高中物理热学题解题思路.docx

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高中物理热学题解题思路

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高中物理热学题解题思路

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热学计算题解题技巧

一、知识储备

1、气体的等温、等压、等容变化，理想气体状态方程

2、浮力的计算，物体受到的浮力等于它排开气体、液体的重力

3、液体中某一点压强与深度的有关，是液体的密度，是该点距离液面的高度差

4、在小范围内气体压强处处相等，在大范围内（比如大气层）气体压强也随高度变化

5、某一面积上压力的计算：

；某一面积上的压力等于压强乘以面积

6、某一平面受力平衡时，压强关系：

该平面上面的压强之和等于下面的压强之和

7、热力学温度与摄氏温度换算：

，是热力学温度，是摄氏温度

8、温度不同，气体的密度会不相同。

给定某一温度的密度，可以通过等压变化过程，可以计算出任意温度下气体的密度

9、气体压强的单位，一种是帕斯卡，一种是厘米汞柱

二、关键点

1、热学计算题的研究对象通常是一个热学系统，考察的最多的是理想气体，这类题目的套路比较简单。

我们学习理想气体的等温、等压、等容变化以及理想气体状态方程，前提条件都是一定质量的气体，所以我们解题的时候也要找到我们要分析的这个一定质量的气体，通常这个一定质量的气体会在一个密闭空间里，所以解热学计算题，一定要找到这个密闭空间。

2、理想气体的变化方程等式前后对应的是两个稳定的状态（①状态到②状态），所以解题的时候一定要找准这两个状态，这就要求我们通过读题分析清楚整个的变化过程（①状态到②状态再到③状态），同时要确定是等温、等容还是等压过程，还是三个都变化了。

3、所谓的这个热学系统，也就是一定质量的气体，也就是这个密闭空间，只有三个参数：

压强、体积、温度,这三个物理量的特点如下表：

压强

体积

温度

｛

所以，我们找到要列方程的这个密闭空间，分析清楚题目中这个密闭空间的变化之后，就要确定他在变化前后两个状态的三个参数的具体数值或者表达式（一定要用题目给定量列方程，不要什么题上来就写,比如题目的物理量没有给全，那就先设未知量，再列方程）

解决此类题目一般要找三个比较重要的关系：

①理想气体变化方程

②密闭空间的体积变化

③某一水平面，或某一物体的受力平衡方程

先说理想气体变化方程，刚才已经分析清楚了变化过程了，根据题目中具体是一个什么变化（等温、等容、等压），这个方程应该比较好列。

只不过写体积的时候就要用到第二个关系了，一定要用题目中给的量写体积。

最不好找的就是这个平衡的方程了，也是最不好列的。

因为在热学中，压强是一个力学参量，所以，我们要用压强的形式列受力平衡的方程。

在解热学题的时候我们我们习惯了对某一个物体直接用力的形式列受力平衡的方程了，这里用压强列受力平衡方程一般会对某一水平面列方程，形式应该是：

，例如：

找到这三个关系之后，这个题目基本上就能解决了。

总结一下思路就是：

应用气体实验定律的解题思路

（1）选择对象——即某一定质量的理想气体；

（2）找出参量——气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2；

（3）认识过程——认清变化过程是正确选用物理规律的前提；

（4）列出方程——选用某一实验定律或气态方程，代入具体数值求解，并讨论结果的合理性．

精选例题

【例题1】（2017·全国卷Ⅰ）

（1）氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。

下列说法正确的是________。

（填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。

每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．图中两条曲线下面积相等

B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形

C．图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形

D．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目

E．与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在0～400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大

（2）如图，容积均为V的汽缸A、B下端有细管（容积可忽略）连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3；B中有一可自由滑动的活塞（质量、体积均可忽略）。

初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；关闭K2、K3，通过K1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。

已知室温为27℃，汽缸导热。

（ⅰ）打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；

（ⅱ）接着打开K3，求稳定时活塞的位置；

（ⅲ）再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20℃，求此时活塞下方气体的压强。

【例题2】（2017·全国卷Ⅱ）

（1）如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，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汽缸。

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________（选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分）。

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

（2）一热气球体积为V，内部充有温度为Ta的热空气，气球外冷空气的温度为Tb。

已知空气在1个大气压、温度为T0时的密度为ρ0，该气球内、外的气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为g。

（i）求该热气球所受浮力的大小；

（ii）求该热气球内空气所受的重力；

（iii）设充气前热气球的质量为m0，求充气后它还能托起的最大质量。

【例题3】1．

（1）下列说法正确的是________．（填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．甲分子固定不动，乙分子从很远处向甲靠近到不能再靠近的过程中，分子间的分子力先做正功后做负功

B．当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时，随分子间距离增大，引力与斥力都减小，引力减小的更快

C．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，故液体表面存在表面张力

D．当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越大

E．气体很容易充满整个容器，这是分子间存在斥力的宏观表现

（2）如图所示，粗细均匀的L形细玻璃管AOB，OA、OB两部分长度均为20cm，OA部分水平、右端开口，管内充满水银，OB部分竖直、上端封闭．现将玻璃管在竖直平面内绕O点逆时针方向缓慢旋转53°，此时被封闭气体长度为x.缓慢加热管内封闭气体至温度T，使管内水银恰好不溢出管口．已知大气压强为75cmHg，室温为27℃，sin53°＝0.8，eq\r（12369）≈111.求：

（ⅰ）气体长度x；

（ⅱ）温度T.

课时作业

1、

（1）关于晶体、液晶和饱和汽压的理解，下列说法正确的是________．（填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．晶体的分子排列都是有规则的

B．液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点

C．饱和汽压与温度和体积都有关

D．相对湿度越大，空气中水蒸气越接近饱和

E．对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大

（2）为适应太空环境，去太空旅行的航天员都要穿上航天服，航天服有一套生命保障系统，为航天员提供合适的温度、氧气和气压，让航天员在太空中如同在地面上一样．假如在地面上航天服内气压为1atm，气体体积为2L，到达太空后由于外部气压低，航天服急剧膨胀，内部气体体积变为4L，使航天服达到最大体积，假设航天服内气体的温度不变，将航天服视为封闭系统．

（ⅰ）求此时航天服内气体的压强，并从微观角度解释压强变化的原因．

（ⅱ）若开启航天服封闭系统向航天服内充气，使航天服内的气压缓慢恢复到0.9atm，则需补充1atm的等温气体多少升？

2、

（1）下列说法中正确的是______．（填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故

B．液体表面具有收缩的趋势，这是液体表面层分子的分布比内部稀疏的缘故

C．黄金、白银等金属容易加工成各种形状，没有固定的外形，所以金属不是晶体

D．某温度的空气的相对湿度是此时空气中水蒸气的压强与同温度下水的饱和汽压之比的百分数

E．水很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现

（2）如图所示，水平地面上放置有一内壁光滑的圆柱形导热汽缸，汽缸内部有一质量和厚度均可忽略的活塞，活塞的横截面积S＝2.5×10－3m2，到汽缸底部的距离为L＝0.5m，活塞上固定有一个质量可忽略的力传感器，该力传感器通过一根竖直细杆固定在天花板上，汽缸内密封有温度t1＝27℃的理想气体，此时力传感器的读数恰好为0.已知外界大气压强p0＝1.2×105Pa保持不变．

（ⅰ）如果保持活塞不动，当力传感器的读数达到F＝300N时，密封气体的温度升高到多少摄氏度？

（ⅱ）现取走竖直细杆，从初状态开始将活塞往下压，当下压的距离为x＝0.2m时力传感器的示数达到F′＝450N，则通过压缩气体可以使此密封气体的温度升高到多少摄氏度？

3、

（1）在一个标准大气压下，1g水在沸腾时吸收了2260J的热量后变成同温度的水蒸气，对外做了170J的功．已知阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1，水的摩尔质量M＝18g/mol.下列说法中正确的是________．（填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．分子间的平均距离增大

B．水分子的热运动变得更剧烈了

C．水分子总势能的变化量为2090J

D．在整个过程中能量是不守恒的

E．1g水所含的分子数为3.3×1022个

（2）如图所示，U形管右管横截面积为左管横截面积的2倍，在左管内用水银封闭一段长为26cm、温度为280K的空气柱，左、右两管水银面高度差为36cm，外界大气压为76cmHg.若给左管的封闭气体加热，使管内气柱长度变为30cm，则此时左管内气体的温度为多少？

4、

（1）下列有关热现象分析与判断正确的是__________．（填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的撞击引起的，固体小颗粒的体积越大，液体分子对它的撞击越多，布朗运动就越明显

B．在墙壁与外界无热传递的封闭房间里，夏天为了降低温度，同时打开电冰箱和电风扇，两电器工作较长时间后，房间内的气温将会增加

C．温度升高，单位时间里从液体表面飞出的分子数增多，液体继续蒸发，饱和汽压增大

D．一定质量的理想气体经历等温压缩过程时，气体压强增大，从分子动理论观点来分析，这是因为单位时间内，器壁单位面积上分子碰撞的次数增多

E．在一个大气压下，1g100℃的水吸收2.26×103J热量变为1g100℃的水蒸气．在这个过程中，2.26×103J＝水蒸气的内能＋水的内能＋水变成水蒸气体积膨胀对外界做的功

（2）如图甲所示，横截面积为S，质量为M的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，现对缸内气体缓慢加热，使其温度从T1升高了ΔT，气柱的高度增加了ΔL，吸收的热量为Q.不计汽缸与活塞的摩擦，外界大气压强为p0，重力加速度为g.求：

①此加热过程中气体内能增加了多少？

②若保持缸内气体温度不变，再在活塞上放一砝码，如图乙所示，使缸内气体的体积又恢复到初始状态，则所放砝码的质量为多少？

热学选择题必备知识点

1、理想气体向真空自由膨胀，与外界互不做功（这一点有部分同学会忽视），理想气体没有分子势能，内能仅由温度决定（这个说法经常会在选择题出现，同学们要留意）

2、两类永动机的区别：

第一类永动机：

不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器；第二类永动机：

从单一热库吸收热量并且把它全部用来对完做功，而不引起其它变化的机器。

很显然，这两类永动机都不可能实现，第一类失败的原因是：

违背了能量守恒定律，第二类永动机失败的原因是：

违背了热力学第二定律。

这部分考点经常在选择题出现，会考差他们的区别以及失败的原因，同学们要复习好这部分知识。

3、表面张力指的是液体表面层分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大，分子力表现为引力，这使得液体表面像张紧的橡皮膜一样，在液体表面张力的作用下，具有收缩的趋势。

4、毛细现象：

毛细现象是指浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，而且毛细管越细，毛细现象越明显。

5、液晶具有液体的流动性，也具有晶体的各向异性，它是介于液态和固态之间的中间态物质（化合物），液晶的显示原理是利用了晶体的各向异性，即液晶分子在电场的作用下，它的光学特性发生了变化。

6、改变物体内能有两种方式

第一：

做功，当做功使物体的内能发生改变的时候，外界对物体做了多少功，物体内能就增加了多少，物体对外界做了多少功，物体内能就减少多少。

第二：

热传递：

当热传递使物体的内能发生改变的时候，物体吸收了多少热量，物体内能就增加多少；物体放出了多少热量，物体内能就减少多少。

7、布朗颗粒用肉眼是看不到的，但是在显微镜下能够看到，因此用肉眼看到的颗粒所做的运动都不是布朗运动（这一点是很重要的，在选择题经常出现，比如灰尘所做的运动等等）。

布朗颗粒的运动是分子运动的间接反映。

8、分子势能与分子距离有关。

当分子距离改变的时候，分子力做功，分子势能也会随之而改变。

当分子力做正功时，分子势能减小；当分子力做负功时，分子势能增大。

（这一部分的知识点经常会与两个图像结合，比如分子力曲线和分子势能曲线）。

9、晶体不一定是各向异性，比如说多晶体。

多晶体是很特殊的，比如它和非晶体一样，没有规则的几何外形，但是它却与单晶体一样，有确定的熔点（所以当考到与晶体有关的知识的时候需要考虑多晶体这个独特的晶体）。

10、饱和汽压：

液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，它的饱和汽压就会越大，需要注意的是饱和汽压与饱和汽的体积无关，这是很多同学都会混淆的。

11、需要重点理解的图像

①温度与分子平均动能的关系

②理想气体变化图像

③分子之间的相互作用力

④单晶体、多晶体、非晶体的特点

⑤等容线、等压线、等温线