专题17 热学-【上好课】2025年高考物理一轮复习知识清单

专题17 热学 常考考点 真题举例 应用盖-吕萨克定律解决实际问题 2024·广东·高考真题  判断系统吸放热、做功情况和内能变化情况 2024·贵州·高考真题 计算系统内能改变、吸放热及做功 2024·重庆·高考真题 应用波意耳定律解决实际问题 2024·甘肃·高考真题 掌握分子模型的构建与分子直径的估算方法； 掌握扩散现象和布朗运动，分子间作用力、分子势能随分子间距离变化的图像； 掌握内能的决定因素和计算； 掌握晶体和非晶体的特点，了解表面张力现象和毛细现象； 掌握能用气体实验定律解决实际问题，并会分析气体图像问题； 掌握气体压强的计算方法及气体压强的微观解释 掌握热力学定律并会解决相关问题。 核心考点01分子动理论 一、物质是由大量分子组成的 3 二、分子热运动 4 三、分子间的作用力 4 四、分子运动速率分布规律 5 五、内能 7 核心考点02 气体、液体和固体 9 一、温度与温标 9 二、热平衡与温度 10 三、温度计与温标 10 四、气体实验定律 10 五、理想气体 12 六、气缸活塞类问题 12 七、液柱模型 14 八、变质量问题 15 九、固体 16 十、液体 16 核心考点03 热力学定律 18 一、功、热和内能的改变 18 二、热力学第一定律 18 三、能量守恒定律 20 四、热力学第二定律 20 核心考点01 分子动理论 一、物质是由大量分子组成的 1、分子的大小 物质是由大量 组成的，分子直径的数量级一般是10-10m。 分子的质量：数量级为10-26 kg。 2、分子的模型 球模型：，得直径 ，常用于固体和液体，模型如下图所示。 立方体模型：，得边长，常用于气体，模型如下图所示。 【注意】对于气体,利用得到的不是分子直径,而是气体分子间的平均距离。 3、阿伏伽德罗常数 1mol的任何物质都含有相同的 。通常可取。 阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。 宏观物理量：物质的质量M，体积V，密度ρ，摩尔质量MA，摩尔体积VA。 微观物理量：分子质量m0，分子体积V0，分子直径d。 一个分子的质量：m＝。 一个分子的体积：V0＝。 一摩尔物质的体积：Vmol＝。 单位质量中所含分子数：n＝。 单位体积中所含分子数：n′＝。 气体分子间的距离：d＝。 二、分子热运动 1、分子热运动 分子做永不停息的 运动。 【注意】温度是分子热运动剧烈程度的标志。 分子的“无规则运动”，是指由于分子之间的相互碰撞，每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化。 热运动是对于大量分子的整体而言的，对个别分子无意义。 分子热运动的剧烈程度虽然受到温度影响，温度高分子热运动快，温度低分子热运动慢，但分子热运动永远不会停息。 2、扩散 不同的物质互相接触时，可以彼此进入 的现象称为扩散现象。 产生原因：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的。 意义：扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一。 温度越高，扩散越快。扩散现象发生在固体、液体、气体任何两种物质之间。气体物质的扩散现象最显著，常温下物质处于固态时扩散现象不明显。 3、布朗运动 悬浮在液体（或气体）中 的无规则运动。 产生原因：悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，并且微粒越小，它的质量越小，其运动状态越容易被改变，布朗运动越明显。 意义：液体分子永不停息地无规则运动的宏观反映。 悬浮的微粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越激烈。 【注意】布朗运动不是分子的运动，但它反映了液体(或气体)分子的无规则运动。 4、热运动、扩散和布朗运动的比较 现象 扩散现象 布朗运动 热运动 活动主体 分子 固体微小颗粒 分子 区别 是分子的运动,发生在任何两种物质之间 是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生 是分子的运动,不能通过光学显微镜直接观察到 共同点 都是无规则运动；都随温度的升高而更加激烈。 联系 扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动。 三、分子间的作用力 1、分子间有间隙 气体分子的空隙：气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的空隙。 液体分子间的空隙：水和酒精混合后总体积会减小，说明液体分子间有空隙。 固体分子间的空隙：压在一起的金片和铅片，各自的分子能扩散到对方的内部，说明固体分子间也存在着空隙。 2、分子间作用力 当用力拉伸物体时，物体内各部分之间要产生反抗拉伸的作用力，此时分子间的作用力表现为引力。 当用力压缩物体时，物体内各部分之间会产生反抗压缩的作用力，此时分子间的作用力表现为斥力。 分子间的作用力指的是分子间相互作用引力和斥力的合力。 3、分子间的作用力与距离的关系 如下图所示，由图可得：①分子斥力、引力同时存在；②当r>r0时，r增大，斥力引力都减小，斥力减小更快，分子力变现为引力；③当r<r0当，r减小，斥力引力都增加，斥力增加更快，分子力变现为斥力；④当r=r0时，斥力等于引力，分子力为零。 产生原因：由原子内部的带电粒子的相互作用引起的。 平衡位置：分子间距离时，引力与斥力大小相等，分子力为零。平衡位置即分子间距离等于（数量级为）的位置。 分子间的引力和斥力随分子间距离的变化关系：分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力减小得更快。 四、分子运动速率分布规律 1、气体运动的特点 无序性：分子之间频繁地发生碰撞，使每个分子的速度大小和方向频繁地改变，分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有，而且向着各个方向运动的气体分子数目几乎相等。 自由性：气体分子间的距离较大，使得分子间的相互作用力十分微弱，可认为分子间除碰撞外不存在相互作用力，分子在两次碰撞之间做匀速直线运动，因而气体会充满它能到达的整个空间。 规律性：气体分子的速率分布呈现出“中间多、两头少”的分布规律。当温度升高时，速率大的分子数增多，速率小的分子数减少，分子的平均速率增大。反之，分子的平均速率减小。 2、分子运动速率分布图像 气体分子速率呈“中间多、两头少”的规律分布，如下图所示。 当温度升高时，某一分子在某一时刻它的速率不一定增加，但大量分子的平均速率一定增加，而且“中间多”的分子速率值增加。 温度越高，分子热运动越剧烈。 3、气体压强的微观解释 气体的压强：器壁单位面积上受到的 。 气体压强的产生原因：大量气体分子不断撞击器壁的结果 微观解释：①某容器中气体分子的平均速率越大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力越大；②容器中气体分子的数密度大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，平均作用力也会较大。 4、决定气体压强大小的因素： 微观因素：①与气体分子的数密度有关：气体分子数密度(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，气体压强就越大；②与气体分子的平均速率有关：气体的温度越高，气体分子的平均速率就越大，每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大。 宏观因素：①与温度有关：体积一定时，温度越高，气体的压强越大；②与体积有关：温度一定时，体积越小，气体的压强越大。 5、气体压强与大气压强的区别与联系 气体压强 大气压强 区别 ①因密闭容器内的气体分子的数密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生 ②大小由气体分子的数密度和温度决定，与地球的引力无关 ③气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的 ①由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强．如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压强 ②地面大气压强的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值 ③大气压强最终也是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强 联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而产生的 五、内能 1、分子动能 由于分子永不停息地做无规则运动而具有的能量。 单个分子的动能：组成物体的每个分子都在不停地做无规则运动，因此分子具有动能。 【注意】由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也可能是不同的，所以单个分子的动能没有意义。 分子的平均动能：热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，有意义的是物体内所有分子热运动的平均动能。 温度是分子平均动能的标志，这是温度的微观意义，在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同，由于不同物质分子的质量不一定相同，因此相同温度时不同物质分子的平均速率不一定相同。 【注意】物体温度升高，分子热运动加剧．分子的平均动能增大，但并不是每一个分子的动能都变大。 物体内分子的总动能：物体内分子运动的总动能是指所有分子热运动的动能总和，它等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积。物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关。 2、分子势能 分子间具有由它们的相对位置决定的势能，叫做分子势能。 分子势能的特点：由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化。分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关 影响因素：①宏观上：分子势能跟物体的体积有关。分子势能随着物体的体积变化而变化，对实际气体来说，体积增大，分子势能增加；体积缩小，分子势能减小。 ②微观上：分子势能跟分子间距离r有关，分子势能与r的关系不是单调变化的。分子间的作用表现为引力时，分子势能随着分子间的距离增大而增大；分子间的作用表现为斥力时，分子势能随着分子间距离增大而减小。 分子力和分子势能比较如下表所示。 分子力变化 分子势能变化 ①分子斥力、引力同时存在。 ②当r>r0时，r增大，斥力引力都减小，斥力减小更快，分子力变现为引力。 ③当r<r0当，r减小，斥力引力都增加，斥力增加更快，分子力变现为斥力。 ④当r=r0时，斥力等于引力，分子力为零。 ①当r=r0时，分子势能最小。 ②当r>r0时，r逐渐减小，分子势能逐渐减小。 ③当r<r0时，r逐渐减小，分子势能逐渐增加。 分子力做功的特点：当r>r0时，分子间距增大时，分子力做负功；当r<r0时，分子间距减小时，分子力做负功。 分子势能为零和分子势能最小的含义不同，前者与选择的零势能点有关，而后者的位置确定在r＝r0处。 【注意】由于物体分子间距离变化的宏观表现为物体的体积变化，所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化。但不能理解为物体体积越大，分子势能就越大，因为分子势能除了与物体的体积有关外，还与物态有关。同样是物体体积增大，有时体现为分子势能增大(在r＞r0范围内)。有时体现为分子势能减小(在r＜r0范围内)。例如，0 ℃的水结成0 ℃的冰后，体积变大，但分子势能却减小了。 3、内能 物体的内能：物体里所有的分子的 和 的总和叫做物体的内能。 决定因素：在微观上，物体的内能取决于物体所含分子的总数、分子的平均动能和分子间的距离；在宏观上，物体的内能取决于物体所含物质的多少、温度和体积。 改变内能的方式：通过做功或热传递可以改变物体的内能。 内能是对物体的大量分子而言的，对于单个分子的内能没有意义。 内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式，与物体宏观运动状态无关，它取决于物质的量、温度、体积及物态。 研究热现象时，一般不考虑机械能，在机械运动中有摩擦时，有可能发生机械能转化为内能。 物体温度升高，内能不一定增加；温度不变，内能可能改变；温度降低，内能可能增加。 组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何物体都具有内能。 4、内能与机械能的区别和联系 能量 内能 机械能 对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体机械运动 能量常见形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力或弹性势能 能量存在原因 由物体内大量分子的无规则热运动和分子间相对位置决定 由物体做机械运动和物体形变或与地球的相对位置决定 影响因素 物质的量、物体的温度和体积及物态 物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度或弹性形变) 是否为零 永远不能等于零 一定条件下可以等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 5、几个热学概念 温度：热平衡中，表征“共同的热学性质”的物理量。其高低直接反映了物体内部分子热运动的情况，所以在热学中温度是描述物体热运动状态的基本参量之一。 内能：物体内所有分子的动能和势能的总和。内能和机械能是截然不同的，内能是由大量分子的热运动和分子之间相对位置所决定的能量，机械能是物体做机械运动和物体的相对位置及形变所决定的能量，内能和机械能之间可以相互转化。 热量：是指热传递过程中内能的改变量．热量用来量度热传递过程中内能转移的数量。一个物体的内能是无法测定的，而在某种过程中物体内能的变化却是可以测定的，热量就是用来测定内能变化的一个物理量。 热能：是内能通俗的而不甚确切的说法。 核心考点02 气体、液体和固体 一、温度与温标 1、状态参量 热力学系统：由大量分子组成的研究对象叫做热力学系统，简称系统。 外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。 2、状态参量 用来描述系统状态的物理量，常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等。 3、平衡态 在没有外界影响的情况下，系统内各部分的状态参量达到的稳定状态。 热力学的平衡态是一种动态平衡，组成系统的分子仍在不停地做无规则运动，只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化，而力学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动的状态。 平衡态是一种理想情况，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的。系统处于平衡态时，由于涨落，仍可能发生偏离平衡状态的微小变化。 二、热平衡与温度 1、热平衡 两个相互接触的热力学系统，经过一段时间，各自的状态参量不再变化，说明两个系统达到了平衡，这种平衡叫做热平衡。 两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。因此可以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。 2、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。 热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的测量提供了理论依据．因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。 3、温度 热平衡中，表征“共同的热学性质”的物理量。宏观上表示物体的冷热程度；微观上反映分子热运动的激烈程度。 4、热平衡的性质 达到热平衡的系统都具有相同的温度。 温度计测量原理：一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体的温度相同。 三、温度计与温标 1．确定一个温标的方法 选择某种具有测温属性的测温物质。 了解测温物质随温度变化的函数关系。 确定温度的零点和分度的方法。 2．热力学温度T与摄氏温度t 摄氏温标：一种常用的表示温度的方法．规定标准大气压下冰的熔点为0 ℃，水的沸点为100 ℃，在0 ℃和100 ℃之间均匀分成100等份，每份算做1 ℃。 热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法．热力学温标表示的温度叫热力学温度。用符号T表示，单位是开尔文，符号为K。 摄氏温度与热力学温度的关系为T＝t＋273.15 K。 四、气体实验定律 1、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：pV＝C(常量)或p1V1＝p2V2。 适用条件：①气体质量不变、温度不变；②气体温度不太低、压强不太大。 2、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：p＝CT或＝。 适用条件：气体的质量一定，气体的体积不变。 3、盖—吕萨克定律 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。 公式：V＝CT或＝。 适用条件：气体质量一定；气体压强不变。 2、三个气体实验定律的图像 类别 图象 特点 其他图象 玻意耳定律（等温线） pV＝CT(其中C为恒量)，pV之积越大，等温线温度越高，线离原点越远 p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高 查理定律（等容线） p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小 盖—吕萨克定律（等压线） V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小 3、三个气体实验定律的微观解释 玻意耳定律：一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度增大，单位时间内，单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大。 【注意】宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小。 查理定律：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。 【注意】宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大，温度降低，体积减小。 盖—吕萨克定律：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，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。 【注意】宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小。 五、理想气体 1、定义 在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。 【注意】理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可忽略不计，分子不占空间，可视为质点。它是对实际气体的一种科学抽象，是一种理想模型，实际并不存在。 2、理想气体与实际气体 在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍的条件下，把实际气体看成理想气体来处理。 【注意】理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力。理想气体分子无分子势能的变化，内能等于所有分子热运动的动能之和，只和温度有关。 3、理想气体的状态方程 内容：一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管压强p、体积V、温度T都可能改变，但是压强p跟体积V的乘积与热力学温度T之比保持不变。 表达式：①＝；②＝C。 成立条件：一定质量的理想气体。 单位：温度T必须是热力学温度，公式两边中压强p和体积V单位必须统一，但不一定是国际单位制中的单位。 【注意】该方程表示的是气体三个状态参量的关系，与中间的变化过程无关；公式中常量C仅由气体的种类和质量决定，与状态参量(p、V、T)无关。 4、解题方法 选对象：根据题意，选出所研究的某一部分一定质量的气体。 找参量：分别找出这部分气体状态发生变化前后的p、V、T，其中压强的确定是关键。 认过程：认清变化过程，正确选用物理规律。 列方程：选用理想气体状态方程或某一气体实验定律列式求解，必要时讨论结果的合理性。 【注意】解题是要理清一个物理过程分为哪几个阶段，找出几个阶段之间联系的物理量是什么，明确每个阶段应遵循什么实验定律。 六、气缸活塞类问题 1、问题 汽缸活塞类问题是热学部分典型的物理综合题，它需要考虑气体、汽缸或活塞等多个研究对象，涉及热学、力学等物理知识，需要灵活、综合地应用知识来解决问题。 2、解题思路 确定研究对象，一般地说，研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的理想气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。 分析物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程。 挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程。 多个方程联立求解，对求解的结果进行分析和检验。 3、类型 气体系统处于平衡状态，需综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题。 气体系统处于力学非平衡状态，需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题。 封闭气体的容器（气缸、活塞等）与气体发生相互作用的过程中，如果满足守恒定律的适用条件，可根据相应的守恒定律解题。 两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解。 如图所示，两内壁光滑、横截面积不同的竖直圆柱形汽缸内，分别用质量和厚度均不计的活塞A、B封闭了两部分理想气体，气体由活塞B隔为Ⅰ、Ⅱ两个气室，上方汽缸内壁的横截面积为下方汽缸的2倍，两汽缸连接处固定一细卡环。初始时汽缸静置于空气中，两活塞离各自缸底的距离均为，气室Ⅱ中封闭气体的压强为。已知，水的密度，取重力加速度。现用系于汽缸外壁的细线将该装置竖直缓慢放入深水中，忽略缸内两部分气体温度的变化，外界大气压强保持不变，装置气密性良好，求： （1）当活塞A离水面时，卡环到A的距离L（结果可用分数表示）； （2）当活塞A恰好接触卡环时，A离水面的深度H。    七、液柱模型 1、模型 密封气体非纯液柱，而是有液柱和被液柱密封的气体组成的模型。 2、移动方向的判断方法 用液柱或活塞隔开的两部分气体，当气体温度变化时，往往气体的状态参量p、V、T都要发生变化，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难。 应用查理定律求解：先假设液柱或活塞不发生移动，两部分气体均做等容变化；对两部分气体分别应用查理定律的分比式ΔP＝P，求出每部分气体压强的变化量ΔP，并加以比较，从而判断液柱的移动方向。 图像法：先假设液柱或活塞不发生移动，做出两个等容变化图线；判断相同量（温度或压强），比较另一量，确定两部分气体各自所对应的图线；结合斜率比较压强变化量大小，判断液柱的移动方向。 3、封闭气体压强的求解方法 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。 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。 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。 如图所示，U形管左端封口右端开口与大气连通，左端横截面积为，右端为，内封有一段水银柱，初态时，左端水银柱上的气柱长为l，水银柱两端高度差为h，已知大气压强为，环境温度为，水银密度为，重力加速度为g。 （1）求初态时，左端气体压强p； （2）现在加热左端气体，当水银柱两端高度相等时停止加热，求此时左端气体温度T。    八、变质量问题 1、问题 分析变质量气体问题时，要通过巧妙地选择研究对象，使变质量气体问题转化为定质量气体问题，用气体实验定律求解。 2、类型 充气问题：在充气时，将充进容器内的气体和容器内的原有气体为研究对象时，这些气体的质量是不变的。这样，可将“变质量”的问题转化成“定质量”问题。 抽气问题：在对容器抽气的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，解决该类变质量问题的方法与充气问题类似：假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把“变质量”问题转化为“定质量”的问题。 灌气问题：将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是变质量问题，分析这类问题时，可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体作为一个整体来进行研究，即可将“变质量”问题转化为“定质量”问题。 漏气问题：容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，如果选容器内剩余气体和漏掉的气体为研究对象，便可使“变质量”转化成“定质量”问题。 汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆上施加水平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，打开，闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，闭合，打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为，初始压强等于外部大气压强，助力活塞横截面积为，抽气气室的容积为。假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，温度保持不变。 （1）求第1次抽气之后助力气室内的压强； （2）第次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小。    九、固体 1、分类 固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体又可以分为单晶体与多晶体，如下表所示。 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 有确定的熔点，导电、导热、光学等某些物理性质表现为各向异性 有确定的熔点，导电、导热、光学等某些物理性质表现为各向同性 没有确定的熔化温度，导电、导热、光学等物理性质表现为各向同性各向同性 原子排列 规则 多晶体的每个晶体间排列不规则 不规则 典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香 2、晶体的微观结构 在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性。 下图为在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况，在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上物质微粒的数目不同，线段AB上物质微粒较多，线段AD上较少，线段AC上更少。在不同方向上物质微粒的排列情况不同导致单晶体在不同方向上物理性质的不同。 一些单晶体各向异性的例子：①云母晶体在导热性能上表现出显著的各向异性（沿不同方向传热的快慢不同）；②方解石晶体在光的折射上表现出各向异性（沿不同方向的折射率不同）；③立方体形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性（沿不同方向的弹性不同）；④方铅矿石晶体在导电性能上表现出显著的各向异性（沿不同方向电阻率不同）。 同一种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。 有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体，因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布。 晶体具有确定熔点的原因：晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔化，熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化。 十、液体 1、表面张力 表面层：液体表面跟气体接触的薄层。 定义：在表面层，分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，这种力使液体表面绷紧，叫做液体的表面张力。 作用效果：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形表面积最小。 方向：总是跟液体相切，且与分界面垂直，如下图所示。 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引力。 表面特性：表面层分子间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜。 影响因素：边界线长度、液体的种类、温度。 例子：球形液滴、肥皂泡、毛细现象、浸润等。 2、浸润和不浸润 附着层分子受力：液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引。 浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上的现象。原因：当固体分子吸引力大于液体内部分子力时，这时表现为液体浸润固体。 不浸润：一种液体不会润湿某种固体，不会附着在这种固体的表面上的现象。原因：当固体分子吸引力小于液体内部分子力时，这时表现为液体不浸润固体。 3、毛细现象 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。 原因：如下图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体的表面张力的作用，液体会受到向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到向下的力，因而管内液面比管外低。 4、液晶 介于固态和液态之间的一种物质状态。 特点：具有液体的流动性，在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质；具有晶体的光学各向异性，液晶分子的排列不稳定，微小的外界变动都会改变分子排列，从而改变液晶的某些性质。 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。 液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。 核心考点03 热力学定律 一、功、热和内能的改变 1、绝热过程 系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。 2、功和内能的关系 功与内能的改变：在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W。ΔU＝W的适用条件是绝热过程。 在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。 做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。 两者区别：①功是过程量，内能是状态量；②物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功越多；③在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。 3、热和内能的关系 热从高温物体传到了低温物体。 热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射。 热传递的条件：存在温度差。 热与内能的改变：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。 热传递改变物体的内能的实质：内能从一个物体转移到另一个物体或者从一个物体的高温部分转移到低温部分，在这个过程中，吸收热量的物体内能增加；放出热量的物体内能减少，内能转移的多少由热量来量度，即ΔU＝Q。 4、做功和传热在改变物体内能上的区别与联系 比较项目 做功 传热 内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转移 相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 二、热力学第一定律 1、内容 一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 理解：①做功和热传递在改变系统内能上是等效的；②热传递过程是系统与外界之间内能的转移；③做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能的相互转化。 2、表达式 ΔU＝Q＋W。 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。 符号的规定如下表所示。 符号 W Q ΔU ＋ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 － 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 3、应用 若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。 若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量 若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 【注意】应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。进行计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义。 4、热力学第一定律与图像的综合应用 气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程＝C分析。 气体的做功情况、内能变化及吸放热关系可由热力学第一定律分析：①由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功；②由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小；③由热力学第一定律ΔU＝Q＋W判断气体是吸热还是放热；④在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示对外或外界对气体整个过程中所做的功。 5、热力学第一定律与气体实验定律综合问题的解题思路 明确研究对象：①气体②气缸、活塞、液柱等。 两类分析：①气体实验定律：状态量，初末态之间发生的变化；②热力学定律：做功情况，吸、放热情况，内能变化情况。 选择规律列方程求解：气体的三个实验定律，理想气体状态方程，热力学第一定律。 对结果进行分析和讨论。 如图，一开口向上的导热汽缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外 力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中（　　） A．气体体积逐渐减小，内能增加 B．气体压强逐渐增大，内能变大 C．气体压强逐渐增大，吸收热量 D．外界对气体做功，气体内能不变 三、能量守恒定律 1、定义 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。 2、能量的转化 各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。 各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能等。 3、意义 突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。 具有重大实践意义，终结了第一类永动机的想法。 找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来。 4、第一类永动机 定义：某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向外放热或作功。 特点：这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断的对外做功。 不可造的原因：违背了能量守恒定律。如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2＜U1，则W＜0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的。 四、热力学第二定律 1、表述 克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。阐述的是传热的方向性。 【注意】热传导的方向性：热传递的过程是有方向性的，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而不会自发地从低温物体传给高温物体。 2、物理意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序度增大的方向进行程。 3、对定律的理解 单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统。若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。 不可能：热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除。 其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化。不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响。同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的。 “自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。 “不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能。 两种表述是等价的，都揭示了自然界的基本规律：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，即一切与热现象有关的宏观的自然过程都是不可逆的。 4、一些方向性的例子 高温物体能将热量自发传给低温物体，低温物体不能将热量自发传给高温物体。 功能自发地完全转化为热量，热量不能自发地完全转化为功。 气体体积能自发地从小体积膨胀到大体积，不能自发地从大体积收缩到小体积。 不同气体能自发混合在一起，混合气体不能自发分离成不同气体。 5、第二类永动机 定义：从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机。 特点：从单一热源吸收热量，全部用来做功。 不可造的原因：违背了热力学第二定律。 6、热力学第一、第二定律地比较 热力学第一定律 热力学第二定律 定律揭示的问题 从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系 自然界中出现的宏观过程是有方向性的 机械能和内能的转化 当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能 内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能 热量的 传递 热量可以从高温物体自发传向低温物体 说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体 两定律 的关系 在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础 （多选）如图所示，为电冰箱的工作原理示意图；压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（　　） A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律 D．电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外，工作过程中所产生的其他一切影响，无论用任何办法都不可能加以消除 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题17 热学 常考考点 真题举例 应用盖-吕萨克定律解决实际问题 2024·广东·高考真题  判断系统吸放热、做功情况和内能变化情况 2024·贵州·高考真题 计算系统内能改变、吸放热及做功 2024·重庆·高考真题 应用波意耳定律解决实际问题 2024·甘肃·高考真题 掌握分子模型的构建与分子直径的估算方法； 掌握扩散现象和布朗运动，分子间作用力、分子势能随分子间距离变化的图像； 掌握内能的决定因素和计算； 掌握晶体和非晶体的特点，了解表面张力现象和毛细现象； 掌握能用气体实验定律解决实际问题，并会分析气体图像问题； 掌握气体压强的计算方法及气体压强的微观解释 掌握热力学定律并会解决相关问题。 核心考点01分子动理论 一、物质是由大量分子组成的 3 二、分子热运动 4 三、分子间的作用力 4 四、分子运动速率分布规律 5 五、内能 7 核心考点02 气体、液体和固体 9 一、温度与温标 9 二、热平衡与温度 10 三、温度计与温标 10 四、气体实验定律 10 五、理想气体 12 六、气缸活塞类问题 12 七、液柱模型 14 八、变质量问题 15 九、固体 16 十、液体 17 核心考点03 热力学定律 18 一、功、热和内能的改变 19 二、热力学第一定律 19 三、能量守恒定律 21 四、热力学第二定律 21 核心考点01 分子动理论 一、物质是由大量分子组成的 1、分子的大小 物质是由大量分子组成的，分子直径的数量级一般是10-10m。 分子的质量：数量级为10-26 kg。 2、分子的模型 球模型：，得直径 ，常用于固体和液体，模型如下图所示。 立方体模型：，得边长，常用于气体，模型如下图所示。 【注意】对于气体,利用得到的不是分子直径,而是气体分子间的平均距离。 3、阿伏伽德罗常数 1mol的任何物质都含有相同的粒子数。通常可取。 阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。 宏观物理量：物质的质量M，体积V，密度ρ，摩尔质量MA，摩尔体积VA。 微观物理量：分子质量m0，分子体积V0，分子直径d。 一个分子的质量：m＝。 一个分子的体积：V0＝。 一摩尔物质的体积：Vmol＝。 单位质量中所含分子数：n＝。 单位体积中所含分子数：n′＝。 气体分子间的距离：d＝。 二、分子热运动 1、分子热运动 分子做永不停息的无规则运动。 【注意】温度是分子热运动剧烈程度的标志。 分子的“无规则运动”，是指由于分子之间的相互碰撞，每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化。 热运动是对于大量分子的整体而言的，对个别分子无意义。 分子热运动的剧烈程度虽然受到温度影响，温度高分子热运动快，温度低分子热运动慢，但分子热运动永远不会停息。 2、扩散 不同的物质互相接触时，可以彼此进入对方的现象称为扩散现象。 产生原因：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的。 意义：扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一。 温度越高，扩散越快。扩散现象发生在固体、液体、气体任何两种物质之间。气体物质的扩散现象最显著，常温下物质处于固态时扩散现象不明显。 3、布朗运动 悬浮在液体（或气体）中微小颗粒的无规则运动。 产生原因：悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，并且微粒越小，它的质量越小，其运动状态越容易被改变，布朗运动越明显。 意义：液体分子永不停息地无规则运动的宏观反映。 悬浮的微粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越激烈。 【注意】布朗运动不是分子的运动，但它反映了液体(或气体)分子的无规则运动。 4、热运动、扩散和布朗运动的比较 现象 扩散现象 布朗运动 热运动 活动主体 分子 固体微小颗粒 分子 区别 是分子的运动,发生在任何两种物质之间 是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生 是分子的运动,不能通过光学显微镜直接观察到 共同点 都是无规则运动；都随温度的升高而更加激烈。 联系 扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动。 三、分子间的作用力 1、分子间有间隙 气体分子的空隙：气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的空隙。 液体分子间的空隙：水和酒精混合后总体积会减小，说明液体分子间有空隙。 固体分子间的空隙：压在一起的金片和铅片，各自的分子能扩散到对方的内部，说明固体分子间也存在着空隙。 2、分子间作用力 当用力拉伸物体时，物体内各部分之间要产生反抗拉伸的作用力，此时分子间的作用力表现为引力。 当用力压缩物体时，物体内各部分之间会产生反抗压缩的作用力，此时分子间的作用力表现为斥力。 分子间的作用力指的是分子间相互作用引力和斥力的合力。 3、分子间的作用力与距离的关系 如下图所示，由图可得：①分子斥力、引力同时存在；②当r>r0时，r增大，斥力引力都减小，斥力减小更快，分子力变现为引力；③当r<r0当，r减小，斥力引力都增加，斥力增加更快，分子力变现为斥力；④当r=r0时，斥力等于引力，分子力为零。 产生原因：由原子内部的带电粒子的相互作用引起的。 平衡位置：分子间距离时，引力与斥力大小相等，分子力为零。平衡位置即分子间距离等于（数量级为）的位置。 分子间的引力和斥力随分子间距离的变化关系：分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力减小得更快。 四、分子运动速率分布规律 1、气体运动的特点 无序性：分子之间频繁地发生碰撞，使每个分子的速度大小和方向频繁地改变，分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有，而且向着各个方向运动的气体分子数目几乎相等。 自由性：气体分子间的距离较大，使得分子间的相互作用力十分微弱，可认为分子间除碰撞外不存在相互作用力，分子在两次碰撞之间做匀速直线运动，因而气体会充满它能到达的整个空间。 规律性：气体分子的速率分布呈现出“中间多、两头少”的分布规律。当温度升高时，速率大的分子数增多，速率小的分子数减少，分子的平均速率增大。反之，分子的平均速率减小。 2、分子运动速率分布图像 气体分子速率呈“中间多、两头少”的规律分布，如下图所示。 当温度升高时，某一分子在某一时刻它的速率不一定增加，但大量分子的平均速率一定增加，而且“中间多”的分子速率值增加。 温度越高，分子热运动越剧烈。 3、气体压强的微观解释 气体的压强：器壁单位面积上受到的压力。 气体压强的产生原因：大量气体分子不断撞击器壁的结果 微观解释：①某容器中气体分子的平均速率越大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力越大；②容器中气体分子的数密度大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，平均作用力也会较大。 4、决定气体压强大小的因素： 微观因素：①与气体分子的数密度有关：气体分子数密度(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，气体压强就越大；②与气体分子的平均速率有关：气体的温度越高，气体分子的平均速率就越大，每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大。 宏观因素：①与温度有关：体积一定时，温度越高，气体的压强越大；②与体积有关：温度一定时，体积越小，气体的压强越大。 5、气体压强与大气压强的区别与联系 气体压强 大气压强 区别 ①因密闭容器内的气体分子的数密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生 ②大小由气体分子的数密度和温度决定，与地球的引力无关 ③气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的 ①由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强．如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压强 ②地面大气压强的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值 ③大气压强最终也是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强 联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而产生的 五、内能 1、分子动能 由于分子永不停息地做无规则运动而具有的能量。 单个分子的动能：组成物体的每个分子都在不停地做无规则运动，因此分子具有动能。 【注意】由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也可能是不同的，所以单个分子的动能没有意义。 分子的平均动能：热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，有意义的是物体内所有分子热运动的平均动能。 温度是分子平均动能的标志，这是温度的微观意义，在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同，由于不同物质分子的质量不一定相同，因此相同温度时不同物质分子的平均速率不一定相同。 【注意】物体温度升高，分子热运动加剧．分子的平均动能增大，但并不是每一个分子的动能都变大。 物体内分子的总动能：物体内分子运动的总动能是指所有分子热运动的动能总和，它等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积。物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关。 2、分子势能 分子间具有由它们的相对位置决定的势能，叫做分子势能。 分子势能的特点：由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化。分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关 影响因素：①宏观上：分子势能跟物体的体积有关。分子势能随着物体的体积变化而变化，对实际气体来说，体积增大，分子势能增加；体积缩小，分子势能减小。 ②微观上：分子势能跟分子间距离r有关，分子势能与r的关系不是单调变化的。分子间的作用表现为引力时，分子势能随着分子间的距离增大而增大；分子间的作用表现为斥力时，分子势能随着分子间距离增大而减小。 分子力和分子势能比较如下表所示。 分子力变化 分子势能变化 ①分子斥力、引力同时存在。 ②当r>r0时，r增大，斥力引力都减小，斥力减小更快，分子力变现为引力。 ③当r<r0当，r减小，斥力引力都增加，斥力增加更快，分子力变现为斥力。 ④当r=r0时，斥力等于引力，分子力为零。 ①当r=r0时，分子势能最小。 ②当r>r0时，r逐渐减小，分子势能逐渐减小。 ③当r<r0时，r逐渐减小，分子势能逐渐增加。 分子力做功的特点：当r>r0时，分子间距增大时，分子力做负功；当r<r0时，分子间距减小时，分子力做负功。 分子势能为零和分子势能最小的含义不同，前者与选择的零势能点有关，而后者的位置确定在r＝r0处。 【注意】由于物体分子间距离变化的宏观表现为物体的体积变化，所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化。但不能理解为物体体积越大，分子势能就越大，因为分子势能除了与物体的体积有关外，还与物态有关。同样是物体体积增大，有时体现为分子势能增大(在r＞r0范围内)。有时体现为分子势能减小(在r＜r0范围内)。例如，0 ℃的水结成0 ℃的冰后，体积变大，但分子势能却减小了。 3、内能 物体的内能：物体里所有的分子的动能和势能的总和叫做物体的内能。 决定因素：在微观上，物体的内能取决于物体所含分子的总数、分子的平均动能和分子间的距离；在宏观上，物体的内能取决于物体所含物质的多少、温度和体积。 改变内能的方式：通过做功或热传递可以改变物体的内能。 内能是对物体的大量分子而言的，对于单个分子的内能没有意义。 内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式，与物体宏观运动状态无关，它取决于物质的量、温度、体积及物态。 研究热现象时，一般不考虑机械能，在机械运动中有摩擦时，有可能发生机械能转化为内能。 物体温度升高，内能不一定增加；温度不变，内能可能改变；温度降低，内能可能增加。 组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何物体都具有内能。 4、内能与机械能的区别和联系 能量 内能 机械能 对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体机械运动 能量常见形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力或弹性势能 能量存在原因 由物体内大量分子的无规则热运动和分子间相对位置决定 由物体做机械运动和物体形变或与地球的相对位置决定 影响因素 物质的量、物体的温度和体积及物态 物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度或弹性形变) 是否为零 永远不能等于零 一定条件下可以等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 5、几个热学概念 温度：热平衡中，表征“共同的热学性质”的物理量。其高低直接反映了物体内部分子热运动的情况，所以在热学中温度是描述物体热运动状态的基本参量之一。 内能：物体内所有分子的动能和势能的总和。内能和机械能是截然不同的，内能是由大量分子的热运动和分子之间相对位置所决定的能量，机械能是物体做机械运动和物体的相对位置及形变所决定的能量，内能和机械能之间可以相互转化。 热量：是指热传递过程中内能的改变量．热量用来量度热传递过程中内能转移的数量。一个物体的内能是无法测定的，而在某种过程中物体内能的变化却是可以测定的，热量就是用来测定内能变化的一个物理量。 热能：是内能通俗的而不甚确切的说法。 核心考点02 气体、液体和固体 一、温度与温标 1、状态参量 热力学系统：由大量分子组成的研究对象叫做热力学系统，简称系统。 外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。 2、状态参量 用来描述系统状态的物理量，常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等。 3、平衡态 在没有外界影响的情况下，系统内各部分的状态参量达到的稳定状态。 热力学的平衡态是一种动态平衡，组成系统的分子仍在不停地做无规则运动，只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化，而力学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动的状态。 平衡态是一种理想情况，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的。系统处于平衡态时，由于涨落，仍可能发生偏离平衡状态的微小变化。 二、热平衡与温度 1、热平衡 两个相互接触的热力学系统，经过一段时间，各自的状态参量不再变化，说明两个系统达到了平衡，这种平衡叫做热平衡。 两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。因此可以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。 2、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。 热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的测量提供了理论依据．因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。 3、温度 热平衡中，表征“共同的热学性质”的物理量。宏观上表示物体的冷热程度；微观上反映分子热运动的激烈程度。 4、热平衡的性质 达到热平衡的系统都具有相同的温度。 温度计测量原理：一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体的温度相同。 三、温度计与温标 1．确定一个温标的方法 选择某种具有测温属性的测温物质。 了解测温物质随温度变化的函数关系。 确定温度的零点和分度的方法。 2．热力学温度T与摄氏温度t 摄氏温标：一种常用的表示温度的方法．规定标准大气压下冰的熔点为0 ℃，水的沸点为100 ℃，在0 ℃和100 ℃之间均匀分成100等份，每份算做1 ℃。 热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法．热力学温标表示的温度叫热力学温度。用符号T表示，单位是开尔文，符号为K。 摄氏温度与热力学温度的关系为T＝t＋273.15 K。 四、气体实验定律 1、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：pV＝C(常量)或p1V1＝p2V2。 适用条件：①气体质量不变、温度不变；②气体温度不太低、压强不太大。 2、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：p＝CT或＝。 适用条件：气体的质量一定，气体的体积不变。 3、盖—吕萨克定律 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。 公式：V＝CT或＝。 适用条件：气体质量一定；气体压强不变。 2、三个气体实验定律的图像 类别 图象 特点 其他图象 玻意耳定律（等温线） pV＝CT(其中C为恒量)，pV之积越大，等温线温度越高，线离原点越远 p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高 查理定律（等容线） p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小 盖—吕萨克定律（等压线） V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小 3、三个气体实验定律的微观解释 玻意耳定律：一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度增大，单位时间内，单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大。 【注意】宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小。 查理定律：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。 【注意】宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大，温度降低，体积减小。 盖—吕萨克定律：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，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。 【注意】宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小。 五、理想气体 1、定义 在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。 【注意】理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可忽略不计，分子不占空间，可视为质点。它是对实际气体的一种科学抽象，是一种理想模型，实际并不存在。 2、理想气体与实际气体 在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍的条件下，把实际气体看成理想气体来处理。 【注意】理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力。理想气体分子无分子势能的变化，内能等于所有分子热运动的动能之和，只和温度有关。 3、理想气体的状态方程 内容：一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管压强p、体积V、温度T都可能改变，但是压强p跟体积V的乘积与热力学温度T之比保持不变。 表达式：①＝；②＝C。 成立条件：一定质量的理想气体。 单位：温度T必须是热力学温度，公式两边中压强p和体积V单位必须统一，但不一定是国际单位制中的单位。 【注意】该方程表示的是气体三个状态参量的关系，与中间的变化过程无关；公式中常量C仅由气体的种类和质量决定，与状态参量(p、V、T)无关。 4、解题方法 选对象：根据题意，选出所研究的某一部分一定质量的气体。 找参量：分别找出这部分气体状态发生变化前后的p、V、T，其中压强的确定是关键。 认过程：认清变化过程，正确选用物理规律。 列方程：选用理想气体状态方程或某一气体实验定律列式求解，必要时讨论结果的合理性。 【注意】解题是要理清一个物理过程分为哪几个阶段，找出几个阶段之间联系的物理量是什么，明确每个阶段应遵循什么实验定律。 六、气缸活塞类问题 1、问题 汽缸活塞类问题是热学部分典型的物理综合题，它需要考虑气体、汽缸或活塞等多个研究对象，涉及热学、力学等物理知识，需要灵活、综合地应用知识来解决问题。 2、解题思路 确定研究对象，一般地说，研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的理想气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。 分析物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程。 挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程。 多个方程联立求解，对求解的结果进行分析和检验。 3、类型 气体系统处于平衡状态，需综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题。 气体系统处于力学非平衡状态，需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题。 封闭气体的容器（气缸、活塞等）与气体发生相互作用的过程中，如果满足守恒定律的适用条件，可根据相应的守恒定律解题。 两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解。 如图所示，两内壁光滑、横截面积不同的竖直圆柱形汽缸内，分别用质量和厚度均不计的活塞A、B封闭了两部分理想气体，气体由活塞B隔为Ⅰ、Ⅱ两个气室，上方汽缸内壁的横截面积为下方汽缸的2倍，两汽缸连接处固定一细卡环。初始时汽缸静置于空气中，两活塞离各自缸底的距离均为，气室Ⅱ中封闭气体的压强为。已知，水的密度，取重力加速度。现用系于汽缸外壁的细线将该装置竖直缓慢放入深水中，忽略缸内两部分气体温度的变化，外界大气压强保持不变，装置气密性良好，求： （1）当活塞A离水面时，卡环到A的距离L（结果可用分数表示）； （2）当活塞A恰好接触卡环时，A离水面的深度H。     【答案】（1）；（2） 【详解】（1）当活塞A离水面时，气室Ⅰ内气体的压强故活塞B恰好没有移动，由玻意耳定律得解得 （2）当活塞A恰好接触卡环时，此时气室Ⅱ内活塞B分割的上、下两部分气体的压强相等，设均为p，对气室Ⅰ内气体，由玻意耳定律得对气室Ⅱ内空气，由玻意耳定律得 又由；解得 七、液柱模型 1、模型 密封气体非纯液柱，而是有液柱和被液柱密封的气体组成的模型。 2、移动方向的判断方法 用液柱或活塞隔开的两部分气体，当气体温度变化时，往往气体的状态参量p、V、T都要发生变化，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难。 应用查理定律求解：先假设液柱或活塞不发生移动，两部分气体均做等容变化；对两部分气体分别应用查理定律的分比式ΔP＝P，求出每部分气体压强的变化量ΔP，并加以比较，从而判断液柱的移动方向。 图像法：先假设液柱或活塞不发生移动，做出两个等容变化图线；判断相同量（温度或压强），比较另一量，确定两部分气体各自所对应的图线；结合斜率比较压强变化量大小，判断液柱的移动方向。 3、封闭气体压强的求解方法 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。 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。 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。 如图所示，U形管左端封口右端开口与大气连通，左端横截面积为，右端为，内封有一段水银柱，初态时，左端水银柱上的气柱长为l，水银柱两端高度差为h，已知大气压强为，环境温度为，水银密度为，重力加速度为g。 （1）求初态时，左端气体压强p； （2）现在加热左端气体，当水银柱两端高度相等时停止加热，求此时左端气体温度T。    【答案】（1）；（2） 【详解】（1）左端气体压强 （2）水银两端高度相等时，设左侧气体长度增加，则右侧水银液面高度上升则有 则由理想气体状态方程得解得 八、变质量问题 1、问题 分析变质量气体问题时，要通过巧妙地选择研究对象，使变质量气体问题转化为定质量气体问题，用气体实验定律求解。 2、类型 充气问题：在充气时，将充进容器内的气体和容器内的原有气体为研究对象时，这些气体的质量是不变的。这样，可将“变质量”的问题转化成“定质量”问题。 抽气问题：在对容器抽气的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，解决该类变质量问题的方法与充气问题类似：假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把“变质量”问题转化为“定质量”的问题。 灌气问题：将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是变质量问题，分析这类问题时，可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体作为一个整体来进行研究，即可将“变质量”问题转化为“定质量”问题。 漏气问题：容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，如果选容器内剩余气体和漏掉的气体为研究对象，便可使“变质量”转化成“定质量”问题。 汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆上施加水平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，打开，闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，闭合，打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为，初始压强等于外部大气压强，助力活塞横截面积为，抽气气室的容积为。假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，温度保持不变。 （1）求第1次抽气之后助力气室内的压强； （2）第次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小。    【答案】（1）；（2） 【详解】（1）以助力气室内的气体为研究对象，则初态压强p0，体积V0，第一次抽气后，气体体积 根据玻意耳定律解得 （2）同理第二次抽气解得以此类推…… 则当n次抽气后助力气室内的气体压强 则刹车助力系统为驾驶员省力大小为。 九、固体 1、分类 固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体又可以分为单晶体与多晶体，如下表所示。 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 有确定的熔点，导电、导热、光学等某些物理性质表现为各向异性 有确定的熔点，导电、导热、光学等某些物理性质表现为各向同性 没有确定的熔化温度，导电、导热、光学等物理性质表现为各向同性各向同性 原子排列 规则 多晶体的每个晶体间排列不规则 不规则 典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香 2、晶体的微观结构 在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性。 下图为在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况，在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上物质微粒的数目不同，线段AB上物质微粒较多，线段AD上较少，线段AC上更少。在不同方向上物质微粒的排列情况不同导致单晶体在不同方向上物理性质的不同。 一些单晶体各向异性的例子：①云母晶体在导热性能上表现出显著的各向异性（沿不同方向传热的快慢不同）；②方解石晶体在光的折射上表现出各向异性（沿不同方向的折射率不同）；③立方体形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性（沿不同方向的弹性不同）；④方铅矿石晶体在导电性能上表现出显著的各向异性（沿不同方向电阻率不同）。 同一种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。 有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体，因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布。 晶体具有确定熔点的原因：晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔化，熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化。 十、液体 1、表面张力 表面层：液体表面跟气体接触的薄层。 定义：在表面层，分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，这种力使液体表面绷紧，叫做液体的表面张力。 作用效果：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形表面积最小。 方向：总是跟液体相切，且与分界面垂直，如下图所示。 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引力。 表面特性：表面层分子间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜。 影响因素：边界线长度、液体的种类、温度。 例子：球形液滴、肥皂泡、毛细现象、浸润等。 2、浸润和不浸润 附着层分子受力：液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引。 浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上的现象。原因：当固体分子吸引力大于液体内部分子力时，这时表现为液体浸润固体。 不浸润：一种液体不会润湿某种固体，不会附着在这种固体的表面上的现象。原因：当固体分子吸引力小于液体内部分子力时，这时表现为液体不浸润固体。 3、毛细现象 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。 原因：如下图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体的表面张力的作用，液体会受到向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到向下的力，因而管内液面比管外低。 4、液晶 介于固态和液态之间的一种物质状态。 特点：具有液体的流动性，在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质；具有晶体的光学各向异性，液晶分子的排列不稳定，微小的外界变动都会改变分子排列，从而改变液晶的某些性质。 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。 液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。 核心考点03 热力学定律 一、功、热和内能的改变 1、绝热过程 系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。 2、功和内能的关系 功与内能的改变：在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W。ΔU＝W的适用条件是绝热过程。 在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。 做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。 两者区别：①功是过程量，内能是状态量；②物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功越多；③在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。 3、热和内能的关系 热从高温物体传到了低温物体。 热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射。 热传递的条件：存在温度差。 热与内能的改变：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。 热传递改变物体的内能的实质：内能从一个物体转移到另一个物体或者从一个物体的高温部分转移到低温部分，在这个过程中，吸收热量的物体内能增加；放出热量的物体内能减少，内能转移的多少由热量来量度，即ΔU＝Q。 4、做功和传热在改变物体内能上的区别与联系 比较项目 做功 传热 内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转移 相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 二、热力学第一定律 1、内容 一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 理解：①做功和热传递在改变系统内能上是等效的；②热传递过程是系统与外界之间内能的转移；③做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能的相互转化。 2、表达式 ΔU＝Q＋W。 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。 符号的规定如下表所示。 符号 W Q ΔU ＋ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 － 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 3、应用 若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。 若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量 若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 【注意】应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。进行计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义。 4、热力学第一定律与图像的综合应用 气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程＝C分析。 气体的做功情况、内能变化及吸放热关系可由热力学第一定律分析：①由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功；②由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小；③由热力学第一定律ΔU＝Q＋W判断气体是吸热还是放热；④在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示对外或外界对气体整个过程中所做的功。 5、热力学第一定律与气体实验定律综合问题的解题思路 明确研究对象：①气体②气缸、活塞、液柱等。 两类分析：①气体实验定律：状态量，初末态之间发生的变化；②热力学定律：做功情况，吸、放热情况，内能变化情况。 选择规律列方程求解：气体的三个实验定律，理想气体状态方程，热力学第一定律。 对结果进行分析和讨论。 如图，一开口向上的导热汽缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外 力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中（　　） A．气体体积逐渐减小，内能增加 B．气体压强逐渐增大，内能变大 C．气体压强逐渐增大，吸收热量 D．外界对气体做功，气体内能不变 【答案】D 【详解】外力使活塞缓慢下降的过程中，由于温度保持不变，则气体的内能保持不变，气体的体积逐渐减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体向外界放出热量，又由玻意耳定律可知，气体体积减小，气体的压强增大，由以上分析可知D正确ABC错误。故选D。 三、能量守恒定律 1、定义 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。 2、能量的转化 各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。 各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能等。 3、意义 突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。 具有重大实践意义，终结了第一类永动机的想法。 找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来。 4、第一类永动机 定义：某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向外放热或作功。 特点：这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断的对外做功。 不可造的原因：违背了能量守恒定律。如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2＜U1，则W＜0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的。 四、热力学第二定律 1、表述 克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。阐述的是传热的方向性。 【注意】热传导的方向性：热传递的过程是有方向性的，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而不会自发地从低温物体传给高温物体。 2、物理意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序度增大的方向进行程。 3、对定律的理解 单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统。若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。 不可能：热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除。 其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化。不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响。同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的。 “自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。 “不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能。 两种表述是等价的，都揭示了自然界的基本规律：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，即一切与热现象有关的宏观的自然过程都是不可逆的。 4、一些方向性的例子 高温物体能将热量自发传给低温物体，低温物体不能将热量自发传给高温物体。 功能自发地完全转化为热量，热量不能自发地完全转化为功。 气体体积能自发地从小体积膨胀到大体积，不能自发地从大体积收缩到小体积。 不同气体能自发混合在一起，混合气体不能自发分离成不同气体。 5、第二类永动机 定义：从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机。 特点：从单一热源吸收热量，全部用来做功。 不可造的原因：违背了热力学第二定律。 6、热力学第一、第二定律地比较 热力学第一定律 热力学第二定律 定律揭示的问题 从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系 自然界中出现的宏观过程是有方向性的 机械能和内能的转化 当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能 内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能 热量的 传递 热量可以从高温物体自发传向低温物体 说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体 两定律 的关系 在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础 （多选）如图所示，为电冰箱的工作原理示意图；压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（　　） A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律 D．电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外，工作过程中所产生的其他一切影响，无论用任何办法都不可能加以消除 【答案】BD 【详解】C．热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C错误； AB．根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，故A错误，B正确； D．压缩机工作时会发热，将一部分电能转化为内能消耗掉，这种影响没法消除，故D正确。 故选BD。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$