第十七讲 热学 讲义 -2026届新高三暑假衔接课

夜市物理 新高三暑假自学衔接课 第十六讲 热学 知识梳理 一、分子动理论 1.油膜分子的理想化处理：把分子看成球形；分子一个紧挨一个整齐排列；油膜厚度即为分子直径。 2.分子质量和体积计算：； 3.对于固体和液体，分子的直径d= ；对于气体，分子间的平均距离d= 4.布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的运动。 5.布朗运动反映了悬浮颗粒所在液体中液体分子在不停地做无规则热运动。 6.悬浮的颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈。 7.扩散现象说明分子之间存在空隙,同时分子在永不停息地做无规则运动。 8.分子力和分子势能变化 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当，r逐渐减小，分子势能逐渐增加。 9.物质分子的平均动能只由温度决定。 10.温度升高时，分子的平均动能增大，那每一个分子的动能不一定增大。 11.同一温度下，由于不同物质的分子质量不一定相同．所以分子热运动的平均速率也不一定相同。 12.物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定。 13.气体分子的速率呈“中间多、两头少”分布。 14.右图实线为温度升高时，速率大的分子数增加，速率小的分子数减少。 15.影响气体压强的两个因素:微观是分子的平均动能和分子密集程度；宏观是温度和体积。 二、固体、液体、气体 1.晶体与非晶体的对比 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 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.要判断一种物质是晶体还是非晶体，关键是看有无确定的熔点，有确定熔点的是晶体，无确定熔点的是非晶体。 3.几何外形是指自然生成的形状，若形状规则，是单晶体；若形状不规则，有两种可能，即为多晶体或非晶体，凭此一项不能最终确定物质是否为晶体。 4.一种物质是晶体还是非晶体并不是绝对的，在一定的条件下可以转化。 5.表面张力是因为液体表面层分子比较稀疏，分子距离大于r0，表现为引力造成的。 6.与表面张力有关的现象：露珠呈球形、水面上的水黾、玻璃管口灼烧后变得圆润等。 7.一种液体是否浸润某种固体，与两种物质的性质有关。 8.附着层内液体分子比液体内部分子稀疏，固体与液体之间表现为不浸润；附着层内液体分子比液体内部分子密，固体与液体之间表现为浸润。 9.液晶是一种特殊物质，既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学的各向异性。 10.改变内能的两种方式：做功和热传递，这两种方式改变内能的过程是等效的。 11.热力学第一定律ΔU=Q+W符号法则： 符号 W Q △U + 外界对物体做功 物体吸收热量 物体内能增加 — 物体对外界做功 物体放出热量 物体内能减少 12.两类永动机比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响的机器 不可能制成的原因 违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律 13.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 14.热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。此表述阐述了热传递的方向性。 15.热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完成变成功。此表述阐述了机械能与内能转化的方向性。 16.热力学第二定律上述两种表述是等价的。 17.热力学第二定律另外表述：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。（注意：气体向真空膨胀对外不做功） 18、理想气体状态方程：一定质量的理想气体，其压强、体积和热力学温度在开始时分别为p1、V1、T1，经过某一变化过程到终了时分别变成p2、V2、T2，则应有 1.分子的大小考点分析 两种分子模型 物质有固态、液态和气态三种情况,不同物态下应将分子看成不同的模型。 (1)固体、液体分子一个一个紧密排列,可将分子看成球形或立方体形,如图所示,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长,所以d=(球体模型)或d=(立方体模型)。 (2)气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间,如图所示,此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,所以d=。 提醒:对于气体,利用d=得到的不是分子直径,而是气体分子间的平均距离。 典例分析 例1.若以表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积和密度，以表示水的摩尔体积和密度，M表示水的摩尔质量，表示阿伏加德罗常数，则下列关系式中正确的是（    ） A．一个水分子的体积为 B．一个水分子的体积为 C．一个水分子的质量为 D．一个水分子的质量为 例2.中国科学院物理研究团队近期成功研制出厚度仅为头发丝直径的二十万分之一的单原子层金属，这是国际上首次实现大面积二维金属材料的制备，开创了二维金属研究新领域。二维金属材料的厚度最接近（　　） A． B． C． D． 例3.浙江大学高分子系某课题组制备出了一种超轻的固体气凝胶，它刷新了目前世界上最轻的固体材料的记录。设气凝胶的密度为ρ（单位为kg/m3），摩尔质量为M（单位为kg/mol），阿伏加德罗常数为NA，则每个气凝胶分子的直径D为（    ） A． B． C． D． 考点分析 2.扩散现象、布朗运动和热运动 1 产生干涉的条件 1 扩散现象、布朗运动与热运动的比较 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 (1)都是无规则运动;(2)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 2 气体的分子动理论 (1)气体分子间的作用力:气体分子之间的距离远大于分子直径,气体分子之间的作用力十分微弱,可以忽略不计,气体分子间除碰撞外无相互作用力。 (2)气体分子的速率分布:表现出“中间多,两头少”的统计分布规律。 (3)气体分子的运动方向:气体分子的运动是杂乱无章的,但向各个方向运动的机会均等。 (4)气体分子的运动与温度的关系:温度一定时,某种气体分子的速率分布是确定的,速率的平均值也是确定的,温度升高,气体分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大。 典例分析 例1.小明的爷爷喜欢喝盖碗茶，泡茶时，他向茶杯中倒入足够多的沸水，使得盖上杯盖后茶水漫过杯盖，然后静置一段时间就可以喝了，已知盖上杯盖后，在水面和杯盖间密闭了一部分空气（可视为质量和体积均不变的理想气体），过一段时间后水温降低，则（    ） A．泡茶时，用沸水能快速泡出茶香，是因为温度越高每个分子动能都越大 B．水的颜色由浅变深，说明水分子在做布朗运动 C．温度降低后杯盖拿起来比较费力，是因为封闭气体的压强变大 D．温度降低的过程中，杯内气体向外界放热 例2.下列关于布朗运动的说法正确的是（　　） A．布朗运动指的是悬浮在液体或气体中的固体分子的运动 B．布朗运动能够反映液体或气体分子的无规则运动 C．液体或气体中悬浮的固体颗粒将做直线运动，直到和其他颗粒发生碰撞 D．悬浮的固体颗粒越大，同一时刻与它碰撞的液体或气体分子越多，布朗运动越明显 例3. 下列关于分子动理论知识，说法正确的是（　　） A．图甲中茶叶蛋的蛋清呈灰黑色，原因是酱油的色素分子通过布朗运动到了蛋清中 B．图乙为封闭容器内气体分子运动的示意图，若瓶内气体温度升高，则每个气体分子的动能都增加 C．图丙为氧气分子在不同温度下的速率分布图像，由图可知状态③时的温度比状态①、②时都高 D．图丁为分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化的关系图线，其中①表示分子间作用力随分子间距离r的变化关系图线，②表示分子势能随分子间距离r的变化关系图线 例4.氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是（　　） A．图中两条曲线与速率围成的面积，实线的面积较大 B．图中虚线对应的气分子平均速率较大 C．图中实线对应的是100℃时情形 D．图中虚线表示的氧气分子占比极大值相对实线的速率较大 例5.如图，在显微镜下追踪三颗小炭粒在水中的运动，每隔30s把炭粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来。下列说法正确的是（  ） A．图中连线表示的是小炭粒的运动轨迹 B．炭粒越小，温度越高运动会越明显 C．炭粒的位置变化是由于分子间斥力作用的结果 D．炭粒的运动是分子的热运动 考点分析 3. 分子力和分子势能 内能 分子力和分子势能比较 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当，r逐渐减小，分子势能逐渐增加。 2 内能 (1)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。 (2)决定内能大小的因素为物质的量、温度、体积以及物质状态。 (3)通过做功或热传递可以改变物体的内能。 (4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同。 (5)物体的内能与机械能的比较 项目 内　　能 机　械　能 定义 物体内所有分子的动能和势能的总和 物体的动能及重力势能和弹性势能的总和 决定 由物体内部分子微观运动状态决定,与物体整体运动情况无关 与物体宏观运动状态、参考系和零势能面选取有关,和物体内部分子运动情况无关 量值 任何物体都具有内能,恒不为零 可以为零 测量 无法测量。其变化量可由做功和热传递来量度 可以测量 转化 在一定条件下可相互转化 典例分析 例1.分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示，若规定两个分子间距离r等于时分子势能为零，则（    ） A．只有r大于时，为正 B．只有r小于时，为正 C．当r不等于时，为正 D．当r不等于时，为负 例2.如图甲分子固定于坐标原点，乙分子位于横轴上，甲、乙两分子之间引力、斥力的大小变化分别如图中两条曲线所示。P为两虚线a、b的交点。现把乙分子从A处由静止释放，恰能到达B位置。由图可知（　　） A．虚线a为分子间引力变化的图线，且随距离增大而减小 B．交点P的横坐标代表乙分子到达该点时分子势能为零 C．乙分子到达B点时分子势能小于零 D．乙分子从A到B的运动过程中加速度一定先变小后变大 例3.如图所示，若一分子a固定于坐标原点O，另一分子b从x轴上P点沿x轴向O点运动，当b运动到Q点时，两分子间的分子力为零，规定两分子相距无穷远时它们的分子势能为零。下列说法正确的是（　　） A．b运动到Q点时，分子势能为零 B．b从P点运动到Q点过程中，a、b间斥力一直增大 C．b从P点运动到Q点过程中，两分子之间只存在引力作用 D．b从P点运动到Q点过程中，分子势能先减小后增大 例4.假设两个分子相距无限远，规定它们的分子势能为0。让一个分子A不动，另一个分子B从无限远处逐渐靠近分子A，则分子间作用力和分子势能随分子间距r的图像分别如图1、2所示，下列说法正确的是（　　） A．两分子间距为时，两分子既受到引力也受到斥力，但引力和斥力等大反向，合力为0 B．两分子相距无限远，分子势能最小 C．B从无限远处向A靠近，分子力对B一直做正功 D．当B受到的分子间作用力为0时，分子势能最小 例5.关于物体的内能，下列说法正确的是（　　） A．物体内部所有分子动能的总和叫作物体的内能 B．物体被举得越高，其分子势能越大 C．一定质量的0℃的冰融化为0℃的水时，分子势能不变 D．一定质量的理想气体放出热量，它的内能可能增加 考点分析 4.固体和液体 晶体与非晶体的对比 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 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 液体表面张力的理解 形成原因 表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力 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 表面张力的方向 和液面相切,垂直于液面上的各条分界线 表面张力的效果 表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小 典型现象 球形液滴、肥皂泡、涟波、毛细现象、浸润和不浸润 液晶： ①液晶分子既保持排列有序而显示各向异性，又可以自由移动，保持了液体的流动性。 ②液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。 ③液晶分子的排列从某个方向看比较整齐，而从另外一个方向看则是杂乱无章的。 典例分析 例1.以下四幅图片中，图甲是荷叶上的露珠；图乙是布朗运动中三颗微粒运动位置的连线；图丙是蜡烛燃烧会产生“烛泪”；图丁是食盐晶体。下列说法中正确的是（　　） A．图甲中，露珠呈球形的主要原因是液体表面张力的作用 B．图乙中，微粒运动就是物质分子的无规则热运动 C．图丙中，“烛泪”的形成是晶体的熔化 D．图丁中，食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的 例2.有关四幅图的描述，下列说法正确的是（　　） A．图1中，农民用拖拉机耕地是利用毛细现象让灌溉水能更好地渗入到地下 B．图2中，碎裂钢化玻璃的裂缝处由于进入了空气发生了薄膜干涉，因此特别亮 C．图3中的核反应是一种链式反应，其中的质量大于与一个中子的质量之和 D．图4为等离子体极化子在晶体薄膜中的传播，因其图像具有较高的对称性可判断其各向同性 例3.．以下对固体、液体的描述中正确的是（　　） A．非晶体不能转化为晶体 B．液晶是一种特殊的化合物，具有各向同性 C．用磙子压紧土壤，有利于保存地下的水分 D．晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点 例4.下列关于固体和液体说法正确的是（　　） A．金属没有确定的几何形状，也不显示各向异性，因此是非晶体 B．晶体中的原子都是按照一定的规则排列的，但空间上不一定具有周期性 C．“压青苗”是用磙子压紧土壤，这是为了破坏土壤里的毛细管，保存地下水分 D．毛细现象是浸润和不浸润及液体表面张力作用形成的现象，现象是否明显与液体种类和毛细管材料有关 例5.如图所示，将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开一个保护罩，再拿出来，绒毛还能保持干燥，原因是（　　） A．泡的时间短 B．水浸润绒毛 C．水虽浸润绒毛，但有水的表面张力作用 D．水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用 考点分析 5.气体实验定律 1.气缸类问题 解决此类问题的一般思路 (1)弄清题意，确定研究对象。一般研究对象分两类：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)。 (2)分析清楚题目所述的物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律或理想气体状态方程列出方程；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。 (3)注意挖掘题目中的隐含条件，如几何关系、体积关系等，列出辅助方程。 (4)多个方程联立求解。对求解的结果注意分析它们的合理性。 2.管类问题 解决此类问题的一般思路 解答此类问题，关键是液柱封闭气体压强的计算，求液柱封闭的气体压强时，一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程，要注意： (1)液体因重力产生的压强大小为p＝ρgh(其中h为至液面的竖直高度)； (2)不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力； (3)有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等； (4)当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”等，使计算过程简捷 3.变质量问题 解决此类问题的一般思路 分析气体的变质量问题时，可以通过巧妙地选择合适的研究对象“化变为定”，即把“变质量”问题转化为“定质量”的气体问题，然后利用气体实验定律或理想气体状态方程求解。 1.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。 2.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。 3.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。 4.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。 5.也可以利用pV＝nRT来处理有关变质量问题。典例分析 例1.一定质量的理想气体由状态A变化到状态B的过程中，其体积V随温度T变化的图像如图所示。下列说法正确的是（　　） A．气体向外放出的热量等于外界对气体做的功 B．气体压强保持不变 C．气体分子的平均动能增大 D．单位时间内，与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小 例2.图甲为1593年伽利略发明的人类历史上第一支温度计，其原理如图乙所示。硬质玻璃泡a内封有一定质量的气体（视为理想气体），与a相连的b管插在水槽中固定，b管中液面高度会随环境温度变化而变化。设b管的体积与a泡的体积相比可忽略不计，在标准大气压下，b管上的刻度可以直接读出环境温度。则在下（　　） A．环境温度升高时，b管中液面升高 B．环境温度降低时，b管中液面升高 C．水槽中的水少量蒸发后，温度测量值偏小 D．水槽中的水少量蒸发后，温度测量值偏大 例3.如图所示，粗细均匀的形玻璃管竖直放置，左管口封闭，左、右两管的横截面积分别为、，左管内封闭有长度为、温度为的理想气体，左、右两管的水银面高度相同，大气压强为，求： (1)若气体的温度为1.2T时，向管内添加多少体积的水银，气体的体积不变； (2)若右管水银面下降的高度为，则气体的温度为多少？ 例4.中国是茶叶的原产地，不同区域形成了各具特色的茶类，其中青茶是人们喜爱的茶类之一。如图所示，是人们饮用青茶的器具，在圆柱形茶杯中装入热力学温度为T的热水，用杯盖将茶杯杯口封闭，待冷却至环境温度后，手提杯盖可以将整个茶杯提起。已知环境的热力学温度为T0，大气压强为p0，茶杯底面与杯盖面积均为S，重力加速度为g，杯盖与茶杯杯口之间密封完好，不漏气，杯内封闭气体可视为理想气体。 (1)求冷却过程中，杯内封闭气体的内能如何变化？ (2)用手向上提杯盖，为使茶杯不脱落，求茶杯与水总质量的最大值。 例5.竖直放置的气缸内，活塞横截面积，活塞质量不计，活塞与气缸无摩擦，最初活塞静止，缸内气体，，大气压强， (1)若加热活塞缓慢上升，体积变为，求此时的温度； (2)若往活塞上放的重物，保持温度T0不变，求稳定之后，气体的体积。 例6.夏天高温天气下，在某次行驶中，胎压监测系统（TPMS）显示一条轮胎的胎压为3.20atm，温度为47℃。考虑到胎压过高可能影响行车安全，驾驶员采取了相应的措施。假设轮胎内部体积保持不变，气体视为理想气体。求： (1)措施一，驾驶员将车辆停放到27℃的车库，足够长时间后胎压的数值； (2)措施二，驾驶员快速放出的气体后，轮胎内部温度迅速降至27℃，此时胎压的数值。 考点分析 6.热力学定律 1 热力学第一定律 公式ΔU＝W＋Q中符号法则的理解 物理量 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 2 热力学第二定律 1.热力学第二定律的含义 (1)“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。 (2)“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，如气体的等温膨胀过程。 2．热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 3 热力学第一、第二定律的比较 1.热力学第一、第二定律的比较 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 2.两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器 不可能 制成的原因 违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律 典例分析 例1.如图所示，在内壁光滑汽缸内封闭着一定质量的理想气体，用电热丝加热，使其温度升高，若活塞固定，吸收热量为；若活塞不固定，吸收热量为，则与的大小关系（　　） A． B． C． D．均有可能 例2.如图所示为冰箱工作原理示意图。制冷剂在蒸发器中汽化吸收冰箱内的热量，经过冷凝器时液化，放出热量到冰箱外。下列选项正确的是（　　） A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．冰箱的工作原理违背热力学第一定律 C．冰箱的工作原理违背热力学第二定律 D．冰箱的制冷系统能够不断地从冰箱内向冰箱外传递热量，但同时消耗了电能 例3.如图所示为某一定质量的理想气体循环过程的p—V图像。B→C为等压过程，D→A为等容过程，A→B 和C→D为等温过程。关于该循环过程下列说法正确的是（　　） A．A状态气体的温度高于 C状态气体的温度 B．C→D过程气体向外界放出热量 C．B→C过程气体对外做功，气体分子的平均动能减小 D．整个循环过程，B状态单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数最多 例4.如图所示为南南同学在晚自习前购买的一杯加冰奶茶，未开封静置在桌上一段时间后，奶茶上方与密封膜之间的气体温度不变，但体积增大，密封气体可视为理想气体且无漏气，关于密封气体的说法正确的是（　　） A．分子热运动越来越剧烈 B．与外界没有热交换 C．对密封膜单位面积作用力减小 D．压强增大 巩固练习 一、单选题 1．（24-25高三下·河南商丘·期末）充气救生船是船只在海上航行时的必备装备，使用时先要向浮筒内充入气体，浮筒导热性能良好，充满气后密闭浮筒内气体的体积可视为不变，气体可视为理想气体。关于充满气后的浮筒内的气体在夜间气温缓慢下降的过程中，下列说法正确的是（    ） A．对外做功 B．放出热量 C．对单位面积浮筒内壁的平均撞击力大小不变 D．内能减小，所有分子热运动的速率都减小 2．（2025·山东潍坊·三模）某新型“自清洁玻璃”具有特殊的微纳米结构，水滴在其表面会形成接近球形的液滴并能自发滚落，滚落过程中几乎不会在玻璃表面留下痕迹。下列说法正确的是（　　） A．水能浸润该“自清洁玻璃” B．水滴呈球形是因为液体表面张力的作用 C．水滴表面的水分子间只存在分子引力 D．用该玻璃制成的两端开口的洁净毛细管竖直插入水中，管内液面比水面高 3．（2025·河北张家口·三模）我国北方地区秋季昼夜温差比较大。一日某室内最高温度为32℃，最低温度为12℃，假设室内气体压强保持不变，该室内有一如图所示的空茶壶，则在温度最高与最低时壶中气体质量之比为（已知摄氏温度t与热力学温度T的关系是T=t+273K）（　　） A．63∶59 B．59∶63 C．61∶57 D．57∶61 4．（2025·山东济南·二模）压燃式四冲程柴油发动机具有动力大、油耗小、低排放等特点，被广泛应用于大型机车及各种汽车中。发动机工作过程中内部气体（可视为定量的理想气体）遵循如图所示的狄塞尔循环，其中a→b、c→d为绝热过程，则气体（　　） A．在a→b过程中温度不变 B．在b→c过程中吸收的热量大于对外界做功 C．在d→a过程中吸收热量 D．经历一个循环过程后对外界做功为0 5．（2025·四川成都·三模）在2025年春节期间，小明进行了一项有趣的实验。他将一个未开封的薯片袋放在温暖的室内（温度为），此时薯片袋看起来较为饱满，袋内气体压强与外界大气压相同，设为，之后他带着这袋薯片开车前往海拔较高的山区老家过年，山区温度较低，为，且外界大气压变为，此过程中薯片袋均未张紧，袋内气体视为理想气体，下列关于袋内气体状态变化的说法正确的是（　　） A．袋内气体分子的平均动能减小 B．袋内气体的体积会变小 C．袋内气体对外界做负功 D．袋内气体的一定会放出热量 二、多选题 6．（2025高三·上海·专题练习）气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统，气溶胶颗粒做的是布朗运动。用追踪软件可以记录每隔相同时间这些颗粒所在的位置，然后用线段把这些位置依次连接起来，如图所示，以下说法正确的是（    ） A．图中轨迹就是颗粒的无规则运动轨迹 B．气溶胶颗粒越小，其运动越明显 C．环境温度越高，气溶胶颗粒运动越明显 D．气溶胶颗粒的运动是由气体对流等外界影响引起的 7．（2025·黑龙江·二模）膨化食品包装袋内充入氮气可防止食物氧化，食品在运输过程中，随周围环境温度升高包装袋会明显膨胀，若包装袋的材料导热良好，包装袋内的气体可视为理想气体，以下分析正确的是（　　） A．包装袋膨胀是因为内部气体分子数增加 B．包装袋膨胀过程中，外界对包装袋内气体做负功 C．包装袋内的所有气体分子运动的速率均变大 D．包装袋内气体的内能增加量小于气体吸收的热量 8．（2025·河南·模拟预测）为检测甲图中烧瓶的气密性，将导管伸入水槽中，用手捂热烧瓶（如图乙），导管口产生气泡，松开手后导管内有水倒吸，最终形成一段稳定水柱（如图丙），证明装置不漏气。忽略大气压和环境温度的变化，下列关于烧瓶内气体（可视为理想气体）说法正确的是（　　） A．图丙中气体的压强大于大气压强 B．图乙中气泡上升过程中压强减小 C．松开手后气体的内能逐渐减小 D．松开手后气体向外界放热小于外界对气体做的功 9．（2025·甘肃·模拟预测）在学校的科技文化节中，老师展示了大气压强压扁油桶的实验，如图所示，视觉效果非常震撼，也让同学们切实体会到了大气压强的存在。实验步骤：①先向空油桶中加入少量水；②从底部对油桶缓慢加热，直到油桶口不断冒出水蒸气；③封住油桶口，撤去加热火源；④用凉水浇在油桶上对油桶降温。降温过程中，砰的一声油桶被压扁了，不考虑外界大气压强的变化，关于这个实验，下列说法正确的是（　　） A．加热过程中，油桶内气体分子平均动能增大 B．加热过程中，油桶内气体的压强增大 C．给油桶降温的过程中，内部气体状态量不遵循理想气体状态方程 D．重新加热油桶，使内部气体压强恢复到冷却前的压强，油桶就可以恢复原状 三、解答题 10．（2025·山东威海·三模）容积V=9L的密闭容器中装有一定质量的理想气体，开始时气体的压强p=5×104Pa，温度T1=300K。一段时间后，气体的温度升为T2=360K。为保证容器中气体的压强不超过p，需用抽气筒对容器抽气，每次可以抽取V1=1L的气体，抽气过程温度不变。求： (1)温度刚升为T2时气体的压强； (2)至少需要抽气的次数。 11．（24-25高二下·湖北·阶段练习）航天员刘伯明、汤洪波身着中国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服，先后从天和核心舱节点舱成功出舱，这是中国空间站首次出舱活动，宇航员出舱前需通过减压舱将气压从舱内标准值降至太空服适应值。已知减压舱容积V=3.0m3，初始状态为p0=1.0×105 Pa，温度T1=300K。设气体为理想气体，（lg2≈0.30、lg5≈0.70、lg6≈0.78、lg7≈0.85）求： (1)若减压过程保持温度不变，目标气压为p1=4.0×104Pa，需排出气体的质量占初始总质量的百分比； (2)若使用抽气泵每次抽出固定体积的气体（温度始终为T1=300K），至少需要抽气多少次才能将气压从p0降至p1。 12．（2025·江西·二模）潜水艇中显示下潜深度的装置可简化如下：一根内壁光滑的平底厚玻璃管，开口端向下，侧面标有均匀的刻度线，开口端刻度值为“0”，底端刻度值为“120”。用质量和厚度均不计的活塞封闭开口端，活塞位于“0”处，以某种方式让其缓慢下降到水底，稳定时，活塞位于“40”处。已知大气压p0=1.0×105Pa，水的密度ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2。全程封闭气体不泄漏且温度不变，玻璃管始终竖直。 (1)求活塞位于“40”处对应的水深h1； (2)将玻璃管上的刻度值x转换成深度值h，刻度线是否仍然均匀？请说明理由。 13．（2025·广东·高考真题）铸造金属元件时，通过往进气口打气，将下方金属液体压进上方预热过的铸型室。其中铸型室与下方装金属液的气室形状都为柱体，铸型室底面积，高，铸型室底部与下方液面差初始为，上方出气口与大气连通，大气压强，下方气室的底面积，金属液体密度，。管道面积忽略不计。 (1)当铸型室刚好充满金属液时，求下方液面下降高度与下方气室内气体压强。 (2)将出气口关闭铸型，当上方铸型室液面高为时，求下方气室内气体压强。 14．（24-25高二下·全国·课堂例题）仔细观察下列图片，回答问题： (1)如图甲，绝热汽缸中有一定质量的气体，用外力压缩气体对气体做功W，使它从状态1变到状态2，气体内能的变化量ΔU1是多少？ (2)如图乙，同一绝热汽缸，接着从状态2开始，保持气体体积不变，将气体加热至状态3，传递的热量为Q，此过程气体内能的变化量ΔU2是多少？ (3)内能的变化量只与始末状态有关，那么从状态1到状态3，气体的内能变化量ΔU是一个确定的值吗？是多少？ (4)在改变系统的内能方面，做功和传热是等价的。如图丙，压缩汽缸中的气体，同时给气体加热，气体从状态A变到状态B，相应的内能变化量为ΔU，则ΔU与外界做的功W和气体吸收的热量Q有什么关系？ 轻松学物理 1 学科网（北京）股份有限公司 $$夜市物理 新高三暑假自学衔接课 第十六讲 热学 知识梳理 一、分子动理论 1.油膜分子的理想化处理：把分子看成球形；分子一个紧挨一个整齐排列；油膜厚度即为分子直径。 2.分子质量和体积计算：； 3.对于固体和液体，分子的直径d= ；对于气体，分子间的平均距离d= 4.布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的运动。 5.布朗运动反映了悬浮颗粒所在液体中液体分子在不停地做无规则热运动。 6.悬浮的颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈。 7.扩散现象说明分子之间存在空隙,同时分子在永不停息地做无规则运动。 8.分子力和分子势能变化 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当，r逐渐减小，分子势能逐渐增加。 9.物质分子的平均动能只由温度决定。 10.温度升高时，分子的平均动能增大，那每一个分子的动能不一定增大。 11.同一温度下，由于不同物质的分子质量不一定相同．所以分子热运动的平均速率也不一定相同。 12.物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定。 13.气体分子的速率呈“中间多、两头少”分布。 14.右图实线为温度升高时，速率大的分子数增加，速率小的分子数减少。 15.影响气体压强的两个因素:微观是分子的平均动能和分子密集程度；宏观是温度和体积。 二、固体、液体、气体 1.晶体与非晶体的对比 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 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.要判断一种物质是晶体还是非晶体，关键是看有无确定的熔点，有确定熔点的是晶体，无确定熔点的是非晶体。 3.几何外形是指自然生成的形状，若形状规则，是单晶体；若形状不规则，有两种可能，即为多晶体或非晶体，凭此一项不能最终确定物质是否为晶体。 4.一种物质是晶体还是非晶体并不是绝对的，在一定的条件下可以转化。 5.表面张力是因为液体表面层分子比较稀疏，分子距离大于r0，表现为引力造成的。 6.与表面张力有关的现象：露珠呈球形、水面上的水黾、玻璃管口灼烧后变得圆润等。 7.一种液体是否浸润某种固体，与两种物质的性质有关。 8.附着层内液体分子比液体内部分子稀疏，固体与液体之间表现为不浸润；附着层内液体分子比液体内部分子密，固体与液体之间表现为浸润。 9.液晶是一种特殊物质，既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学的各向异性。 10.改变内能的两种方式：做功和热传递，这两种方式改变内能的过程是等效的。 11.热力学第一定律ΔU=Q+W符号法则： 符号 W Q △U + 外界对物体做功 物体吸收热量 物体内能增加 — 物体对外界做功 物体放出热量 物体内能减少 12.两类永动机比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响的机器 不可能制成的原因 违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律 13.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 14.热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。此表述阐述了热传递的方向性。 15.热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完成变成功。此表述阐述了机械能与内能转化的方向性。 16.热力学第二定律上述两种表述是等价的。 17.热力学第二定律另外表述：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。（注意：气体向真空膨胀对外不做功） 18、理想气体状态方程：一定质量的理想气体，其压强、体积和热力学温度在开始时分别为p1、V1、T1，经过某一变化过程到终了时分别变成p2、V2、T2，则应有 1.分子的大小考点分析 两种分子模型 物质有固态、液态和气态三种情况,不同物态下应将分子看成不同的模型。 (1)固体、液体分子一个一个紧密排列,可将分子看成球形或立方体形,如图所示,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长,所以d=(球体模型)或d=(立方体模型)。 (2)气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间,如图所示,此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,所以d=。 提醒:对于气体,利用d=得到的不是分子直径,而是气体分子间的平均距离。 典例分析 例1.若以表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积和密度，以表示水的摩尔体积和密度，M表示水的摩尔质量，表示阿伏加德罗常数，则下列关系式中正确的是（    ） A．一个水分子的体积为 B．一个水分子的体积为 C．一个水分子的质量为 D．一个水分子的质量为 【答案】B 【详解】AB．一个水分子的体积为 故A错误，B正确； CD．一个水分子的质量为 故CD错误。 故选B。 例2.中国科学院物理研究团队近期成功研制出厚度仅为头发丝直径的二十万分之一的单原子层金属，这是国际上首次实现大面积二维金属材料的制备，开创了二维金属研究新领域。二维金属材料的厚度最接近（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】头发丝直径大约0.02mm-0.12mm，数量级为10-5m，二十万分之一约为0.5×10-10m，则二维金属材料的厚度最接近。 故选A。 例3.浙江大学高分子系某课题组制备出了一种超轻的固体气凝胶，它刷新了目前世界上最轻的固体材料的记录。设气凝胶的密度为ρ（单位为kg/m3），摩尔质量为M（单位为kg/mol），阿伏加德罗常数为NA，则每个气凝胶分子的直径D为（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】气凝胶的摩尔体积为 则气凝胶的分子体积为 又因为 联立，解得 故选B。 考点分析 2.扩散现象、布朗运动和热运动 1 产生干涉的条件 1 扩散现象、布朗运动与热运动的比较 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 (1)都是无规则运动;(2)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 2 气体的分子动理论 (1)气体分子间的作用力:气体分子之间的距离远大于分子直径,气体分子之间的作用力十分微弱,可以忽略不计,气体分子间除碰撞外无相互作用力。 (2)气体分子的速率分布:表现出“中间多,两头少”的统计分布规律。 (3)气体分子的运动方向:气体分子的运动是杂乱无章的,但向各个方向运动的机会均等。 (4)气体分子的运动与温度的关系:温度一定时,某种气体分子的速率分布是确定的,速率的平均值也是确定的,温度升高,气体分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大。 典例分析 例1.小明的爷爷喜欢喝盖碗茶，泡茶时，他向茶杯中倒入足够多的沸水，使得盖上杯盖后茶水漫过杯盖，然后静置一段时间就可以喝了，已知盖上杯盖后，在水面和杯盖间密闭了一部分空气（可视为质量和体积均不变的理想气体），过一段时间后水温降低，则（    ） A．泡茶时，用沸水能快速泡出茶香，是因为温度越高每个分子动能都越大 B．水的颜色由浅变深，说明水分子在做布朗运动 C．温度降低后杯盖拿起来比较费力，是因为封闭气体的压强变大 D．温度降低的过程中，杯内气体向外界放热 【答案】D 【详解】A．温度升高时，气体分子的平均动能变大，并不是每个分子动能都越大，选项A错误； B．水的颜色由浅变深，说明固体茶颗粒在做布朗运动，选项B错误； C．杯盖拿起来比较费力，是因为封闭气体的温度降低，体积不变，则压强变小，选项C错误； D．温度降低的过程中，杯内气体体积不变，不对外做功，内能减小，则气体向外界放热，选项D正确。 故选D。 例2.下列关于布朗运动的说法正确的是（　　） A．布朗运动指的是悬浮在液体或气体中的固体分子的运动 B．布朗运动能够反映液体或气体分子的无规则运动 C．液体或气体中悬浮的固体颗粒将做直线运动，直到和其他颗粒发生碰撞 D．悬浮的固体颗粒越大，同一时刻与它碰撞的液体或气体分子越多，布朗运动越明显 【答案】B 【详解】A．布朗运动是悬浮在液体或气体中固体颗粒的运动，不是分子的运动，故A错误； B．布朗运动能够反映液体或气体分子的无规则运动，故B正确； C．悬浮颗粒在液体或气体分子的撞击下做的是无规则运动，故C错误； D．固体颗粒越小，布朗运动越明显，故D错误。 故选B。 例3. 下列关于分子动理论知识，说法正确的是（　　） A．图甲中茶叶蛋的蛋清呈灰黑色，原因是酱油的色素分子通过布朗运动到了蛋清中 B．图乙为封闭容器内气体分子运动的示意图，若瓶内气体温度升高，则每个气体分子的动能都增加 C．图丙为氧气分子在不同温度下的速率分布图像，由图可知状态③时的温度比状态①、②时都高 D．图丁为分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化的关系图线，其中①表示分子间作用力随分子间距离r的变化关系图线，②表示分子势能随分子间距离r的变化关系图线 【答案】CD 【详解】A．茶叶蛋蛋清呈灰黑色，是因为酱油中的色素分子发生扩散现象进入蛋清，布朗运动是指悬浮在液体或气体中的微粒所做的无规则运动，并非分子的运动，A错误； B．温度是分子平均动能的标志，瓶内气体温度升高，气体分子的平均动能增加，但不是每个气体分子的动能都增加，B错误； C．由氧气分子在不同温度下的速率分布图像可知，温度越高，速率大的分子所占比例越大，状态③中速率大的分子所占比例比状态①、②大，所以状态③时的温度比状态①、②时都高，C正确； D．当分子间距离r=时，分子间作用力f=0，时分子间的作用力表现为引力，时分子间的作用力表现为斥力，当两个分子从无穷远处相互靠近的过程中，分子力先做正功后做负功，分子势能先减小后增大，时分子势能最小，分子势能最小。在图丁中，①在r=时f=0，表示分子间作用力随分子间距离r的变化关系图线；②在r=时达到最小值，表示分子势能随分子间距离r的变化关系图线，D正确。 故选CD。 例4.氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是（　　） A．图中两条曲线与速率围成的面积，实线的面积较大 B．图中虚线对应的气分子平均速率较大 C．图中实线对应的是100℃时情形 D．图中虚线表示的氧气分子占比极大值相对实线的速率较大 【答案】C 【详解】A．由于纵坐标指单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比，单位为s/m，横坐标指分子速率，单位为m/s，则两条曲线与速率围成的面积均为1，即图中两条曲线与速率围成的面积相等，故A错误； C．温度升高，速率大的分子数占总分子数的百分比增大，速率小的分子数占总分子数的百分比减小，可知，图中实线对应的是100℃时情形，故C正确； B．结合上述，实线对应温度比虚线对应温度高，则图中实线对应的氧气分子平均速率较大，故B错误； D．根据图示可知，图中虚线表示的氧气分子占比极大值相对实线的速率较小，故D错误。 故选C。 例5.如图，在显微镜下追踪三颗小炭粒在水中的运动，每隔30s把炭粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来。下列说法正确的是（  ） A．图中连线表示的是小炭粒的运动轨迹 B．炭粒越小，温度越高运动会越明显 C．炭粒的位置变化是由于分子间斥力作用的结果 D．炭粒的运动是分子的热运动 【答案】B 【详解】A．图中连线是炭粒在时间间隔为30s的两个时刻所在位置的连线，不是炭粒的运动轨迹，故A错误； B．炭粒越小，炭粒所受的撞击产生的力越不容易达到平衡，运动会越明显，温度越高，水分子运动越明显，则炭粒运动会越明显，故B正确； C．炭粒的位置变化是由于水分子的撞击不平衡产生的结果，故C错误； D．炭粒的运动能反映出分子在做无规则的运动，但不是分子的无规则运动，故D错误。 故选B。 考点分析 3. 分子力和分子势能 内能 分子力和分子势能比较 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当，r逐渐减小，分子势能逐渐增加。 2 内能 (1)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。 (2)决定内能大小的因素为物质的量、温度、体积以及物质状态。 (3)通过做功或热传递可以改变物体的内能。 (4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同。 (5)物体的内能与机械能的比较 项目 内　　能 机　械　能 定义 物体内所有分子的动能和势能的总和 物体的动能及重力势能和弹性势能的总和 决定 由物体内部分子微观运动状态决定,与物体整体运动情况无关 与物体宏观运动状态、参考系和零势能面选取有关,和物体内部分子运动情况无关 量值 任何物体都具有内能,恒不为零 可以为零 测量 无法测量。其变化量可由做功和热传递来量度 可以测量 转化 在一定条件下可相互转化 典例分析 例1.分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示，若规定两个分子间距离r等于时分子势能为零，则（    ） A．只有r大于时，为正 B．只有r小于时，为正 C．当r不等于时，为正 D．当r不等于时，为负 【答案】C 【详解】两个分子间距离r等于时分子势能为零，从处随着距离的增大，此时分子间作用力表现为引力，分子间作用力做负功，故分子势能增大；从处随着距离的减小，此时分子间作用力表现为斥力，分子间作用力也做负功，分子势能也增大；故可知当不等于时，为正。 故选C。 例2.如图甲分子固定于坐标原点，乙分子位于横轴上，甲、乙两分子之间引力、斥力的大小变化分别如图中两条曲线所示。P为两虚线a、b的交点。现把乙分子从A处由静止释放，恰能到达B位置。由图可知（　　） A．虚线a为分子间引力变化的图线，且随距离增大而减小 B．交点P的横坐标代表乙分子到达该点时分子势能为零 C．乙分子到达B点时分子势能小于零 D．乙分子从A到B的运动过程中加速度一定先变小后变大 【答案】C 【详解】A．分子间的引力和斥力随分子间距的增大而减小，斥力变化更快，故虚线a为分子间斥力变化图线，虚线b为分子间引力变化图线，故A错误； BC．交点P的横坐标代表分子引力等于分子斥力，此时分子间的作用力为0，则从A处到P横坐标处，分子力体现为引力，分子引力做正功，分子势能减小；从P横坐标处到B处，分子力体现为斥力，分子引力做负功，分子势能增大；由于A处和B处乙分子的动能均为0，所以乙分子在A处和B处的分子势能相等，当分子间距离足够远时，分子势能为0；综上分析可知交点P的横坐标代表乙分子到达该点时分子势能最小，为负值；乙分子到达B点时分子势能小于零，故B错误，C正确； D．乙分子从A处到P横坐标处的运动过程中，分子力体现为引力，大小可能先增大后减小；从P横坐标处到B处，分子力体现为斥力，大小逐渐增大；则乙分子从A到B的运动过程中，分子力可能先增大后减小再增大，则加速度可能先增大后减小再增大，故D错误。 故选C。 例3.如图所示，若一分子a固定于坐标原点O，另一分子b从x轴上P点沿x轴向O点运动，当b运动到Q点时，两分子间的分子力为零，规定两分子相距无穷远时它们的分子势能为零。下列说法正确的是（　　） A．b运动到Q点时，分子势能为零 B．b从P点运动到Q点过程中，a、b间斥力一直增大 C．b从P点运动到Q点过程中，两分子之间只存在引力作用 D．b从P点运动到Q点过程中，分子势能先减小后增大 【答案】B 【详解】A D．当分子b运动到Q点时，两分子间的分子力为零，则当分子b向Q点运动的过程中，分子间作用力体现为引力，分子间作用力做正功，分子势能减小，b运动到Q点时，分子势能不为零，A错误，D错误； B．分子间的引力和斥力随分子间的距离减小都增大，B正确； C．分子b在运动过程中，两分子之间同时存在着引力和斥力，C错误； 故选B。 例4.假设两个分子相距无限远，规定它们的分子势能为0。让一个分子A不动，另一个分子B从无限远处逐渐靠近分子A，则分子间作用力和分子势能随分子间距r的图像分别如图1、2所示，下列说法正确的是（　　） A．两分子间距为时，两分子既受到引力也受到斥力，但引力和斥力等大反向，合力为0 B．两分子相距无限远，分子势能最小 C．B从无限远处向A靠近，分子力对B一直做正功 D．当B受到的分子间作用力为0时，分子势能最小 【答案】AD 【详解】A．两分子间距为时，两分子既受到引力也受到斥力，但引力和斥力等大反向，合力为0，故A正确； BD．由图2可知，两分子间距为时，此时B受到的分子间作用力为0，分子势能最小；两分子相距无限远，分子势能为零，不是最小，故B错误，D正确； C．在r＞r0阶段，分子力F表现为引力，相互靠近时，F做正功；在r＜r0阶段，分子力F表现为斥力，F做负功，故C错误。 故选AD。 例5.关于物体的内能，下列说法正确的是（　　） A．物体内部所有分子动能的总和叫作物体的内能 B．物体被举得越高，其分子势能越大 C．一定质量的0℃的冰融化为0℃的水时，分子势能不变 D．一定质量的理想气体放出热量，它的内能可能增加 【答案】D 【详解】A．物体的内能包括所有分子动能和分子势能的总和，故A错误； B．物体被举得越高，其重力势能越大，与分子势能无关，故B错误； C．一定质量的0℃的冰融化为0℃的水时需要吸热，而此时分子平均动能不变，故分子势能增加，故C错误； D．一定质量的理想气体放出热量，如果同时有外界对它做功，且做功的量大于它放出的热量，它的内能就会增加，故D正确。 故选D。 考点分析 4.固体和液体 晶体与非晶体的对比 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 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 液体表面张力的理解 形成原因 表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力 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 表面张力的方向 和液面相切,垂直于液面上的各条分界线 表面张力的效果 表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小 典型现象 球形液滴、肥皂泡、涟波、毛细现象、浸润和不浸润 液晶： ①液晶分子既保持排列有序而显示各向异性，又可以自由移动，保持了液体的流动性。 ②液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。 ③液晶分子的排列从某个方向看比较整齐，而从另外一个方向看则是杂乱无章的。 典例分析 例1.以下四幅图片中，图甲是荷叶上的露珠；图乙是布朗运动中三颗微粒运动位置的连线；图丙是蜡烛燃烧会产生“烛泪”；图丁是食盐晶体。下列说法中正确的是（　　） A．图甲中，露珠呈球形的主要原因是液体表面张力的作用 B．图乙中，微粒运动就是物质分子的无规则热运动 C．图丙中，“烛泪”的形成是晶体的熔化 D．图丁中，食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的 【答案】A 【详解】A．图甲中，液体表面存在表面张力的作用，露珠呈球形，故A正确； B．图乙中，布朗运动是固体微粒的运动，它是分子热运动的间接反应，但不是分子热运动，故B错误； C．图丙中，蜡烛是石蜡制成的，石蜡是非晶体，故C错误； D．图丁中，单晶体结构规则且具有各向异性，故D错误。 故选A。 例2.有关四幅图的描述，下列说法正确的是（　　） A．图1中，农民用拖拉机耕地是利用毛细现象让灌溉水能更好地渗入到地下 B．图2中，碎裂钢化玻璃的裂缝处由于进入了空气发生了薄膜干涉，因此特别亮 C．图3中的核反应是一种链式反应，其中的质量大于与一个中子的质量之和 D．图4为等离子体极化子在晶体薄膜中的传播，因其图像具有较高的对称性可判断其各向同性 【答案】C 【详解】A．拖拉机耕地主要是为了松土、增加土壤通气与透水性，并非利用“毛细现象”来让水渗入地下，故A错误； B．碎裂的钢化玻璃裂缝处明亮通常是由于内部应力释放后形成的多重反射效应，不是由薄膜干涉引起，故B错误； C．发生核反应时，其质量大于生成的和中子质量的总和，正是这种质量亏损转化为核能释放出来，故C正确。 D．等离子体极化子属较高层次的凝聚态物理研究，且简单的图像对称性并不能说明材料各向同性，故D错误。 故选C。 例3.．以下对固体、液体的描述中正确的是（　　） A．非晶体不能转化为晶体 B．液晶是一种特殊的化合物，具有各向同性 C．用磙子压紧土壤，有利于保存地下的水分 D．晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点 【答案】D 【详解】A．一定条件下，晶体、非晶体可以相互转化，故A错误； B．液晶在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，所以它既具有液体的流动性，又像某些晶体那样有光学各向异性，故B错误； C．用磙子压紧土壤，使土壤中的毛细管变的更细，增强毛细现象，更利于使地下水到地面上来，故C错误； D．单晶体和多晶体都有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，故D正确。 故选D。 例4.下列关于固体和液体说法正确的是（　　） A．金属没有确定的几何形状，也不显示各向异性，因此是非晶体 B．晶体中的原子都是按照一定的规则排列的，但空间上不一定具有周期性 C．“压青苗”是用磙子压紧土壤，这是为了破坏土壤里的毛细管，保存地下水分 D．毛细现象是浸润和不浸润及液体表面张力作用形成的现象，现象是否明显与液体种类和毛细管材料有关 【答案】D 【详解】A．金属是多晶体，虽然没有确定的几何形状，也不显示各向异性，但它是由大量微小的单晶体杂乱无章地组合而成，本质上是晶体，并非非晶体，A错误。 B．晶体中的原子都是按照一定规则排列，在空间上具有周期性，这是晶体的重要特征，B错误。 C．“压青苗”用磙子压紧土壤，是为了形成更多更细的毛细管，让地下水分沿毛细管上升，滋润青苗，而不是破坏毛细管，C错误。 D．毛细现象是浸润和不浸润现象以及液体表面张力共同作用的结果。不同液体的表面张力系数不同，不同材料对液体的浸润情况也不同，所以现象是否明显与液体种类和毛细管材料有关，D正确。 故选D。 例5.如图所示，将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开一个保护罩，再拿出来，绒毛还能保持干燥，原因是（　　） A．泡的时间短 B．水浸润绒毛 C．水虽浸润绒毛，但有水的表面张力作用 D．水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用 【答案】D 【详解】将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开一个保护罩，再拿出来，绒毛还能保持干燥，原因是水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用。 故选D。 考点分析 5.气体实验定律 1.气缸类问题 解决此类问题的一般思路 (1)弄清题意，确定研究对象。一般研究对象分两类：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)。 (2)分析清楚题目所述的物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律或理想气体状态方程列出方程；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。 (3)注意挖掘题目中的隐含条件，如几何关系、体积关系等，列出辅助方程。 (4)多个方程联立求解。对求解的结果注意分析它们的合理性。 2.管类问题 解决此类问题的一般思路 解答此类问题，关键是液柱封闭气体压强的计算，求液柱封闭的气体压强时，一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程，要注意： (1)液体因重力产生的压强大小为p＝ρgh(其中h为至液面的竖直高度)； (2)不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力； (3)有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等； (4)当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”等，使计算过程简捷 3.变质量问题 解决此类问题的一般思路 分析气体的变质量问题时，可以通过巧妙地选择合适的研究对象“化变为定”，即把“变质量”问题转化为“定质量”的气体问题，然后利用气体实验定律或理想气体状态方程求解。 1.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。 2.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。 3.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。 4.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。 5.也可以利用pV＝nRT来处理有关变质量问题。典例分析 例1.一定质量的理想气体由状态A变化到状态B的过程中，其体积V随温度T变化的图像如图所示。下列说法正确的是（　　） A．气体向外放出的热量等于外界对气体做的功 B．气体压强保持不变 C．气体分子的平均动能增大 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】根据 可知由状态A变化到状态B的过程中，气体压强保持不变，温度降低，则气体分子平均动能减小，气体体积减小，气体分子数密度增加，可知单位时间内，与单位面积器壁碰撞的气体分子数增加；外界对气体做功，内能减小，根据 可知气体向外放热，则气体向外放出的热量大于外界对气体做的功。 故选B。 例2.图甲为1593年伽利略发明的人类历史上第一支温度计，其原理如图乙所示。硬质玻璃泡a内封有一定质量的气体（视为理想气体），与a相连的b管插在水槽中固定，b管中液面高度会随环境温度变化而变化。设b管的体积与a泡的体积相比可忽略不计，在标准大气压下，b管上的刻度可以直接读出环境温度。则在下（　　） A．环境温度升高时，b管中液面升高 B．环境温度降低时，b管中液面升高 C．水槽中的水少量蒸发后，温度测量值偏小 D．水槽中的水少量蒸发后，温度测量值偏大 【答案】BD 【详解】AB．根据题意，中气体做等容变化，根据，当环境温度升高，则中气体压强增大，又 可知b管中液面降低，同理可知环境温度降低时，b管中液面升高，故B正确，A错误； CD．由AB选项分析可知，管中刻度从上到下温度逐渐升高，同一温度，中压强不变， 管中液面液槽内液面高度差不变，水槽中的水少量蒸发后，槽中液面降低，则管内液面降低，则温度测量值偏大，故D正确，C错误。 故选BD。 例3.如图所示，粗细均匀的形玻璃管竖直放置，左管口封闭，左、右两管的横截面积分别为、，左管内封闭有长度为、温度为的理想气体，左、右两管的水银面高度相同，大气压强为，求： (1)若气体的温度为1.2T时，向管内添加多少体积的水银，气体的体积不变； (2)若右管水银面下降的高度为，则气体的温度为多少？ 【答案】(1) (2) 【详解】（1）初状态气体的压强和体积分别为， 若气体的温度为1.2T时，设向管内添加体积为的水银，气体的体积保持不变；则气体的压强为 气体发生等容变化，则有 联立解得 （2）若右管水银面下降的高度为，由水银柱的体积守恒可得，左侧水银柱上身的高度为，左侧水银柱比右侧高；气体的压强为 气体的体积为 由理想气体状态方程可得 联立解得 例4.中国是茶叶的原产地，不同区域形成了各具特色的茶类，其中青茶是人们喜爱的茶类之一。如图所示，是人们饮用青茶的器具，在圆柱形茶杯中装入热力学温度为T的热水，用杯盖将茶杯杯口封闭，待冷却至环境温度后，手提杯盖可以将整个茶杯提起。已知环境的热力学温度为T0，大气压强为p0，茶杯底面与杯盖面积均为S，重力加速度为g，杯盖与茶杯杯口之间密封完好，不漏气，杯内封闭气体可视为理想气体。 (1)求冷却过程中，杯内封闭气体的内能如何变化？ (2)用手向上提杯盖，为使茶杯不脱落，求茶杯与水总质量的最大值。 【答案】(1)减小 (2) 【详解】（1）杯内封闭气体的温度降低，则内能减小； （2）对杯子内部封闭气体，为等容变化，则有 对茶杯及其中的水，受力分析分析可得 联立可得 例5.竖直放置的气缸内，活塞横截面积，活塞质量不计，活塞与气缸无摩擦，最初活塞静止，缸内气体，，大气压强， (1)若加热活塞缓慢上升，体积变为，求此时的温度； (2)若往活塞上放的重物，保持温度T0不变，求稳定之后，气体的体积。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）活塞缓慢上升过程中，气体做等压变化，根据盖-吕萨克定律 代入数值解得 （2）设稳定后气体的压强为，根据平衡条件有 分析可知初始状态时气体压强与大气压相等为，整个过程根据玻意耳定律 联立解得 例6.夏天高温天气下，在某次行驶中，胎压监测系统（TPMS）显示一条轮胎的胎压为3.20atm，温度为47℃。考虑到胎压过高可能影响行车安全，驾驶员采取了相应的措施。假设轮胎内部体积保持不变，气体视为理想气体。求： (1)措施一，驾驶员将车辆停放到27℃的车库，足够长时间后胎压的数值； (2)措施二，驾驶员快速放出的气体后，轮胎内部温度迅速降至27℃，此时胎压的数值。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据查理定律 即 解得 （2）快速放出的气体可以等效为气体体积膨胀为原来的倍，根据 即 解得 考点分析 6.热力学定律 1 热力学第一定律 公式ΔU＝W＋Q中符号法则的理解 物理量 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 2 热力学第二定律 1.热力学第二定律的含义 (1)“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。 (2)“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，如气体的等温膨胀过程。 2．热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 3 热力学第一、第二定律的比较 1.热力学第一、第二定律的比较 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 2.两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器 不可能 制成的原因 违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律 典例分析 例1.如图所示，在内壁光滑汽缸内封闭着一定质量的理想气体，用电热丝加热，使其温度升高，若活塞固定，吸收热量为；若活塞不固定，吸收热量为，则与的大小关系（　　） A． B． C． D．均有可能 【答案】B 【详解】对一定量的气体内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，即 第一种情况，汽缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功 由热力学第一定律 可知 第二种情况，活塞自由移动，气体受热膨胀，体积增大，气体对外做功 由热力学第一定律 可知 故选B。 例2.如图所示为冰箱工作原理示意图。制冷剂在蒸发器中汽化吸收冰箱内的热量，经过冷凝器时液化，放出热量到冰箱外。下列选项正确的是（　　） A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．冰箱的工作原理违背热力学第一定律 C．冰箱的工作原理违背热力学第二定律 D．冰箱的制冷系统能够不断地从冰箱内向冰箱外传递热量，但同时消耗了电能 【答案】D 【详解】AD．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，冰箱的制冷系统能够不断地从冰箱内向冰箱外传递热量，但同时消耗了电能。故A错误；D正确； BC．电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律和热力学第二定律，故BC错误。 故选D。 例3.如图所示为某一定质量的理想气体循环过程的p—V图像。B→C为等压过程，D→A为等容过程，A→B 和C→D为等温过程。关于该循环过程下列说法正确的是（　　） A．A状态气体的温度高于 C状态气体的温度 B．C→D过程气体向外界放出热量 C．B→C过程气体对外做功，气体分子的平均动能减小 D．整个循环过程，B状态单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数最多 【答案】D 【详解】A．AD两状态气体的体积相等，A状态的压强较小，则温度较D状态低，而CD温度相等，可知A状态气体的温度低于 C状态气体的温度，选项A错误； B．C→D过程气体温度不变，内能不变，体积变大，对外做功，可知气体从外界吸收热量，选项B错误； C．B→C过程气体体积变大，气体对外做功，压强不变，则温度升高，则气体分子的平均动能变大，选项C错误； D．整个循环过程，B状态压强最大，温度最低，分子平均速率最小，且B状态体积最小，气体数密度最大，可知单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数最多，选项D正确。 故选D。 例4.如图所示为南南同学在晚自习前购买的一杯加冰奶茶，未开封静置在桌上一段时间后，奶茶上方与密封膜之间的气体温度不变，但体积增大，密封气体可视为理想气体且无漏气，关于密封气体的说法正确的是（　　） A．分子热运动越来越剧烈 B．与外界没有热交换 C．对密封膜单位面积作用力减小 D．压强增大 【答案】C 【详解】A．奶茶上方与密封膜之间的气体温度不变，则分子热运动不变，故A错误； B．由于气体体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故B错误； CD．根据玻意耳定律可知，气体体积增大，压强减小，分子总数不变，单位体积的分子数变少，对密封膜单位面积作用力减小，故C正确，D错误。 故选C。 巩固练习 一、单选题 1．（24-25高三下·河南商丘·期末）充气救生船是船只在海上航行时的必备装备，使用时先要向浮筒内充入气体，浮筒导热性能良好，充满气后密闭浮筒内气体的体积可视为不变，气体可视为理想气体。关于充满气后的浮筒内的气体在夜间气温缓慢下降的过程中，下列说法正确的是（    ） A．对外做功 B．放出热量 C．对单位面积浮筒内壁的平均撞击力大小不变 D．内能减小，所有分子热运动的速率都减小 【答案】B 【详解】A．由于浮筒内气体的体积不变，故浮筒内的气体不对外做功，A错误； B．因为温度降低，则气体内能减小，根据热力学第一定律，可知气体放出热量，B正确； C．气体体积不变，温度降低，则气体压强减小，即气体分子对单位面积浮筒内壁的平均撞击力大小减小，C错误； D．温度降低，气体分子的平均速率减小，但不是所有分子的速率都减小，D错误。 故选B。 2．（2025·山东潍坊·三模）某新型“自清洁玻璃”具有特殊的微纳米结构，水滴在其表面会形成接近球形的液滴并能自发滚落，滚落过程中几乎不会在玻璃表面留下痕迹。下列说法正确的是（　　） A．水能浸润该“自清洁玻璃” B．水滴呈球形是因为液体表面张力的作用 C．水滴表面的水分子间只存在分子引力 D．用该玻璃制成的两端开口的洁净毛细管竖直插入水中，管内液面比水面高 【答案】B 【详解】A．如果水能浸润该 “自清洁玻璃”，水在玻璃表面应该是铺展开的，而不是形成接近球形的液滴，所以水不能浸润该 “自清洁玻璃”， 故A错误； B．液体表面张力会使液体表面有收缩的趋势，使得水滴呈球形，故B正确； C．分子间引力和斥力是同时存在的，在水滴表面的水分子间也不例外，只是分子引力大于分子斥力，表现为引力，故C错误； D．因为水不能浸润该玻璃，用该玻璃制成的两端开口的洁净毛细管竖直插入水中，管内液面应该比水面低，故D错误。 故选B。 3．（2025·河北张家口·三模）我国北方地区秋季昼夜温差比较大。一日某室内最高温度为32℃，最低温度为12℃，假设室内气体压强保持不变，该室内有一如图所示的空茶壶，则在温度最高与最低时壶中气体质量之比为（已知摄氏温度t与热力学温度T的关系是T=t+273K）（　　） A．63∶59 B．59∶63 C．61∶57 D．57∶61 【答案】D 【详解】根据 可得气体的摩尔数可表示为 由题意可知壶中气体压强、体积保持不变，则在温度最高与最低时壶中气体质量之比为 故选D。 4．（2025·山东济南·二模）压燃式四冲程柴油发动机具有动力大、油耗小、低排放等特点，被广泛应用于大型机车及各种汽车中。发动机工作过程中内部气体（可视为定量的理想气体）遵循如图所示的狄塞尔循环，其中a→b、c→d为绝热过程，则气体（　　） A．在a→b过程中温度不变 B．在b→c过程中吸收的热量大于对外界做功 C．在d→a过程中吸收热量 D．经历一个循环过程后对外界做功为0 【答案】B 【详解】A．a→b过程为绝热过程，体积减小，外界对气体做功，则 根据热力学第一定律可知 即a→b过程内能增大，温度升高，A错误； B．b→c过程中，气体压强不变，根据 可知，气体体积增大，温度升高，则内能，气体体积增大，气体对外做功，则,根据热力学第一定律 可知，气体吸收的热量大于对外界做的功，B正确； C．d→a过程中体积不变，则，根据可知，气体的压强减小，温度降低，内能减小，气体放出热量，C错误； D．根据图线与坐标轴围成的面积表示气体所做的功可知，经历一个循环后，外界对气体做功不为零，D错误。 故选B。 5．（2025·四川成都·三模）在2025年春节期间，小明进行了一项有趣的实验。他将一个未开封的薯片袋放在温暖的室内（温度为），此时薯片袋看起来较为饱满，袋内气体压强与外界大气压相同，设为，之后他带着这袋薯片开车前往海拔较高的山区老家过年，山区温度较低，为，且外界大气压变为，此过程中薯片袋均未张紧，袋内气体视为理想气体，下列关于袋内气体状态变化的说法正确的是（　　） A．袋内气体分子的平均动能减小 B．袋内气体的体积会变小 C．袋内气体对外界做负功 D．袋内气体的一定会放出热量 【答案】A 【详解】以袋内气体为研究对象，由题意可知， 初始状态，压强为，设体积为, 最终状态，压强为，设体积为, 由理想气体状态方程可得 解得 因此，袋内气体的体积增大； A．结合前面分析可知，袋内气体温度从300K降低到280K，因此袋内气体分子的平均动能减小，故A正确； B．结合前面分析可知，袋内气体的体积增大，故B错误； C．因为袋内气体的体积增大，所以袋内气体对外界做正功，故C错误； D．根据热力学第一定律可得 因为袋内气体温度降低，所以 因为袋内气体体积增大，所以 则无法确定Q与零的关系，则袋内气体不一定会放出热量，故D错误。 故选A。 二、多选题 6．（2025高三·上海·专题练习）气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统，气溶胶颗粒做的是布朗运动。用追踪软件可以记录每隔相同时间这些颗粒所在的位置，然后用线段把这些位置依次连接起来，如图所示，以下说法正确的是（    ） A．图中轨迹就是颗粒的无规则运动轨迹 B．气溶胶颗粒越小，其运动越明显 C．环境温度越高，气溶胶颗粒运动越明显 D．气溶胶颗粒的运动是由气体对流等外界影响引起的 【答案】BC 【详解】A．图中轨迹是每隔相同时间记录的颗粒位置连线不是颗粒的无规则运动轨迹，故A错误； B．气溶胶颗粒越小，受到周围分子撞击的不平衡性越明显，其运动越明显，故B正确； C．环境温度越高，分子热运动越剧烈，对气溶胶颗粒的撞击越频繁且越不平衡，气溶胶颗粒运动越明显，故C正确； D．气溶胶颗粒的布朗运动是由气体分子对颗粒的撞击不平衡引起的，故D错误。 故选BC。 7．（2025·黑龙江·二模）膨化食品包装袋内充入氮气可防止食物氧化，食品在运输过程中，随周围环境温度升高包装袋会明显膨胀，若包装袋的材料导热良好，包装袋内的气体可视为理想气体，以下分析正确的是（　　） A．包装袋膨胀是因为内部气体分子数增加 B．包装袋膨胀过程中，外界对包装袋内气体做负功 C．包装袋内的所有气体分子运动的速率均变大 D．包装袋内气体的内能增加量小于气体吸收的热量 【答案】BD 【详解】A．包装袋内的气体视为理想气体，气体质量不变，当温度增加时，包装袋内的气体分子总数并没有发生变化，故A错误； B．包装袋膨胀过程中，气体体积膨胀，外界对气体做负功，故B正确； C．由于温度升高，气体分子的平均运动速率变大，但不是所有气体分子的速度都变大了，故C错误； D．包装袋材料的导热良好，所以当环境温度升高时，气体内能增大，同时膨胀，外界对气体做负功，根据 可知气体内能增加量小于气体吸收热量，故D正确。 故选BD。 8．（2025·河南·模拟预测）为检测甲图中烧瓶的气密性，将导管伸入水槽中，用手捂热烧瓶（如图乙），导管口产生气泡，松开手后导管内有水倒吸，最终形成一段稳定水柱（如图丙），证明装置不漏气。忽略大气压和环境温度的变化，下列关于烧瓶内气体（可视为理想气体）说法正确的是（　　） A．图丙中气体的压强大于大气压强 B．图乙中气泡上升过程中压强减小 C．松开手后气体的内能逐渐减小 D．松开手后气体向外界放热小于外界对气体做的功 【答案】BC 【详解】A．由于液柱液面高于烧杯水面，图丙中气体的压强小于大气压强，故A错误； B．图乙中气泡上升过程中深度减小，压强减小，故B正确； C．气体的温度降低，内能减小，故C正确； D．气体体积变小，外界对气体做功，气体内能减小，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热大于外界对气体做的功，故D错误。 故选BC。 9．（2025·甘肃·模拟预测）在学校的科技文化节中，老师展示了大气压强压扁油桶的实验，如图所示，视觉效果非常震撼，也让同学们切实体会到了大气压强的存在。实验步骤：①先向空油桶中加入少量水；②从底部对油桶缓慢加热，直到油桶口不断冒出水蒸气；③封住油桶口，撤去加热火源；④用凉水浇在油桶上对油桶降温。降温过程中，砰的一声油桶被压扁了，不考虑外界大气压强的变化，关于这个实验，下列说法正确的是（　　） A．加热过程中，油桶内气体分子平均动能增大 B．加热过程中，油桶内气体的压强增大 C．给油桶降温的过程中，内部气体状态量不遵循理想气体状态方程 D．重新加热油桶，使内部气体压强恢复到冷却前的压强，油桶就可以恢复原状 【答案】AC 【详解】A．加热过程中气体温度升高，分子平均动能增大，选项A正确； B．加热过程中内外相通，内部压强始终等于外界大气压强，保持不变，选项B错误； C．给油桶降温时，内部水蒸气会发生液化，不遵循理想气体状态方程，选项C正确； D．要让油桶恢复，内部压强要大于外界大气压强，选项D错误。 故选AC。 三、解答题 10．（2025·山东威海·三模）容积V=9L的密闭容器中装有一定质量的理想气体，开始时气体的压强p=5×104Pa，温度T1=300K。一段时间后，气体的温度升为T2=360K。为保证容器中气体的压强不超过p，需用抽气筒对容器抽气，每次可以抽取V1=1L的气体，抽气过程温度不变。求： (1)温度刚升为T2时气体的压强； (2)至少需要抽气的次数。 【答案】(1)6×104Pa (2)2 【详解】（1）根据气体做等容变化的规律，根据查理定律有 解得 （2）设第一次抽气后气体压强为p01，抽气过程温度不变，根据玻意耳定律 解得 设第二次抽气后气体压强为p02，则根据玻意耳定律 解得 所以至少需要抽气2次。 11．（24-25高二下·湖北·阶段练习）航天员刘伯明、汤洪波身着中国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服，先后从天和核心舱节点舱成功出舱，这是中国空间站首次出舱活动，宇航员出舱前需通过减压舱将气压从舱内标准值降至太空服适应值。已知减压舱容积V=3.0m3，初始状态为p0=1.0×105 Pa，温度T1=300K。设气体为理想气体，（lg2≈0.30、lg5≈0.70、lg6≈0.78、lg7≈0.85）求： (1)若减压过程保持温度不变，目标气压为p1=4.0×104Pa，需排出气体的质量占初始总质量的百分比； (2)若使用抽气泵每次抽出固定体积的气体（温度始终为T1=300K），至少需要抽气多少次才能将气压从p0降至p1。 【答案】(1)60% (2)6 【详解】（1）设初始状态气体体积为，压强为，减压后气体体积为，压强为。整个过程为等温变化，由玻意耳定律 其中，， 解得 又因为同种气体在相同状态下，质量比等于体积比。初始气体体积为，排出气体的体积 则排出气体的质量占初始总质量的百分比 （2）设抽气次，每次抽出体积为的气体，第一次抽气：根据玻意耳定律 解得 第二次抽气：根据玻意耳定律 将 代入可得 以此类推，抽次气后，压强 因为要将气压从降至，即 已知，， 代入 整理可得 两边取对数（次） 12．（2025·江西·二模）潜水艇中显示下潜深度的装置可简化如下：一根内壁光滑的平底厚玻璃管，开口端向下，侧面标有均匀的刻度线，开口端刻度值为“0”，底端刻度值为“120”。用质量和厚度均不计的活塞封闭开口端，活塞位于“0”处，以某种方式让其缓慢下降到水底，稳定时，活塞位于“40”处。已知大气压p0=1.0×105Pa，水的密度ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2。全程封闭气体不泄漏且温度不变，玻璃管始终竖直。 (1)求活塞位于“40”处对应的水深h1； (2)将玻璃管上的刻度值x转换成深度值h，刻度线是否仍然均匀？请说明理由。 【答案】(1)5m (2)不均匀 【详解】（1）对活塞封闭的温度不变气体，由玻意耳定律得 其中， 又因为 联立得 （2）由小问1可得x与h的函数关系式，可知x与h不成正比。 故将玻璃管上的刻度值x转换成深度值h，刻度线不均匀。 13．（2025·广东·高考真题）铸造金属元件时，通过往进气口打气，将下方金属液体压进上方预热过的铸型室。其中铸型室与下方装金属液的气室形状都为柱体，铸型室底面积，高，铸型室底部与下方液面差初始为，上方出气口与大气连通，大气压强，下方气室的底面积，金属液体密度，。管道面积忽略不计。 (1)当铸型室刚好充满金属液时，求下方液面下降高度与下方气室内气体压强。 (2)将出气口关闭铸型，当上方铸型室液面高为时，求下方气室内气体压强。 【答案】(1)， (2) 【详解】（1）根据体积关系 可得下方液面下降高度 此时下方气体的压强 代入数据可得 （2）初始时，上方铸型室气体的压强为，体积 当上方铸型室液面高为时体积为 根据玻意耳定律 可得此时上方铸型室液面高为时气体的压强为 同理根据体积关系 可得 此时下方气室内气体压强 代入数据可得 14．（24-25高二下·全国·课堂例题）仔细观察下列图片，回答问题： (1)如图甲，绝热汽缸中有一定质量的气体，用外力压缩气体对气体做功W，使它从状态1变到状态2，气体内能的变化量ΔU1是多少？ (2)如图乙，同一绝热汽缸，接着从状态2开始，保持气体体积不变，将气体加热至状态3，传递的热量为Q，此过程气体内能的变化量ΔU2是多少？ (3)内能的变化量只与始末状态有关，那么从状态1到状态3，气体的内能变化量ΔU是一个确定的值吗？是多少？ (4)在改变系统的内能方面，做功和传热是等价的。如图丙，压缩汽缸中的气体，同时给气体加热，气体从状态A变到状态B，相应的内能变化量为ΔU，则ΔU与外界做的功W和气体吸收的热量Q有什么关系？ 【答案】(1) (2) (3)是确定值， (4) 【详解】（1）绝热汽缸中，气体没有跟外界进行热交换，根据热力学第一定律 可知 （2）保持气体体积不变，所以外界对气体做功为零，根据热力学第一定律 可知 （3）因为内能的变化量只与始末状态有关，所以从状态1到状态3，气体内能变化量是一个确定值，即 （4）因为做功和传热是等价的，我们可以假设气体吸收的热量Q导致的内能的变化改由外界做功完成，则 对于假设的过程，气体和外界没有热交换，外界做的总功为 它等于气体内能的变化量，即 结合上式可得 轻松学物理 1 学科网（北京）股份有限公司 $$