专题17 热学（知识清单）（全国通用） 2026年高考物理一轮复习讲练测

专题17 热学 目录 01知识脑图·学科框架速建 02考点精析·知识能力全解 【知能解读01】分子动理论 一、物质的组成 二、分子热运动 三、分子间作用力与分子势能 四、气体压强 五、内能 【知能解读02】气体、液体、固体和热力学定律 1、 理想气体 二、液体 三、固体 四、热平衡 五、热力学第二定律 六、能量守恒定律 【核心考点】热力学第一定律 03 攻坚指南·高频考点突破 【重难点突破01】活塞气缸模型 【重难点突破02】液柱模型 04 避坑锦囊·易混易错诊疗 【易混易错01】功、热和内能的改变 【易混易错02】热力学图像问题 05 通法提炼·高频思维拆解 【方法技巧01】气体实验定律 【方法技巧02】变质量问题的处理思想——等效 01 分子动理论 一、物质的组成 1. 物质组成：物质是由大量分子组成的，分子直径的数量级一般是10-10m。分子质量的数量级为10-26 kg。 2. 分子模型 （1）球体模型（适用于固体、液体）：一个分子的体积V0＝π(＝πd3，d为分子的直径；分子直径 。 （2）立方体模型（适用于气体）：一个分子占据的平均空间体积V0＝d3，d为相邻两分子间的平均距离；。 【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. 宏观量和微观量： （1）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。 （2）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。 （3）微观物理量：分子质量m0，分子体积V0，分子直径d。 补充：宏观量与微观量的关系 ①摩尔体积Vmol：分子体积V0＝（适用于固体和液体）；分子占据体积V占＝（适用于气体）。 ②摩尔质量Mmol：分子质量m0＝。 ③分子总数：N＝nNA＝·NA＝NA（注：对气体而言，） 补充：常用微观粒子物理量： 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＝。 【跟踪训练】（2025·浙江·二模）已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为，地面大气压强是由大气的重力产生的，大小为，重力加速度大小为g。由以上数据可估算（　　） A．地球大气层空气分子总数为 B．地球大气层空气分子总数为 C．空气分子之间的平均距离为 D．空气分子之间的平均距离为 【答案】C 【知识点】阿伏加德罗常数及计算 【详解】AB．大气中的压强由大气的质量产生，即 而 地球大气层空气分子总数为 联立解得 故AB错误； CD．大气体积为 则气体分子之间的距离为 故C正确，D错误。 故选C。 二、分子热运动 1. 扩散 （1）定义：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。 （2）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。 （3）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。 （4）特点：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。 补充：扩散现象的理解 （1）在气体、液体、固体中均能发生，而气体的扩散现象最明显。 （2）扩散快慢与温度有关，温度越高，扩散越快，表明温度越高，分子运动越剧烈。 （3）从浓度高处向浓度低处扩散，且受“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著。 2. 布朗运动 （1）定义：悬浮在液体（或气体）中微小颗粒的无规则运动。 （2）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。 （3）意义：液体分子永不停息地无规则运动的宏观反映。 （4）特点：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。 补充：布朗运动的理解 （1）无规则性：悬浮微粒受到液体分子在各个方向上撞击的不平衡是形成布朗运动的原因。由于液体分子的运动是无规则的，使微粒受到较强撞击的方向也不确定，所以布朗运动是无规则的。 （2）影响因素： ①微粒越小，布朗运动越明显：悬浮微粒越小，某时刻与它相撞的分子数越少，来自各方向的冲击力越不平衡；另外微粒越小，其质量也就越小，相同冲击力下产生的加速度越大。因此，微粒越小，布朗运动越明显。 ②温度越高，布朗运动越剧烈：温度越高，液体分子的运动（平均）速率越大，对悬浮微粒的撞击作用也越大，产生的加速度也越大，因此温度越高，布朗运动越剧烈。 （3）布朗运动的实质：布朗运动不是分子的运动，而是悬浮微粒的运动。布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性。布朗运动与温度有关，表明液体分子运动的剧烈程度与温度有关。 3. 分子热运动 （1）定义：分子做永不停息的无规则运动。 （2）产生原因：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。 （3）意义：热运动是对于大量分子的整体而言的，对个别分子无意义。 （4）特点：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。 【注意】：温度是分子热运动剧烈程度的标志。温度升高，热运动剧烈程度增加，分子平均速率增大，但不是每个分子的速率都变大。 补充：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。 【跟踪训练】（2025·湖北·模拟预测）茶道文化起源于中国，是一种以茶修身的生活方式。如图所示，向茶杯中倒入热水，盖上杯盖茶水漫过杯盖，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。关于泡茶中的物理现象下列说法正确的是（　　） A．水中放入茶叶后，水的颜色由浅变深，是布朗运动现象 B．热水比冷水能快速泡出茶香，是因为温度越高分子动能都越大 C．温度降低，杯内气体分子撞击单位面积器壁的平均作用力变小 D．温度降低后杯盖拿起来比较费力，是因为杯盖与杯子间的分子引力作用 【答案】C 【知识点】分子动能、气体压强的微观意义、null、null 【详解】A．水中放入茶叶后，水的颜色由浅变深，是因为茶叶中的色素分子在水中扩散，扩散现象是分子的无规则运动，而布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的无规则运动，所以这不是布朗运动现象，故A错误； B．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，但不是每个分子的动能都越大，分子动能遵循统计规律的分布，故B错误； C．温度降低，气体分子的平均动能减小，体积不变，分子分布发热密集程度不变，则撞击单位面积器壁的平均作用力变小，故C正确。 D．温度降低后杯盖拿起来比较费力，是因为杯内气体做等容变化，根据查理定律 温度降低，气体压强减小，外界大气压大于杯内气体压强，产生向下的压力差，导致杯盖拿起来比较费力，而不是因为杯盖与杯子间的分子引力作用，故D错误； 故选C。 三、分子间作用力与分子势能 1. 分子间的作用力与分子间距离的关系： ①当r<r0时，r减小，斥力引力都增加，斥力增加更快，分子间的作用力F表现为斥力； ②当r＝r0时，分子间的作用力F为0，这个位置称为平衡位置； ③当r>r0时，r增大，斥力引力都减小，斥力减小更快，分子间的作用力F表现为引力。 【注意】：分子斥力、引力同时存在；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。 2. 分子势能 （1）定义：分子间具有由它们的相对位置决定的势能，叫做分子势能。 （2）特点：分子势能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 （3）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。 3. 分子势能与分子间距离的关系： 分子间距离 ，增大 ，减小 分子力 等于零 表现为引力 表现为斥力 分子力做功 — 分子力做负功 分子力做负功 分子势能 最小 随分子间距离的增大而增大 随分子间距离的减小而增大 【跟踪训练】（2025·天津和平·三模）分子间的作用力跟分子间距离的关系如图所示，关于分子间作用力与分子间势能（设两分子相距无穷远时分子势能为0），下列说法正确的是（　　） A．当时，分子间作用力最小，分子势能为零 B．当时，分子间作用力最小，分子势能最小 C．在分子间距离从减小到的过程中，分子间作用力减小，分子势能也减小 D．分子间距离在从增大到的过程中，分子间作用力做负功 【答案】CD 【知识点】分子间的相互作用力和距离的的关系图像、null 【详解】AD．两分子相距无穷远时分子势能为0，r1为分子间的平衡距离，当分子间距r＞r1时分子力表现为引力，分子间距由无穷远开始减小，分子力做正功，分子势能减小，所以当分子间距离为r1时，分子势能最小不为零，从增大到的过程中，分子间作用力做负功，故A错误，D正确； B．由图可知，当时，分子力间作用力为0，此时分子力最小，当时，分子力不是最小，故B错误； C．从减小到的过程中，由图可知，分子间作用力减小，分子间作用力为引力，做正功，分子势能减小，故C正确。 故选CD。 四、气体压强 1. 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。 温度越高，分子热运动越剧烈，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。 2. 气体分子运动的特点 （1）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。 （2）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。 （3）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。 3. 气体压强 （1）定义：器壁单位面积上受到的压力叫做气体压强。 （2）产生原因：大量气体分子不断撞击器壁的结果。 （3）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。 补充：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 【跟踪训练】（2025·江苏南京·模拟预测）对于下列实验，说法不正确的是（　　） A．甲图是溴蒸气的扩散实验，若温度升高，则扩散的速度加快 B．乙图是模拟气体压强是由气体分子对器壁碰撞产生的 C．丙图是蜂蜡涂在单层云母片上受热融化的实验，说明蜂蜡是晶体 D．丁图是把毛细管插入水银中的实验现象，说明水银对玻璃是不浸润液体 【答案】C 【知识点】气体压强的微观意义、晶体和非晶体、浸润和不浸润、null 【详解】A．温度升高，分子热运动剧烈，则扩散的速度加快，故A正确，不符合题意； B．乙图是模拟气体压强是由气体分子对器壁碰撞产生的，故B正确，不符合题意； C．丙图是蜂蜡涂在单层云母片上受热融化的实验，说明云母片的导热性是各向异性，云母片是晶体，故C错误，符合题意； D．丁图是把毛细管插入水银中的实验现象，说明水银对玻璃是不浸润液体，故D正确，不符合题意。 故选C。 五、内能 1. 分子的平均动能 （1）温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小不受温度影响，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。 （2）只要温度相同，任何分子的平均动能都相同。由于不同物质的分子质量不一定相同，所以同一温度下，不同物质分子运动的平均速率一般不相同。 2. 物体的内能： （1）定义：物体里所有的分子的动能和势能的总和叫做物体的内能。 （2）决定因素： ①从宏观上看：物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定。 ②从微观上看：物体的内能由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子势能三个因素决定。 （3）改变内能的方式：通过做功或热传递可以改变物体的内能。 补充：对内能的理解： （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）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。 （3）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。 （4）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。 【跟踪训练】（2025·河北·模拟预测）某同学为家长煮饭，蒸锅（带通气小孔）内的温度从升高到。不计蒸锅的容积变化，蒸锅内气体可视为理想气体，外界大气压保持不变。下列说法中正确的是（　　） A．蒸锅内每个气体分子热运动的速率都增大 B．蒸锅内气体对外界做正功 C．蒸锅内气体的内能不一定增大 D．蒸锅内气体的密度变为原来的三分之一 【答案】C 【知识点】分子动能、理解内能的概念、热力学第一定律的应用、null 【详解】A．温度升高，分子平均动能增大，但并非每个分子速率都增大，故A错误； B．蒸锅容积不变，气体体积未变化，故做功，故B错误； C．理想气体的内能仅由物质的量和温度决定，虽然温度升高但由于气体质量减小，则内能不一定增大，故C正确； D．气体的质量m与物质的量n成正比，密度，因气体体积不变，所以密度与物质的量n成正比； 根据理想气体状态方程有，其中 此过程中气体的压强和体积都不变，故温度升高导致物质的量减小，即物质的量与温度成反比； 综上分析可知密度与温度成反比，则密度比 故密度未变为，故D错误。 故选C。 02 气体、液体、固体和热力学定理 2、 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. 理想气体的状态方程： （1）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。 （2）表达式：①＝；②＝C。 （3）成立条件：一定质量的理想气体。 【注意】：（1）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。 （2）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。 补充：对理想气体问题的处理思路： （1）选对象：根据题意，选出所研究的某一部分一定质量的气体。 （2）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。 （3）明过程：认清变化过程，正确选用物理规律。 （4）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。 补充：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。 【跟踪训练】（2025·北京·模拟预测）一定质量的理想气体处于某一平衡状态，此时其压强为，有人设计了三种方案，使气体经过每种方案后压强仍为，这三种方案是（　　） ①先保持体积不变，降低压强，再保持温度不变，压缩体积 ②先保持体积不变，使气体升温，再保持温度不变，让体积膨胀 ③先保持温度不变，使体积膨胀，再保持体积不变，使气体升温 可以断定 A．①不可能 B．②不可能 C．③不可能 D．①、②、③都可能 【答案】D 【知识点】理想气体的状态方程的理解及初步应用、null 【详解】根据理想气体状态方程，分析各方案。 ①体积不变，降低压强，根据可知，温度降低，即不变，减小,减小；温度不变，压缩体积，根据可知，压强增大，即不变，减小,增大，故可通过控制压缩体积程度，使最终压强回到，故方案①可能； ②体积不变，使气体升温，根据可知，压强增大，即不变，增大, 增大；温度不变，让体积膨胀，根据可知，压强减小，即不变，增大, 减小，故通过控制膨胀程度，使最终压强回到，故方案②可能； ③温度不变，使体积膨胀，根据可知，压强减小，即不变，增大, 减小；体积不变，使气体升温，根据可知，压强增大，即不变，增大, 增大，可通过控制升温程度，使最终压强回到，故方案③可能。 综上所述，①、②、③方案都可以，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 二、液体 1. 表面张力 （1）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。 （2）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。 【注意】：在体积相同的条件下，球形表面积最小。 （3）方向：总是跟液体相切，且与分界面垂直，如下图所示。 （4）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。 （5）影响因素：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。 注意：常见现象：球形液滴、肥皂泡、毛细现象、浸润等。 2. 浸润和不浸润 （1）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。 （2）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。 【注意】：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。 （3）毛细现象：毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。如图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体表面张力的作用，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，此时管内液面呈凸形，因为表面张力的作用，液体会受到向下的作用力，因而管内液面比管外低。 3. 液晶 （1）定义：介于固态和液态之间的一种物质状态。 （2）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。 （3）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。 【跟踪训练】（2024·宁夏·模拟预测）关于液体表面张力、浸润与不浸润、毛细现象、液晶，下列说法正确的有（    ） A．体形优美的天鹅羽毛上有一层很薄的油脂，使水能浸润羽毛 B．“池塘中的溜冰者”水黾能在水面上行走靠的是液体表面张力的作用 C．毛巾的一角浸入水中，水会沿毛巾上升浸湿毛巾属于毛细现象 D．液晶既具有流动性，又具有光学各向异性 E．小皮球能漂浮在水面上是因为液体有表面张力 【答案】BCD 【知识点】液体的表面张力、浸润和不浸润、液晶 【详解】A．天鹅的羽毛上有一层油脂，使水不能浸润羽毛，故A错误； B．水黾能在水面上行走而不陷入水中靠的是液体表面张力的作用，故B正确； C．毛巾的一角浸入水中，水会沿毛巾上升浸湿毛巾是毛细现象，故C正确； D．液晶是既像液体一样可以流动，又具有某些晶体结构特征的一类物质，所以液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，故D正确； E．小皮球漂浮在水面上是浮力和重力平衡的缘故，故E错误。 故选BCD。 三、固体 1. 晶体和非晶体的比较： 比较 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 外形 规则 不规则 物理性质 各向异性 各向同性 熔点 固定 不固定 原子排列 有一定规则，但多晶体中每个晶粒子间的排列无规则 无规则 典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香 联系 晶体和非晶体在一定的条件下可以相互转化 2. 对晶体和非晶体的理解： （1）单晶体的物理性质具有各向异性，但并非每种晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性。 （2）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。比如金刚石和石墨。 （3）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。 补充：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）。 【跟踪训练】（2025·湖北·模拟预测）下列四幅图对应的说法正确的有（　　） A．图甲中食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的 B．图乙是玻璃管插入水中的情形，表明水能浸润玻璃 C．图丙中悬浮在液体中微粒的运动反映了微粒分子的无规则热运动 D．图丁中液体表面层的分子间距离小于液体内部分子间距离，是液体表面张力形成的原因 【答案】B 【知识点】布朗运动、晶体和非晶体、液体的表面张力、浸润和不浸润 【详解】A．图甲中食盐晶体是单晶体，其物理性质沿各个方向不一样，具有各向异性，故A错误； B．图乙是玻璃管插入水中的情形，根据图像可知，在附着层内液体分子之间呈现斥力效果，该现象是浸润，表明水能浸润玻璃，故B正确； C．图丙中悬浮在液体中微粒的运动是布朗运动，布朗运动反映了液体分子的无规则热运动，故C错误； D．图丁中液体表面层的分子间距离大于液体内部分子间距离，分子之间表现为引力效果，这是液体表面张力形成的原因，故D错误。 故选B。 四、热平衡 1. 常见物理量和状态 （1）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。 （2）外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。 （3）状态参量：体积V、压强p、温度T等。 （4）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。 补充：对平衡态的理解 （1）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。 （2）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。 2. 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。 【注意】：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。 3. 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。 【注意】：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。 4. 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。 【注意】：热平衡的性质：达到热平衡的系统都具有相同的温度。 5. 温度计：测量温度的仪器。 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。 补充：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。 【跟踪训练】（2024·北京海淀·二模）关于热现象，下列说法正确的是（　　） A．两热力学系统达到热平衡的标志是内能相同 B．气体温度上升时，每个分子的热运动都变得更剧烈 C．气体从外界吸收热量，其内能可能不变 D．布朗运动是液体分子的无规则运动 【答案】C 【知识点】布朗运动、分子动能、热平衡定律、热力学第一定律的应用 【详解】A．两热力学系统达到热平衡的标志是温度相同，选项A错误； B．气体温度上升时，分子的平均动能变大，但不是每个分子的热运动都变得更剧烈，选项B错误； C．气体从外界吸收热量，若同时对外做功，则其内能可能不变，选项C正确； D．布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子的无规则运动的具体表现，选项D错误。 故选C。 五、热力学第二定律 1. 两种表述 （1）克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 （2）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】：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。 【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。 补充：对开尔文表述的理解： （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）“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。 （5）“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。 3. 一些方向性的例子： （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 4. 第二类永动机 （1）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。 （2）特点：从单一热源吸收热量，全部用来做功。 （3）不可造的原因：违背了热力学第二定律。 【跟踪训练】（2025·海南海口·模拟预测）下列说法正确的是（    ） A．空调在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 B．在完全失重的情况下气体对容器壁的压强减小为零 C．红色的恒星温度高于蓝色的恒星 D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 【答案】AD 【知识点】气体温度的微观意义、气体分子速率分布图像、气体压强的微观意义、热力学第一定律的应用、熵和熵增加原理 【详解】A．空调制冷时，电能转化为热，向室外释放的热量等于从室内吸收的热量加上消耗的电能，因此向室外放出的热量更多，故A正确； B．气体压强由分子热运动产生，与重力无关，完全失重时压强仍存在，故B错误； C．恒星颜色与温度相关，红色恒星温度低于蓝色恒星（如红矮星温度约3000K，蓝巨星超30000K），故C错误； D．能量耗散表明能量转化具有方向性（如热力学第二定律的熵增原理），故D正确。 故选AD。 六、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. 意义： （1）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。 （2）具有重大实践意义，终结了第一类永动机的想法。 （3）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。 3. 第一类永动机 （1）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。 （2）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。 （3）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。 补充：第一类永动机和第二类永动机的对比 第一类永动机 第二类永动机 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。 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 这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断的对外做功。 从单一热源吸收热量，全部用来做功。 不可造的原因 违背了能量守恒定律。 违背了热力学第二定律。 【跟踪训练】（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）如图所示，将一只气球放到绝热密闭的升温箱中缓慢加热，随温度的升高，气球缓慢膨胀，气球内气体压强增大，将气体视为理想气体，且气球不漏气，下列说法正确的是（　　） A．气球内所有气体分子的动能都增大 B．气球内气体对外做的功大于气球内气体吸收的热量 C．气球内的气体分子对气球壁单位面积的平均撞击力增大 D．箱内气体及气球内气体总内能增加量等于从加热器上吸收的热量 【答案】C 【知识点】气体温度的微观意义、气体分子速率分布图像、气体压强的微观意义、热力学第一定律的应用、能量守恒定律在科技中的应用 【详解】A．温度升高，气体分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，故A错误； B．气球内气体温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知 故 气球内气体对外做的功小于气球内气体吸收的热量，故B错误； C．气球内的气体压强增大，故气球内的气体分子对气球壁单位面积的平均撞击力增大，故C正确； D．箱内气体及气球内气体从加热器中吸收的热量等于总内能增加量与气球弹性势能增加量的总和，故D错误。 故选C。 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。 【注意】： 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 【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。 补充：热力学第一定律的特殊情况： (1)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。 (2)若过程中不做功，则W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 (3)若过程的始、末状态物体的内能不变，则W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外做功，或外界对物体做的功等于物体放出的热量。 补充：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 【跟踪训练】（2025·云南玉溪·模拟预测）云南省具有独特立体的气候，水果品质高、错季优势明显，既是水果产业大省，又是水果产业强省。有一批水果要从昆明空运到北京，为了在长途运输中保护水果，人们会选择泡沫箱、珍珠棉、瓦楞纸或充气袋等材料，减少碰撞和挤压。已知昆明的气温为27°C，压强为80kPa，北京气温是37°C，压强是101kPa。有一个比较薄的塑料充气袋，在昆明密封时不受挤压时恰好处于充饱状态，袋内气体可视为理想气体。这个充气袋空运到北京后发生的现象是（      ） A．充气袋将会变瘪 B．充气袋将会更加饱满 C．充气袋内气体内能将会减小 D．充气袋内气体内能将会增大 【答案】AD 【知识点】热力学第一定律的应用、null 【详解】AB．根据理想气体状态方程 解得 气体体积缩小，充气袋将会变瘪，A正确，B错误； CD．气体温度升高，内能增大，C错误，D正确。 故选AD。 01 活塞气缸模型 模型分类： （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 解决汽缸类问题的思路： （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。 【跟踪训练】（2025·重庆九龙坡·模拟预测）如图所示，一个足够高且导热良好的圆柱形汽缸开口向上竖直放置于水平面上，缸内储存文物并封闭有一定质量的理想气体。已知大气压恒定，活塞与汽缸壁密封良好且不计摩擦，忽略文物热胀冷缩的影响。现环境温度缓慢升高，则（　　） A．气体向外放热 B．外界对气体做功 C．气体内能增大 D．每个气体分子的动能都增大 【答案】C 【知识点】热力学第一定律的应用 【详解】C．一定质量的理想气体，内能只和温度有关，环境温度升高，导热性良好的气缸内的理想气体温度也会升高，故而内能增大，C正确； B．温度升高时，气体等压膨胀，气体对外界做功，B错误； A．根据热力学第一定律可知，其中， 解得，故气体从外界吸热，A错误； D．气体温度升高，分子平均动能变大，但不是每个气体分子的动能都一定变大，D错误。 故选C。 02 液柱模型 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。 思路：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。 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。 补充：液柱模型问题的关键和注意： 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。 【跟踪训练】（2025·重庆北碚·模拟预测）图甲是一个由球形部分和细玻璃管组成的容器，球形部分容积为，玻璃管内部横截面积为S，细管内有水银柱密封着一定质量的理想气体。让气体的状态发生变化，玻璃管内气柱长度l与热力学温度T变化图像如图乙所示，图中是直线ab、cd的纵截距。则气体（　　） A．a到b过程压强变小 B．状态a压强小于状态d压强 C．a到b过程压强不变 D．b到c过程内能增加 【答案】C 【知识点】热力学第一定律的应用、null 【详解】ABC．由理想气体状态方程有 整理可得 结合图像可知，a到b过程和到过程均为等压变化，且图像的斜率越大，气体压强越小，则状态a压强大于状态d压强，故AB错误，C正确； D．由图乙可知，b到c过程气体的温度不变，内能不变，故D错误。 故选C。 01 功、热和内能的改变 做功和热传递在改变物体内能上的区别与联系： 比较项目 做功 热传递 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 理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路 （1）内能变化量ΔU ①由气体温度变化分析ΔU。温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU<0。 ②由公式ΔU＝W＋Q分析内能变化。 （2）做功情况W 由体积变化分析气体做功情况。体积膨胀，气体对外界做功，W<0；体积被压缩，外界对气体做功，W>0。 注：气体在真空中自由膨胀时，W＝0。 （3）气体吸、放热Q 一般由公式Q＝ΔU－W分析气体的吸、放热情况，Q>0，吸热；Q<0，放热。 【跟踪训练】（2024·福建泉州·二模）温差发电原理：金属或者半导体的内部载流子的密度会随着温度的变化而变化，当维持物体两端的温差，可使载流子持续扩散，而形成稳定的电压。如图所示，用两种不同的金属丝组成一个回路，触点1插在热水中，触点2插在冷水中，电流表指针会发生偏转，这就是温差发电现象。下列说法正确的是（　　） A．金属铜是非晶体 B．该实验中有部分内能转化为电路的电能 C．该实验中热水的温度降低，冷水的温度升高 D．该实验符合能量守恒定律，但违背了热力学第二定律 【答案】BC 【知识点】功、热和内能的改变、晶体和非晶体、能量守恒定律的内容、热力学第二定律两种表述 【详解】A．金属铜有确定的熔点，是晶体，故A错误； BC．该实验遵循能量守恒定律，最终将达到热平衡，内能转化为电能，热水温度降低，冷水温度升高，故BC正确； D．热水中减少的内能一部分转化为电能，一部分传递给冷水，转化效率低于100%，所以该实验符合能量守恒定律，也不违背热力学第二定律，故D错误。 故选BC。 02 热力学图像问题 一定质量的气体不同图像的比较 类别 特点(其中C为常量) 举例 p­V pV＝CT，即pV之积越大的等温线 温度越高，线离原点越远 p­ p＝CT，斜率k＝CT， 即斜率越大，温度越高 p­T p＝T，斜率k＝， 即斜率越大，体积越小 V­T V＝T，斜率k＝， 即斜率越大，压强越小 【注意】：上表中各个常量“C”意义有所不同。可以根据pV＝nRT确定各个常量“C”的意义。 补充：气体状态变化图像的分析方法 (1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。 (2)明确图像斜率的物理意义：在V­T图像(p­T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。 (3)明确图像面积的物理意义：在p­V图像中，p­V图线与V轴所围面积表示气体对外界或外界对气体所做的功。 【跟踪训练】（2025·甘肃白银·二模）一定质量的理想气体，从状态A经、变化到状态的状态变化过程图像如图所示，与横轴平行，与纵轴平行，在同一直线上。已知A状态温度为，从A状态至状态气体吸收了的热量，下列说法正确的是（　　·） A．状态的温度为 B．A状态的内能大于状态的内能 C．从A状态到状态的过程中，气体内能增加了 D．从状态到状态的过程中，器壁单位面积在单位时间内受到撞击的分子数增加 【答案】A 【知识点】气体压强的微观意义、热力学第一定律的应用 【详解】A．根据图示可知 根据理想气体状态方程有 解得，故A正确； B．由于A、C两态的乘积相等，根据理想气体状态方程可知两状态的温度相同，所以A状态的内能等于C状态的内能，故B错误； C．从A状态到B状态的过程中，压强一定，气体吸收了320J的热量，由于图像的面积等于功，可知气体对外做功 根据热力学第一定律可得 即气体内能增加了240J，故C错误； D．根据图示可知，从B状态到C状态的过程中，气体的体积不变，气体分子分布的密集程度一定，压强减小，根据查理定律可知，温度降低，气体分子运动的平均速率减小，则器壁单位面积在单位时间内受到撞击的分子数减小，故D错误。 故选A。 01 气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。 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。 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 pV＝C(常量)或p1V1＝p2V2。 p＝CT或＝。 V＝CT或＝。 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。 气体的质量一定，气体的体积不变。 气体质量一定；气体压强不变。 补充：对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。 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。 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。 补充：理想气体状态方程与气体实验定律的关系： 补充：利用气体实验定律和理想气体状态方程分析问题的步骤： （1）若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解。 （2）若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解。 【跟踪训练】（2025·安徽合肥·模拟预测）如图所示，水银柱将一定质量的理想气体封闭在竖直放置的上端开口的静止玻璃管内，玻璃管上粗下细，粗管横截面积是细管的2倍，上半部分足够长，水银柱的上表面正好与细管上端口齐平。大气压强为p0，封闭气体的压强为2p0，水银柱和封闭气体柱的长度都为L，封闭气体的温度为T0。 (1)若降低管内气体温度，将玻璃管由静止释放（保持开口竖直向上，忽略空气阻力），且当水银柱与玻璃管保持相对静止时，管内水银恰没有进入粗管中，求管内气体温度T1； (2)若玻璃管保持如图所示的静止状态，缓慢地给封闭气体加热，当水银柱刚好全部进入粗管中时，求此时封闭气体的温度T2。 【答案】(1) (2) 【知识点】“玻璃管液封”模型 【详解】（1）玻璃管做自由落体运动，管内水银处于完全失重状态，管内空气压强与外界大气压强相等，管内空气体积不变，由查理定律有 解得 （2）水银柱全部在细管中，产生的压强为 水银柱刚好全部进入粗管中，设水银柱的长度为，则 水银柱刚好全部进入粗管时水银柱产生的压强为 此时封闭气体的压强为 由理想气体状态方程可得 解得 02 变质量问题的处理思想——等效 1. 在充气、抽气、灌气时，将充进（放出）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. 变质量气体问题的解题思路 对于充气、漏气等变质量气体问题，解题的关键是将容器内原有气体和即将充入的气体的整体（或将抽出的气体和剩余气体的整体）作为研究对象，就可转化为总质量不变的气体的状态变化问题，然后应用气体实验定律或理想气体状态方程等规律求解。可利用＝＋＋…求解。 补充：对充气和抽气、灌气、漏气问题的处理 （1）充气和抽气问题：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。 （2）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。 （3）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。 【跟踪训练】（2025·甘肃张掖·模拟预测）中国是瓷器的故乡，号称“瓷器之国”。如图甲是烧制瓷器的窑炉，图乙为其简化原理图，上方有一单向排气阀，当窑内气压升高到3p0（p0为大气压强）时，排气阀才会开启，压强低于3p0时，排气阀自动关闭。某次烧制过程，初始时窑内温度t1=27℃，窑内气体压强为p0。已知烧制过程中窑内气体温度均匀且缓慢升高。不考虑瓷胚体积的变化，气体可视为理想气体，绝对零度取273℃。 (1)求排气阀开始排气时，窑内气体的温度； (2)求窑内温度为927℃时，排出气体质量与窑内原有气体质量的比值。 【答案】(1)627℃（或900K） (2)1∶4 【知识点】“变质量气体”模型 【详解】（1）对封闭在窑内的气体，排气前容积不变，烧制前温度 气体升温过程中发生等容变化，根据查理定律有 解得 （2）当气体温度，压强为时，设气体体积为 根据理想气体状态方程有 解得 又 所以 解得 学科网（北京）股份有限公司1 / 17 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 目录 01知识脑图·学科框架速建 02考点精析·知识能力全解 【知能解读01】分子动理论 一、物质的组成 二、分子热运动 三、分子间作用力与分子势能 四、气体压强 五、内能 【知能解读02】气体、液体、固体和热力学定律 1、 理想气体 二、液体 三、固体 四、热平衡 五、热力学第二定律 六、能量守恒定律 【核心考点】热力学第一定律 03 攻坚指南·高频考点突破 【重难点突破01】活塞气缸模型 【重难点突破02】液柱模型 04 避坑锦囊·易混易错诊疗 【易混易错01】功、热和内能的改变 【易混易错02】热力学图像问题 05 通法提炼·高频思维拆解 【方法技巧01】气体实验定律 【方法技巧02】变质量问题的处理思想——等效 01 分子动理论 一、物质的组成 1. 物质组成：物质是由大量分子组成的，分子直径的数量级一般是10-10m。分子质量的数量级为10-26 kg。 2. 分子模型 （1）球体模型（适用于固体、液体）：一个分子的体积V0＝π(＝πd3，d为分子的直径；分子直径 。 （2）立方体模型（适用于气体）：一个分子占据的平均空间体积V0＝d3，d为相邻两分子间的平均距离；。 【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. 宏观量和微观量： （1）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。 （2）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。 （3）微观物理量：分子质量m0，分子体积V0，分子直径d。 补充：宏观量与微观量的关系 ①摩尔体积Vmol：分子体积V0＝（适用于固体和液体）；分子占据体积V占＝（适用于气体）。 ②摩尔质量Mmol：分子质量m0＝。 ③分子总数：N＝nNA＝·NA＝NA（注：对气体而言，） 补充：常用微观粒子物理量： 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＝。 【跟踪训练】（2025·浙江·二模）已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为，地面大气压强是由大气的重力产生的，大小为，重力加速度大小为g。由以上数据可估算（　　） A．地球大气层空气分子总数为 B．地球大气层空气分子总数为 C．空气分子之间的平均距离为 D．空气分子之间的平均距离为 二、分子热运动 1. 扩散 （1）定义：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。 （2）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。 （3）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。 （4）特点：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。 补充：扩散现象的理解 （1）在气体、液体、固体中均能发生，而气体的扩散现象最明显。 （2）扩散快慢与温度有关，温度越高，扩散越快，表明温度越高，分子运动越剧烈。 （3）从浓度高处向浓度低处扩散，且受“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著。 2. 布朗运动 （1）定义：悬浮在液体（或气体）中微小颗粒的无规则运动。 （2）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。 （3）意义：液体分子永不停息地无规则运动的宏观反映。 （4）特点：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。 补充：布朗运动的理解 （1）无规则性：悬浮微粒受到液体分子在各个方向上撞击的不平衡是形成布朗运动的原因。由于液体分子的运动是无规则的，使微粒受到较强撞击的方向也不确定，所以布朗运动是无规则的。 （2）影响因素： ①微粒越小，布朗运动越明显：悬浮微粒越小，某时刻与它相撞的分子数越少，来自各方向的冲击力越不平衡；另外微粒越小，其质量也就越小，相同冲击力下产生的加速度越大。因此，微粒越小，布朗运动越明显。 ②温度越高，布朗运动越剧烈：温度越高，液体分子的运动（平均）速率越大，对悬浮微粒的撞击作用也越大，产生的加速度也越大，因此温度越高，布朗运动越剧烈。 （3）布朗运动的实质：布朗运动不是分子的运动，而是悬浮微粒的运动。布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性。布朗运动与温度有关，表明液体分子运动的剧烈程度与温度有关。 3. 分子热运动 （1）定义：分子做永不停息的无规则运动。 （2）产生原因：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。 （3）意义：热运动是对于大量分子的整体而言的，对个别分子无意义。 （4）特点：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。 【注意】：温度是分子热运动剧烈程度的标志。温度升高，热运动剧烈程度增加，分子平均速率增大，但不是每个分子的速率都变大。 补充：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。 【跟踪训练】（2025·湖北·模拟预测）茶道文化起源于中国，是一种以茶修身的生活方式。如图所示，向茶杯中倒入热水，盖上杯盖茶水漫过杯盖，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。关于泡茶中的物理现象下列说法正确的是（　　） A．水中放入茶叶后，水的颜色由浅变深，是布朗运动现象 B．热水比冷水能快速泡出茶香，是因为温度越高分子动能都越大 C．温度降低，杯内气体分子撞击单位面积器壁的平均作用力变小 D．温度降低后杯盖拿起来比较费力，是因为杯盖与杯子间的分子引力作用 三、分子间作用力与分子势能 1. 分子间的作用力与分子间距离的关系： ①当r<r0时，r减小，斥力引力都增加，斥力增加更快，分子间的作用力F表现为斥力； ②当r＝r0时，分子间的作用力F为0，这个位置称为平衡位置； ③当r>r0时，r增大，斥力引力都减小，斥力减小更快，分子间的作用力F表现为引力。 【注意】：分子斥力、引力同时存在；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。 2. 分子势能 （1）定义：分子间具有由它们的相对位置决定的势能，叫做分子势能。 （2）特点：分子势能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 （3）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。 3. 分子势能与分子间距离的关系： 分子间距离 ，增大 ，减小 分子力 等于零 表现为引力 表现为斥力 分子力做功 — 分子力做负功 分子力做负功 分子势能 最小 随分子间距离的增大而增大 随分子间距离的减小而增大 【跟踪训练】（2025·天津和平·三模）分子间的作用力跟分子间距离的关系如图所示，关于分子间作用力与分子间势能（设两分子相距无穷远时分子势能为0），下列说法正确的是（　　） A．当时，分子间作用力最小，分子势能为零 B．当时，分子间作用力最小，分子势能最小 C．在分子间距离从减小到的过程中，分子间作用力减小，分子势能也减小 D．分子间距离在从增大到的过程中，分子间作用力做负功 四、气体压强 1. 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。 温度越高，分子热运动越剧烈，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。 2. 气体分子运动的特点 （1）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。 （2）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。 （3）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。 3. 气体压强 （1）定义：器壁单位面积上受到的压力叫做气体压强。 （2）产生原因：大量气体分子不断撞击器壁的结果。 （3）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。 补充：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 【跟踪训练】（2025·江苏南京·模拟预测）对于下列实验，说法不正确的是（　　） A．甲图是溴蒸气的扩散实验，若温度升高，则扩散的速度加快 B．乙图是模拟气体压强是由气体分子对器壁碰撞产生的 C．丙图是蜂蜡涂在单层云母片上受热融化的实验，说明蜂蜡是晶体 D．丁图是把毛细管插入水银中的实验现象，说明水银对玻璃是不浸润液体 五、内能 1. 分子的平均动能 （1）温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小不受温度影响，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。 （2）只要温度相同，任何分子的平均动能都相同。由于不同物质的分子质量不一定相同，所以同一温度下，不同物质分子运动的平均速率一般不相同。 2. 物体的内能： （1）定义：物体里所有的分子的动能和势能的总和叫做物体的内能。 （2）决定因素： ①从宏观上看：物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定。 ②从微观上看：物体的内能由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子势能三个因素决定。 （3）改变内能的方式：通过做功或热传递可以改变物体的内能。 补充：对内能的理解： （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）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。 （3）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。 （4）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。 【跟踪训练】（2025·河北·模拟预测）某同学为家长煮饭，蒸锅（带通气小孔）内的温度从升高到。不计蒸锅的容积变化，蒸锅内气体可视为理想气体，外界大气压保持不变。下列说法中正确的是（　　） A．蒸锅内每个气体分子热运动的速率都增大 B．蒸锅内气体对外界做正功 C．蒸锅内气体的内能不一定增大 D．蒸锅内气体的密度变为原来的三分之一 02 气体、液体、固体和热力学定理 2、 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. 理想气体的状态方程： （1）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。 （2）表达式：①＝；②＝C。 （3）成立条件：一定质量的理想气体。 【注意】：（1）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。 （2）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。 补充：对理想气体问题的处理思路： （1）选对象：根据题意，选出所研究的某一部分一定质量的气体。 （2）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。 （3）明过程：认清变化过程，正确选用物理规律。 （4）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。 补充：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。 【跟踪训练】（2025·北京·模拟预测）一定质量的理想气体处于某一平衡状态，此时其压强为，有人设计了三种方案，使气体经过每种方案后压强仍为，这三种方案是（　　） ①先保持体积不变，降低压强，再保持温度不变，压缩体积 ②先保持体积不变，使气体升温，再保持温度不变，让体积膨胀 ③先保持温度不变，使体积膨胀，再保持体积不变，使气体升温 可以断定 A．①不可能 B．②不可能 C．③不可能 D．①、②、③都可能 二、液体 1. 表面张力 （1）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。 （2）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。 【注意】：在体积相同的条件下，球形表面积最小。 （3）方向：总是跟液体相切，且与分界面垂直，如下图所示。 （4）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。 （5）影响因素：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。 注意：常见现象：球形液滴、肥皂泡、毛细现象、浸润等。 2. 浸润和不浸润 （1）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。 （2）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。 【注意】：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。 （3）毛细现象：毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。如图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体表面张力的作用，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，此时管内液面呈凸形，因为表面张力的作用，液体会受到向下的作用力，因而管内液面比管外低。 3. 液晶 （1）定义：介于固态和液态之间的一种物质状态。 （2）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。 （3）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。 【跟踪训练】（2024·宁夏·模拟预测）关于液体表面张力、浸润与不浸润、毛细现象、液晶，下列说法正确的有（    ） A．体形优美的天鹅羽毛上有一层很薄的油脂，使水能浸润羽毛 B．“池塘中的溜冰者”水黾能在水面上行走靠的是液体表面张力的作用 C．毛巾的一角浸入水中，水会沿毛巾上升浸湿毛巾属于毛细现象 D．液晶既具有流动性，又具有光学各向异性 E．小皮球能漂浮在水面上是因为液体有表面张力 三、固体 1. 晶体和非晶体的比较： 比较 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 外形 规则 不规则 物理性质 各向异性 各向同性 熔点 固定 不固定 原子排列 有一定规则，但多晶体中每个晶粒子间的排列无规则 无规则 典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香 联系 晶体和非晶体在一定的条件下可以相互转化 2. 对晶体和非晶体的理解： （1）单晶体的物理性质具有各向异性，但并非每种晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性。 （2）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。比如金刚石和石墨。 （3）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。 补充：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）。 【跟踪训练】（2025·湖北·模拟预测）下列四幅图对应的说法正确的有（　　） A．图甲中食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的 B．图乙是玻璃管插入水中的情形，表明水能浸润玻璃 C．图丙中悬浮在液体中微粒的运动反映了微粒分子的无规则热运动 D．图丁中液体表面层的分子间距离小于液体内部分子间距离，是液体表面张力形成的原因 四、热平衡 1. 常见物理量和状态 （1）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。 （2）外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。 （3）状态参量：体积V、压强p、温度T等。 （4）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。 补充：对平衡态的理解 （1）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。 （2）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。 2. 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。 【注意】：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。 3. 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。 【注意】：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。 4. 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。 【注意】：热平衡的性质：达到热平衡的系统都具有相同的温度。 5. 温度计：测量温度的仪器。 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。 补充：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。 【跟踪训练】（2024·北京海淀·二模）关于热现象，下列说法正确的是（　　） A．两热力学系统达到热平衡的标志是内能相同 B．气体温度上升时，每个分子的热运动都变得更剧烈 C．气体从外界吸收热量，其内能可能不变 D．布朗运动是液体分子的无规则运动 五、热力学第二定律 1. 两种表述 （1）克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 （2）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】：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。 【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。 补充：对开尔文表述的理解： （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）“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。 （5）“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。 3. 一些方向性的例子： （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 4. 第二类永动机 （1）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。 （2）特点：从单一热源吸收热量，全部用来做功。 （3）不可造的原因：违背了热力学第二定律。 【跟踪训练】（2025·海南海口·模拟预测）下列说法正确的是（    ） A．空调在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 B．在完全失重的情况下气体对容器壁的压强减小为零 C．红色的恒星温度高于蓝色的恒星 D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 六、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. 意义： （1）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。 （2）具有重大实践意义，终结了第一类永动机的想法。 （3）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。 3. 第一类永动机 （1）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。 （2）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。 （3）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。 补充：第一类永动机和第二类永动机的对比 第一类永动机 第二类永动机 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。 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 这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断的对外做功。 从单一热源吸收热量，全部用来做功。 不可造的原因 违背了能量守恒定律。 违背了热力学第二定律。 【跟踪训练】（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）如图所示，将一只气球放到绝热密闭的升温箱中缓慢加热，随温度的升高，气球缓慢膨胀，气球内气体压强增大，将气体视为理想气体，且气球不漏气，下列说法正确的是（　　） A．气球内所有气体分子的动能都增大 B．气球内气体对外做的功大于气球内气体吸收的热量 C．气球内的气体分子对气球壁单位面积的平均撞击力增大 D．箱内气体及气球内气体总内能增加量等于从加热器上吸收的热量 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。 【注意】： 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 【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。 补充：热力学第一定律的特殊情况： (1)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。 (2)若过程中不做功，则W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 (3)若过程的始、末状态物体的内能不变，则W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外做功，或外界对物体做的功等于物体放出的热量。 补充：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 【跟踪训练】（2025·云南玉溪·模拟预测）云南省具有独特立体的气候，水果品质高、错季优势明显，既是水果产业大省，又是水果产业强省。有一批水果要从昆明空运到北京，为了在长途运输中保护水果，人们会选择泡沫箱、珍珠棉、瓦楞纸或充气袋等材料，减少碰撞和挤压。已知昆明的气温为27°C，压强为80kPa，北京气温是37°C，压强是101kPa。有一个比较薄的塑料充气袋，在昆明密封时不受挤压时恰好处于充饱状态，袋内气体可视为理想气体。这个充气袋空运到北京后发生的现象是（      ） A．充气袋将会变瘪 B．充气袋将会更加饱满 C．充气袋内气体内能将会减小 D．充气袋内气体内能将会增大 01 活塞气缸模型 模型分类： （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 解决汽缸类问题的思路： （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。 【跟踪训练】（2025·重庆九龙坡·模拟预测）如图所示，一个足够高且导热良好的圆柱形汽缸开口向上竖直放置于水平面上，缸内储存文物并封闭有一定质量的理想气体。已知大气压恒定，活塞与汽缸壁密封良好且不计摩擦，忽略文物热胀冷缩的影响。现环境温度缓慢升高，则（　　） A．气体向外放热 B．外界对气体做功 C．气体内能增大 D．每个气体分子的动能都增大 02 液柱模型 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。 思路：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。 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。 补充：液柱模型问题的关键和注意： 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。 【跟踪训练】（2025·重庆北碚·模拟预测）图甲是一个由球形部分和细玻璃管组成的容器，球形部分容积为，玻璃管内部横截面积为S，细管内有水银柱密封着一定质量的理想气体。让气体的状态发生变化，玻璃管内气柱长度l与热力学温度T变化图像如图乙所示，图中是直线ab、cd的纵截距。则气体（　　） A．a到b过程压强变小 B．状态a压强小于状态d压强 C．a到b过程压强不变 D．b到c过程内能增加 01 功、热和内能的改变 做功和热传递在改变物体内能上的区别与联系： 比较项目 做功 热传递 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 理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路 （1）内能变化量ΔU ①由气体温度变化分析ΔU。温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU<0。 ②由公式ΔU＝W＋Q分析内能变化。 （2）做功情况W 由体积变化分析气体做功情况。体积膨胀，气体对外界做功，W<0；体积被压缩，外界对气体做功，W>0。 注：气体在真空中自由膨胀时，W＝0。 （3）气体吸、放热Q 一般由公式Q＝ΔU－W分析气体的吸、放热情况，Q>0，吸热；Q<0，放热。 【跟踪训练】（2024·福建泉州·二模）温差发电原理：金属或者半导体的内部载流子的密度会随着温度的变化而变化，当维持物体两端的温差，可使载流子持续扩散，而形成稳定的电压。如图所示，用两种不同的金属丝组成一个回路，触点1插在热水中，触点2插在冷水中，电流表指针会发生偏转，这就是温差发电现象。下列说法正确的是（　　） A．金属铜是非晶体 B．该实验中有部分内能转化为电路的电能 C．该实验中热水的温度降低，冷水的温度升高 D．该实验符合能量守恒定律，但违背了热力学第二定律 02 热力学图像问题 一定质量的气体不同图像的比较 类别 特点(其中C为常量) 举例 p­V pV＝CT，即pV之积越大的等温线 温度越高，线离原点越远 p­ p＝CT，斜率k＝CT， 即斜率越大，温度越高 p­T p＝T，斜率k＝， 即斜率越大，体积越小 V­T V＝T，斜率k＝， 即斜率越大，压强越小 【注意】：上表中各个常量“C”意义有所不同。可以根据pV＝nRT确定各个常量“C”的意义。 补充：气体状态变化图像的分析方法 (1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。 (2)明确图像斜率的物理意义：在V­T图像(p­T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。 (3)明确图像面积的物理意义：在p­V图像中，p­V图线与V轴所围面积表示气体对外界或外界对气体所做的功。 【跟踪训练】（2025·甘肃白银·二模）一定质量的理想气体，从状态A经、变化到状态的状态变化过程图像如图所示，与横轴平行，与纵轴平行，在同一直线上。已知A状态温度为，从A状态至状态气体吸收了的热量，下列说法正确的是（　　·） A．状态的温度为 B．A状态的内能大于状态的内能 C．从A状态到状态的过程中，气体内能增加了 D．从状态到状态的过程中，器壁单位面积在单位时间内受到撞击的分子数增加 01 气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。 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。 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 pV＝C(常量)或p1V1＝p2V2。 p＝CT或＝。 V＝CT或＝。 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。 气体的质量一定，气体的体积不变。 气体质量一定；气体压强不变。 补充：对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。 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。 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。 补充：理想气体状态方程与气体实验定律的关系： 补充：利用气体实验定律和理想气体状态方程分析问题的步骤： （1）若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解。 （2）若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解。 【跟踪训练】（2025·安徽合肥·模拟预测）如图所示，水银柱将一定质量的理想气体封闭在竖直放置的上端开口的静止玻璃管内，玻璃管上粗下细，粗管横截面积是细管的2倍，上半部分足够长，水银柱的上表面正好与细管上端口齐平。大气压强为p0，封闭气体的压强为2p0，水银柱和封闭气体柱的长度都为L，封闭气体的温度为T0。 (1)若降低管内气体温度，将玻璃管由静止释放（保持开口竖直向上，忽略空气阻力），且当水银柱与玻璃管保持相对静止时，管内水银恰没有进入粗管中，求管内气体温度T1； (2)若玻璃管保持如图所示的静止状态，缓慢地给封闭气体加热，当水银柱刚好全部进入粗管中时，求此时封闭气体的温度T2。 02 变质量问题的处理思想——等效 1. 在充气、抽气、灌气时，将充进（放出）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. 变质量气体问题的解题思路 对于充气、漏气等变质量气体问题，解题的关键是将容器内原有气体和即将充入的气体的整体（或将抽出的气体和剩余气体的整体）作为研究对象，就可转化为总质量不变的气体的状态变化问题，然后应用气体实验定律或理想气体状态方程等规律求解。可利用＝＋＋…求解。 补充：对充气和抽气、灌气、漏气问题的处理 （1）充气和抽气问题：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。 （2）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。 （3）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。 【跟踪训练】（2025·甘肃张掖·模拟预测）中国是瓷器的故乡，号称“瓷器之国”。如图甲是烧制瓷器的窑炉，图乙为其简化原理图，上方有一单向排气阀，当窑内气压升高到3p0（p0为大气压强）时，排气阀才会开启，压强低于3p0时，排气阀自动关闭。某次烧制过程，初始时窑内温度t1=27℃，窑内气体压强为p0。已知烧制过程中窑内气体温度均匀且缓慢升高。不考虑瓷胚体积的变化，气体可视为理想气体，绝对零度取273℃。 (1)求排气阀开始排气时，窑内气体的温度； (2)求窑内温度为927℃时，排出气体质量与窑内原有气体质量的比值。 学科网（北京）股份有限公司1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$