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(共39張PPT)
第11講 熱學
題型1 分子動理論 固體、液體與氣體
題型2 氣體實驗定律 理想氣體狀態方程
網絡構建
備用習題
【關鍵能力】
理解分子動理論,知道固體、液體的性質,掌握
氣體實驗定律、理想氣體狀態方程和熱力學定
律的適用條件和解題方法,關注氣體狀態變化
(等溫、等壓、等容)圖像的應用.熱學計算題情
境雖然抽象，但研究對象的模型通常有3類：
汽缸—活塞模型、玻璃管—液柱模型和“變質
量”模型.
題型1 分子動理論 固體、液體與氣體
1.理解微觀分子的結構模型,進而理解分子大小、分子數量、分子力、分子
勢能.
2.理解微觀分子的運動模型,進而理解布朗運動、溫度與壓強、分子運動速
率的正態分布規律.
3.理解微觀分子力模型,進而理解液體表面張力與浸潤不浸潤現象.
4.知道區分晶體和非晶體的標準是看是否有確定的熔點.
5.理解影響氣體壓強的因素
(1)氣體分子平均動能——溫度.
(2)單位時間單位面積上的撞擊次數——單位體積內分子數.
例1 [2024·舟山模擬] 下列說法中不正確的是( )
A.圖甲中，溫度升高，曲線峰值向右移動
B.圖甲中，同一溫度下，氣體分子的速率都呈“中間多、
兩頭少”的分布
C.由圖乙可知，當分子間的距離從逐漸減小為 時，
分子力先做正功后做負功
D.由圖乙可知，當分子間的距離從逐漸減小為 時，
分子勢能不斷減小
√
[解析] 溫度越高，分子運動越劇烈，圖甲中，溫度升高，曲線峰值向右
移動，故A正確，不符合題意；圖甲中，同一溫度下，氣體分子的速率都
呈“中間多、兩頭少”的分布，故B正確，不符合題意；由圖乙可知，當分
子間的距離從逐漸減小為 時，分子力一直表現為引力，分子力一直做
正功，故C錯誤，符合題意；由圖乙可知，當分子間的距離從 逐漸減小
為 時，分子力一直做正功，分子勢能
不斷減小，故D正確，不符合題意.
技法點撥
針對甲圖，需要注意以下幾點：①同一溫度下速率分布“中間多,兩頭少”;
②溫度越高,分子速率大的分子數占總分子數百分比增加,分子平均速率增
大；③分子在整個速率范圍內的概率總和為.
例2 (不定項)[2024·杭州高級中學模擬] 體積相同的玻璃瓶、 分別裝滿
溫度為的熱水和 的冷水(如圖所示)，下列說法正確的是( )
A.由于溫度越高，布朗運動越顯著，所以 瓶中水分子的
布朗運動比 瓶中水分子的布朗運動更顯著
B.若把、兩只玻璃瓶并靠在一起，則、 瓶內水的內
能都將發生改變，這種改變內能的方式叫傳熱
C.由于、兩瓶水的體積相等，所以、 兩瓶中水分子
的平均距離相等
D.已知水的相對分子質量是18，若瓶中水的質量為 ，
水的密度為 ，阿伏加德羅常數
，則 瓶中水分子個數約為
個
√
√
[解析] 溫度是分子平均動能的標志，布朗運動是懸浮在
液體中固體顆粒的無規則運動，不是水分子的運動，A錯
誤；若把A、B兩只玻璃瓶并靠在一起，則A、B瓶內水的
內能都將發生改變，熱量會由A傳遞到B，這種改變內能
的方式叫傳熱，B正確；相同體積不同溫度時水分子的平
均距離不同，C錯誤；已知B瓶中水的質量為 ，
水的摩爾質量 ，則水分子的個數
個，D正確.
技法點撥
溫度是分子平均動能的標志，水分子數與、瓶內水的體積有關，內能
也與水的體積有關，相同體積不同溫度水分子的個數不同，平均距離就不
同，故平均距離與溫度有關.已知瓶中水的質量、水的相對分子質量和阿
伏加德羅常數，根據它們之間的關系式即可計算水分子數.
【遷移拓展】
1.[2024·湖州模擬] 關于下列各圖所對應現象的描述，正確的是( )
A.圖甲中水黽可以停在水面，是因為
受到水的浮力作用
B.圖乙中玻璃容器中的小水銀滴呈球
形，是因為表面張力
C.圖丙中插入水中的塑料筆芯內水面
下降，說明水浸潤塑料筆芯
D.圖丁中拖拉機鋤松土壤，是為了利
用毛細現象將土壤里的水分引上來
√
[解析] 水黽可以停在水面是因為水的表面
張力，故A錯誤；水銀的表面張力比較大，
同時水銀和空氣之間的相互作用力也比較
小，這就導致了水銀在接觸到其他物體時，
會盡可能地減少表面積，從而形成球狀，
故B正確；當一根內徑很細的管垂直插入
液體中時，浸潤液體在管里上升，而不浸
潤液體在管內下降，故C錯誤；拖拉機鋤
松土壤，是為了破壞毛細管減小水分蒸發，
故D錯誤.
2.(不定項)[2024·舟山模擬] 在中國首次太空授課活動中，航天員展示了
失重環境下的物理現象，其中有一實驗是航天員擠出的水在空中形成水球.
水球蘊涵著很多物理知識，下列說法正確的是( )
A.水球中的水分子的直徑數量級為
B.水的內能比 冰的內能大
C.擠出的水呈球形是水的表面張力作用的結果
D.懸浮在水中的小顆粒做無規則運動，說明水分子間存在相互作用力
√
√
[解析] 水分子的直徑數量級為，故A錯誤；質量相同時， 水凝
結成冰的過程要放出熱量，內能減小，所以水的內能比 冰
的內能大，故B正確；液體的表面張力使液體表面有收縮的趨勢，而同樣體
積的物體，球體的表面積最小，水呈球形是水的表面張力作用的結果，故C
正確；懸浮在水中的小顆粒做無規則運動，是由于小顆粒受到水分子碰撞
導致受力不平衡，說明了水分子在做永不停息的無規則運動，故D錯誤.
題型2 氣體實驗定律 理想氣體狀態方程
1.氣體實驗定律及理想氣體狀態方程
(1)適用條件：質量一定的理想氣體.
(2)玻意耳定律、蓋-呂薩克定律、查理定律這三個氣體實驗定律是理想氣
體狀態方程在其中一個狀態參量不變情況下的特例.
2.合理選取氣體變化所遵循的規律列方程
(1)若氣體質量一定，、、中有一個量不發生變化，則選用對應的氣體
實驗定律列方程求解.
(2)若氣體質量一定，、、均發生變化，則選用理想氣體狀態方程列式
求解.
3.熱系統的宏觀表現主要有三個方面，一是熱力平衡，二是熱參量的實驗
定律，三是熱力學三定律(包括能量守恒定律).
(1)壓強的宏觀表現為對象的力平衡，根據平衡求解氣體壓強;
(2)掌握幾個典型的熱過程(等溫、等容、等壓)，初、末狀態參量規律與圖
像表述;
(3)根據受力做功與溫度變化(內能由溫度決定)分析功與內能的變化，進而
確定吸熱、放熱.
例3 [2024·紹興模擬] 如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態 依次經過狀
態、和后再回到狀態，其中和為等溫過程， 和
為絕熱過程.這就是熱機的“卡諾循環”，則( )
A. 過程說明，熱機可以從單一熱源吸熱對外做功
而不引起其他變化
B. 過程中，氣體分子在單位時間內碰撞單位面積
器壁的平均沖量增大
C. 過程中，氣體的內能增大
D.整個循環過程中，氣體從外界吸收熱量
√
[解析] 根據熱力學第二定律可知，不可能從單一熱源吸
熱全部用來對外做功而不引起其他變化，A錯誤；
過程中，絕熱膨脹，氣體對外做功，內能減小，溫度降
低，分子的平均動能減小，壓強變小，根據 可
知，氣體分子在單位時間內碰撞單位面積器壁的平均沖
量減小，B錯誤； 為等溫過程，溫度是理想氣體的
內能大小的標度，故溫度恒定，內能不變，C錯誤；整
個循環過程中，氣體對外做功，從狀態A回到狀態A，溫
度相同，根據熱力學第一定律可知氣體必從外界吸收熱
量，D正確.
例4 [2024·浙江1月選考] 如圖所示，一個固定
在水平面上的絕熱容器被隔板 分成體積均為
的左右兩部分.面積為
的絕熱活塞被鎖定，隔板 的左側為真空，右側中一定質量
的理想氣體處于溫度、壓強 的狀態1.抽取隔
板，右側中的氣體就會擴散到左側中，最終達到狀態2.然后解鎖活塞 ，
同時施加水平恒力，仍使其保持靜止.當電阻絲加熱時，活塞 能緩慢
滑動(無摩擦)，使氣體達到溫度 的狀態3，氣體內能增加
.已知大氣壓強 ，隔板厚度不計.
(1) 氣體從狀態1到狀態2是________(選填“可逆”或“不可逆”)過程，分子平
均動能______(選填“增大”“減小”或“不變”)；
[解析] 氣體從狀態1到狀態2是氣體向真空擴散的過程，屬于熱現象中的
自發過程，是不可逆的；由于氣體與外界間沒有做功且不傳熱，所以氣體
內能不變，理想氣體溫度不變，分子平均動能不變.
不可逆
不變
(2) 求水平恒力 的大小；
[答案]
[解析] 氣體從狀態1到狀態2，根據玻意耳定律
得
其中
解得
對活塞有
解得
(3) 求電阻絲放出的熱量 .
[答案]
[解析] 氣體從狀態2到狀態3，根據蓋-呂薩克
定律得
解得
根據熱力學第一定律
其中
解得
【遷移拓展】
1.[2024·杭州模擬] 如圖所示，在一個絕熱的汽缸中，用一
個橫截面積的絕熱活塞和固定的導熱隔板 密
封了兩份氮氣Ⅰ和Ⅱ，氮氣Ⅰ、Ⅱ物質的量相等.當氮氣Ⅰ和氮氣
Ⅱ達到熱平衡時，體積均為 ，氮氣Ⅰ壓強為
，溫度為 .現通過電熱絲緩慢
加熱，當氮氣Ⅱ的溫度增加到 時停止加熱，該過
程氮氣Ⅱ內能增加了 ，已知大氣壓
，重力加速度取，活塞 與汽
缸之間的摩擦不計.
(1) 緩慢加熱過程中，氮氣Ⅰ、氮氣Ⅱ具有相同的______(選填“壓強”“體積”
或“溫度”).
[解析] 緩慢加熱過程中，氮氣Ⅰ、氮氣Ⅱ通過導熱隔板 傳熱，具有相同的
溫度.
溫度
(2) 求活塞 的質量；
[答案]
[解析] 對氮氣Ⅰ有
解得活塞 的質量
(3) 求氮氣Ⅰ最終的體積；
[答案]
[解析] 加熱前后氮氣Ⅰ壓強不變，由蓋-呂薩克定律得
解得氮氣Ⅰ最終的體積
(4) 求氮氣Ⅱ從電熱絲上吸收的總熱量.
[答案]
[解析] 導熱隔板 固定，氮氣Ⅱ的體積不變，外界對氣體做功
由熱力學第一定律 ，可得氮氣Ⅱ從電熱絲及氮氣Ⅰ上
吸收的總熱量
氮氣Ⅰ、Ⅱ物質的量相等，溫度相同，所以內能也相同，故內能變
化量也相同，氮氣Ⅰ內能變化量為
氮氣Ⅰ發生等壓變化，得
聯立解得
故氮氣Ⅱ從電熱絲上吸收的總熱量為
2.[2024·寧波模擬] 某興趣小組設計了一溫度報警
裝置，原理圖如圖所示，豎直放置的導熱汽缸內
用質量、橫截面積 、上表
面涂有導電物質的活塞封閉一定質量的理想氣體，
當缸內氣體的溫度 時，活塞下表面與汽
缸底部的距離，上表面與、 兩觸點的
距離 .當活塞上移至卡口處時，上表面恰
好與、 兩觸點接觸，觸發報警器報警.不計一切摩擦，大氣壓強恒為
，重力加速度取 .
(1) 求該報警裝置報警的最低熱力學溫度 ；
[答案]
[解析] 環境溫度緩慢上升，活塞剛到達卡扣處，此過程中
封閉氣體處于等壓膨脹過程，則有
解得
(2) 當環境溫度緩慢升高到時，求封閉氣體的壓強 ；
[答案]
[解析] 加熱之前，根據平衡條件有
解得
當環境的熱力學溫度升高到 時，根據理想
氣體狀態方程有
解得
(3) 若環境溫度由緩慢升高到 時，汽缸內氣體吸收
熱量，求該部分氣體內能的增量 .
[答案]
[解析] 環境的熱力學溫度由 升高到
時，外界對氣體做功為
由熱力學第一定律可得
可得
1. (多選)下列關于分子動理論知識,說法正確的是 (　　)
A.圖甲“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中,若水面上痱子粉撒得較多,實驗測得的結果將偏大
B.圖乙折線顯示的是液體分子永不停息的無規則運動,這種運動稱為布朗運動
C.圖丙為氧氣分子在不同溫度下的速率分布圖像,由圖可知狀態③時的溫度比狀態①、②時都高
D.圖丁為分子力F隨分子間距離r的變化圖像,兩分子間距從r=r2到r=r1,分子力先減小后增大
√
√
[解析] “用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中,若水面上痱子粉撒得較多,則油酸分子比較難散開,會導致所測油膜面積偏小,由d=可知,實驗測得的油膜厚度即油酸分子直徑將偏大,故A正確;
圖乙折線顯示的是固體小顆粒在液體中做永不
停息的無規則運動,此為布朗運動,故B錯誤;
由熱運動規律可知,溫度越高,氧分子做熱運動的
平均速率越大,速率大的分子數目越多,所以狀態
③時的溫度比狀態①、②時都高,C正確;
由圖丁可知,兩分子間距從r=r2到r=r0,分子力表現為引力,先增大后減小到0;從r=r0到r=r1,分子力表現為斥力,逐漸增大,故D錯誤.
2.　 如圖所示,內壁光滑的絕熱汽缸內用絕熱活塞封閉一定質量的理想氣體,初始時汽缸開口向上放置,活塞處于靜止狀態,將汽缸緩慢轉動90°過程中,缸內氣體 (　　)
A.內能增加,外界對氣體做正功
B.內能減小,所有分子熱運動速率都減小
C.溫度降低,速率大的分子數占總分子數比例減少
D.溫度升高,速率大的分子數占總分子數比例增加
√
[解析] 初始時汽缸開口向上,活塞處于平衡狀態,汽缸內外氣體對活塞的壓力差與活塞的重力平衡,則有(p1-p0)S=mg,汽缸在緩慢轉動的過程中,汽缸內外氣體對活塞的壓力差大于其重力沿汽缸壁的分力,故汽缸內氣體緩慢將活塞往外推,最后汽缸水平,缸內氣壓等于大氣壓,由分析可知此過程中氣體的體積增大,對外做功,因為活塞和汽缸是絕熱的,根據熱力學第一定律得氣體的內能減小,A錯誤;
理想氣體的內能只由溫度決定,故理想氣體的溫度降低,分子的平均速率變小,但不是每個分子的速率都變小,只是速率大的分子所占
總分子數比例減少,B、D錯誤,C正確.

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