【物理】2019届一轮复习人教版热学学案
16 热学
核心考点
考纲要求
分子动理论的基本观点和实验依据
阿伏加德罗常数
气体分子运动速率的统计分布
温度、内能
固体的微观结构、晶体和非晶体
液晶的微观结构
液体的表面张力现象
气体实验定律
理想气体
饱和蒸气、未饱和蒸气、饱和蒸气压
相对湿度
热力学第一定律
能量守恒定律
热力学第二定律
中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他单位，例如摄氏度、标准大气压
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
考点1 分子间的作用力与内能
一、分子间的作用力
1．分子间有空隙
（1）气体分子间的空隙：气体很容易被压缩，表明气体分子间有很大的空隙。
（2）液体分子间的空隙：水和酒精混合后总体积会减小，说明液体分子间有空隙。
（3）固体分子间的空隙：压在一起的金片和铅片的分子，能扩散到对方的内部说明固体分子间也存在着空隙。
2．分子间作用力
（1）分子间虽然有空隙，大量分子却能聚集在一起形成固体或液体，说明分子之间存在着引力；分子间有空隙，但用力压缩物体，物体内会产生反抗压缩的弹力，这说明分子之间还存在着斥力。
（2）分子间的引力和斥力是同时存在的，实际表现出来的分子力是引力和斥力的合力。
（3）分子间的作用力与分子间距离的关系如图所示，表现了分子力F随分子间距离r的变化情况，由图中F– r图线可知：F引和F斥都随分子间距离的变化而变化，当分子间的距离增大时，F引和F斥都减小，但F斥减小得快，结果使得：
①r=r0时，F引=F斥，分子力F=0，r0的数量级为10-10 m；当r>10－9 m时，分子力可以忽略。
②r
r0时，F引>F斥，分子力表现为引力
3．分子力与物体三态不同的宏观特征
（1）宏观现象的特征是大量分子间分子合力的表现，分子与分子间的相互作用力较小，但大量分子力的宏观表现合力却很大。
（2）当物体被拉伸时，物体要反抗被拉伸，表现出分子引力，而当物体被压缩时，物体又要反抗被压缩而表现出分子斥力。
（3）物体状态不同，分子力的宏观特征也不同，如固体、液体很难压缩是分子间斥力的表现；气体分子间距比较大，除碰撞外，认为分子间引力和斥力均为零，气体难压缩是压强的表现。 + /
二、热平衡与温度
1．温度
（1）宏观上
①温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量。
②与热平衡的关系：各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态。
（2）微观上
①反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志。
②温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的。
2．热平衡
（1）一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。
（2）若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，则A的温度等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理。
3．热平衡定律的意义
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．温度计和温标
（1）温度计
名称
原 理
水银温度计
根据水银的热膨胀的性质来测量温度
金属电阻温度计
根据金属铂的电阻随温度的变化来测量温度
气体温度计
根据气体压强随温度的变化来测量温度
热电偶温度计
根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度
（2）温标：定量描述温度的方法。
（3）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℃刻度与100℃刻度之间均匀分成100等份，每份算做1℃。
（4）热力学温标：现代 学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫“绝对温标”。
（5）摄氏温度与热力学温度：
摄氏温度
摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号为℃
热力学温度
热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为
换算关系
T=t+273.15
三、物体的内能
1．分子势能
分子势能是由分子间相对位置而决定的势能，它随着物体体积的变化而变化，与分子间距离的关系为：
（1）当r>r0时，分子力表现为引力，随着r的增大，分子引力做负功，分子势能增大；
（2）当rr0时，随着r的增大，分子间斥力和引力都减小，但斥力减小的更快，合力表现为引力
D．当分子间距离大于10倍的r0时，分子间的作用力几乎等于零
E．当分子间的距离为r0时，它们之间既没有引力，也没有斥力
【答案】BCD
3．下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是
【答案】B
【解析】当分子间距离r等于平衡距离r0时，分子间作用力f表现为零，分子势能Ep最小，故只有选项B正确。
4．关于分子间的作用力，说法正确的是
A．若分子间的距离增大，则分子间的引力增大，斥力减小
B．若分子间的距离减小，则分子间的引力和斥力均增大
C．若分子间的距离减小，则分子间引力和斥力的合力将增大
D．若分子间的距离增大，则分子间引力和斥力的合力将减小
【答案】B
【解析】分子间的引力、斥力和合力随分子间距离变化的图象，如图所示。
5．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F及分子势能Ep随着分子间距离r的变化而变化的情况是
A．当时，随着变大，F变小，Ep变小
B．当时，随着变大，F变大，Ep变大
C．当时，随着变小，F变大，Ep变小
D．当时，随着变小，F变大，Ep变大
【答案】D
【解析】据题意，当r>r0时，r变大，则分子力F先变大后变小，分子势能减小，所以AB选项错误；当r0为斥力，F<0为引力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放，则
A．乙分子从a至b做加速运动，由b至c做减速运动
B．乙分子由a至c做加速运动，到达c时速度最大
C．乙分子由a至b的过程中，分子力一直做正功
D．乙分子由b至d的过程中，分子力一直做负功
【答案】BC
考点2 理想气体状态方程
1．理想气体状态方程：（C为常量）。
2．利用气态方程解决问题的基本思路：
粗细均匀的U形管中装有水银，左管上端有一活塞P，右管上端有一阀门S，开始时活塞位置与阀门等高，如图所示，阀门打开时，管内两边水银柱等高，两管空气柱长均为l=20 cm，此时两边空气柱温度均为27 ℃，外界大气压为p0=76 cmHg，若将阀门S关闭以后，把左边活塞P慢慢下压，直至右边水银上升10 cm，在活塞下压过程中，左管空气柱的温度始终保持在27 ℃，并使右管内温度上升到177 ℃，求此时左管内空气的长度。
【参考答案】6.1 cm
【试题解析】设U形管横截面积为S
左管：初状态：p1=76 cmHg，V1=20 cm×S ，T1=273 +27 =300
末状态：p2=？，V2=？，T2=300
右管：初状态：p3=76 cmHg，V3=20cm×S，T3=273 +27 =300
末状态：p4=p2–20 cmHg，V4=10 cm×S，T4=450
对右管：由理想气体状态方程得，代入数据得p2=248 cmHg
对左管：由玻意耳定律得p1V1=p2V2
解得：76×20×S=248×V2
解得：
所以此时空气柱长度=6.1 cm
1．对一定质量的理想气体，以下状态变化中可以实现的是
A．降低温度时，压强不变，体积增大 B．升高温度时，压强增大，体积减小
C．温度不变时，压强体积都增大 D．升高温度时，体积不变，压强减小
【答案】B
【解析】降低温度时，压强不变，根据知V减小，故A错误；升高温度时，压强增大，根据 知V可能减小也可能增大，故B正确；温度不变时，压强增大，根据知V减小，故C错误；升高温度时，体积不变，根据知压强增大，故D错误。
2．一定质量的理想气体，在某一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1，在另一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p2、V2、T2，下列关系正确的是
A．p1 =p2，V1=2V2，T1= T2
B．p1 =p2，V1=V2，T1= 2T2
C．p1 =2p2，V1=2V2，T1= 2T2
D．p1 =2p2，V1=V2，T1= 2T2
【答案】D
【解析】根据理想气体状态方程可以判断选项D正确，选项ABC错误。
3．如图所示，一定质量的理想气体，由状态 A沿直线 AB 变化到状态B。在此过程中，气体分子平均速度的变化情况是 。
【答案】先增大后减小
4．一端开口的极细玻璃管开口朝下竖直立于水银槽的水银中，初始状态管内外水银面的高度差为l0=62 cm，系统温度27 ℃。因猜测玻璃管液面上方存在空气，现从初始状态分别进行两次试验如下：①保持系统温度不变，将玻璃管竖直向上提升2 cm（开口仍在水银槽液面以下），结果液面高度差增加1 cm；②将系统温度升到77 ℃，结果液面高度差减小1cm。已知玻璃管内粗细均匀，空气可看成理想气体，热力学零度可认为为–273 ℃。求实际大气压为多少，以及初始状态玻璃管内的空气柱的长度。
l0
【答案】75 cmHg 12 cm
③④两式中T1和T2分别为300 和350 ，依据两式可求得
p0=75 cmHg，x=12 cm⑤
故实际大气压为75cmHg，初始空气柱长12 cm
考点3 气体实验定律的图象问题
1．等温变化图象：
过程
类别图线
特点
示例
等温过程
P–V
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–
p=CT，斜率 =CT，即斜率越大，温度越高
2．等容变化图象：
过程
类别图线
特点
示例
等容过程
P–T
p=T，斜率 =，即斜率越大，体积越小
3．等圧変化图象：
过程
类别图线
特点
示例
等压过程
V－T
V=T，斜率 =，即斜率越大，压强越小
如图为A、B两部分理想气体的V–t图象，已知该两部分气体是质量相同的同种气体。下列说法正确的是
A．当t=273 ℃时，A气体的体积比B的大0.2 m3
B．当tA=tB时，VA:VB=3:1 学；
C．当tA=tB时，A气体的分子密集程度大于B气体分子的密集程度
D．A、B两部分气体都做等温变化，它们的压强之比pA:pB=1:3
【参考答案】BD
【试题解析】根据V–t图象可知，；，当t=273 ℃时，代入上式可得气体的体积A比B大0.4 m3，A错误；当tA=tB时，，B正确；当tA=tB时，VA:VB=3:1，又两部分气体是质量相同的，因此B气体的密度比A的大，C错误；根据理想气体的状态方程有，代入数据解得pA:pB=1:3，D正确。
1．如图所示，一定质量的理想气体，经过图线A→B→C→A的状态变化过程，AB的延长线过O点，CA与纵轴平行。由图线可知
A．A→B过程压强不变，气体对外做功
B．B→C过程压强增大，外界对气体做功
C．C→A过程压强不变，气体对外做功
D．C→A过程压强减小，外界对气体做功
【答案】B
2．封闭在气缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V与热力学温度T关系如图所示，该气体的摩尔质量为M，状态A的体积为V0，温度为T0，O、A、D三点在同一直线上，阿伏伽德罗常数为NA。由状态A变到状态D过程中
A．气体从外界吸收热量，内能增加
B．气体体积增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少
C．气体温度升高，每个气体分子的动能都会增大
D．气体的密度不变
【答案】AB
【解析】A点和D点在过原点的连线上，说明气体由A到D压强不变，体积增大，密度减小，气体对外做功，温度升高，气体的平均动能增加，内能增加，故需要吸热，故AB正确，CD错误。
3．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。 其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程（气体与外界无热量交换）。这就是著名的“卡诺循环”。 该循环过程中，下列说法正确的是
A．A→B过程中，气体对外界做功
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
【答案】AC
4．如图所示，为一定质量的理想气体的p－1/V图象，图中BC为过原点的直线，A、B、C为气体的三个状态，则下列说法中正确的是
A．TA>TB＝TC B．TA>TB>TC C．TA＝TB>TC D．TA p2，故活塞最终移动到A处的假设成立
（3）如图
2．如图所示，在固定的气缸A和B中分别用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞面积之比为，两活塞以穿过B的底部的刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动。两个气缸都不漏气。初始时，A、B中气体的体积皆为，温度皆为= 300 。A中气体压强，是气缸外的大气压强。现对A加热，使其中气体的体积增大，温度升到某一温度。同时保持B中气体的温度不变。求此时A中气体压强（用表示结果）和温度（用热力学温标表达）。
【答案】2p0 500
【解析】活塞平衡时，由平衡条件得
pASA+pBSB=p0（SA+SB）①
pA′SA+pB′SB=p0（SA+SB）②
已知SB=2SA③
，
1．（2017·新课标全国Ⅱ卷）如图，用隔板将一绝热气缸分成两部分，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气缸。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．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变
【答案】ABD
【解析】气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为气缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，A正确，C错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因气缸绝热，则气体内能增大，BD正确；气体在被压缩的过程中，因气体内能增加，温度升高，气体分子的平均动能增加，E错误。
2．（2017·新课标全国Ⅲ卷）如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a。下列说法正确的是
A．在过程ab中气体的内能增加
B．在过程ca中外界对气体做功
C．在过程ab中气体对外界做功
D．在过程bc中气体从外界吸收热量
E．在过程ca中气体从外界吸收热量
【答案】ABD
3．（2017·江苏卷）一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V–T图象如图所示。下列说法正确的有
A．A→B的过程中，气体对外界做功
B．A→B的过程中，气体放出热量
C．B→C的过程中，气体压强不变
D．A→B→C的过程中，气体内能增加
【答案】BC
【解析】由图知，A→B的过程中，温度不变，内能不变，体积减小，故外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体放出热量，A错误，B正确；由理想气体状态方程可得，B→C的过程中，气体压强不变，C正确；A→B→C的过程中，温度降低，气体内能减少，D错误。
4．（2016·新课标全国Ⅰ卷）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 学-+ *
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
【答案】BDE
5．（2016·新课标全国Ⅱ卷）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图象如图所示，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
【答案】ABE
【解析】由理想气体状态方程可得，气体在a、c两状态的体积相等，A正确；理想气体的内能由温度决定，而TcVB。
（1）若A、B两部分气体同时升高相同的温度，水银柱将如何移动？
某同学解答如下：
设两部分气体压强不变，由，…，，…，所以水银柱将向下移动。
上述解答是否正确？若正确，请写出完整的解答；若不正确，请说明理由并给出正确的解答。
（2）在上下两部分气体升高相同温度的过程中，水银柱位置发生变化，最后稳定在新的平衡位置，A、B两部分气体始末状态压强的变化量分别为ΔpA和ΔpB，分析并比较二者的大小关系。
【答案】（1）不正确，水银柱向上移动 （2）ΔpA=ΔpB
【解析】（1）不正确，水银柱移动的原因是：气体升温后压强的变化使水银柱受力不平衡
正确解法：
