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
，其中d（分子直径）与a（正方体边长）均可以看为两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
，只能说成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
，（目的：
酒精起稀释作用，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v1）滴入水中，则这一滴溶液中的纯油酸体积为
，（减少纯油酸的量，便于形成单分子油膜）；
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
。
二、分子在永不停息地做无规则的热运动。
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．图象反映出的规律：
（其中平衡位置两分子之间的间距r0的数量级约为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
时，斥力与引力大小相等，分子力为0；当
时，分子力表现为引力，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的值都大于平衡位置时的分子间距r0；当
分子力表现为斥力，分子距离r减小，分子力先增大；
②当分子间距
时，分子之间的作用力可忽略不计，一般规定在
时的分子势能为0。
当
时，分子力表现为引力，分子距离r减小，分子势能减小；当
分子力表现为斥力，分子距离r减小，分子势能增大；
时，分子势能达到最小；在分子势能变化的过程中，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r0，一个小于平衡位置时的分子间距r0；
③令分子力表现为引力的最大值时分子间距为rA,如图所示中的A点位置，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
，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：
，则当
时，
，表明在位置斥力与引力变化快慢相同；当
时，K分子力由K引力，决定（两图象切线斜率均为正），则
，表明在此范围内间距增大时，引力与斥力减小得快；
时，K分子力由K斥力决定（两图象切线斜率均为），则
，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）
3、图象反映出的规律：
①图象纵坐标f（v）指单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比（运算表达式为
），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；
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
；
④由于
，则每一条图线与横坐标所围图形的面积均相等，且均等于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
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。
ⅱ、结合推导思路
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
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定；
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：
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：
B、当气体质量改变时，采用分气（或合气）法：
②等容变化：
A、对一定质量的同种气体：
B、当气体质量改变时，采用分气（或合气）法：
③等压变化：
A、对一定质量的同种气体：
B、当气体质量改变时，采用分气（或合气）法：
2、三不等表达式：
A、对一定质量的同种气体：
B、当气体质量改变时，采用分气（或合气）法：
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（或活塞），在外力作用下
求解；
B、近似认为气体内部各位置的压强大小相等；
C、利用
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：
分类
有无天然的规则几何形状
在一些物理性质上的方向性
有无固定的熔点
晶体
单晶体
有
各向异性
有
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；
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r0，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。
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距离r0，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P0：
在一定温度之下的饱和汽的压强。
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P1。
在温度一定时P1越大蒸发越慢，P1越小蒸发越快。
4、
5、人体对环境干爽与潮湿感受的判定由相对湿度A决定：
①
②
6、干湿泡湿度计：
①干泡温度计测得的温度T0是环境的实际温度，其温度的大小反映了饱和汽压P0的大小；
②湿泡温度计测得的温度T1是纱布上的水蒸发吸热以后的的温度，其温度的大小反映了绝对湿度（水蒸气的实际压强）P1的大小；T1越大蒸发越慢，T1越小蒸发越快。
③令
则：
Ⅰ.
Ⅱ.
§§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：
Ⅱ>若强调的是系统在某一过程中温度的变化量，则：
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界对它所做的功的和。
2.表达式：
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
△U
W
Q
+
内能增加
外界对气体做功
吸热
-
内能减小
气体对外做功
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△V；
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：
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：
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：
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。
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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