高考物理复习 14_专题十四　热学

专题十四热学 真题多维细目表 真题涉分 考点 分子动理论 热力 学定律 固体、液 体和气体 题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素 北京理综，分子热运动选择易概念理解选项并列 科学推理 北京理综，分子动理论选择易概念理解选项并列 科学推理 北京理综，分子热运动选择易水分子的运动概念理解选项并列 科学推理 北京理综， 布朗运动的 特点 选择中雾霾天气类比法选项并列 科学推理 北京理综， 热力学第一 定律 选择易物体吸、放热概念理解选项并列 科学推理 北京理综，内能选择易物体温度变化概念理解选项并列 科学推理 北京理综， 热力学第一 定律 选择易布朗运动概念理解选项并列 科学推理 总计 卷均分 题 卷 题 卷 题 卷选择易 占比考频常见考法 命题规律与趋势 考查内容 分子动理论，物体内能及其变化，热力学第 一定律，热力学第二定律等。 考查核心 基本概念和热力学定律的理解。 考查能力 考查考生的理解能力和基本的推理能力。 命题特点 主要为选择题，考查对基本概念和基本规 律的认识，多数题目为对基本概念和基本 规律的辨析问题。 考题难度 以中等偏易的题目多见。 趋势预测 根据新的高中物理课程标准和北京市 级物理教学指导意见，热学的教学新加入 了许多知识：分子运动速率统计分布规律、 固体的微观结构、液体的表面张力、气体实 验定律及其微观解释、理想气体等，预计今 后的学业水平等级性考试中，这些新加教 学内容将会有所体现。 备考建议 加强对基本概念的辨析训练，理解并掌握 分子动理论、内能、温度、气体压强等概念 的确切含义，能从宏观和微观两个方面认 识辨别。 理解并掌握热力学定律内容的本 质内涵和表达式，加强对定律在简单情景 的气体问题上的应用分析。 对新加的内容 要引起高度重视。 专题十四 热学 对应学生用书起始页码 考点一分子动理论 一、分子的体积、质量与物体的体积、质量的关系 阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁。 分子的质量： 。 分子的体积： （固、液）。 物体所含的分子数： （固、液）或 。 分子的大小：球体模型直径 ，立方体模型边长 。 已知油酸的摩尔质量为 ，密度为 ，阿伏加德罗常数 为 。 若用 表示一个油酸分子的质量，用 表示一个油酸 分子的体积，则下列表达式中正确的是 （ ） 解析 阿伏加德罗常数 是联系宏观世界与微观世界 的物理量，对固体和液体而言，摩尔质量与分子质量的关系为 ，摩尔体积与分子体积的关系为 ，物质的密度、摩 尔质量与每个分子体积的关系为 ， ，、 错 误， 正确。 答案 二、分子热运动 布朗运动与分子热运动的比较 布朗运动热运动 共同点 都是无规则运动，都随温度的升高而变得更加 剧烈 不 同 点 运动物体小颗粒分子 环境对象液体或气体之中任何物体 运动类型机械运动，是热运动的反映热运动 联系 布朗运动是由于小颗粒受到周围分子的撞击力不 平衡而引起的，它是分子做无规则热运动的间接 反映 温度 温度是物体中分子平均动能的标志。 分子运动速率的统计分布规律 三、分子力、分子势能与分子间距离的关系 分子力 与分子 间距离的关系 分子势能 与 分子间距离的关系 图像 由于分子间存在着分子力，而分子力做功与路径无关， 因此分子间存在与其相对距离有关的分子势能。 如图所示为分 子势能 随分子间距离 变化的图像，取 趋近于无穷大时 为零。 通过功能关系可以从分子势能的图像中得到有关分子力 的信息，则下列说法正确的是（ ） 假设将两个分子从 处释放，它们将相互远离 假设将两个分子从 处释放，它们将相互靠近 假设将两个分子从 处释放，它们的加速度先增大后 减小 假设将两个分子从 处释放，当 时它们的速度 最大 解析 将两个分子从 处释放，其相互作用的引力和 斥力大小相等，方向相反，将静止，、 选项错误；分子由静止释 放后，分子的动能跟分子势能的总和保持不变，故分子应向势能 减少的方向运动，分子势能最小时分子具有最大动能，故 选项 正确；两分子从 处释放，加速度减小，当 时减为 ，故 选项 错误。 答案 （ 北京房山一模，）下列说法正确的是（ ） 液体分子的无规则运动称为布朗运动 分子间的引力和斥力都随分子间距离减小而增大 当分子引力等于分子斥力时，分子势能最大 物体对外做功，其内能一定减小 答案 布朗运动指悬浮颗粒的无规则运动， 错。 分子 势能最小时，分子引力等于分子斥力， 错。 改变内能的方式 有做功和热传递两种，物体对外做功，其内能不一定减小， 错。 采分要点 理解布朗运动、分子势能变化及改变内能的 方式。 （ 北京东城二模，）下列说法正确的是（ ） 对于温度不同的物体，温度低的物体内能一定小 液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动 一定质量的理想气体，当温度不变、压强增大时，其体积可能 增大 在完全失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁没有压强 年高考年模拟 版（教师用书） 答案 物体中所有分子的动能与分子的势能之和叫做 物体的内能，温度仅反映分子平均动能，所以温度低的物体内 能不一定小，故 错误；液体中悬浮微粒的无规则运动称为布 朗运动，故 正确；一定质量的理想气体，当温度不变，压强增 大时，其体积一定减小，故 错误；密闭容器里的气体对容器 壁的压强，是由大量气体分子对容器壁频繁碰撞产生的，与是 否处于完全失重状态无关，故 错误。 解题关键 熟悉内能、布朗运动、气体压强影响因素及其本 质等热学相关知识。 下列说法中正确的是（ ） 仅利用氧气的摩尔质量和氧气的密度这两个已知量，便可 计算出阿伏加德罗常数 气体压强的大小只与气体的温度有关 固体很难被压缩是因为其内部的分子之间存在斥力作用 只要物体与外界不发生热量交换，其内能就一定保持不变 答案 氧气的摩尔质量与单个氧分子的质量之比等于 阿伏加德罗常数， 错误；一定质量气体的压强大小的影响因 素有两个，气体的温度和体积， 错误；改变物体内能的方式有 热传递和做功两种， 错误。 已知铜的摩尔质量为 ，铜的密度为 ，阿伏加德罗常数为 ，下列说法正确的是（ ） 个铜原子的质量为 个铜原子的质量为 个铜原子所占的体积为 个铜原子所占的体积为 答案 由题知 个铜原子的质量为 ， 个铜原子所占 的体积为 ， 正确，、 错误。 如果将两个分子看成质点，当这两个分子之间的距离为 时 分子力为零，则分子力 及分子势能 随着分子间距离 的 变化而变化的情况是（ ） 当 时，随着 变大， 变小，变小 当 时，随着 变大， 变小，变大 当 时，随着 变小， 变大，变小 当 时，随着 变小， 变大，变大 答案 当 时， 变大，则分子力 先变大后变小，分 子力做负功而分子势能变大，所以 、 选项错误；当 时， 变小，则分子力 变大，分子力做负功，分子势能变大，所以 选项错误、 选项正确。 考点二热力学定律 一、内能、热量、功的比较 内能热量功 含 义 物体内所有分子 动能和势能的总 和，它是由大量 分子的热运动和 分子的相对位置 所决定的能 是热传递过程中 内能的改变量， 热量用来量度热 传递过程中内能 转移的多少 做功过程是其他形式的能 和内能之间的转化过程 关 系 内能是状态量，热量和功则是过程量。 热传递的前提条件是存 在温差，传递的是热量而不是温度，实质上是内能的转移 二、对热力学第一定律的理解与应用 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改 变内能的过程是等效的，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。 是标量式，应用时各量的单位 应统一为国际单位制中的焦耳。 公式 中各量“”“”号的规定 符号 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 三、对热力学第二定律的理解 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。 热力学过程方向性实例 （）高温物体 热量 能自发传给 热量 不能自发传给 低温物体 （）功 能自发地完全转化为 不能自发地完全转化为 内能 （）气体体积 （较小） 能自发膨胀到 不能自发收缩到 气体体积 （较 大） （）不同气体 和 能自发混合成 不能自发分离成 混合气体 如图所示，在一个配有活塞的厚壁有机玻璃筒底放置 一小团硝化棉，迅速向下压活塞，筒内气体被压缩后可点燃硝化 棉。 在筒内封闭的气体被活塞压缩的过程中（ ） 气体对外界做正功，气体内能增加 外界对气体做正功，气体内能增加 气体的温度升高，压强不变 气体的体积减小，压强不变 解析 气体被迅速压缩，外界对气体做正功，气体内能增 加，温度升高到硝化棉的燃点即可使其点燃，由理想气体状态方 程 知，温度升高、体积减小，则压强增大， 项正确，、 项错误。 答案 （ 北京石景山一模，）对于一定质量的气体，忽略分子间 的相互作用力。 当气体温度降低时，下列说法中正确的是（ ） 专题十四 热学 气体分子的平均动能减小 气体的内能增加 气体一定向外界放出热量 气体一定对外界做功 答案 温度是物体分子平均动能的标志， 正确；一定 质量的理想气体，温度降低时内能减小， 错误；改变物体内能 的方式有做功和热传递两种，故 、 错误。 解题关键 知道温度是物体分子平均动能的标志和改变物 体内能的两种方式。 （ 北京门头沟一模，）一定质量的气体，不计分子之间作 用力，在压缩过程中与外界没有热交换，则（ ） 外界对气体做功，温度降低，内能减小 外界对气体做功，温度升高，内能增大 气体对外界做功，温度降低，内能增大 气体对外界做功，温度升高，内能减小 答案 压缩过程中外界对气体做功，由 、 知，内能增大，不计分子势能变化，则分子平均动能增大，温度 升高， 正确。 易错警示 没有看到“不计分子之间作用力”，而考虑了分 子势能的变化。 （多选）当氢气和氧气的质量和温度都相同时，下列说法中正 确的是（ ） 两种气体分子的平均动能相等 氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率 两种气体分子热运动的总动能相等 两种气体分子热运动的平均速率相等 答案 因温度是分子平均动能的标志，所以选项 正 确，因为氢气分子和氧气分子的质量不同，且 （）（）， 平均动能又相等，所以分子质量大的平均速率小，故选项 错，选项 正确。 虽然气体质量和分子平均动能都相等，但由 于气体摩尔质量不同，分子数目就不等，因此选项 错。 故本 题应选 、。 下列说法正确的是（ ） 气体从外界吸收热量，气体的内能一定增加 液体中的悬浮微粒越小，布朗运动越明显 封闭在汽缸中的气体，体积减小，压强一定减小 两块纯净的铅板压紧后能合在一起，说明此时分子间不存 在斥力 答案 做功和热传递均可改变气体的内能，只知道吸热 无法判断其内能变化情况，故 错误；悬浮微粒越小，某一瞬 间液体分子对悬浮微粒的撞击作用越不平衡，布朗运动越明 显，故 正确；封闭在汽缸中的气体，体积减小，温度变化情况 未知，因此无法判断压强变化情况，故 错误；分子间一定同 时存在引力和斥力的作用，铅板能合在一起是由于引力大于 斥力，故 错误。 根据你学的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是 （ ） 机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转 化成机械能 凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热 量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传 递给高温物体 尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到 ，制冷机却 可以使温度降到 第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能 量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制 造出来 答案 机械能可以全部转化为内能，而在引起其他变 化时内能也可以全部转化为机械能， 正确；凡与热现象有 关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地 从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物 体，但必须借助外界的帮助， 错误；尽管技术不断进步，热机 的效 率 仍 不 能 达 到 ， 制 冷 机 也 不 能 使 温 度 降 到 ，只能无限地接近 ，永远不能达到， 错误；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违 背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动 机不可以制造出来， 错误。 考点三固体、液体和气体 一、固体的微观结构 固体分类 固体可分为晶体、非晶体两类。 晶体与非晶体的比较 宏观外形物理性质 晶 体 单晶体 有天然规 则的形状 （）有确定的熔点 （）各向异性 多晶体 没有确定 的形状 （）有确定的熔点 （）各向同性 非晶体 没有确定 的形状 （）没有确定的熔点 （）各向同性 晶体的微观结构 （）规则性：单晶体的物质微粒（原子、分子或离子）是按照 一定的规则排列，具有空间上的周期性。 （）变化或转化：在不同条件下，同种物质的微粒按照不同 规则在空间排列，可以生成不同的晶体，例如石墨和金刚石；有 些晶体在一定条件下可以转化为非晶体，例如天然水晶是晶体， 而熔化后再凝固的石英玻璃就是非晶体。 下列说法正确的是（ ） 将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体 固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向 上有不同的光学性质 由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不 同而成为不同的晶体 在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶 体也可以转变为晶体 在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能 也保持不变 彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的 特点 玻璃、石墨和金刚石都是晶体，木炭是非晶体 单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点 解析 晶体被敲碎后，其物质微粒的排列情况未变，仍 是晶体， 错误；单晶体光学性质各向异性， 正确；由同种元 素构成的固体，可能会由于物质微粒的排列情况不同而成为不 同的晶体，例如石墨和金刚石， 正确；如果外界条件改变了物 质微粒的排列情况，晶体和非晶体之间可以互相转化， 正确； 年高考年模拟 版（教师用书） 在晶体熔化过程中，分子势能会发生改变，内能也会改变， 错 误；液晶具有各向异性，利用这个特性可以制成彩色液晶显示 器， 正确；玻璃是非晶体， 错误；多晶体也有固定的熔点， 错误。 答案 二、液体的微观结构及表面张力 液体的微观结构 （）分子距离：液体分子之间的距离比气体分子之间的距离 小得多，比固体分子之间的距离略大。 （）流动性：液体没有固定的形状，而且液体能够流动。 （）分子力：液体分子间的作用力比固体分子间的作用力 要小。 液体的表面张力 （）表面层：液体与气体接触的表面形成的薄层。 （）表面张力：使液体的表面绷紧的力，或促使液体表面收 缩的力。 浸润和不浸润现象及毛细现象 （）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。 （）不浸润：一种液体不会润湿某种固体并且不会附着在固 体表面上的现象。 （）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。 （）毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管 内径越小，高度差越大。 下列说法正确的是（ ） 把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，这是由于水表面 存在表面张力 水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃 板上却不能，这是因为油脂使水的表面张力增大 在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形， 这是表面张力作用的结果 在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这 与液体的种类和毛细管的材质有关 当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方 向很难将玻璃板拉开，这是由于水膜具有表面张力 解析 针浮在水面是表面张力作用的结果， 对；水对油 脂表面是不浸润的，所以形成水珠，水对玻璃表面是浸润的，无 法形成水珠， 错；宇宙飞船中水滴处于完全失重状态，仅在表 面张力作用下呈现球形， 对；毛细现象中，有的液面升高，有的 液面降低，这与液体种类和毛细管的材质有关， 对；薄玻璃板 夹有水膜很难被拉开是大气压强的缘故， 错。 答案 三、气体实验定律 理想气体 气体分子运动特点 理想性 气体分子间距离比较大，分子间的作用力很弱，除相互碰撞 或跟器壁碰撞外，可以认为分子不受力而做匀速直线运动， 因而气体能充满它能达到的整个空间 现实性 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 规律性 （）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都 相等 （）气体分子的速率遵守“中间多、两头少”的速率分布规律 三个实验定律比较 玻意耳定律 （等温变化） 查理定律 （等容变化） 盖吕萨克定律 （等压变化） 数学 表达 式 或 （常量） 或 （常量） 或 （常量） 图像 理想气体 （）理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定 律的气体。 （）一定质量的理想气体状态方程： （常量），即 。 气体温度和气体压强的微观意义 （）气体温度的微观意义 温度越高，分子的热运动越剧烈。 理想气体的热力学温度 与分子的平均动能 成正比， 即 （式中 是比例常数），因此可以说，温度是分子平均 动能的标志。 （）气体压强的微观意义 气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞容器而产生的。 影响气体压强的两个微观因素：一个是气体分子的平均 动能，一个是分子的密集程度。 气体实验定律的微观解释 玻意耳定律 一定质量的气体，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，分子的密集 程度增大，气体的压强就增大，反之，压强减小 查理定律 一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程度 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，反之，压强减小 盖吕萨 克定律 一定质量的气体，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，使分子的密集程度减小， 才能保持压强不变 一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大， 用分子动理论的观点分析，这是因为（ ） 气体分子每次碰撞器壁的平均作用力增大 单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数 增多 气体分子的总数增加 气体分子的密度增大 解析 理想气体经等温压缩，压强增大，是因为体积减 小，分子密度增大，则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子 碰撞的次数增多，故 、 正确；气体分子的总数不变，气体分子 专题十四 热学 每次碰撞器壁的平均作用力不变，、 错误。 答案 下列关于晶体和非晶体的说法中正确的是（ ） 所有的晶体都表现为各向异性 晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非 晶体 大粒盐磨成细盐，就变成了非晶体 所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点 答案 只有单晶体才表现为各向异性，故 错；单晶体 有规则的几何形状，而多晶体无规则的几何形状，形状不规则 的金属属于多晶体，故 错；大粒盐磨成细盐，而细盐仍是晶 体，故 错；晶体和非晶体的一个重要区别就是晶体有确定的 熔点，而非晶体没有确定的熔点，故 对。 关于液体的表面张力，下列说法中正确的是（ ） 液体表面张力是液体各部分之间的相互吸引力 液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为零 不论是水还是水银，表面张力都会使表面收缩 表面张力的方向与液面垂直 答案 液体表面张力就是液体表面各部分之间相互吸 引的力， 错。 液体的表面层分子要比内部稀疏些，分子间的 距离较内部分子间的距离大，表面层分子间表现为引力， 错。 液体的表面张力总使液面具有收缩的趋势， 正确。 液体表面 张力的方向总是与液面相切，总是跟液面分界线相垂直， 错。 某同学利用实验系统研究一定量理想气体的状态变化，实验 后得到了如图所示的 图像。 已知在状态 时气体的体积 为 ，则下列说法正确的是（ ） 状态 到状态 气体的体积越来越大 状态 到状态 气体内能增加 状态 的压强是 状态 的体积是 答案 状态 到状态 是等容变化，故体积不变， 错； 状态 到状态 是等温变化，气体内能不变， 错；从图中可 知， ，（） ， ，根据查理 定律，有 ，解得 ， 错； ， ， ，根据玻意耳定律，有 ，解得， ， 对。 决定气体压强大小的因素，下列说法中正确的是（ ） 气体的体积和气体的密度 气体的质量和气体的种类 气体分子数密度和气体的温度 气体分子质量和气体分子的速度 答案 从微观角度来看，气体压强的大小跟两个因素有 关，一个是气体分子的平均动能，另一个是分子的密集程度， 而温度是分子热运动的平均动能的标志， 正确。 如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热（即与外界不发生 热交换）容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞。 今对活 塞施以一竖直向下的压力 ，使活塞缓慢向下移动一段距离 后，气体的体积减小。 若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被 密封的气体（ ） 温度升高，压强增大，内能减少 温度降低，压强增大，内能减少 温度升高，压强增大，内能增加 温度降低，压强减小，内能增加 答案 向下压活塞时，外力对气体做功，因和外界没有 热交换，故由热力学第一定律可知气体的内能增加；因理想气 体不计分子势能，故气体的分子平均动能增加，气体温度升 高；由理想气体的状态方程可知，因温度升高、气体体积减小， 故气体的压强增大，故选 。 对应学生用书起始页码 题型一 巧用分子模型估算微观量 在估算分子线度时，不论把分子看做球，还是看做立方 体，都只是一种简化的模型，是一种近似处理方法，由于建立的 模型不同，得出的结果稍有不同，但数量级都是 。 一般在 估算固体或液体分子线度时采用球模型，在估算气体分子间的 距离时采用立方体模型。 阿伏加德罗常数是联系微观量和宏观量的桥梁。 一个房间的地面面积是 ，高 。 已知空气的平 均摩尔质量为 。 通常用空气湿度表示空气中含 有的水蒸气的情况，若房间内所有水蒸气凝结成水后的体积为 ，已知水的密度为 ，水的摩尔质量 ，求： （）房间内空气的质量。 （）房间内有多少个水分子？ （）估算一个水分子的线度多大？ （保留两位有效数字） 解题思路 （）房内空气质量 空气的物质的量 平均摩尔质量 空气体积 摩尔体积 题给条件 （）分子个数物质的量 （）分子体积 年高考年模拟 版（教师用书） 分子模型 球分 立方体分 解析 （）此题是估算题，因此可将空气看做标准状况， 即压强为 （ 标准大气压），温度为 （ ）。 此 时，每摩尔空气占有体积 ，由已知条件可得： 房间内空气的物质的量为 ， 房间内空气的质量为 。 （）水的摩尔体积 ， 房间内的水分子数 水 。 （）建立水分子的球模型有 ， 水分子直径 。 或建立水分子的立方体模型，有 ， 水分子直径 。 答案 （） （） （）见解析 点评 由宏观量通过阿伏加德罗常数作桥梁，便可求出 微观量，应用公式时一定要注意各量的物理意义。 某学校物理兴趣小组组织开展一次探究活动，想估算 地球周围大气层空气的分子个数。 一学生通过网上搜索，查阅 得到以下几个物理量数据：已知地球的半径 ，地球 表面的重力加速度 ，大气压强 ，空气 的平均摩尔质量 ，阿伏加德罗常数 。 （）这位同学根据上述几个物理量能估算出地球周围大气 层空气的分子数吗？ 若能，请说明理由；若不能，也请说明理由。 （）假如地球周围的大气全部液化成水且均匀分布在地球 表面上，估算一下地球半径会增加多少？ （已知水的密度 ） 答案 （）见解析 （） 解析 （）能。 因为大气压强是由大气重力产生的，由 ，得 把查阅得到的数据代入上式得 ，所以大 气层空气的分子数为 （）可求出液化后的体积为 设大气液化成水后均匀分布在地球表面上时，地球半 径增加 ，则有 （） 得 考虑到 ，忽略 的二次和三次项，得 （） 题型二 物体内能变化的判断 用内能的定义判断 内能是组成物体所有分子的分子动能和分子势能的总和。 影响内能的因素在微观和宏观两方面的对应关系如下： 微观分子动能分子势能分子数目 宏观温度体积物体质量（物质的量） 对应 含义 温度是分子平 均动能的标志 体积变化分 子间距变化 分子力做功 分子势能变化 分 子 数 目 物 质 的 量 说明 常温常压下的气体，由于气体分子间距离很大，无相 互作用力，故一般认为没有分子势能。 用热力学第一定律判断 热力学第一定律公式：。 外界对物体做功， 取正值，物体对外界做功， 取负值，对 气体而言体积不变时 ；物体吸收热量， 取正值，物体放出 热量， 取负值，绝热 ；物体内能增加， 取正值，物体内能 减少， 取负值。 密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内 空气（不计分子势能）（ ） 内能增大，放出热量 内能减小，吸收热量 内能增大，对外界做功 内能减小，外界对其做功 解题思路 解析 不计分子势能时，瓶内空气的内能只与其温度有 关，温度降低时其内能减小。 塑料瓶变扁时瓶内空气体积减小， 外界对其做功。 再由热力学第一定律知此过程中瓶内空气要放 出热量。 故只有 正确。 答案 点评 由于瓶内空气不计分子势能，其内能为全部分子 的动能，故在质量不变（即分子数目不变）情况下，由温度变化可 直接判定其内能变化。 某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽 缸和活塞组成。 开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖 顶起，如图所示。 在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽 略气体分子间相互作用，则缸内气体（ ） 专题十四 热学 对外做正功，分子的平均动能减小 对外做正功，内能增大 对外做负功，分子的平均动能增大 对外做负功，内能减小 答案 汽缸内气体膨胀时其向外推动活塞做正功，、 两项均错；因缸内气体与外界无热交换，根据热力学第一 定律可知气体内能减小，故 项错误；忽略气体分子间作用 力时，气体的内能就是所有分子的动能，密闭气体的状态变 化时分子的总数不变，所以气体的内能减小时分子的平均 动能减小， 项正确。 题型三 气体实验定律的应用 解决气体问题的基本思路和方法 （）将题目所给的文字信息或图像向描述气体状态的三个 状态参量 、 转化。 （）选取一定质量的封闭气体为研究对象，写出研究过程 （气体状态发生变化的过程）初、末状态的三个状态参量，在此期 间寻找解题的突破口。 （）根据气体状态变化的特点，选取合适的气体实验定律或 状态方程解题。 （）对所求结果进行讨论，看是否与实际情况相符。 如图所示，一根两端开口、横截面积为 足够长 的玻璃管竖直插入水银槽中并固定（插入水银槽中的部分足够 深）。 管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长 的气柱，气体的温度为 ，外界大气压取 （相当于 高的汞柱压强）。 （）若在活塞上放一个质量为 的砝码，保持气体 的温度 不变，则平衡后气柱为多长？ （ ） （）若保持砝码的质量不变，对气体加热，使其温度升高到 ，此时气柱为多长？ （）若在（）过程中，气体吸收的热量为 ，则气体的内能 增加多少？ 解析 （）被封闭气体的初状态为 ， 末状态压强 ， 根据玻意耳定律，有 ，即 得 。 （）对气体加热后，气体的压强不变， ， ， 根据盖吕萨克定律，有 ，即 得 。 （）气体对外做的功 （ ） 根据热力学第一定律得 即气体的内能增加 。 答案 （） （） （） 一定质量理想气体，由状态 经 变化到 ，如图所 示，则下列选项图中能正确反映出这一变化过程的是（ ） 答案 由题图知， 过程为气体等容升温，压强增 大； 过程为气体等温降压，根据玻意耳定律可知体积增 大，由此可知选项 正确。 在某高速公路发生一起车祸，车祸系轮胎爆胎所致。 已知汽车行驶前轮胎内气体压强为 ，温度为 ，爆胎 时胎内气体的温度为 ，轮胎中的空气可看做理想气体。 （）求爆胎时轮胎内气体的压强； （）从微观上解释爆胎前胎内压强变化的原因； （）爆胎后气体迅速外泄，来不及与外界发生热交换，判断 此过程胎内原有气体内能如何变化？ 简要说明理由。 答案 （） （）见解析 （）见解析 解析 （）气体做等容变化，由查理定律得： 由得： 。 （）气体体积不变，分子密集程度不变，温度升高，分子 平均动能增大，导致气体压强增大。 （）气体膨胀对外做功，没有吸收或放出热量，据热力 学第一定律 得 ，内能减少。 年高考年模拟 版（教师用书） 中学热学中几个较难解释的问题分析 运动物体的内能和机械能可以为零吗？ 运动物体的机械能可以为零。 机械能是一个与零势能点选 取有关的量，故可任意选取零势能点，使物体重力势能为负值且 绝对值大小与物体动能的大小相等，从而保证总机械能为零。 运动物体的内能不可能为零。 人教版选修 中提到：组 成任何物体的分子都在做着无规则的热运动，所以任何物体都 具有内能。 由此可见，物体的内能不可能为零。 但同时，课本上 又定义物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫做 物体的内能。 这就容易造成这样的困惑：如果选取分子的零势 能点，使物体中分子总势能为负值且绝对值大小与分子的热运 动总动能相等，不就可以使物体的内能与机械能一样为零吗？ 但实际上，任何物体的内能都不可能为零。 在中学阶段可这样理解：物体是由大量分子组成的，所有分 子都在做永不停息的无规则的热运动，故几乎不可能找到一零 势能点使物体内分子总势能为负值且绝对值大小与分子的热运 动总动能相等。 此