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热学计算题范文

来源：火烈鸟

作者：开心麻花

2025-09-19

热学计算题范文（精选6篇）

热学计算题第1篇

用热量公式Q = cmΔt分析某些问题时, 涉及温度的状态量和变化量较多, 此时, 若将抽象的逻辑推演用直观的图线表示, 将物理量间的代数关系转化为几何关系, 便可化繁为简. 温度随时间的变化, 可反映在坐标图象上, 图象在热学中应用很广泛. 认识图象、绘制图象、分析图象是很有必要的.

一、认识图象, 看懂温度随时间变化的规律

例1将装有热奶的奶瓶放入室温的水中, 温度随时间变化的图象如图1, 问热奶和水的初温各是多少? 它们的温度后来发生了怎样的变化?

分析: 因为热奶的温度高于水的温度, 所以上、下方曲线分别是热奶和水的温度随时间变化曲线. 热奶的初温是90℃ , 水的初温是20℃ . 在最初10 min, 热奶放热, 温度下降, 水吸热, 温度升高. 10 min后, 二者温度相同, 达到平衡状态, 保持40℃不变.

二、绘制图象, 使物理过程清晰

例2向100 g、50℃的水中投入50 g、0℃的冰, 最终得到7℃的水. 求出冰全部溶化成0℃的水时吸收的热量.

分析: 温度随时间变化的图象大致如图2, 包含两种物质 ( 水和冰) 的三种物理过程.

DB段是水的降温过程, 放出的热量

QDB= c水m水 ( 50℃ - 7 ℃) =18060 J

OA段是冰的溶化过程, 吸收的热量为QOA;

AB段是冰全部溶化成水后的升温过程, 吸收的热量.

QAB= c冰m冰 ( 7 ℃ - 0℃) = 1470 J,

由 Q吸= Q放, 得 QOA+ QAB= QDB,

所以, 冰全部溶化成0℃的水时吸收的热量

三、绘制图示, 巧解热学题

例3两个温度和质量都相同的金属球甲和乙, 先把甲球放入盛有热水的杯中, 热平衡后水温降低了Δt, 把甲球取出, 再

将乙球放入杯中, 热平衡后水温又降低了Δt, 则两球比热的大小关系是 ()

( A) c甲> c乙 ( B) c甲< c乙

( C) c甲= c乙 ( D) 无法确定

分析: 前后两过程水温都降低了Δt, 说明两过程中水放出了相同的热量, 甲球放入杯中达到热平衡后水温为 ( t水初- Δt ) , 乙球放入杯中达到热平衡后水温为 ( t水初- 2Δt ) . 根据题意和分析作出图3, 由图3可以看出, Δt甲> Δt乙, 根据Q吸= Q放及Q= cmΔt得, c甲< c乙, 故选 ( B) .

例4甲、乙两杯中分别盛有60℃和20℃的质量相同的水, 现将一温度为20℃的铁球放入甲杯中足够长时间, 取出后再放入乙杯, 停留足够长时间, 如果不计热量损失, 比较甲、乙两杯水的温度变化, 则 ( )

( A) Δt甲> Δt乙 ( B) Δt甲< Δt乙

( C) Δt甲= Δt乙 ( D) 无法确定

分析: 把20℃的球放入60℃的甲杯水中, 达到热平衡后, 水温下降Δt甲, 球的温度升高到 ( 60℃ - Δt甲) , 即球的温度升高了 ( 40℃ - Δt甲) 作出图4; 然后把温度为 ( 60℃ - Δt甲) 的球放入20℃的乙杯水中, 达到热平衡后, 水温升高Δt乙, 球的温度降低到 ( 20℃ + Δt乙) , 即球的温度下降了 ( 40℃ - Δt甲- Δt乙) , 作出图5.

对前一过程, 根据Q球吸= Q水放, 得

c球m球 ( 40℃ - Δt甲) = c水m水Δt甲⑴

对后一过程, Q水吸= Q球放, 即

c水m水Δt乙= c球m球 ( 40℃ - Δt甲- Δt乙) ( 2)

由 ( 1) ( 2) , 得Δt甲Δt乙=40℃ - Δt甲40℃ - Δt甲- Δt乙> 1.

初三物理热学典型计算题第2篇

1.某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，共燃烧了6kg的无烟煤。[水的比热容是（4.2×103J/kg · ℃），无烟煤的热值是（3.4×107J/kg · ℃）求：（1）锅炉内200kg的水吸收的热量是多少J？

（2）6kg无烟煤完全燃烧放出的热量是多少J？

（3）此锅炉的效率是多少？

2.质量为800g，温度为-2℃的冰块放出8.4×103J的热量后温度变为多少？

3.质量为500g的某种金属，温度从100℃降低到20℃，内能减少了3.5×103J.求这种金属的比热容.4.现有渗水后浓度为50%的酒精20kg，如果其温度降低1℃，则将放出多少热量？

5.质量为4kg的水，温度升高50℃，则其吸收的热量是多少J？

6.室温下，在0.5kg的铝壶内装有5kg的水，烧开这一壶水大约需要吸收多少热量[c铝=0.88×103J/（kg · ℃）

7.一太阳能热水器装水80kg，集热管每分钟吸收太阳能7×104J，不计热量损失，则该热水器每小时能使水温升高到多少℃

8.一根烧红的铁钉，温度是500℃，质量是1.5g它的温度降低到20℃，要放出多少热量？[c铁0.46×103J/(kg·℃)]

直击高考热学综合题第3篇

高考试题中热学内容常以选择题出现, 还要尽可能考查更多的内容, 故试题多以综合题型出现, 涉及知识面广泛, 需要综合素质较高, 解决起来并不容易, 因此也要引起足够的重视, 下面笔者结合教学中的经验谈一下解决此类问题的方法.

第一、研究对象常是封闭的气体 (质量一定) , 针对某一热学过程 (发生状态变化) , 应用热力学第一定律:ΔU=Q+W.对于气体来说, 一般情况下不考虑分子引力作用, 即分子势能, 那么内能仅与温度有关, 且温度升高 (或降低) , 内能增加 (或减小) ;而在此过程中, 气体体积的变化, 常伴随着做功而与外界发生能量的转化, 且气体的体积增加时, 气体对外界做功, 相反外界对气体做功;再结合热力学第一定律, 得出此过程中是吸热还是放热.

第二、气体的状态参量 (压强 p、体积V和温度T) 在某一热力学过程中, 当发生状态改变时, 至少要有两个参量发生变化, 或者都要发生变化, 常由气体的状态方程 $\frac{Ρ V}{Τ} = C$ (常量) 得出状态参量的变化.

例1 一定质量的理想气体, 在温度不变的情况下, 设法使其压强增大, 则在这个过程中 ( )

(A) 气体的密度增加

(B) 气体分子的平均动能增大

(D) 气体从外界吸收了热量

解析:气体的温度不变, 而压强增大, 由气体的状态方程知, 其体积必减小, 因此密度增加, 外界对气体做功, (A) 、 (C) 正确;温度不变, 分子的平均动能不变, 气体的内能也不变, 而外界对气体做功, 由热力学第一定律知, 此过程中气体放热, (B) 、 (D) 错.答案为 (A) 、 (C) .

例2 一钢筒内装有压缩空气, 当打开阀门后, 气体迅速从阀门冲出, 很快筒内气体的压强与大气压强 p0 相同, 然后立即关闭阀门, 如果钢筒外部环境温度不变, 经较长时间后筒内气体的压强 ( )

(A) 等于 p0 (B) 大于 p0

解析:当打开阀门时, 气体迅速从钢筒中冲出, 体积膨胀, 对外做功, 此过程时间较短, 可认为不与外界交换热量, 由热力学第一定律知, 气体的内能减小而温度降低, 低于外界温度;当气体的压强与外界相等时, 立即关闭阀门成为封闭气体, 此时比外界温度低, 要从外界吸收热量, 最终达到与外界温度相等, 而在此过程气体的体积不变, 温度升高, 由气体的状态参量方程, 压强大于外界大气压强 p0.选 (B) .

总结:通过例1和例2, 可以体会到第一和第二种方法往往结合起来解决问题.

第三、有时要利用力学知识 (比如平衡条件) 对系统 (如活塞等) 进行受力分析, 判定封闭气体的压强的变化.

例3 如图1所示, 上端开口的绝热气缸直立于地面上, 光滑绝热的活塞把一定质量的气体 (气体分子间的作用力忽略不计) 封闭在气缸中, 活塞上堆放细砂, 并处于静止状态.现在不断取走细砂, 使活塞缓慢上升, 直到细砂全部取走, 则在此过程中 ( )

(A) 气体的压强不变

(B) 气体单位体积内的分子数减少

(D) 气体分子的平均动能减小

解析:当不断取走细砂, 而使活塞缓慢上升 (可认为始终处于平衡状态) , 对活塞受力分析可知, 封闭气体的压强减小, (A) 错;气体的体积增大, 因此单位体积内的分子数减少, (B) 正确;气体的体积增加, 对外做功, 而气缸绝热与外界没有热交换, 由热力学第一定律知, 内能减小, 温度降低, 分子平均动能减小, (C) 错、 (D) 正确.答案选 (B) 、 (D) .

例4 如图2所示, 导热气缸开口向下, 内有理想气体, 缸内活塞可以自由滑动且不漏气, 活塞下挂一个砂桶, 桶内装满砂子时, 活塞恰好静止.现在降低气缸外部环境温度, 则 ( )

(A) 气体的压强增大, 内能可能不变, 气体一定对外界做功

(B) 气体压强减小, 内能一定减小, 外界一定对气体做功

(D) 气体的体积增大, 压强减小, 放出的热量等于内能减小

解析:对活塞受力分析, 活塞静止处于平衡状态, 可得封闭气体的压强不变, (A) 、 (B) 错;现在气缸外部的温度降低, 因气缸导热因此封闭气体放热, 而使温度总等于外界温度, 由气体的状态方程可知, 压强不变, 而温度降低, 其体积必减小, 外界对气体做功, 再由热力学第一定律, 放出的热量等于做功的多少和内能的减小量之和, 选 (C) .答案选 (C) .

例5 如图3所示, 绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分, K与气缸壁的接触是光滑的.两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体 a 和 b.气体分子之间相互作用势能可忽略.现通过电热丝对气体 a 加热一段时间后, a、b 各自达到新的平衡 ( )

(A) a 的体积增大了, 压强变小了

(B) b 的温度升高了

(D) a 增加的内能大于 b 增加的内能

解析:最初气体的温度、体积和压强都相同, 当气体 a 的温度升高, 假设其体积不变, 由气体的状态方程知, 其压强必增大, 而大于右侧气体 b 的压强, 使活塞向右运动而达到新的平衡, 平衡时气体的体积有Va>V0>Vb (V0是最初的体积) , 且压强仍然相等.对于气体 b, 活塞 (实际是气体 a) 对它做功, 且绝热而不与外界热交换, 由热力学第一定律知, 内能增加, 温度升高, 又知其体积减小, 由气体的状态方程知, 压强增加, 因此气体 a 的压强也增大, (A) 错、 (B) 正确;再对气体 a 分析, 压强与体积同时增大, 由气体状态方程知, 温度必升高;综合考虑气体 a、b, 因最初状态相同, 即 $\frac{Ρ V}{Τ} = c$ 相等, 气体的内能相等, 加热后气体的压强也相等, 但它们体积有Va>V0>Vb, 由气体的状态方程知其温度关系有Ta>Tb>T0 (T0为最初的温度) , 因此它们的内能有气体 a 大于气体 b, (C) 、 (D) 正确.答案: (B) 、 (C) 、 (D) .

第四, 气体状态参量的微观解释, 温度是分子的平均动能的标志;体积的变化使分子平均间距变化, 同时单位体积内分子数 (分子数密度) 也变化;而气体的压强与分子数密度和分子的平均动能有关.

例6 (2008年全国Ⅱ卷14题) 对一定量的气体, 下列说法正确的是 ( )

(A) 气体的体积是所有气体分子的体积之和

(B) 气体分子的热运动越剧烈, 气体温度就越高

(D) 当气体膨胀时, 气体分子之间的势能减小, 因而气体的内能减少

解析:气体的体积是所有气体分子所占空间体积之和, (A) 错.气体分子热运动越剧烈, 分子的平均动能越大, 则气体温度越高, (B) 对.据压强产生原因是大量气体分子不断地撞击器壁而产生的, (C) 对.气体膨胀时, 分子之间距离增大, 分子力表现为引力做负功, 分子势能增加, 气体内能如何变化不知, (D) 错.正确答案 (B) 、 (C) .

强化练习:1.游泳馆的恒温游泳池中, 有一空气泡从水池底部缓慢上升.在上升过程中, 空气泡内的气体质量不变, 且可视为理想气体, 则下列说法正确的是 ( )

(A) 气体对外做功

(B) 气体的密度不断增大

(D) 气体的压强不断增大

答案: (A) .

2.如图4所示, 用金属材料制成的气缸中封闭着一定质量的理想气体.活塞与气缸间无摩擦也不漏气.现对气缺加热, 使缸内气体温度缓慢升高, 则 ( )

(A) 缸内气体的压强增大

(B) 缸内气体的体积增大

(D) 缸内气体对外做功, 内能可能不变化

答案: (B) 、 (C) .

3.如图5所示的密闭容器与外界没有热交换, 容器内有一个可以自由移动但不漏气的不导热活塞M, 将容器分成相等的 a、b 两部分, 并盛有质量相等、温度相同的同种理想气体, 开始时将活塞M固定, a 中容器两侧固定着压缩弹簧.现在将活塞放开弹簧开始伸长, 从放开活塞M到活塞运动到最右端的这一过程中, 下列说法正确的是 ( )

(A) a 中气体温度不变, b 中气体的温度升高

(B) a、b 中气体内能均增加

(D) a 中气体的压强减少, b 中气体的压强增大

答案: (C) 、 (D) .

高考物理热学计算方法第4篇

常考的6个热学知识点

一、分子运动论

1.物质是由大量分子组成的

2.分子永不停息地做无规则热运动

(1)分子永不停息做无规则热运动的实验事实：扩散现象和布郎运动。

(2)布朗运动

布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的固体微粒的无规则运动。布朗运动不是分子本身的运动，但它间接地反映了液体(气体)分子的无规则运动。

(3)实验中画出的布朗运动路线的折线，不是微粒运动的真实轨迹。

因为图中的每一段折线，是每隔30s时间观察到的微粒位置的连线，就是在这短短的30s内，小颗粒的运动也是极不规则的。

(4)布朗运动产生的原因

大量液体分子(或气体)永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因。简言之：液体(或气体)分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。

(5)影响布朗运动激烈程度的因素

固体微粒越小，温度越高，固体微粒周围的液体分子运动越不规则，对微粒碰撞的不平衡性越强，布朗运动越激烈。

(6)能在液体(或气体)中做布朗运动的微粒都是很小的，一般数量级在10-6m，这种微粒肉眼是看不到的，必须借助于显微镜。

3.分子间存在着相互作用力

(1)分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。

分子间的引力和斥力只与分子间距离(相对位置)有关，与分子的运动状态无关。

(2)分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小，随分子间的距离r的减小而增大，但斥力的变化比引力的变化快。

(3)分子力F和距离r的关系如下图

4.物体的内能

(1)做热运动的分子具有的动能叫分子动能。温度是物体分子热运动的平均动能的标志。

(2)由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。分子力做正功时分子势能减小;分子力作负功时分子势能增大。当r=r0即分子处于平衡位置时分子势能最小。不论r从r0增大还是减小，分子势能都将增大。如果以分子间距离为无穷远时分子势能为零，则分子势能随分子间距离而变的图象如上图。

(3)物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。物体的内能跟物体的温度和体积及物质的量都有关系，定质量的理想气体的内能只跟温度有关。

(4)内能与机械能：运动形式不同，内能对应分子的热运动，机械能对于物体的机械运动。物体的内能和机械能在一定条件下可以相互转化。

二、固体

1.晶体和非晶体

(1)在外形上，晶体具有确定的几何形状，而非晶体则没有。

(2)在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的。

(3)晶体具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点。

(4)晶体和非晶体并不是绝对的，它们在一定条件下可以相互转化。例如把晶体硫加热熔化(温度不超过300℃)后再倒进冷水中，会变成柔软的非晶体硫，再过一段时间又会转化为晶体硫。

2.多晶体和单晶体

单个的晶体颗粒是单晶体，由单晶体杂乱无章地组合在一起是多晶体。多晶体具有各向同性。

3.晶体的各向异性及其微观解释

在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的。通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等。晶体的各向异性是指晶体在不同方向上物理性质不同，也就是沿不同方向去测试晶体的物理性能时测量结果不同。需要注意的是，晶体具有各向异性，并不是说每一种晶体都能在各物理性质上都表现出各向异性。晶体内部结构的有规则性，在不同方向上物质微粒的排列情况不同导致晶体具有各向异性。

三、液体

1.液体的微观结构及物理特性

(1)从宏观看

因为液体介于气体和固体之间，所以液体既像固体具有一定的体积，不易压缩，又像气体没有形状，具有流动性。

(2)从微观看有如下特点

①液体分子密集在一起，具有体积不易压缩;

②分子间距接近固体分子，相互作用力很大;

③液体分子在很小的区域内有规则排列，此区域是暂时形成的，边界和大小随时改变，并且杂乱无章排列，因而液体表现出各向同性;

④液体分子的热运动虽然与固体分子类似，但无长期固定的平衡位置，可在液体中移动，因而显示出流动性，且扩散比固体快。

2.液体的表面张力

如果在液体表面任意画一条线，线两侧的液体之间的作用力是引力，它的作用是使液体面绷紧，所以叫液体的表面张力。

特别提醒：

(1)表面张力使液体自动收缩，由于有表面张力的作用，液体表面有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切。

(2)表面张力的形成原因是表面层(液体跟空气接触的一个薄层)中分子间距离大，分子间的相互作用表现为引力。

(3)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。

四、液晶

1.液晶的物理性质

液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性。

2.液晶分子的排列特点

液晶分子的位置无序使它像液体，但排列是有序使它像晶体。

3.液晶的光学性质对外界条件的变化反应敏捷

液晶分子的排列是不稳定的，外界条件和微小变动都会引起液晶分子排列的变化，因而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等，都可以改变液晶的光学性质。

如计算器的显示屏，外加电压液晶由透明状态变为混浊状态。

五、气体

1.气体的状态参量

(1)温度：温度在宏观上表示物体的冷热程度;在微观上是分子平均动能的标志。

热力学温度是国际单位制中的基本量之一，符号T，单位K(开尔文);摄氏温度是导出单位，符号t，单位℃(摄氏度)。关系是t=T-T0，其中T0=273.15K两种温度间的关系可以表示为：T = t+273.15K和ΔT =Δt，要注意两种单位制下每一度的间隔是相同的。

0K是低温的极限，它表示所有分子都停止了热运动。可以无限接近，但永远不能达到。

气体分子速率分布曲线:

图像表示：拥有不同速率的气体分子在总分子数中所占的百分比。图像下面积可表示为分子总数。

特点：同一温度下，分子总呈“中间多两头少”的分布特点，即速率处中等的分子所占比例最大，速率特大特小的分子所占比例均比较小;温度越高，速率大的分子增多;曲线极大值处所对应的速率值向速率增大的方向移动，曲线将拉宽，高度降低，变得平坦。

(2)体积:气体总是充满它所在的容器，所以气体的体积总是等于盛装气体的容器的容积。

(3)压强:气体的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的。

(4)气体压强的微观意义：大量做无规则热运动的气体分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强。单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力。所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。

(5)决定气体压强大小的因素：

①微观因素：气体压强由气体分子的密集程度和平均动能决定：

A.气体分子的密集程度(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;

B.气体的温度升高，气体分子的平均动能变大，每个气体分子与器壁的碰撞(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就大;从另一方面讲，气体分子的平均速率大，在单位时间里撞击器壁的次数就多，累计冲力就大。

②宏观因素：气体的体积增大，分子的密集程度变小。在此情况下，如温度不变，气体压强减小;如温度降低，气体压强进一步减小;如温度升高，则气体压强可能不变，可能变化，由气体的体积变化和温度变化两个因素哪一个起主导地位来定。

2.气体实验定律

3.对气体实验定律的微观解释

(1)玻意耳定律的微观解释

一定质量的理想气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体积减小到原来的几分之一，气体的密集程度就增大到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍，反之亦然，所以气体的压强与体积成反比。

(2)查理定律的微观解释

一定质量的理想气体，说明气体总分子数N不变;气体体积V不变，则单位体积内的分子数不变;当气体温度升高时，说明分子的平均动能增大，则单位时间内跟器壁单位面积上碰撞的分子数增多，且每次碰撞器壁产生的平均冲力增大，因此气体压强p将增大。

(3)盖·吕萨克定律的微观解释

一定质量的理想气体，当温度升高时，气体分子的平均动能增大;要保持压强不变，必须减小单位体积内的分子个数，即增大气体的体积。

六、热力学定律

1.热力学第零定律(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。

(1)做功和热传递都能改变物体的内能。也就是说，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的：做功是其他能和内能之间的转化，功是内能转化的量度;而热传递是内能间的转移，热量是内能转移的量度。

(2)符号法则：体积增大,气体对外做功，W为“一”;体积减小，外界对气体做功，W为“+”。气体从外界吸热,Q为“+”;气体对外界放热,Q为“一”。温度升高，内能增量DE是取“+”;温度降低,内能减少，DE取“一”。

(3)三种特殊情况：

l等温变化DE=0，即 W+Q=0

l绝热膨胀或压缩：Q=0即 W=DE

l 等容变化：W=0 ，Q=DE

(4)由图线讨论理想气体的功、热量和内能

3.热学第二定律

(1)第二类永动机不可能制成 (满足能量守恒定律，但违反热力学第二定律)

实质：涉及热现象(自然界中)的宏观过程都具有方向性,是不可逆的

(2)热传递方向表述(克劳修斯表述)：

不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其它变化。(热传导有方向性)

(3)机械能与内能转化表述(开尔文表述)：

不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其它变化。(机械能与内能转化具有方向性)。

4.热力学第三定律：热力学零度不可达到。

5.熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵是不会减少的。

2009年高考“热学”题分类例析第5篇

综观近几年的高考, 对热学的命题热点多集中在分子动理论、内能和功、热力学定律、气体的状态参量的物理意义及其之间的相互关系等几个方面.题型多为选择题, 且多为热学知识单独命题.

由于热学知识的微观性, 分析与解答热学问题, 要深入理解基本概念和基本规律, 要善于合理建立模型, 善于类比, 注意建立宏观量与微观量的对应关系.

下面拟对2009年的高考热学题按类别归纳, 举例进行分析、解答, 以期引导学生掌握解析热学各类题型的基本思路与方法.

一、分子动理论

对分子动理论要掌握: $\underline{三个要点}$ 物体是由大量分子组成的, 分子永不停息地做无规则的运动.分子之间存在着相互作用的引力和斥力; $\underline{两个模型}$ 将分子简化为球形或立方体; $\underline{一个桥梁}$ 阿伏加德罗常数是联系宏观与微观的桥梁.

例1 (北京理综卷) 做布朗运动实验, 得到某个观测记录如图1所示.图1中记录的是 ( )

(A) 分子无规则运动的情况

(B) 某个微粒做布朗运动的轨迹

(D) 按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线

解析:布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动, 是液体 (或气体) 分子无规则运动的反映, 而非分子的运动, 故 (A) 项错误.观测记录图是按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线, 而不是某个微粒做布朗运动的轨迹, 也不是某个微粒做布朗运动的速度时间图线, 故选项 (D) 正确, (B) 、 (C) 错误.

二、气体的状态参量及其物理意义

压强、温度、体积是描述气体状态的三个参量, 要理解这三个状态参量的宏观与微观的物理意义.气体的压强宏观上是气体作用在器壁单位面积上的压力, 微观上气体的压强是由大量分子频繁碰撞形成的, 它与单位体积内的分子数及分子的平均动能有关.温度宏观上表示气体的冷热程度, 微观上标志着气体分子平均动能的大小.体积宏观上是气体充满的容器的容积, 微观上是气体分子所占据的空间.

例2 (全国理综卷Ⅰ) 下列说法正确的是 ( )

(A) 气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力

(B) 气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量

(D) 单位面积的气体分子数增加, 气体的压强一定增大

解析:本题考查气体压强的认识与理解.根据压强的定义 (A) 正确, (B) 错.气体分子热运动的平均动能减小, 说明温度T降低.据 $\frac{p V}{Τ} =$ 定值, 只知T减小, 不知V如何变化, 不能断定压强 p 一定减小, (C) 错.单位体积的气体分子增加, 但如果气体的温度降低, 气体分子的平均动能减小, 会使气体分子对器壁每次碰撞的冲量减小, 单位时间单位面积上的碰撞次数减小, 因而会使气体的压强减小, (D) 错.

三、物体的内能及影响内能的因素

物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和, 叫做物体的内能.从宏观上看物体的内能的大小由物体的摩尔数、温度、体积及物态决定;从微观上看, 物体的内能的大小由组成物体的分子总数、分子的平均动能和分子势能三个因素共同决定.

例3 (上海物理卷) 气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和, 其大小与气体的状态有关, 分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的 ( )

(A) 温度和体积 (B) 体积和压强

解析:由于温度是分子平均动能的标志, 所以气体分子的平均动能宏观上取决于温度;分子势能是由于分子间引力和分子间距离共同决定, 宏观上取决于气体的体积.因此只有选项 (A) 正确.

四、热力学定律

能量守恒定律是自然界的普遍规律.做功和热传递都可以改变物体的内能.在热现象中, 若对一个物体做功, 传递热量Q, 则物体内能变化满足Q+W=ΔU , 这就是热力学第一定律, 它是能量守恒定律在热现象中的体现.

热力学第二定律有两种表述.表述1:不可能使热量由低温物体传到高温物体, 而不引起其它变化.表述2:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功, 而不引起其它变化.

表述1是按热传导的方向性来表述的, 表述2是按机械能与内能转化过程的方向性来表述的.这两种表述是等价的.

热力学零度不可能达到, 这个结论称为热力学第三定律.

例4 (全国理综卷Ⅱ) 如图2, 水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分, 隔板可在气缸内无摩擦滑动, 右侧气体内有一电热丝.气缸壁和隔板均绝热.初始时隔板静止, 左右两边气体温度相等.现给电热丝提供一微弱电流, 通电一段时间后切断电源.当缸内气体再次达到平衡时, 与初始状态相比 ( )

(A) 右边气体温度升高, 左边气体温度不变

(B) 左右两边气体温度都升高

(D) 右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量

解析:当电热丝通电后, 右边的气体温度升高, 气体膨胀, 将隔板向左推, 对左边的气体做功.根据热力学第一定律, W +Q=ΔU, W为正值, Q=0, 故ΔU为正值, 即左边的气体内能增加, 温度升高.根据气体的状态方程 $\frac{p V}{Τ} =$ 定值, T增大, V减小, 则 p 增大, 左边的气体压强增大.选项 (B) 、 (C) 正确.据能量守恒定律可知, 右边气体内能的增加值应为电热丝发出的热量减去对左边的气体所做的功, 选项 (D) 错.

例5 (四川理综卷) 关于热力学定律, 下列说法正确的是 ( )

(A) 在一定条件下物体的温度可以降到0 K

(B) 物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功

(D) 压缩气体总能使气体的温度升高

解析:根据热力学第三定律, 物体的温度永远不会达到绝对零度, 选项 (A) 错.根据热力学第二定律, 物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功, 但要引起其它变化, (B) 正确.根据热力学第一定律, 吸收了热量的物体, 不知做功情况如何, 不能断定内能一定增加;压缩气体, 对气体做功, 不知气体是吸热还是放热, 不能断定气体的温度一定升高, 故选项 (C) 、 (D) 错误.

五、综合性考查题

将多个知识点容纳在同一题中进行考查, 解决此类拼盘式综合题要求合理调用相应知识、概念、规律进行分析和判断, 得出正确的答案.

例6 (海南物理题) 下列说法正确的是__ (填入正确选项前的字母)

(A) 气体的内能是分子热运动的动能和分子间的势能之和

(B) 气体的温度变化时, 其分子平均动能和分子间势能也随之改变

(D) 热量能够自发地从高温物体传递到低温物体, 但不能自发地从低温物体传递到高温物体

(E) 一定量的气体, 在体积不变时, 分子每秒平均碰撞次数随着温度降低而减小

(F) 定量的气体, 在压强不变时, 分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而增加

解析: (A) 、 (D) 、 (E) 、 (F) 正确.

本题考查了物体的内能决定因素、气体的分子平均动能和分子间势能与温度的关系、热力学定律、气体状态参量的微观解释等知识点.

气体的内能是分子热运动的动能和分子间的势能之和, (A) 正确.

温度是物体分子平均动能的标志, 气体的温度变化时, 其分子平均动能也随之改变.分子间势能是因为分子间存在作用力, 由分子间的相对位置决定的, 宏观上跟气体的体积有关.气体的温度变化时, 体积不一定变化, 所以分子势能不一定随着变化, (B) 错误.

功可以全部转化为热, 热量也能全部转化为功, 但要引起其他变化, (C) 错误.

根据热力学第二定律, (D) 正确.

一定量的气体, 在体积不变时, 单位体积内的分子数不变;温度降低, 分子的平均动能减小, 所以分子每秒平均碰撞次数减小, (E) 正确.

一定量的气体, 在压强不变时, 温度降低, 则体积减小, 单位体积内的分子数增加.由于温度降低, 分子的平均动能减小, 气体分子每次碰撞对器壁的冲量减小.由于压强不变, 所以分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数一定增加, (F) 正确.

六、气体实验定律、状态方程的应用

在新课标选修教材中, 学习了气体实验定律、理想气体的状态方程, 在2009年高考中体现了对这部分内容的考查.

例7 (海南物理卷模块试题) 一气象探测气球, 在充有压强为1.00 atm (即76.0 cmHg) 、温度为27.0℃的氦气时, 体积为3.50 m3.在上升至海拔6.50 km 高空的过程中, 气球内氦气逐渐减小到此高度上的大气压36.0 cmHg, 气球内部因启动一持续加热过程而维持其温度不变.此后停止加热, 保持高度不变.已知在这一海拔高度气温为 0℃.求:

(1) 氦气在停止加热前的体积;

(2) 氦气在停止加热较长一段时间后的体积.

解析: (1) 在气球上升至海拔6.50 km 高空的过程中, 气球内氦气经历一等温过程.

根据玻意耳马略特定律有

式中, p1=76.0 cmHg, V1=3.50 m3, p2=36.0 cmHg, V2是在此等温过程末氦气的体积.由①式得

(2) 在停止加热较长一段时间后, 氦气的温度逐渐从T1=300K, 下降到与外界气体温度相同, 即T2=225K.这是一个等压过程, 根据盖吕萨克定律有

式中, V3是在此等压过程末氦气的体积.由③式得