最新最全高中物理选修33《热学》高考必考知识点的整体分析.docx
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最新最全高中物理选修33《热学》高考必考知识点的整体分析
高中物理选修 3…3《热学》
整体分析
高中物理选修 3---3《热学》与选修 3---4《光学》在高考
中占 15 分之多，选修 3---3 相较于选修 3---4 而言，知识点少，内
容条理性强。
目前，相关资料对选修 3----3 考点的归纳与总结只是
单纯地自各个考点本身着手，并没有一个自教材整体的高度来加以综
合概括分析。
本文力图将《热学》自四个方面加以整体分析描述，使
教材中的各个知识点连成线，便于高三学生在短时间内熟练的掌握各
个知识点，从而达到顺利解决高考中热学选考题的目的。
§§第一部分：
分子动理论
一、物体是由大量分子组成的。
1、分子模型：
①固体与液体分子可以看为球体或正方体模型，分子的体积分别为
6
v = π
0
d 3与v = a 3 ，其中 d（分子直径）与 a（正方体边长）均可以看为两
0
个相邻分子之间的距离。
②气体分子只能看为正方体模型，该正方体的体积 v = a 3 ，只能说成
0
是气体分子所占据有的空间体积，其中 a（正方体的边长）可以看为相
1
邻两气体分子之间的平均距离。
2、油膜法测液体分子的直径:
Ⅰ.实验操作的关键点：
①一种模型：
将油酸分子看为球体模型；
②一种思路：
使水面上形成单分子油膜层。
Ⅱ.实验步骤与相应操作的目的：
①配制一定浓度的油酸酒精溶液，如向 amL 纯油酸中加入酒精，直至
溶液总量达到 bmL，则油酸浓度 A = a ⨯ 100 0 ，（目的：
酒精起稀释作
0
用，便于在液面上形成单分子油膜层，避免油酸分子在液面上重叠，
导致分子直径的测量值偏大）；
②将油酸酒精溶液一滴一滴滴入量筒中，记下 n 滴溶液的总体积 V，
（目的：
测大不测小，减小读数产生的偶然误差）；
③在水面上均匀地撒上痱子粉或石膏粉，（目的：
利于看清油膜层边
缘的轮廓）；
④将一滴油酸酒精溶液（令其体积为 v ）滴入水中，则这一滴溶液中
1
的纯油酸体积为 v = v ⨯ a = v ⋅ a ，（减少纯油酸的量，便于形成单分
01
子油膜）；
⑤在坐标纸上描出油膜层轮廓的形状，〔目的：
求单分子油膜层的面
积 S，数格子，多余半格算一格（偏大），少于半格舍去（偏小），整
体面积偏差可以忽略不计〕；
⑥令油酸分子的直径为 d，则 d = v 0 = va 。
snbs
二、分子在永不停息地做无规则的热运动。
2
1．证明一：
扩散现象:
温度越高，扩散现象越迅速；
2.证明二：
布朗运动：
①是悬浮微粒的无规则运动，是一种宏观上的微粒运动，不是分子的
热运动，既不是液体（或气体 ）分子的运动，也不是悬浮微粒分子
的运动，而是液体（或气体）分子无规则运动的一种反映；
②布朗微粒越小，温度越高，布朗运动越显著；
③PM10 与 PM2.5 在处于静稳状态（没有对流与风的影响状态）的空
间中的无规则运动是布朗运动；
④布朗运动的观测记录图不是布朗微粒的运动轨迹，而是在选取的前
后两时刻，布朗微粒所处位置的连线，在该时间间隔内布朗微粒的运
动依然是无规则的。
二、分子之间存在相互作用的引力与斥力。
1.通常所说到的分子力是指分子间引力与斥力的合力；
2.四线合一：
①斥力与分子之间的距离 r 的关系图；②斥力与分子之
间的距离 r 的关系图；③分子力
（斥力与引力的合力）与分子之间
①
的距离 r 的关系图；④分子势能与
分子之间的距离 r 的关系图③
r0
④
A
②
rA
r
3
（
3．图象反映出的规律：
其中平衡位置两分子之间的间距 r 的数量级
0
约为 10-10m）
①分子之间的斥力与引力随分子之间距离 r 的增大两者均减小；当
r = r 时，斥力与引力大小相等，分子力为 0；当 r〉 r 时，分子力表现
00
为引力，分子距离 r 增大，分子力先增大后减小，引力存在一个最大
值，在此过程中，同一数值的分子力可能对应两个不同的位置（即对
应两个不同的分子间距 r），两位置分子之间的间距 r 的值都大于平
0
分子力先增大；
②当分子间距 r〉10r 时，分子之间的作用力可忽略不计，一般规定在
0
r〉10r 时的分子势能为 0。
当 r〉 r 时，分子力表现为引力，分子距离 r
00
减小，分子势能减小；当 r〈r 分子力表现为斥力，分子距离 r 减小，
0
分子势能增大；r = r 时，分子势能达到最小；在分子势能变化的过程
0
中，数值为负值的同一的分子势能值可能对应两个不同的位置（即对
应两个不同的分子间距 r），两位置分子之间的间距 r 的值一个大于
平衡位置时的分子间距 r ，一个小于平衡位置时的分子间距 r ；
00
③令分子力表现为引力的最大值时分子间距为 r ,如图所示中的 A 点
A
位置，则在点 A 处③曲线的切线必定水平，斜率为 0，即在位置 A 处
分子力对间距的变化率为 0。
由于F
引力
，令图线③①②的
斜率的分别为 K
分子力
、 K
斥力
、 K
引力
，根据数学求导可知：
K
分子力 = K
斥力 -K
引力
，则当 r = r 时， K
A
分子力 = 0、K
斥力 = K
引力
，表明在位
置斥力与引力变化快慢相同；当r〉r 时，K
A
分子力
由 K
引力
，决定（两图象
4
切线斜率均为正），则 K
斥力 〈K
引力
，表明在此范围内间距增大时，引力
与斥力减小得快；r〈r 时，K
A
由 K
分子力
决定（两图象切线斜率均为），
斥力
则 K
斥力 〉 K
引力
，表明在此范围内间距增大时，斥力与引力减小得快；
§§第二部分：
气体
一、气体温度：
1、温度决定了物体分子热运动的平均动能，对于理想气体，分子之
间的作用力可以忽略不计，分子势能为 0，内能由温度决定；
（
2、气体分子速率分布曲线图：
在一定温度下，单位速率间隔的分子
数占总分子数的百分比与气体分子速率的关系图）
f（v）
1
2
3
o
v
3、图象反映出的规律：
①图象纵坐标 f 指单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比（运
（v）
算表达式为 f
（v） = n∆v ⨯ 100 0 0 ），其单位为 s/m；横坐标 v 指气体分
子速率，单位为 m/s；
②在温度一定时，图象速率分别呈现“中间多两头少”规律；
5
③随温度升高，速率大的分子数目增多，且图象中的峰值向大速率方
向移动，则上图中 T 〈T 〈T ；
123
④由于 f
（v） ⋅ v =
n ，则每一条图线与横坐标所围图形的面积均相等，且
N
均等于 1。
二、气体体积：
1、指气体分子所占据有的空间体积，不是气体分子的体积；
2、描述气体分子分布的密集程度。
三、气体压强：
1、产生原因：
大量气体分子频繁的碰撞容器壁而产生的.
2、自宏观角度分析：
ⅰ、结合压强定义式 p = F
S
①气体压强指大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力；
②此定义中的“平均作用力”本身就是对时间的平均值。
∑ I
=
S ∆tS ∆t
①气体压强指大量气体分子单位时间作用在器壁单位面积上的平均
冲量；
②此定义中必须强调“单位时间”与“单位面积”。
3、自微观角度分析：
p=N F ,其中 p 表示气体的压强；N 表示气体分子在单位时间内与
器壁单位面积上碰撞的总次数，其大小在微观上由气体分子分布的密
集程度与分子运动的平均速率有关，宏观上由气体的温度和体积决
6
定；F 表示分子与器壁每次碰撞的平均作用力，其大小在微观上取决
于气体分子的平均动能，在宏观上由温度决定。
4、影响气体压强的各因素之间的相互关系图：
单位时间内
与器壁单位
面积上碰撞
气体分子分
布的密集程 气体的体积
气
体
的总次数 N 分子运动的
平均速率
气体分子的
平均动能
气体的温度
压
强
P
每次碰撞的
平均作用力
每次碰撞的
强度
分子运动的
平均速率
气体分子的
平均动能
气体的温度
微观宏观
四、理想气体问题的定量求解：
1、三等表达式：
①等温变化：
A、对一定质量的同种气体：
P V = P V
1122
B、当气体质量改变时，采用分气（或合气）法：
P V = P V + P V + ...... + P V
001122nn
②等容变化：
A、对一定质量的同种气体：
P1 = P2 = ∆P
T
B、当气体质量改变时，采用分气（或合气）法：
7
（或活塞），在外力作用下 F= ma 求解；
PPPP
0 =1 +2 + ..... +n
T
n
③等压变化：
A、对一定质量的同种气体：
V1 = V2 = ∆V
T
B、当气体质量改变时，采用分气（或合气）法：
VVVV
0 =1 +2 + ..... +n
T
n
2、三不等表达式：
A、对一定质量的同种气体：
P1V1 = P2 V2
T
2
B、当气体质量改变时，采用分气（或合气）法：
P VP VP VP V
02
T
n
五、气体计算题型的解题基本思维：
1.根据题意按变化过程，写出先后每一状态下气体的三参量（压强、
体积与温度）的对应符号。
此状态下可能存在有两个对应的得分点：
①求出该状态下对应的体积 V，往往用气体柱的长度与横截面积来表
示；
②求出该状态下对应的压强 P:
ⅰ>当液体柱（或活塞）处于平衡状态时，同一段连续的流体（或活
塞）在外力作用下合外力为零，列式求解出压强；
ⅱ>当液体柱（或活塞）处于加速状态时:
A、受力分析的研究对象选取同一段沿加速度 a 方向上的连续的流体
合
8
B、近似认为气体内部各位置的压强大小相等；
C、利用 F
合
ma 求解时忽略气体的质量。
2.每分析出两个状态后，根据“三等”与“三不等”表达式列方程；
3.当气缸的面积不相同，之间存在有挡板时，要注意分析出活塞恰好
到达挡板时的这一临界状态。
§§第三部分：
固体与液体
一、固体：
1、分类：
单晶体
晶体
固体多晶体
非晶体
2、三者区别：
有无天然的规
在一些物理性
分类
有无固定的熔点
单晶体
则几何形状
有
质上的方向性
各向异性
有
晶体
多晶体
无
各向同性
有
非晶体
无
各向同性
无
3、判定固体类型的方法：
①自几何形状上判定时，必须是天然形成，一般不采用这种方法判定；
9
②自在一些物理性质上表现出各向异性可以判定是否是单晶体，但不
能区分多晶体与非晶体；
③自有无固定的熔点可以判定是否是非晶体，但不能区分单晶体与多
晶体。
二、液体：
1、表面张力：
（液面各部分间的相互吸引力）
①方向与液面相切，与分界线垂直，使液面具有收缩的趋势；
②微观解释：
处于表面层的液体分子，一方面受到上方气体分子作用，
另一方面又受到下方液体分子作用。
而液体分子比气体分子的作用
强，所以，表面层分子排列比液体内部要稀疏些，分子间距离较液体
内部也大一点 ，因此，在表面层里分子间的作用就表现为引力。
2、毛细现象：
①浸润：
微观解释：
附着层中的液体分子，既受固体分子的作用又受内部液体
分子的作用，而固体分子的作用力大一些，使得附着层中的液体分子
比液体内部分子分布密集一些，分子之间的距离小于分子平衡的距离
r ，附着层中的液体分子之间表现为斥力，附着层表现为扩张的趋势。
0
毛细现象表现为液体在细管中上升。
②不浸润：
微观解释：
附着层中的液体分子，既受固体分子的作用又受内部液体
分子的作用，而内部液体分子的作用力大一些，使得附着层中的液体
分子比液体内部分子分布稀疏一些，分子之间的距离大于分子平衡的
10
距离 r ，附着层中的液体分子之间表现为引力，附着层表现为收缩的
0
趋势。
毛细现象表现为液体在细管中下降。
三、液晶
液晶分子的排列自某个方向看比较整齐，排列有序而显示出单晶体的
各向异性，自另外一个方向看又杂乱无章，排列无序而显示出液体的
流动性。
四、饱和汽与饱和汽压
1、饱和汽：
在密闭容器中，与液体处于动态平衡（在相同时间内，
液化的气体分子数与蒸发的液体分子数相等）的蒸汽。
特点：
同一种饱和汽的蒸汽分子的分布密度仅与温度有关，与体
积无关，温度越高，分子分布的密度越大。
2、饱和汽压 P ：
在一定温度之下的饱和汽的压强。
0
特点：
同一种液体的饱和汽压仅与温度有关，与饱和汽的体积无
关，温度越高，饱和汽压越大。
3、绝对湿度：
指空气中所含水蒸气的实际压强 P 。
在温度一定时 P
1
1
越大蒸发越慢，P 越小蒸发越快。
1
4、 相对湿度（A）水蒸气的实际压强（P1）
同温度水的饱和汽压（P ）
0
5、人体对环境干爽与潮湿感受的判定由相对湿度 A 决定：
①A越大 ⇔ ∆P = P0 - P1越大 ⇔ 水蒸气实际分子密度与饱和汽分子密度相隔越小
⇔ 蒸发越慢 ⇔ 感觉潮湿闷热
②
A越小 ⇔ ∆P = P - P 越小 ⇔ 水蒸气实际分子密度与饱和汽分子密度相隔越大
01
⇔ 蒸发越快 ⇔ 人体感觉干爽
6、干湿泡湿度计：
11
①干泡温度计测得的温度 T 是环境的实际温度，其温度的大小反映了
0
饱和汽压 P 的大小；
0
②湿泡温度计测得的温度 T 是纱布上的水蒸发吸热以后的的温度，其
1
温度的大小反映了绝对湿度（水蒸气的实际压强）P 的大小；T 越大
11
蒸发越慢，T 越小蒸发越快。
1
③令 ∆T = T - T 则：
01
Ⅰ. ∆T越大 ⇔ 相对湿度A越小 ⇔ 蒸发越快 ⇔ 人体感觉干爽
Ⅱ. ∆T越小 ⇔ 相对湿度A越大 ⇔ 蒸发越慢 ⇔ 人体感觉潮湿闷热
§§第四部分：
热力学定律
一、热力学第零定律：
1、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特点：
一切处于热平衡的系统都具有相同的温度。
②热力学温度 T（K）与摄氏温度 t（0C）的关系：
Ⅰ>若强调的是系统在某一状态之下的温度，则：
T = t + 2730 C
Ⅱ>若强调的是系统在某一过程中温度的变化量，则：
∆T = ∆t
如热力学温标的分度值 1K 与摄氏温标的分度值 10C 的大小相等。
二、热力学第一定律：
1．定律：
一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外
12
界对它所做的功的和。
2.表达式：
∆U = Q + W
①Q 指吸收的热量，W 指外界对系统所做的功，三个物理量的符号代
入规律：
符号
+
-
内能增加
内能减小
W
外界对气体做功
气体对外做功
Q
吸热
放热
②在 W 指外界对系统所做的功时求 W 的方法：
Ⅰ>在等压变化过程中：
W=-P
；
易错点：
在自由膨胀（指气体向真空的膨胀过程，教材第60 面图
10.4—6 提及）之中，气体体积虽然增大，由于没有做功的对象，因
此在该过程中 W=0。
Ⅱ>在给出的 P—V 图象中，图线与 V 轴所围成的几何图形的面积表示
功的大小，体积增大，面积取负，体积减小，面积取正。
③若 Q 指吸收的热量，W 指系统对外界所做的功，则定律表达式为：
Q = ∆U + W
④若 Q 指系统放出的热量，W 指外界对系统所做的功，则定律表达式
为：
W = ∆U + Q
⑤若 Q 指系统放出的热量，W 指系统对外界所做的功，则定律表达式
为：
∆U + W + Q = 0
3、第一类永动机：
①指效率大于 100%的热机，其违背了热力学第一定律，即违背了能
13
量守恒定律；
②热力学第一定律还可以表述为：
热机效率不可能大于 100%或第一
类永动机不可能制成。
三、热力学第二定律：
1、总述：
一切与热现象有关的自然宏观过程均具有方向性，不可逆。
2、表述一 （克劳修斯表述 ）:
热量不能自发地从低温物体传到高温物
体。
①“自”发指所研究的热力学系统与外界之间没有发生任何相互影响；
②若去掉“自发”，该过程能够进行，即“热量能够从低温物体传到
高温物体”。
：
3、表述二（开尔文表述） 不可能从单一热源吸收热量，使之完全变
成功，而不产生其他影响。
①“不产生其他影响” 指所研究的热力学系统与外界之间没有发生
任何相互影响；
②若去掉“不产生其他影响” ，该过程能够进行，即“可以从单一
热源吸收热量，使之完全变成功，”即在有外界影响的条件下，内能
可以全部转化为机械能。
4、第二类永动机：
①指效率等于 100%的热机，其没有违背了热力学第一定律，即没有
违背了能量守恒定律但违背了热力学第二定律；
②热力学第二定律还可以表述为：
热机效率不可能等于 100%或第二
类永动机不可能制成。
14
5、热力学第二定律的微观解释：
①一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行；
②在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，热力学第二定
律也叫做熵增加原理。
③一切自发的过程，无序性均增大，即微观态的数目均增加，即对应
的宏观态出现的概率增大，即熵必定增加。
四、热力学第三定律：
1.表述：
不可能通过有限的过程把一个物体冷却到绝对零度。
2、注意点：
①绝对零度（热力学零度）指摄氏温度“-273℃”或“0K”；
②绝对零度不可能达到，但温度总有可能降低，因此热力学第三定律
并不阻止我们想办法尽可能地接近绝对零度。
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