第1篇 专题6 第18课时 热 学（Word教参）-【艺术生百日冲刺】2026高考物理艺术生基础生文化课成功方案

该高中物理高考复习讲义聚焦热学专题，涵盖分子动理论、气体实验定律、热力学定律等高考核心考点，按微观机理-宏观规律-综合应用的逻辑层次构建知识体系。通过考点梳理（规律公式表格）、方法指导（估算/图像分析）、真题训练（2023-2025年高考题及模拟题）等环节，帮助学生系统突破热学难点。 讲义突出科学思维与问题解决融合，如气体实验定律教学中，通过活塞受力分析结合理想气体状态方程推导，培养科学推理能力。p-V/p-T图像总结提升环节，引导学生建构等温/等容/等压过程模型，设置高考模拟冲关分层练习，配合即时反馈，助力学生高效掌握解题策略，为教师精准把控复习节奏提供清晰路径。

专题六　热学　近代物理 第18课时　热　学 【目标要求】　1.理解分子动理论，知道固体、液体和气体的特点.2.能熟练应用气体实验定律和理想气体状态方程解决问题.3.会分析热力学定律与气体实验定律结合的问题． 内容 重要的规律、公式和二级结论 1.温度和气体压强的微观解释、热力学温度 (1)温度越高，则分子的平均动能越大，但也会有个别的分子速率变小． (2)对一定质量的理想气体的压强从微观上看决定于分子的平均动能和分子密度；从宏观上看决定于气体的体积和温度． (3)地球上大气压强是由于大气的重力产生的，故mg＝P0S＝P04πR2. 2.分子运动速度分布的统计规律 (4)气体分子运动速度分布呈正态分布，即中间多、两头少的分布． 3.分子间的相互作用、势能、物体的内能 (5)分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大，平衡位置分子势能最小；物体的内能是物体内部所有分子的分子动能与分子势能的总和． 4.固体的微观结构 (6)固体的分子间距很小，分子作用力很大，分子在平衡位置附近做无规则的振动． 5.液体的表面张力 (7)液体表面的分子间距大于r0，因此液体表面分子间的作用力表现为引力：如水珠呈球形．表面张力方向：与液面相切，与分界线垂直向外． 6.气体实验定律、理想气体 (8)一定质量的理想气体：＝.克拉伯龙方程方程pV＝nRT＝RT. (9)等温过程：p1V1＝p2V2；等压过程：＝；等容过程：＝. 7.热力学第一定律 热力学第二定律 (10)表达式ΔU＝Q＋W. (11)语言表述：第一类永动机不可能造成． (12)反映宏观自然过程的方向性的定律． (13)微观意义：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．即向着熵增的方向进行． 热考一　分子动理论　固体和液体 【例1】　(2025·山东高考)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r0时分子势能Ep为零，则(　　) A．只有r大于r0时，Ep为正 B．只有r小于r0时，Ep为正 C．当r不等于r0时，Ep为正 D．当r不等于r0时，Ep为负 【解析】　两个分子间距离r等于r0时分子势能最小，从r0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r0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r不等于r0时，Ep为正，故C正确． 【答案】　C 【例2】　(2023·北京高考)夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低．与白天相比，夜间轮胎内的气体(　　) A．分子的平均动能更小 B．单位体积内分子的个数更少 C．所有分子的运动速率都更小 D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大 【解析】　AC.夜间气温低，分子的平均动能更小，但不是所有分子的运动速率都更小，故A正确、C错误；BD.由于汽车轮胎内的气体压强变低，轮胎会略微被压瘪，则单位体积内分子的个数更多，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更小，BD错误．故选A. 【答案】　A 【例3】　(2025·泰安一模)我国已经在空间站上开展过四次精彩的太空授课，在亿万中小学生心里播撒下科学的种子．“天宫课堂”的教师们曾经做过两个有趣实验：一个是微重力环境下液桥演示实验．在两个固体表面之间可形成大尺寸液桥，如图a所示；另一个是微重力环境下液体显著的“毛细现象”演示，把三根粗细不同的塑料管，同时放入装满水的培养皿，水在管内不断上升，直到管顶，如图b所示．对于这两个实验的原理及其应用的理解，下列说法正确的是(　　 ) A．液体表面张力使得液桥表面形状得以维持，而不会“垮塌” B．分子势能Ep和分子间距离r的关系图像如图c所示，能总体上反映水表面层中水分子势能Ep的是图中“A”位置 C．农民使用“松土保熵”进行耕作，通过松土形成了土壤毛细管，使得土壤下面的水分更容易被输送到地表 D．航天员在太空微重力环境中会因为无法吸墨、运墨而写不成毛笔字 【解析】　A．由于气液界面之间存在表面张力，使得液体表面好比有一层很薄的弹性薄膜，使得液桥的表面形状得以维持，而不会“垮塌”；正常的重力环境下，液桥的尺寸通常只有几毫米，太空环境下，重力几近消失，表面张力便能维持建立起很大尺寸的液桥，故A正确；B.分子势能Ep和分子间距离r的关系图像如图c所示，“B”位置为平衡位置，表面张力表现为引力，因此能总体上反映水表面层中水分子势能Ep的是图中“C”位置，故B错误；C.锄地的核心是“松土保熵”．土壤在过水后会形成通往地表的毛细管，还会在缩水过程中开裂；“松土”，就是切断毛细管，堵塞裂缝；从而“保熵”，抑制水分沿毛细管上行至地表蒸发和直接经裂缝蒸发．因此“锄”的核心作用是松动表土，截断土壤毛细管，减少蒸发，故C错误；D.毛笔书写过程中，在毛细现象作用下，墨汁与可以被浸润的毛笔材料发生相互作用力的平衡，于是墨汁便被吸入毛笔材料中，并牢牢“困”在毛笔内部；而当毛笔尖与纸张接触时，留在毛笔表面的墨汁，同样在毛细作用下，被吸附到纸上，其间根本无须重力作用，故D错误． 【答案】　A 【总结提升】 1．估算问题 (1)油膜法估算分子直径：d＝，其中V为纯油酸体积，S为单分子油膜面积． (2)分子总数：N＝nNA＝NA＝NA. 特别提醒：对气体而言，一个分子的体积 V0≠. (3)两种分子模型：①球体模型：V＝πR3；②立方体模型：V＝a3. 2．分子热运动：分子永不停息地做无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越剧烈，即平均速率越大，但某个分子的瞬时速率不一定大． 3．分子力、分子势能与分子间距离的关系(如图) 热考二　气体实验定律　理想气体状态方程 【例4】　(2025·山东高考)如图所示，上端开口、下端封闭的足够长玻璃管竖直固定于调温装置内．玻璃管导热性能良好、管内横截面积为S，用轻质活塞封闭一定质量的理想气体．大气压强为p0，活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为Ff0＝p0S，等于最大静摩擦力．用调温装置对封闭气体缓慢加热，T1＝330 K时，气柱高度为h1，活塞开始缓慢上升；继续缓慢加热至T2＝440 K时停止加热，活塞不再上升；再缓慢降低气体温度，活塞位置保持不变，直到降温至T3＝400 K时，活塞才开始缓慢下降；温度缓慢降至T4＝330 K时，保持温度不变，活塞不再下降．求： (1)T2＝440 K时，气柱高度h2； (2)从T1状态到T4状态的过程中，封闭气体吸收的净热量Q(扣除放热后净吸收的热量). 【解析】　(1)T1→T2升温过程中，等压膨胀，由盖­吕萨克定律可得 ＝ 解得h2＝h1. (2)活塞开始缓慢上升，由受力平衡可得 p0S＋Ff0＝p1S 可得封闭的理想气体压强p1＝p0 T1→T2升温过程中，等压膨胀，外界对气体做功W1＝－p1(h2－h1)S＝－ T2→T3降温过程中，等容变化，外界对气体做功W2＝0 活塞受力平衡有p0S＝Ff0＋p3S 解得封闭的理想气体压强p3＝p0 T3→T4降温过程中，等压压缩，由盖­吕萨克定律可得 ＝ 解得h4＝h1 外界对气体做功W3＝p3(h2－h4)S＝ 全程中外界对气体做功W＝W1＋W2＋W3＝ 因为T1＝T4，故封闭的理想气体总内能变化ΔU＝0 利用热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q 解得Q＝ 故封闭气体吸收的净热量Q＝. 【答案】　(1)h1　(2) 【例5】　(2025·湖南高考)用热力学方法可测量重力加速度．如图所示，粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内用液柱封闭了一段长度为L1的空气柱．液柱长为h，密度为ρ.缓慢旋转细管至水平，封闭空气柱长度为L2，大气压强为p0. (1)若整个过程中温度不变，求重力加速度g的大小； (2)考虑到实验测量中存在各类误差，需要在不同实验参数下进行多次测量，如不同的液柱长度、空气柱长度、温度等．某次实验测量数据如下，液柱长h＝0.200 0 m，细管开口向上竖直放置时空气柱温度T1＝305.7 K．水平放置时调控空气柱温度，当空气柱温度T2＝300.0 K时，空气柱长度与竖直放置时相同．已知ρ＝1.0×103 kg/m3，p0＝1.0×105 Pa.根据该组实验数据，求重力加速度g的值． 【解析】　(1)设液柱的横截面积为S，竖直放置时空气柱的气体压强为p1，水平放置时空气柱的气体压强为p2，则竖直放置时，对液柱由力的平衡条件有 ρShg＋p0S＝p1S 水平放置时，对液柱由力的平衡条件有 p2S＝p0S 若整个过程中温度不变，则对空气柱由玻意耳定律可得p1SL1＝p2SL2 联立可得g＝. (2)若调控空气柱温度，使水平放置时空气柱长度与竖直放置时相同，则空气柱的体积不变，由查理定律可得＝ 联立可得g＝＝9.5 m/s2. 【答案】　(1)　(2)9.5 m/s2 【例6】　(2025·西安期中)已知大气压强p0为76 cmHg.装置如图所示，圆柱形气缸内的活塞把气缸分隔成A，B两部分，A为真空，用细管将B与U形管相连，细管与U形管内气体体积可忽略不计，气体可视为理想气体．开始时，U形管中左边水银面比右边高6 cm，气缸中气体温度T0为27℃. (1)将活塞移到气缸左端，保持气体温度不变，稳定后U形管中左边水银面比右边高62 cm.求开始时气缸中A、B两部分体积之比； (2)再将活塞从左端缓缓向右推动，并在推动过程中随时调节气缸B内气体的温度，使气体压强随活塞移动的距离均匀增大，且最后当活塞回到原处时气体的压强和温度都恢复到最初的状态，求此过程中气体的最高温度Tn. 【解析】　(1)气缸B中气体初状态的压强p1＝p0－ph1＝(76－6)cmHg＝70 cmHg，活塞移到左端后封闭气体的压强p2＝p0－ph2＝(76－62)cmHg＝14 cmHg，气体温度不变，由玻意耳定律得：p1V1＝p2V2，解得：V1∶V2＝1∶5，其中V1＝VB，V2＝VA＋VB，解得开始时汽缸中A、B两部分体积之比VA：VB＝4∶1； (2)设气缸总长为L，横截面积为S，活塞初始位置离气缸左端：L1＝，气体压强随活塞移动的距离均匀增大，设比例系数为k，则活塞向右移动距离x时气体压强：px＝p2＋kx 此时气体体积：Vx＝(L－x)S 当气体恢复到原来状态时压强：p1＝p2＋，px＝ 对封闭气体，由理想气体状态方程得：＝ 解得：Tx＝，当x＝时，气体有最高温度Tn＝540 K. 【答案】　(1)4∶1　(2)540 K 【例7】　(2024·山东高考)图甲为战国时期青铜汲酒器，根据其原理制作了由中空圆柱形长柄和储液罐组成的汲液器，如图乙所示．长柄顶部封闭，横截面积S1＝1.0 cm2，长度H＝100.0 cm，侧壁有一小孔A.储液罐的横截面积S2＝90.0 cm2、高度h＝20.0 cm，罐底有一小孔B.汲液时，将汲液器竖直浸入液体，液体从孔B进入，空气由孔A排出；当内外液面相平时，长柄浸入液面部分的长度为x；堵住孔A，缓慢地将汲液器竖直提出液面，储液罐内刚好储满液体．已知液体密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度大小g＝10 m/s2，大气压p0＝1.0×105 Pa.整个过程温度保持不变，空气可视为理想气体，忽略器壁厚度． (1)求x； (2)松开孔A，从外界进入压强为p0、体积为V的空气，使满储液罐中液体缓缓流出，堵住孔A，稳定后罐中恰好剩余一半的液体，求V. 【解析】　(1)在缓慢将汲液器竖直提出液面的过程，封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律有：p1(H－x)S1＝p2HS1，根据题意可知：p1＝p0，由压强平衡条件可得：p2＝p0－ρgh＝1.0×105 Pa－1.0×103×10×20.0×10-2Pa＝9.8×104 Pa，联立解得：x＝2 cm； (2)对新进入的气体和原有的气体整体作为研究对象，由玻意耳定律得：p0V＋p2HS1＝p3·，由压强平衡条件可得：p3＝p0－ρg·＝1.0×105Pa－1.0×103×10××20.0×10-2 Pa＝9.9×104 Pa，联立解得：V＝892 cm3. 【答案】　(1)2 cm　(2)892 cm3 【总结提升】 1．压强的计算 (1)液体压强：P＝ρ液gh，液面下方的压强P＝P0＋ρgh. (2)应用平衡条件或牛顿第二定律求解，注意压强单位为Pa，若应用p＝p0＋h或p＝p0－h来表示压强，则压强p的单位为cmHg或mmHg. (3)液体浮力公式：F浮＝ρgV排． 2．合理选取气体变化所遵循的规律列方程 (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． (3)若气体质量发生变化时，可以把研究对象选做质量增加后的气体或质量减少之前的气体，从而把变质量的问题转化为定质量的问题．亦可应用克拉帕龙方程求解，＝nR. 热考三　热力学定律与气体变化的图像的综合 【例8】　(2024·山东高考)一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程．下列说法正确的是(　　 ) A.a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 B．b→c过程，气体对外做功，内能增加 C．a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 D．a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量 【解析】　A．a→b的过程是等压变化，且体积增大，气体对外界做功(W＜0)，根据：＝C，可知温度升高，则气体内能增加(ΔU＞0)，根据热力学第一定律：ΔU＝W＋Q，可知Q＞0，即气体从外界吸收的热量，且吸收的热量大于气体对外做的功，故A错误；B.方法一：b→c过程中气体与外界无热量交换，即Qbc＝0，又由气体体积增大可知Wbc＜0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知气体内能减少． 方法二：c→a过程为等温过程，所以Tc＝Ta，结合Tb＞Ta分析可知Tb＞Tc，所以b到c过程气体的内能减少．故B错误；C.c→a的过程为等温过程，即：Tc＝Ta，则a→b→c过程气体内能不变(ΔU＝0)，根据热力学第一定律，可知a→b→c过程气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，故C正确；D.c→a的过程为等温压缩过程，气体内能不变，而外界对气体做功，根据热力学第一定律，可知c→a的过程放出的热量．根据p－V图像与横轴所围图形的面积等于气体做功的绝对值，可知a→b→c过程气体对外界做的功大于c→a的过程外界对气体做的功，可得a→b→c→a一个循环，气体对外界做的功(W＜0)，一个循环气体内能不变(ΔU＝0)，根据热力学第一定律，可知一个循环气体向外界放热，故a→b过程气体从外界吸收的热量小于c→a过程放出的热量，故D错误． 【答案】　C 【例9】　(多选)(2025·青海西宁七校联考)如图所示是一定质量的理想气体的p－T图像，按图示箭头从状态a变化到状态b，再变化到状态c.下列说法正确的是(　　 ) A．a→b的过程中，理想气体从外界吸热 B．a→b的过程中，理想气体分子的平均动能减小 C．a→b→c的过程中，理想气体的体积先增大后减小 D．b→c的过程中，外界对理想气体做功 ，且内能增大 【解析】　设理想气体在状态a的体积为V0，由理想气体状态方程＝C可得：＝＝，解得Vb＝4V0、Vc＝3V0 AB.a→b的过程中，体积增大，故理想气体对外界做功，W＜0，温度升高，理想气体分子的平均动能增大，气体内能增加，ΔU＞0.由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得Q＞0，即理想气体从外界吸热，故A正确，B错误；D.b→c的过程中，体积减小，外界对理想气体做功，W＞0，温度升高，即气体内能增加．故D正确：C.a→b→c的过程中，理想气体体积由V0变成4V0，再变成3V0，故体积先增大后减小，故C正确． 【答案】　ACD 【总结提升】 1．气体状态变化的图像问题 图像 特点 等温 变化 p－V图像 pV＝CT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线，温度越高，线离原点越远 p－图像 p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高 等容 变化 p－T图像 p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小 等压 变化 V－T图像 V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小 2.热力学第一定律中ΔU、W、Q的分析思路 (1)内能变化量ΔU ①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＝Q＋W分析内能变化． (2)做功W：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. (3)气体吸、放热量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． 注意：等温过程ΔU＝0，等容过程W＝0，绝热过程Q＝0；等压过程W≠0，Q≠0，ΔU≠0. 3．对热力学第二定律的理解 热量可以由低温物体传递到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化为功，但会产生其他影响． [高考模拟冲关] 1．(2025·潍坊一模)开环燃气发动机采用双重加热循环的工作原理，一定质量的理想气体双重加热循环的p－V图像如图所示，其中a→b，d→e为等温过程，cd平行于横轴，bc、ea平行于纵轴，下列说法正确的是(　　 ) A．a→b过程，气体内能不变，不与外界发生热传递 B．b→c过程，气体分子单位时间内与器壁单位面积上的碰撞次数不变 C．c→d过程，气体从外界吸收的热量大于气体内能的增量 D．a→b→c→d→c→a整个过程，气体放出的热量大于吸收的热量 【解析】　A．从a到b过程，为等温过程，故内能不变，即：ΔU＝0，因为体积V减小，所以外界对气体做功：W＞0，根据热力学第一定律：ΔU＝W＋Q可知：Q＜0，即气体一定向外界放出热量，故A错误；B.气体在b→c的过程，气体发生等容变化，气体的压强增大，温度升高，则气体分子单位时间内与器壁单位面积上的碰撞次数增多，故B错误；C.气体在c→d的过程，气体发生等压变化，气体的温度升高，内能增大，ΔU＞0，气体体积增大，气体对外做功，有W＜0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则气体从外界吸收的热量大于气体内能的增量，故C正确；D.p－V图像的面积表示功，根据图像可知a→b→c→d→c→a整个过程，气体对外做正功，即W取负值，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体放出的热量小于吸收的热量，故D错误． 【答案】　C 2．(2025·山东临沂一模)某学习小组设计了一种测温装置，用于测量教室内的气温(教室内的气压为一个标准大气压，相当于76 cm汞柱产生的压强)，结构如图所示，导热性能良好的大玻璃泡A内有一定量的气体，与A相连的B管插在水银槽中，B管内水银面的高度x可反映所处环境的温度，据此在B管上标注出温度的刻度值．当教室内温度为7℃时，B管内水银面的高度为20 cm.B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计，则以下说法正确的是(　　) A．B管上所刻的温度数值上高下低 B．B管内水银面的高度为16 cm时，教室内的温度为17℃ C．B管上所刻的温度数值间隔是不均匀的 D．若把这个已刻好温度值的装置移到高山上，测出的温度比实际温度偏高 【解析】　A.当温度升高时，管内气体体积变大，B管液面降低，则B管上所刻的温度数值上低下高，故A错误；B.B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计，可认为气体做等容变化，则 当温度为7℃时候，设温度为T1＝273 K＋7 K＝280 K 玻璃泡A内气体压强为p1＝76 cmHg－20 cmHg＝56 cmHg 温度改变为T2时，气体压强为p2＝76 cmHg－16 cmHg＝60 cmHg 根据＝，可得T2＝300 K即27°，选项B错误； C．温度改变为T时，气体压强为p＝76－x 根据＝，可得T＝380－5x 则B管上所到的温度数值间隔是均匀的，选项C错误；D.若把这个已经刻好温度值的装置移到高山上，大气压强比地面偏小，导致A内体积偏大，管内液面下降，则测出的温度比实际偏高，故D正确．故选D. 【答案】　D 学科网（北京）股份有限公司 $