南京届高三热学复习讲座.docx
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南京届高三热学复习讲座
南京市2005届高三物理《热学》复习讲座
南航附中蒋鸣
一、基本情况
表
（一）《热学》知识点、考试要求、及近年来考查情况
内容
要求
近年来考查情况
42.物质是由大量分子组成的，分子的热运动、布朗运动、分子间的相互作用力。
I
2002年广东；2003年全国；2004年广东
43.分子热运动的动能，温度是物体分子热运动平均动能的标志，物体分子间的相互作用势能，物体的内能。
I
2002年广东；2003年全国；2004年江苏；2004广东
44.做功和热传递是改变物体内能的两种方式，热量，能量守恒定律。
I
2004年广东；2004年江苏
45.热力学第一定律。
I
46.热力学第二定律。
I
2004广东
47.永动机不可能。
I
2004广东
48.绝对零度不可达到。
I
49.能源的开发和利用，能源的利用与环境保护。
I
50.气体的状态和状态参量，热力学温度。
I
51.气体的体积、温度、压强之间的关系。
I
2003年全国
52.气体分子运动的特点。
I
53.气体压强的微观意义。
I
2004年江苏
注：
以上知识点和考试要求为2004年考纲所述
表
（二）《热学》在全卷所占百分比
2002年全国
2003年全国
2004年江苏
2004年广东
11.3%
5.3%
5.3%
6.7%
选择题，计算题
选择题
选择题
选择题
本单元内容在高考中所占比例较少，但考查形式多是独立命题，以选择题为主，在复习时必须注意这一特点。
十二个考试知识点均为I级要求，没有突出的重点。
在复习策略上应强化基础及简单应用为宜。
2004年考纲中，规定《热学》在全卷所占百分比约6%（江苏卷）。
在计算上要求较高的主要是物质微观结构与宏观结构的关系的计算，往往是由阿伏加德罗常数建立微观与宏观的关系，要求学生能正确建立空间物理模型和方程。
本单元大多数内容属定性研究，应注意强化概念与规律的记忆和理解，注重使用物理概念和规律揭示现象，如布朗运动的解释，影响气体压强的因素，永动机不可能实现等。
对近年来新增的知识点，如气体分子动理论，气体压强的微观意义，热力学第二定律，2004年考纲中又增加的“气体的体积、温度、压强之间的关系”，必须予以足够的重视。
尤其是热力学第二定律，学生在理解时有不少偏差，复习时应注意纠正。
热力学第一定律是跟热现象有关的能量守恒定律，作为一种思想方法，较多地应用于力学与热学的综合题中，如机械能与气体内能的转化问题等，应注意培养学生的综合分析能力。
二、知识网络
热
学
分子热运动能量守恒
分子动理论
物质是由大量分子组成的
分子永不停息地做无规则运动
扩散现象
布朗运动
分子间存在相互作用的引力和斥力
物体的内能
温度是物体分子热运动的平均动能的标志
分子势能
物体的内能
改变内能的两种方式
能量转化与守恒
热力学第一定律
能量守恒定律
热力学第二定律
能源的开发、利用和环境保护
气
体
气体分子动理论
气体分子运动的特点
气体压强的微观解释
气体的状态参量
温度
摄氏温度
热力学温度
体积
压强
微观解释
影响因素
气体的体积、温度、压强之间的关系
实验：
油膜法测分子直径
三、复习要点
（一）分子动理论
1.分子动理论与其实验基础
（1）分子动理论三个基本观点：
物质是由大量分子组成的；分子永不停息地做无规则运动；分子之间存在着相互作用力（斥力和引力）。
三个观点中，分子的热运动是重点，它是认识热现象本质的基础。
（2）分子永不停息地做无规则热运动的实验事实有两个；扩散现象和布朗运动。
扩散现象不仅说明物质分子在不停地运动着，同时还说明分子与分子之间有空隙。
扩散现象是分子永停息地做无规则运动的直接表现。
布朗运动说明分子在不停地做无规则运动。
布朗运动是液体分子无规则运动的间接反映。
[例1]在较暗的房间里，从射进来的阳光中，可以看到悬浮在空气里的微粒在飞舞，这些微粒所做的运动。
（）
（A）是布朗运动（B）不是布朗运动
（C）自由落体运动（D）是由气流和重力所引起的运动
答案：
B、D
[例2]下列说法正确的是（）
（A）分子的运动就是布朗运动
（B）液体中悬浮的微粒越大，所受的冲力越大，布朗运动越明显
（C）布朗运动是指液体中悬浮的固体微粒的无规则运动
（D）物体运动的速度越大，内部分子的热运动就越激烈
答案：
C
2.摩尔质量、摩尔体积、分子质量、分子体积和阿伏加德罗常数的关系
（1）阿伏加德罗常数（NA）是联系宏观量（摩尔质量、摩尔体积）和微观量（分子质量、分子体积）的桥梁。
（2）一个分子质量mo与该物质的摩尔质量MA和阿伏加德罗常数的关系：
（适用于固、液、气三态）。
（3）一个分子的体积Vo与该物质的摩尔体积VA和阿伏加德罗常数的关系：
（只适用于固体、液体分子的体积。
对于气体则表示一个气体分子所占空间的大小）
3.对微观量的估算
（1）首先要建立微观模型。
对液体、固体来说，微观模型是分子紧密排列的，将物质的摩尔体积分成NA个等份，每一等份就是一个分子的体积。
若把分子看作小立方体，则每一等份就是一个小立方体；若把分子看作小球，则每一等份就是一个小球；由此可以估算出分子的体积和分子的直径。
（2）由于气体分子不是紧密排列的，所以上述微观模型对气体不适用，但上述微观模型可用来求气体分子间的距离。
例如1mol的气体，在标准状态下的体积是22.4×10-3m3,将其分成NA个小立方体，每个小立方体中装一个气体分子，则小立方体的边长就是分子间的距离。
注意：
同质量的同一气体，在不同状态下的体积有很大的差别，不像液体、固定体积差别不大，所以求气体分子间的距离应说明实际状态。
[例3]阿伏加德罗常数为NA，铁的摩尔质量为MA，铁的密度为ρ，下列说法中正确的是：
（）
（A）1m3铁所含的原子数目是ρNA/MA
（B）1个铁原子的质量是MA/NA
（C）1个铁原子占有的体积是MA/ρNA
（D）1kg铁所含的原子数目是ρNA
答案：
A、B、C
[解后反思]分子的质量mo、分子的体积Vo和分子的直径d称为微观物理量，物体的质量M、体积V、密度ρ、摩尔质量MA和摩尔体积VA称为宏观物理量，阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁，应让学生熟悉以下常用的微观量与宏观量间的关系式：
（1）分子的质量：
（2）分子的体积：
（3）分子的大小：
球体模型直径
，立方体模型边长
。
（4）物体所含的分子数：
。
（摩尔数
）
4.分子力
（1）分子间的相互作用的引力和斥力是同时存在的，分子力是分子间引力和斥力的合力。
（2）引力和斥力的大小都跟分子间距离有关，分子力的大小也跟分子间距离有关，当分子间距离r=r0时，分子间引力和斥力相平衡，此时分子力F=0。
（3）分子间引力、斥力和分子力随分子间距离r变化的规律如图
（1）所示。
注意：
应该强调引力和斥力的“同时性”和变化特征。
图
（1）
[例4]关于分子间的相互作用力，下列说法正确的是（）
（A）分子间的相互作用力和组成分子的原子内部的带电粒子间的相互作用力是一致的
（B）分子间的相互作用力是引力还是斥力，跟分子间的距离有关，当分子间距离较大时，分子间就只有相互吸引的作用，当分子间距离较小时就只有相互推斥的作用
（C）分子间的引力和斥力总是同时存在的，也总是同时变化的
（D）温度越高，分子间的相互作用力就越大
答案：
C
（二）内能、能的转化和守恒定律
1.正确区分温度、热量、内能的概念
要以分子动理论为依据，正确区分温度、热量、内能三个不同的物理概念。
（1）从分子动理论的观点看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志，这是温度的微观含义。
（2）热量是由热传递使物体内能发生改变时，内能变化的量度，热量与物体的内能多少，温度高低无关。
（3）物体的内能是物体中所有分子做热运动的平均动能和分子势能的总和。
内能跟物质的量、温度、体积有关。
特别注意：
一定量的理想气体的内能只与温度有关。
2.分子的平均动能和分子势能
（1）温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大。
注意：
①温度是大量分子的平均动能的标志，对个别分子来讲是无意义的；②不同种物质的物体，如果温度相同，则它们的分子平均动能相同，
但它们的分子的平均速率不同。
③分子的平均动能与物体运动的速度无关。
（2）分子的势能是由分子间相对位置所决定的。
①分子势能的改变是通过分子力做功来实现的，分子力做负功时，分子势能增大；分子力做正功时，分子势能减小。
当分子间的距离小于r0时，随着分子间距离的减小，分子力做负功，分子势能增大；当分子间距离大于r0时，随着分子间距离的增大，分子力做负功，分子势能也增大；当分子间距离等于r0时，分子势能最小。
②当物体的体积改变时，分子间的距离随着改变，分子势能也会改变，所以分子势能的大小与物体的体积有关。
③分子势能与分子间距的关系
图2
分子势能EP跟分子间距离r有关，若规定两个分子相距无限远时分子势能为零，则分子势能EP随分子间距离r变化的规律如图
（2）所示。
注意：
图
（1）和图
（2）形状相似，但表述的意义不同。
图
（2）中，也可以将r轴下移，规定r=r0时分子势能EP=0。
[例5]用r表示两个分子间的距离，EP表示两个分子间相互作用的势能，当r=r0时两分子间斥力等于引力，设两分子相距很远时EP=0。
（）
（A）当r>r0时，EP随r的增大而增加
（B）当r＜r0时，EP随r的减小而增加
（C）当r＞r0时，EP不随r改变
（D）当r=r0时，EP=0
答案：
A、B
[例6]（1998年高考科研试题）x、y两容器中装有相同质量的氦气，已知x中氦气的温度高于y中氦气的温度，但压强却低于y中氦气的压强，由此可知
（A）x中氦气分子的平均动能一定大于y中氦气分子的平均动能
（B）x中每个氦分子的动能一定都大于y中每个氦分子的动能
（C）x中动能大的氦气分子数一定大于y中动能大的氦气分子数
（D）x中氦分子的热运动一定比y中氦分子的热运动激烈
答案：
A、C、D
[解后反思]热学研究的是大量分子的无规则热运动，当我们从微观的角度去考察单个分子的个别行为时，发现各个分子的运动情况完全是偶然的、无规则的、各不相同的，但当我们用统计的方法去考察大量分子所组成的群体的集体行为时，却发现存在着必然的规律性，这种反映大量个别偶然事件整体性质的规律叫做统计规律，对大量分子的运动情况进行记录、整理、计算和分析，用统计平均值来反映分子集体中所有分子的共性（统计规律），再由此建立跟宏观量的联系，这就是热学研究中的主要方法——统计方法。
统计方法的研究对象是大量分子。
3.改变物体内能的两种物理过程和热平衡
（1）做功和热传递都可以改变物体的内能，但它们的本质不一样；做功是其他形式的能和内能之间的转化，热传递是物体间内能的转移。
（2）内能和机械能是两种形式的能，内能是由微观分子的动能和势能确定的能量，而机械能是宏观物体的运动决定的能量，两种能量之间没有必然的联系。
（3）热传递是物体间内能的转移过程，内能转移的数量习惯上用传递的热量来量度。
热传递的方式有三种：
传导、对流、辐射，热传递的条件是物体之间温度不同，内能从高温物体向低温物体传递（转移），温度相等时达到动态平衡，即热平衡。
4.能的转化和守恒定律
（1）某一种形式的能是否守恒是有条件的，例如机械能守恒定律具有适用条件，而总能量守恒定律是无条件的，是一切自然现象都遵守的基本规律。
（2）能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到：
任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，而不能无中生有地创造能量。
不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功的机器（第一类永动机）是不可能制成的。
[例7]横截面积为3dm2的圆筒内装有0.6kg的水，太阳光垂直照射了2min，水温升高了1℃，设大气顶层的太阳能只有45%到达地面，试估算出太阳的全部辐射功率为多少？
（保留1位有效数字，设太阳与地球之间平均距离为1.5×1011m）。
答案：
4×1026W
[解后反思]利用能量守恒定律解题的基本思路：
①建立适当的物理模型。
例如：
研究太阳辐射问题时，一般采用球形模型。
②分析能量转移或转化的效率，弄清各类能量的来龙去脉。
③根据总能量守恒的规律列式求解。
[例8]请阅读下列材料，而后解答材料后的各个问题。
太阳向空间辐射的总功率为3.8×1026W，太阳光从太阳射到地球需要8min20s。
辐射到地球上的太阳能以下列形式被利用和储存：
①使大地变热，转为内能；②使空气变热形成风，转为空气流动的动能（可风力发电）；③使水汽化，又以雨、雪形式返回地面，转为水流的动能（可水力发电）；④被植物、微生物吸收（古代生物以煤、石油等形式储存起来，直接作为燃料），作为人和动物的食物。
（1）已知地球半径为6.4×106m，求辐射到地球的太阳能的总功率。
（2）地球上许多能源来源于太阳，在合理开发和节约使用常规能源的同时，还要大力开发新能源，下列能源中，哪些属于新能源？
（）
（A）核能（B）天然气
（C）海洋能（D）太阳能
（3）某同学为测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：
用一面积为0.1m2的面盆，盛6kg的水，经太阳垂直照射15min，温度升高5℃，若地表植物接受太阳光的能力与水相等，试计算每平方米绿色植物每秒接受的太阳能为多少焦耳？
若绿色植物在光合作用中每吸收1kJ的太阳能可以放出0.05L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少升氧气？
（1公顷=104m2）
答案：
（1）1.7×1017W
（2）A、C、D
（3）7×102L
[解后反思]这类题型信息量多，且复杂，有利于培养学生信息处理和应用的能力，这也是学生综合分析和解决问题的能力。
[例9]用铁锤打击铁钉时大约有80%的机械能转化为内能，并且其中的50%使铁钉的温度升高，打击20次后，铁钉的温度升高多少？
已知铁锤的质量为1.2kg，铁锤打击铁钉时的速度为10m/s，铁钉的质量为40g，铁的比热容为5.0×102J/（kg·℃）。
答案：
24℃
[解题思路]解答本题的关键是弄清铁锤打击钉子过程中能量转化关系，铁锤损失的机械能的80%转化为内能，这80%中又有50%转化为铁钉的内能，使铁钉温度升高，此处易错将这50%理解为铁锤所损失机械能的50%。
这类题型中，是以能量守恒为思维主线。
常见的还有子弹打木块问题。
是力学和热学的综合题。
如例10，例19等。
[例10]质量400g的木块M静止在光滑的水平面上，一质量为20g的子弹m以500m/s的速度水平击穿木块，子弹穿出后的动能是原来的1/25，求：
（1）子弹穿过木块的过程中，子弹和木块组成的系统共损失多少机械能？
（2）若在击穿过程中，子弹获得60%的热量，子弹温度升高多少？
已知
C铜=4.6×102J/（kg·C）。
（3）若击穿后的木块沿倾角为37°斜面能向上滑行的最大位移是20m，求斜面的动摩擦因数？
答案：
（1）2320J；
（2）151.3℃；（3）0.5
5.热力学第一定律及符号法则
△U=Q+W
应用热力学第一定律时，必须掌握好它的符号法则。
（1）功W＞0，表示外界对系统做功；W＜0，表示系统对外界做功。
（2）热量Q＞0，表示物体吸热；Q＜0，表示物体放热。
（3）内能△U＞0，表示内能增加；△U＜0，表示内能减少。
[例11]如图（3），A、B两球完全相同，分别浸没在水和水银的同一深度，两容器相同。
A、B两球用同一种特殊的材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显地变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢地升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则（）
（A）A球吸收的热量较多
（B）B球吸收的热量较多
（C）两球吸收的热量一样多
（D）无法确定
答案：
B
[例12]如图4所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度较小，B的密度较大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸热Q，气体内能增量为△U，则
（A）△U=Q（B）△U＜Q
（C）△U＞Q（D）无法比较
答案：
B
[例13]如图（5）所示的绝热容器，中间用隔板分成两部分，左侧有理想气体，右侧是真空；现将隔板抽掉，让左侧的气体自由膨胀到右侧直到平衡，在此过程中（）
（A）气体对外做功，温度降低，内能减少
（B）气体对外做功，温度不变，内能不变
（C）气体不做功，温度不变，内能不变
（D）气体不做功，温度不变，内能减少
答案：
C
[例14]（2004年全国物理综合参考试卷）如图（6）所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙，现将活塞P缓缓地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中（）
（A）外力对乙做功；甲的内能不变
（B）外力对乙做功；乙的内能不变
（C）乙传递热量给甲；乙的内能增加
（D）乙的内能增加；甲的内能不变
答案：
C
[解题思路]外力对乙做功（W＞0），会使乙内能增加，温度升高，但是乙又要向甲传热，会使乙的内能减少，故无法判断乙的内能变化。
利用反证思维：
假设乙的内能不变，则乙的温度应该不变，故乙对甲将无热传递。
但是外力对乙做功会使乙的内能增加，因此假设不成立。
[解后反思]利用热力学第一定律研究内能的变化问题，必须同时考虑做功和热传递。
6.热力学第二定律的两种常见表述
（1）按热传导的方向性表述：
不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。
（2）按机械能与内能变化过程的方向性表述：
不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。
即第二类永动机是不可能制成的。
7.热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系
热力学第一定律，是跟热现象有关的物理过程中能量守恒定律的特殊表达形式，它说明功、热量与内能改变之间的定量关系。
热力学第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，它说明一切与热现象有关的实际宏观过程是不可逆的。
热力学第二定律的两种表述方式，都说明了与热现象有关的物理过程进行的方向，两种表述是一致的，可以证明若违反了其中一种表述，必然违反另一种表述，热力学第一定律和热力学第二定律从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础。
[例15]关于空调机、下列说法正确的是
（A）致冷空调机工作时，热量从低温物体传到高温物体
（B）致暖空调机工作时，热量从高温物体传到低温物体
（C）冷暖空调机工作时，热量既可以从低温物体传到高温物体，也可以从高温物体传到低温物体
（D）冷暖空调机工作时，热量只能从低温物体传到高温物体
答案：
A、D
[例17]关于“永动机”，下列说法正确的是（）
（A）不消耗任何能量和燃料，却能源源不断地对外做功的机器是绝对不可能制造成功的，因为它违背了能的转化和守恒定律
（B）只要不违背能的转化和守恒定律的机器是一定能够制造成功的
（C）只从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其它影响的机器是可以制造成功的
（D）热效率百分之百的热机是绝对不可能制造成功的
答案：
A、D
[例16]下列说法中正确的有
（A）热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
（B）热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体
（C）机械功可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为机械功
（D）机械功可以全部转化为热量，热量也可能全部转化为机械功
答案：
B、D
[解后反思]热力学第二定律指出能量转化与守恒在与热现象有关的物理过程中，能否实现的条件和过程进行的方向，正确理解热力学第二定律的两种表述方式是解答该题的关键，热力学第二定律是教材新增加的内容，应重视该定律在实际中的应用。
[例18]用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触2点插在冷水中，如图（7）所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。
这一实验是否违反热力学第二定律？
热水和冷水的温度是否会发生变化？
简述这个过程中能的转化情况。
答案：
不违反。
热水降温、冷水升温。
热水部分内能转化成电能，部分电能又转化成冷水的内能。
8.能量耗散
（1）若其他形式的能转化成内能，这些内能最终流散到周围的环境中，没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用，这种现象叫做能量的耗散。
（2）能量耗散现象从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性。
9.能源和环境
（1）能够提供可利用能量的物质叫做能源。
（2）常规能源：
煤、石油、天然气等。
（3）新能源：
风能、水流能、太阳能、核能、地热能、海洋能等。
（4）能源的利用过程实际上是能量转化的过程，利用常规能源不可避免地带来粉尘和废气污染。
合理利用常规能源，不断开发新能源，有利于保护自然环境，有利于可持续发展战略的实施。
[例19]（2001年全国卷）“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠落在南太平洋海域，坠落过程可简化为从一个近圆轨道（可近似看作圆轨道）开始，经过与大气摩擦，空间站的绝大部分经过升温、熔化、最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海，此过程中，空间站原来的机械能除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量E＇通过其他方式散失（不考虑坠落过程中化学反应的能量）。
（1）试导出以下列各物理量的符号表示散失能量E＇的公式。
（2）算出E＇的数值（结果保留两位有效数字）。
坠落开始时空间站的质量M=1.17×105kg；
轨道离地面的高度为h=146km；
地球半径R=6.4×106m；
坠落空间范围内重力加速度可看作g=10m/s2；
入海残片质量m=1.2×104kg；
入海残片的温度升高△T=3000K；
入海残片的入海速度为声速v=340m/s；
空间站材料每一千克升温1K平均所需能量c=1.1×103J；
每销毁1千克材料平均所需能量μ=1.0×107J。
答案：
（1）以E＇表示其他方式散失的能量，由能量守恒得
E＇=E-Q汽-Q残-E残
=
（2）代入数据得E＇=2.9×1012J。
[解后反思]
（1）本题为信息题，侧重于理解能力、获取信息能力、运用所学知识解决实际问题能力的考查。
能正确理解题意，运用圆周运动的知识以及题目所提供的信息，求出各部分的能量，是求解本题的关键，能量守恒是思维主线。
另外本题的数据较多较大，对运算能力要求较高，应先列式运算，最后代入数据求出结果。
（2）本题所求的结果E＇即为能量耗散。
[例20]如图（8）中，容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是A空气，大气压恒定，A、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。
原先，A中水面比B中高，打开阀门，使A中水逐渐向B中流，最后达到平衡，在这个过程中
（A）大气压力对水做功，水的内能增加A
（B）水克服大气压力做功，水的内能减少
图8
（C）大气压力对水不做功，水的内能不变
（D）大气压力对水不做功，水的内能增加
答案：
D
（三）气体
1.气体分子运动的特点
（1）分子
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