该气体的质量、体积、和摩尔质量 2．关于布朗运动下列说法正确的是 A．布朗运动是液体分子的运动 B．布朗运动是悬浮微粒分子的运动 C．布朗微粒做无规则运动的原因是由于它受到水分子有时吸引、有时排斥的结果 D．温度越高，布朗运动越显著 3．铜的摩尔质量为μ（kg/ mol）,密度为ρ（kg/m3），若阿伏加徳罗常数为N A，则下列说法中哪个是错误 ．．的 A．1m3铜所含的原子数目是ρN A/μ B．1kg铜所含的原子数目是ρN A C．一个铜原子的质量是（μ / N A）kg D．一个铜原子占有的体积是（μ / ρN A）m3 4．分子间同时存在引力和斥力，下列说法正确的是 A．固体分子间的引力总是大于斥力 B．气体能充满任何仪器是因为分子间的斥力大于引力 C．分子间的引力和斥力都随着分子间的距离增大而减小 D．分子间的引力随着分子间距离增大而增大，而斥力随着距离增大而减小 5．关于物体内能，下列说法正确的是 A．相同质量的两种物体，升高相同温度，内能增量相同 B．一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少 C．一定质量的气体体积增大，既不吸热也不放热，内能减少 D．一定质量的气体吸热，而保持体积不变，内能一定减少 6．质量是18g的水，18g的水蒸气，32g的氧气，在它们的温度都是100℃时A．它们的分子数目相同，分子的平均动能相同 B．它们的分子数目相同，分子的平均动能不相同，氧气的分子平均动能大 C．它们的分子数目相同，它们的内能不相同，水蒸气的内能比水大 D．它们的分子数目不相同，分子的平均动能相同 7．有一桶水温度是均匀的，在桶底部水中有一个小气泡缓缓浮至水面，气泡上升过程中逐渐变大，若不计气泡中空气分子的势能变化，则 A．气泡中的空气对外做功，吸收热量 B．气泡中的空气对外做功，放出热量 C．气泡中的空气内能增加，吸收热量 D．气泡中的空气内能不变，放出热量 8．关于气体压强，以下理解不正确的是 A．从宏观上讲，气体的压强就是单位面积的器壁所受压力的大小 B．从微观上讲，气体的压强是大量的气体分子无规则运动不断撞击器壁产生的 C．容器内气体的压强是由气体的重力所产生的 D．压强的国际单位是帕，1Pa＝1N/m2 高中物理3-3《热学》计算题专项练习题(含 答案) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 热学计算题（二） 1.如图所示，一根长L=100cm、一端封闭的细玻璃管开口向上竖直放置，管内用h=25cm长的水银柱封闭了一段长L1=30cm的空气柱．已知大气压强为75cmHg，玻璃管周围环境温度为27℃．求： Ⅰ．若将玻璃管缓慢倒转至开口向下，玻璃管中气柱将变成多长？ Ⅱ．若使玻璃管开口水平放置，缓慢升高管内气体温度，温度最高升高到多少摄氏度时，管内水银不能溢出． 2.如图所示，两端开口、粗细均匀的长直U形玻璃管内由两段水银柱封闭着长度为15cm的空气柱，气体温度为300K时，空气柱在U形管的左侧． （i）若保持气体的温度不变，从左侧开口处缓慢地注入25cm长的水银柱，管内的空气柱长为多少？ （ii）为了使空气柱的长度恢复到15cm，且回到原位置，可以向U形管内再注入一些水银，并改变气体的温度，应从哪一侧注入长度为多少的水银柱气体的温度变为多少（大气压强P0=75cmHg，图中标注的长度单位均为cm） 3.如图所示，U形管两臂粗细不等，开口向上，右端封闭的粗管横截面积是开口的细管的三倍，管中装入水银，大气压为76cmHg。左端开口管中水银面到管口距离为11cm，且水银面比封闭管内高4cm，封闭管内空气柱长为11cm。现在开口端用小活塞封住，并缓慢推动活塞，使两管液面相平，推动过程中两管的气体温度始终不变，试求： ①粗管中气体的最终压强；②活塞推动的距离。 4.如图所示，内径粗细均匀的U形管竖直放置在温度为7℃的环境中，左侧管上端开口，并用轻质活塞封闭有长l1=14cm，的理想气体，右侧管上端封闭，管上部有长l2=24cm的理想气体，左右两管内水银面高度差h=6cm，若把该装置移至温度恒为27℃的房间中（依然竖直放置），大气压强恒为p0=76cmHg，不计活塞与管壁间的摩擦，分别求活塞再次平衡时左、右两侧管中气体的长度． 5.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．求：在活塞A上逐渐添加铁砂，当铁砂质量等于2m时，两活塞在某位置重新处于平衡，活塞B下降的高度． 6.如图，在固定的气缸A和B中分别用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞面积之比为S A：S B=1：2，两活塞以穿过B的底部的刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动．两个气缸都不漏气．初始时，A、B 中气体的体积皆为V0，温度皆为T0=300K．A中气体压强P A=1.5P0，P0是气缸外的大气压强．现对A加热，使其中气体的体积增大V0/4，,温度升到某一温度T．同时保持B中气体的温度不变．求此时A中气体压强（用P 0表示结果）和温度（用热力学温标表达） 高中物理专题-热力学定律 在绝热气缸中封闭着两部分同种类的气体A和B，中间用绝热活塞隔开，活塞用销钉固定着。开始时两部分气体的体积和温度都相同，气体A的质量大于气体B的质量。撤去销钉后活塞可以自由移动，最后达到平衡。关于B部分气体的内能和压强的大小 A．内能增加，压强不变B．内能不变，压强不变 C．内能增加，压强增大D．内能不变，压强增大 【参考答案】C 【试题解析】因为气体A的质量大于气体B的质量，故开始时气体A的压强大于气体B的压强，撤去销钉后，A气体膨胀对B气体做功，故B气体内能增加，压强增大，选C。 【知识补给】 功和内能 （1）气体做功的特征是气体体积的变化，若气体只有压强的变化而无体积的变化，气体不做功。 （2）做功的对象是实物，故气体向真空膨胀不做功。 （3）理想气体被绝热压缩，则内能增加，温度升高，体积减小，压强一定增大；理想气体绝热膨胀，则内能减少，温度降低，压强一定增大。 如图所示，内壁光滑的绝热气缸竖直立于地面上，绝热活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸中，活塞静止时处于A位置。现将一重物轻轻地放在活塞上，活塞最终静止在B位置。则活塞在B位置时与活塞在A位置时相比较 A．气体的内能可能相同 B．气体的温度一定不同 C．单位体积内的气体分子数不变 D．单位时间内气体分子撞击单位面积气缸壁的次数一定增多 如图所示，绝热气缸固定在水平地面上，气缸内用绝热活塞封闭着一定质量的理想气体。开始时活塞静止在图示位置现用力使活塞缓慢向右移动一段距离，则在此过程中 A．外界对缸内气体做正功 B．缸内气体的内能不变 C．缸内气体在单位时间内作用于活塞单位面积的冲量增大 D．在单位时间内缸内气体分子与活塞碰撞的次数减少 如图所示，用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，先把活塞锁住，将质量和温度都相同的理想气体氢气和氧气分别充入容器的两部分，然后提起销子，使活塞可以无摩擦地滑动，当活塞平衡时 A．氢气的温度不变B．氢气的压强减小 C．氢气的体积减小D．氧气的温度升高 绝热气缸的质量为M，绝热活塞的质量为m，活塞与气缸壁之间无摩擦且不漏气，气缸中密封一部分理想气体，最初气缸被销钉固定在足够长的光滑固定斜面上。如图所示，现拔去销钉，让气缸在斜面上自由下滑，当活塞与气缸相对静止时，被封气体与原来气缸静止在斜面上时相比较，下列说法中正确的是 A．气体的压强不变B．气体的内能减小 选修3-3《热学》 一、知识网络 分子直径数量级 物质是由大量分子组成的 阿伏加德罗常数 油膜法测分子直径 分子动理论 分子永不停息地做无规则运动 扩散现象 布朗运动 分子间存在相互作用力，分子力的F －r 曲线 分子的动能；与物体动能的区别 物体的内能 分子的势能；分子力做功与分子势能变化的关系；E P －r 曲线 物体的内能；影响因素；与机械能的区别 单晶体——各向异性（热、光、电等） 晶体 多晶体——各向同性（热、光、电等） 有固定的熔、沸点 非晶体——各向同性（热、光、电等）没有固定的熔、沸点 浸润与不浸润现象——毛细现象——举例 饱和汽与饱和汽压 液晶 体积V 气体体积与气体分子体积的关系 温度T （或t ） 热力学温标 分子平均动能的标志 压强的微观解释 压强P 影响压强的因素 求气体压强的方法 改变内能的物理过程 做功 ——内能与其他形式能的相互转化 热传递——物体间（物体各部分间）内能的转移 热力学第一定律 能量转化与守恒 能量守恒定律 热力学第二定律（两种表述）——熵——熵增加原理 能源与环境 常规能源．煤、石油、天然气 新能源．风能、水能、太阳能、核能、地热能、海洋能等 二、考点解析 考点64 物体是由大量分子组成的 阿伏罗德罗常数 要求：Ⅰ 阿伏加德罗常数（N A ＝6.02×1023mol －1）是联系微观量与宏观量的桥梁。 设分子体积V 0、分子直径d 、分子质量m ；宏观量为．物质体积V 、摩尔体积V 1、物质质量M 、摩尔质量μ、物质密度ρ。 （1）分子质量：A A ==N V N m ρμ （2）分子体积：A A 10PN N V V μ＝＝ （对气体，V 0应为气体分子占据的空间大小） 分 子 动 理 论 热力 学 固体 热力学定律 液体 气 体 选修3-3知识点归纳 一、分子运动论 1. 物质是由大量分子组成的 （1）分子体积分子体积很小，它的直径数量级是 （2）分子质量分子质量很小，一般分子质量的数量级是 （3）阿伏伽德罗常数 1摩尔的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值。 2.分子永不停息地做无规则热运动 （1）分子永不停息做无规则热运动的实验事实：扩散现象和布郎运动。 （2）布朗运动 布朗运动是悬浮在液体（或气体）中的固体微粒的无规则运动。布朗运动不是分子本身的运动，但它间接地反映了液体（气体）分子的无规则运动。 （3）实验中画出的布朗运动路线的折线，不是微粒运动的真实轨迹。 因为图中的每一段折线，是每隔30s时间观察到的微粒位置的连线，就 是在这短短的30s，小颗粒的运动也是极不规则的。 （4）布朗运动产生的原因 大量液体分子（或气体）永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因。简言之：液体（或气体）分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。 （5）影响布朗运动激烈程度的因素 固体微粒越小，温度越高，固体微粒周围的液体分子运动越不规则，对微粒碰撞的不平衡性越强，布朗运动越激烈。 （6）能在液体（或气体）中做布朗运动的微粒都是很小的，一般数量级在，这种 微粒肉眼是看不到的，必须借助于显微镜。 3.分子间存在着相互作用力 （1）分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是分子引力和 斥力的合力。 分子间的引力和斥力只与分子间距离(相对位置)有关，与分子的运动状态无 关。 （2）分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小，随分子间的 距离r的减小而增大，但斥力的变化比引力的变化快。 （3）分子力F和距离r的关系如下图 4.物体的能 (1)做热运动的分子具有的动能叫分子动能。温度是物体分子热运动的平 均动能的标志。 (2)由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。分子力做正功时分子势能 减小；分子力作负功时分子势能增大。当r=r0即分子处于平衡位置时分子 势能最小。不论r从r0增大还是减小，分子势能都将增大。如果以分子间距 离为无穷远时分子势能为零，则分子势能随分子间距离而变的图象如上图。 热学试题 一选择题： 1只知道下列那一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离 A. 阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和质量 B. 阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和密度 C. 阿伏加徳罗常数，该气体的质量和体积 D .该气体的质量、体积、和摩尔质量 2. 关于布朗运动下列说法正确的是 A. 布朗运动是液体分子的运动 B. 布朗运动是悬浮微粒分子的运动 C. 布朗微粒做无规则运动的原因是由于它受到水分子有时吸引、有时排斥的结果 D. 温度越高，布朗运动越显著 3. 铜的摩尔质量为口(kg/ mol ),密度为p (kg/m3)，若阿伏加徳罗常数为NA,则下列 说法中哪个是错毘.的 A. Im3铜所含的原子数目是p NA/ 口 B . 1kg铜所含的原子数目是p NA C. 一个铜原子的质量是(口/ N A) kg D .一个铜原子占有的体积是(口/ p NA) m 4. 分子间同时存在引力和斥力，下列说法正确的是 A. 固体分子间的引力总是大于斥力 B. 气体能充满任何仪器是因为分子间的斥力大于引力 C. 分子间的引力和斥力都随着分子间的距离增大而减小 D. 分子间的引力随着分子间距离增大而增大，而斥力随着距离增大而减小 5. 关于物体内能，下列说法正确的是 A. 相同质量的两种物体，升高相同温度，内能增量相同 B. —定量0C的水结成0C的冰，内能一定减少 C. 一定质量的气体体积增大，既不吸热也不放热，内能减少 D. —定质量的气体吸热，而保持体积不变，内能一定减少 6. 质量是18g的水，18g的水蒸气，32g的氧气，在它们的温度都是100 C时 A. 它们的分子数目相同，分子的平均动能相同 B. 它们的分子数目相同，分子的平均动能不相同，氧气的分子平均动能大 C. 它们的分子数目相同，它们的内能不相同，水蒸气的内能比水大 D. 它们的分子数目不相同，分子的平均动能相同 7. 有一桶水温度是均匀的，在桶底部水中有一个小气泡缓缓浮至水面，气泡上升过程中逐 渐变大，若不计气泡中空气分子的势能变化，则 A. 气泡中的空气对外做功，吸收热量B .气泡中的空气对外做功，放出热量 C.气泡中的空气内能增加，吸收热量 D .气泡中的空气内能不变，放出热量 &关于气体压强，以下理解不正确的是 A. 从宏观上讲，气体的压强就是单位面积的器壁所受压力的大小 B. 从微观上讲，气体的压强是大量的气体分子无规则运动不断撞击器壁产生的 C. 容器内气体的压强是由气体的重力所产生的 D ?压强的国际单位是帕，1Pa= 1N/mf 9. 一定质量的理想气体处于平衡状态I ,现设法使其温度降低而压强升高，达到平衡状态n 则() A. 状态I时气体的密度比状态n时的大 B. 状态I时分子的平均动能比状态n时的大 C. 状态I时分子的平均距离比状态n时的大 D. 状态I时每个分子的动能都比状态n时分子平均动能大 10. 如图所示，气缸内装有一定质量的气体，气缸的截面积为s,其活塞为梯形，它的一个 面与气缸成0角，活塞与器壁间的摩擦忽略不计，现用一水平力F推活塞，汽缸不动, 此时大气压强为P。，则气缸内气体的压强P为 高中物理热学-- 理想气体状态方程 试题及答案 一、单选题 1.一定质量的理想气体，在某一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p 1、V 1、T 1，在另一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p 2、V 2、T 2，下列关系正确的是 A ．p 1 =p 2，V 1=2V 2，T 1= 21T 2 B ．p 1 =p 2，V 1=21 V 2，T 1= 2T 2 C ．p 1 =2p 2，V 1=2V 2，T 1= 2T 2 D ．p 1 =2p 2，V 1=V 2，T 1= 2T 2 2．已知理想气体的内能与温度成正比。如图所示的实线为汽缸内一定 质量 的理想气体由状态1到状态2的变化曲线，则在整个过程中汽缸内气体的 内能 A.先增大后减小 B.先减小后增大 C.单调变化 D.保持不变 3.地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交热忽略不计.已知大气压强随高度增加而降低，则该气团在此上升过程中（不计气团内分子间的势能） A.体积减小，温度降低 B.体积减小，温度不变 C.体积增大，温度降低 D.体积增大，温度不变 4.下列说法正确的是 A. 气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力 B. 气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量 C. 气体分子热运动的平均动能减少，气体的压强一定减小 D. 单位面积的气体分子数增加，气体的压强一定增大 5．气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和，其大小与气体的状态有关，分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的 A ．温度和体积 B ．体积和压强 C ．温度和压强 D ．压强和温度 6.带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态a ，然后经过过程ab 到达状态b 或进过过程ac 到状态c ，b 、c 状态温度相同，如V-T 图所示。设气体在状态b 和状态c 的压强分别为Pb 、和PC ,在过程ab 和ac 中吸收的热量分别为Qab 和Qac ，则 A. Pb >Pc ，Qab>Qac B. Pb >Pc ，Qab 高中物理最新试题精选 热学部分 一、在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确. 1.下列说法中正确的是［］ Ａ.物体的温度升高，物体所含的热量就增多 Ｂ.物体的温度不变，内能一定不变 Ｃ.热量和功的单位与内能的单位相同，所以热量和功都作为物体内能的量度 Ｄ.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的 2.下列说法中正确的是［］ Ａ.布朗运动说明分子之间存在相互作用力 Ｂ.物体的温度越高，其分子的平均动能越大 Ｃ.水和酒精混合后总体积会减小，说明分子间有空隙 Ｄ.物体内能增加，一定是物体从外界吸收了热量 3.关于分子力，下列说法中正确的是［］ Ａ.碎玻璃不能拼合在一块，说明分子间存在斥力 Ｂ.将两块铅压紧以后能连成一块，说明分子间存在引力 Ｃ.水和酒精混合后的体积小于原来二者的体积之和，说明分子间存在引力 Ｄ.固体很难拉伸，也很难被压缩，说明分子间既有引力，又有斥力 4.当两个分子间的距离ｒ=ｒ０时，分子处于平衡状态.设ｒ１＜ｒ０＜ｒ２，则当两个分子间的距离由ｒ１变到ｒ２的过程中，分子势能［］ Ａ.一直减小Ｂ.一直增大 Ｃ.先减小后增大Ｄ.先增大后减小 5.对于一定质量的某种理想气体，如果与外界没有热交换，则［］ Ａ.若气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大 Ｂ.若气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定减小 Ｃ.若气体分子的平均距离增大，则气体分子的平均动能一定增大 Ｄ.若气体分子的平均距离增大，则气体分子的平均动能一定减小 6.已知某理想气体的内能Ｅ与该气体分子总数Ｎ和热力学温度Ｔ的乘积成正比，即Ｅ=ｋＮＴ.现对一有孔的金属容器加热，加热前后容器内气体的质量分别为ｍ１、ｍ２，则加热前后容器内气体的内能Ｅ之比为［］ Ａ.ｍ１/ｍ２Ｂ.ｍ２/ｍ１Ｃ.1Ｄ.无法确定 7.一定质量的理想气体，从状态Ｒ出发，分别经历如图2－1所示的三种不同过程的状态变化到状态Ａ、Ｂ、Ｃ.有关Ａ、Ｂ、Ｃ三个状态的物理量的比较，下列说法中正确的是［］ 图2－1 Ａ.气体分子的平均速率ｖＡ＞ｖＢ＞ｖＣ 1\如图5所示，厚度和质量不计、横截面积为S＝10 cm2的绝热汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸内有一绝热的“T”形活塞固定在桌面上，活塞与汽缸封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为T0＝300 K，压强为p＝0.5×105 Pa，活塞与汽缸底的距离为h＝10 cm，活塞与汽缸可无摩擦滑动且不漏气，大气压强为p0＝1.0×105 Pa。 图5 (1)求此时桌面对汽缸的作用力F N； (2)现通过电热丝将气体缓慢加热到T，此过程中气体吸收热量为Q＝7 J，内能增加了ΔU＝5 J，整个过程活塞都在汽缸内，求T的值。 解析(1)对汽缸受力分析，由平衡条件有F N＋pS＝p0S， 解得F N＝(p0－p)S＝(1.0×105 Pa－0.5×105 Pa)×10×10－4 m2＝50 N。 (2)设温度升高至T时活塞距离汽缸底距离为H，则气体对外界做功W＝p0ΔV＝p0S(H－h)， 由热力学第一定律得ΔU＝Q－W，解得H＝12 cm。 气体温度从T0升高到T的过程，由理想气体状态方程得pSh T0＝p0SH T ， 解得T＝p0H ph T0＝105×0.12 0.5×105×0.10×300 K＝720 K。 答案(1)50 N(2)720 K ( 等压变化，W＝pΔV；只要温度发生变化，其内能就发生变化。 (4)结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q求解问题。 2．如图8所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度h 1＝0.50 m ，气体的温度t 1＝27 ℃。给汽缸缓慢加热至t 2＝207 ℃，活塞缓慢上升到距离汽缸底某一高度h 2处，此过程中缸内气体增加的内能ΔU ＝300 J ，已知大气压强p 0＝1.0×105 Pa ，活塞横截面积S ＝5.0×10－3 m 2。求： 图8 (ⅰ)活塞距离汽缸底部的高度h 2； (ⅱ)此过程中缸内气体吸收的热量Q 。 解析 (ⅰ)气体做等压变化，根据盖—吕萨克定律可得 h 1S T 1＝h 2S T 2，解得h 2＝0.80 m 。 (ⅱ)在气体膨胀的过程中，气体对外做功为 W 0＝p 0·ΔV ＝[1.0×105×(0.80－0.50)×5.0×10－3] J ＝150 J 。 根据热力学第一定律可得气体内能的变化为 ΔU ＝－W 0＋Q ，得Q ＝ΔU ＋W 0＝450 J 。 答案 (ⅰ)0.80 m (ⅱ)450 J 3．(2018·山西联考)如图4所示，上端开口的光滑圆柱形绝热汽缸竖直放置，质量m ＝5 kg ，横截面积S ＝50 cm 2的活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，在汽缸内距缸底某处设有体积可忽略的卡环a 、b ，使活塞只能向上滑动，开始时活塞搁在a 、b 上，缸内气体的压强等于大气压强，温度为300 K 。现通过内部电热丝缓慢加热汽缸内气体，直至活塞恰好离开a 、b 。已知大气压强p 0＝1.0×105 Pa ，g 取10 m/s 2。 高中物理热学知识点梳理 一、分子动理论、能量守恒定律 1.阿伏加德罗常数N A＝6.02×1023/mol；分子直径数量级10-10米 2.油膜法测分子直径d＝V S ｛V:单分子油膜的体积(m3)，S:油膜表面积(m2)｝ 3.分子动理论内容：物质是由大量分子组成的；大量分子做无规则的热运动；分子间存在相互作用力。 4.分子间的引力和斥力(1)r 图3-4-1 3．4 液体的表面张力 3．4．1、表面张力和表面张力系数 液体下厚度为分子作用半径的一层液体，叫做液体的表面层。表面层内的分子，一方面受到液体内部分子的作用，另一方面受到气体分子的作用，由于这两个作用力的不同，使液体表面层的分子分布比液体内部的分子分布稀疏，分子的平均间距较大，所以表面层内液体分子的作用力主要表现为引力，正是分子间的这种引力作用，使表面层具有收缩的趋势。 液体表面的各部分相互吸引的力称为表面张力，表面张力的方向与液面相切，作用在任何一部分液面上的表面张力总是与这部分液面的分界线垂直。 表面张力的大小与所研究液面和其他部分的分界线长度L 成正比，因此可写成 L f σ= 式中σ称为表面张力系数，在国际单位制中，其单位是N/m ，表面张力系数σ的数值与液体的种类和温度有关。 3．4．2表面能 我们再从能量角度研究张力现象，由于液面有自动收 缩的趋势，所以增大液体表面积需要克服表面张力做功，由图3-4-1可以看出，设想使AB 边向右移动距离△x ，则此过程中外界克服表面张力所做的功为 S x AB x f x F W ?=??=?=?=σσ22外 式中△S 表示AB 边移动△x 时液膜的两个表面所增加的总面积。若去掉外力，AB 边会向左运动，消耗表面自由能而转化为机械能，所以表面自由能相当于势能，凡势能都有减小的趋势，而S E ∞，所以液体表面具有收缩的趋势，例如体 积相同的物体以球体的表面积最小，所以若无其他作用力的影响，液滴等均应为球体。 例 将端点相连的三根细线掷在水面上，如图3-4-2所示，其中1、2线各长1.5cm ，3线长1cm ，若在图中A 点滴下某种杂质，使表面张力系数减小到原来的0.4，求每根线的张力。然后又把该杂质滴在B 点，求每根线的张力：已知水的面表张力系数α=0.07N/m 。 A 滴入杂质后，形成图3-4-3形 状，取圆心角为θ的一小段圆弧，该线段在线两侧张力和表面张力共同 作用下平衡，则有 1 )4.0(2 sin R a a aT θθ -=，式中 cm R πθ θ 25 .2,2 2 sin 1= ≈ 代入后得 0,1067.11432=?===-T N T T T 。 B 中也滴入杂质后，线3松弛即03='T ，形成圆产半径 π23 2= R cm ，仿上面 解法得 N aR T T 4 2211026.0-?=='='。 3．4．3、表面张力产生的附加压强 表面张力的存在，造成弯曲液面的内、外的压强差，称为附加压强，其中最简单的就是球形液面的附加压强，如图3-4-4所示，在半径为R 的球形液滴上任取一球冠小液块来分析(小液块与空气的分界面的面积是S '，底面积是S ，底面上的A 点极靠近球面)，此球冠形小液体的受力情况为： 在S 面上处处受与球面垂直的大气压力作用，由对称性易知，大气压的合力方向垂直于S 面，大小可表示为 S p F 0=。 A B 1 2 3 图3-4-2 图3-4-3 热学 例1 设一氢气球可以自由膨胀以保持球内外的压强相等，则随着气球的不断升高，因大气压强随高度而减小，气球将不断膨胀。如果氢气和大气皆可视为理想气体，大气的温度、平均摩尔质量以及重力和速度随高度变化皆可忽略，则氢所球在上升过程中所受的浮力将______（填“变大”“变小”“不变”） 例2 如图7-1所示，已知一定质量的理想气体，从状态1变化到状态2。问：气体对外是否做功？ 例3 一定质量的理想气体的三个状态在V-T图上用A，B，C三个点表示，如图7-3所示。试比较气体在这三个状态时的压强pA，pB，pC的大小关系有：（） A．pC＞pB＞pC B．pA＜pC＜pB C．pC＞pA＞pB D．无法判断。 例4 如图7-5，A，B是体积相同的气缸，B内有一导热的、可在气缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞C，D为不导热的阀门。起初，阀门关闭，A内装有压强p1=2.0×105a温度T1=300K的氮气。B内装有压强P2=1.0×105Pa，温度 T2=600K的氧气。打开阀门D，活塞C向右移动，最后达到平衡，以V1和V2分别表示平衡后氮气和氧气的体积，则V1∶V2 =______（假定氧气和氮气均为理想气体，并与外界无热交换，连接气缸的管道体积可忽略） 例5 如图7-6所示，一个横截面积为S的圆筒型容器竖直放置，金属圆板A的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆板的质量为M，不计圆板A与容器内壁之间的摩擦，若大气压强为P0，则被圆板封闭在容器中气体的压强p等于（） 例6 如图7-9所示，在一个圆柱形导热的气缸中，用活塞封闭了一部分空气，活塞与气缸壁间是密封而光滑的，一弹簧秤挂在活塞上，将整个气缸悬吊在天花板上。当外界气温升高（大气压不变）时，（）高考物理真题热学
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