高中物理3-3热学知识点归纳及典型题训练（word版无答案）

选修3-3 热学 知识点+典型题
一、分子动理论、内能和固体、液体
1、分子动理论
①阿伏伽德罗常数：NA=6.02×1023mol-1，是联系宏观和微观的的桥梁；分子直径数量级10-10m。
②分子热运动：分子永不停息的无规则运动（温度高，分子运动越激烈）。
③分子力和分子势能：分子间引力和斥力同时存在，都随分子间距增大而减小。分子力F、分子势能EP与分子间距r的关系图线如图所示。

当r=r0时，分子力为零，分子势能最小不为零。
④气体分子运动速率按统计规律分布，表现出“中间多，两头少”的规律。
例题1：下列说法准确的是（ ）
A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停的做无规则运动，这反映了小炭粒分子运动的无规则性
B.气体对容器壁的压强，是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的
C.分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大
D.不可能从单一热源吸收热量使之完全转化为有用的功而不产生其他影响
E.当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大
变式训练1：下列选项正确的是（ ）
A.液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈
B.布朗运动是指悬浮在液体中固体颗粒的分子的无规则运动
C.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
D.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
E.当分子间距增大时，分子间的引力和斥力都减小
变式训练2：下列说法正确的是（ ）
A.温度越高，扩散进行得越快
B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应
C.布朗运动的激烈程度与温度有关，这说明分子运动的激烈程度与温度有关
D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生
E.布朗运动就是热运动
例题2：分子力F、分子势能Ep，与分子间距离r的关系图线如甲、乙两条曲线所示（取无穷远处分子势能Ep=0）。下列说法正确的是（ ）

A.乙图线为分子势能与分子间距离的关系图线
B.当r=r0时，分子势能为零
C.随着分子间距离的增大，分子力先减小后一直增大
D.分子间的斥力和引力大小都随分子间距离的增大而减小，但斥力减小得更快
E.在r变式训练1：将一个分子P固定在O点，另一个分子Q从图中的A点由静止释放，两分子之间的作用力与间距关系的图像如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A.分子Q由A运动到C的过程中，先加速再减速
B.分子Q在C点时分子势能最小
C.分子Q在C点时加速度大小为零
D.分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，加速度先增大后减小再增大
E.该图能表示固、液、气三种状态下分子力随分子间距变化的规律
变式训练2：根据分子动理论，物质分子间距离为rO时分子所受到的引力与斥力相等，以下关于分子力和分子势能的说法正确的是（ ）
A.分子间距离小于rO时，分子间距离减小，分子力减小
B.分子间距离大于rO时，分子间距离增大，分子力一直增大
C.当分子间距离为rO时，分子具有最大势能，距离增大或减小时势能都减小
D.当分子间距离为rO时，分子具有最小势能，距离增大或减小时势能都增大
2、内能
①定义：物体内所有分子动能和势能的总和。

②决定因素：微观上，分子动能和分子间距；
宏观上，温度和体积。
理想气体内能仅与温度有关。
③改变内能的两种方式：做功和热传递
例题1：对于实际的气体，下列说法正确的是（ ）
A.气体的内能包括气体分子的重力势能
B.气体的内能包括分子之间相互作用的势能
C.气体的内能包括气体整体运动的动能
D.气体体积变化时，其内能可能不变
E.气体的内能包括气体分子热运动的动能
变式训练1：关于物体的内能，下列说法正确的是（ ）
A.相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能的增加量一定相同
B.物体的内能改变时温度不一定改变
C.内能与物体的温度有关，所以0℃的物体内能为零
D.分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能
E.内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体
变式训练2：有关分子的热运动和内能，下列说法中正确的是（ ）
A.某种物体的温度是0℃，说明物体中分子的平均动能为零
B.物体温度升高时，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多
C.分子的动能与分子的势能之和叫做这个分子的内能
D.物体做加速运动时，其内能一定增加


3、固体和液体
①固体：

②液体
表面张力使液面有收缩的趋势，与液面相切，与液面分界线垂直。
毛细现象：浸润液体在细管中上升的现象。
不浸润液体在细管中下降的现象。（毛细管越细，毛细现象越明显。）
③液晶既有液体的流动性，又具有晶体的各向异性。
④饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽。饱和汽压随温度的升高而增大。
空气的相对湿度：某温度下空气中水蒸气的压强与同温度下水的饱和汽压的比值。
例题1：下列说法中正确的是（ ）
A.将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体
B.固体可分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同的方向上有不同的光学性质
C.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
D.在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可转化为晶体
E.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
变式训练1：下列说法正确的是（ ）
A.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动
B.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果
C.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
D.高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故
E.干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果
变式训练2：下列说法正确的是（ ）
A.液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部
B.单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点
C.单晶体中原子（或分子、离子）的排列具有空间周期性
D.通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体
E.液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征
二、热力学定律、气体、气体实验定律和理想气体状态方程
1、热力学定律
①热力学第一定律：
外界对物体做功，；物体对外界做功，。
物体吸收热量，；物体放出热量，。
物体内能增加，； 物体内能增加，。
②热力学第二定律：反映了涉及热现象的宏观过程的不可逆性。
例题1：关于气体的内能，下列说法正确的是（ ）
A.质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B.气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
C.气体被压缩时，内能可能不变
D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
变式训练1：关于热力学定律，下列说法正确的是（ ）
A.气体吸热后温度一定升高 B.对气体做功可以改变其内能
C.理想气体等压膨胀过程一定放热
D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
变式训练2：如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气，下列说法正确的是（ ）
A：气体自发扩散前后内能相同
B：气体在被压缩的过程中内能增大
C：在自发扩散过程中，气体对外界做功
D：气体在被压缩过程中，外界对气体做功
E：气体在被压缩过程中，气体分子的平均动能不变
变式训练3：下列判断中正确的是（ ）
A.一定质量的理想气体等温膨胀时，气体分子单位时间对汽缸壁单位面积碰撞的次数将变少
B.满足能量守恒定律的宏观过程都可以自发地进行
C.一定质量的理想气体的压强、体积都增大时，一定从外界吸收热量
D.物体温度升高时，物体内所有分子的速率都一定增大
E.天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间有规则排列
2、气体
①气体压强的计算：
被活塞或气缸封闭的气体，通常分析活塞或气缸受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解。
应用平衡条件或牛顿第二定律求解，得出的压强单位为Pa。
若应用P=P0+Ph或P=P0-Ph来表示压强，则压强单位为cmHg或mmHg。
②理想气体：
宏观上，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体。
微观上，理想气体的分子间除碰撞之外无其他作用力，即分子间无分子势能。
3、气体实验定律（一定质量的某种气体）
内容 表达式 图像
玻意耳定律（等温变化） 温度不变的情况下，压强与体积成反比 或
查理定律（等容変化） 体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 或
盖-吕萨克定律（等圧変化） 压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比 或
4、理想气体状态方程
一定质量的理想气体的状态方程：或。
例题1：在两端封闭、粗细均匀的 U形细玻璃管内有一段水银柱，水银柱的两端各封闭有一段空气。当 U 形管两端竖直朝上时，左、右两边空气柱的长度分别为L1=18.0cm和L2=12.0cm，左边气体的压强为 12.0 cmHg。现将 U形管缓慢平放在水平桌面上，没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。求U形管平放时两边空气柱的长度。在整个过程中，气体温度不变。

变式训练1：如图所示，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高度为2.0cm的水银柱，水银柱下密封了一定量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为2.0cm.若将细管倒置，水银柱下表面恰好位于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同。已知大气压强为76 cmHg，环境温度为296 K。
（1）求细管的长度；
（2）若在倒置前，缓慢加热管内被密封的气体，直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止，求此时密封气体的温度.




变式训练2：一内壁光滑、粗细均匀的U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一轻活塞。初始时，管内水银柱及空气柱长度如图所示。已知大气压强p0=75cmHg，环境温度不变。
（1）求右侧封闭气体的压强p右；
（2）现用力向下缓慢推活塞，直至管内两边水银柱高度相等并达到稳定。求此时右侧封闭气体的压强p右′；
（3）求第 （2）问中活塞下移的距离x。

例题3：如图所示，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口a和b，a、b间距为h，a距缸底的高度为H；活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦，开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为P0，温度均为T0，现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达b处，求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。

变式训练1：如图中两个汽缸质量均为M，内部横截面积均为S，两个活塞的质量均为m，左边的汽缸静止在水平面上，右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下。两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A、B，大气压为po，求封闭气体A、B的压强各多大？

变式训练2：为了更方便监控高温锅炉外壁的温度变化，在锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的气缸，气缸内气体温度可视为与锅炉外壁温度相等。气缸开口向上，用质量为m=1kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为S=1 cm2。当气缸内温度为300K时，活塞与气缸底间距为L，活塞上部距活塞L处有一用轻质绳悬挂的重物。当绳上拉力为零时，警报器报警。已知室外空气压强p0=1.0×105Pa，活塞与缸壁之间摩擦可忽略。则：（g取10m/s2）
（1）当活塞刚刚碰到重物时，锅炉外壁温度为多少？
（2）若锅炉外壁的安全温度为900K，那么重物的质量应是多少？



例题2：如图，一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成，容器平放在地面上，汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气。平衡时，氮气的压强和体积分别为p0和v0，氢气的体积为2V0，空气的压强为p。现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求：
（1）抽气前氢气的压强；
（2）抽气后氢气的压强和体积。




变式训练1：如图所示，一固定的竖直气缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞．已知大活塞的质量为m1＝2．50kg，横截面积为S1＝80．0cm2，小活塞的质量为m2＝1．50kg，横截面积为S2＝40．0cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l＝40．0cm，气缸外大气的压强为p＝1．00×105Pa，温度为T＝303 K．初始时大活塞与大圆筒底部相距，两活塞间封闭气体的温度为T1＝495 K．现气缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移．忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10 m/s2．求：
①在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的温度；
②缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强





例题4：热等静压设备广泛用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把情性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改部其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa；室温温度为27℃。氩气可视为理想气体。
（1）求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；
（2）将压入氩气后的炉腔加热到1227℃，求此时炉腔中气体的压强。


变式训练1：一氧气瓶的容积为0.08m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36m3．当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气。若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。


例题5：如图所示，一定质量的理想气体从A状态经过一系列的变化，最终回到A状态，已知A状态的温度为300K，求：
（1）理想气体在C状态的温度；
（2）理想气体在全过程中吸收（放出）的热量。


变式训练1：一定质量理想气体的状态变化经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中ab、cd与竖直轴平行，bc、ad 的延长线通过原点，则下列说法正确的是 （ ）
A.ab段气体从外界吸热，内能不变
B.bc段气体对外界放热，内能减小
C.cd段气体从外界吸收的热量全部用来对外做功，该过程不违背热力学第二定律
D.ab段气体对外界做的功大于cd段外界对气体做的功
E.气体状态从a点开始循环，再回到a点时，总体既不吸热、也不放热
变式训练2：一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T图像如图所示，其中对角线 ac的延长线过原点O。下列判断正确的是（ ）
A.气体在a、c两状态的体积相等
B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E.在过程 bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功

布朗运动：悬浮在液体或气体中的小颗粒永不停息的无规则运动。
反映分子运动
规律的实例
扩散现象：不同物质彼此进入对方的现象。（分子的运动，
发生在固、液、气任何两种物质之间）

共同点

①都是无规则运动
②都随温度升高而更加激烈
③都反映分子做无规则热运动

分子动能：分子热运动所具有的动能。
（温度是分子热运动的平均动能的标志）
分子势能：由分子力和分子间相对位置决定的势能。
（决定因素：微观上，分子间距和排列情况；宏观上，体积和状态）

单晶体（有规则形状，各向异性）
晶体（有确定熔点）
固体 多晶体
（无规则形状，各向同性）
非晶体（没有确定熔点）