北京四中网校高考综合复习——热学专题复习一

高考综合复习——热学专题复习一
分子动理论、热力学定律和能量守恒
总体感知
知识网络
考纲要求
考点要求
分子动理论的基本观点和实验依据阿伏加德罗常数
气体分子运动速率的统计分布
温度是分子平均动能的标志、内能热力学第一定律
能量守恒定律
热力学第二定律
固体的微观结构、晶体和非晶体ⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠ
命题规律
1．从近几年高考试题来看，本专题命题的热点多集中在分子动理论、估算分子的大小和数目和气体实验定律上，对能力的要求也只限于“理解能力”——理解物理概念和物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用，题型多为选择题。

2．本专题也有少数的填空题，多以考查分子动理论、阿伏加德罗常数的计算（或估算）和油膜法测分子直径的计算为主。

3、由于不同考区的要求不同，出题的形式也会各不相同，在新课标考区对气体的三大定律的考查也有大的计算题。

复习策略
热学是研究与温度有关的热现象的科学，它是从两个方面来研究热现象及其规律的：一是从物质的微观结构即分子动理论的观点来解释与揭示热学宏观量及科学规律的本质；二是以观测和实验事实为依据，寻求各热学参量之间的关系及热功转换的关系。

热学包括分子热运动，热和功，固、液、气体的性质等内容。

分子热运动是物质的微观结构学说，是宏观现象与微观本质间的联系纽带；能的转化和守恒定律是自然界普遍适用的规律。

1．深刻理解基本概念和规律
（1）建立宏观量与微观量的关系
对于一个确定的物体而言，其分子动能与物体的温度相对应，其分子势能与物体的体积相对应，物体的内能与物体的温度、体积、质量相对应，物体内能的改变与做功或热传递的过程相对应。

（2）强化基本概念和规律的记忆
通过复习，在理解的基础上记住本部分的基本概念与规律，并能灵活地运用于解题中。

例如：热现象、阿伏伽德罗常数、布朗运动、热运动、分子动能、温度、分子势能、物体的内能、热传递等基本概念。

再例如：分子热运动、分子力的特点及分子间距离变化的规律、分子动能与温度的关系、分子势能随分子间距离的变化关系、热力学第一定律、热力学第二定律、能量守恒定律等基本规律。

2．加强贴近高考的典型题训练
精选一组符合考试说明、贴近高考热点的选择题，通过对这组题目的强化训练，巩固本部分的基本概念和规律，提高分析问题与解决问题的能力。

3．建立统计的观点。

物质的微观结构，尤其是气体分子的速率分布呈统计规律，深刻理解统计规律在物理现象中的应用。

4．注意与其他学科知识的综合
由于该专题分子动理论与化学、生物学科相联系，而能源的开发和利用则是现今的热门课题，与地理和实际结合紧密，因此出综合题的可能性较大，例如：估算细胞大小，用能量守恒的观点去分析能源的开发利用等问题。

5．固体和液体部分在高考中属于新增加内容，应侧重于基础知识的考查。

预计在今后的高考中，很可能以选择题形式考查知识点为主，因此在学习中应夯实基础，灵活掌握，在多变的高考中立于不败之地。

第一部分分子动理论
知识要点梳理
知识点一——物质是由大量分子组成的
▲知识梳理
1．分子体积
分子体积很小，它的直径数量级是m。

油膜法测分子直径：，V是油滴体积，S是水面上形成的单分子油膜的面积。

2．分子质量
分子质量很小，一般分子质量的数量级是㎏。

3．阿伏伽德罗常数
1摩的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值。

▲疑难导析
关于计算分子大小的两种物理模型：
1．对于固体和液体
对于固体和液体，分子间距离比较小，可以认为分子是一个个紧挨着的，设分子体积为，则分子直径：（球体模型），（立方体模型）。

2．对于气体
对于气体，分子间距离比较大，处理方法是建立立方体模型，从而可计算出两气体分子之间的平均间距。

说明：
（1）不论把分子看成是球体还是立方体，都是一种近似的处理方法，得出的结果虽然稍有不同，但不会影响到分子直径的数量级都是m这一点。

（2）估算问题常用到的一些常识性的数据：如室温可取27℃；地球公转周期为365天；地球自转周期为24h；月球绕地球转动周期为30天；标准状态下气体压强=76cmHg、温度T=273K、体积V=22.4L等。

：在用油膜法测定分子直径的实验中，若已知该种油的摩尔质量为M，密度为，油滴质量为m，油滴在液面上扩展后的最大面积为S，以上各量均为国际单位，那么，下列各式中正确的是（）
A．油分子直径 B．油分子直径
C．油滴所含分子数为 D．油滴所含分子数为
答案：BC
解析：油滴的体积为，则分子直径，A错，B项正确。

油滴中所含的分子数，故C对，D错。

知识点二——分子永不停息地做无规则热运动
▲知识梳理
1．分子永不停息做无规则热运动的实验事实：扩散现象和布郎运动。

扩散现象在说明分子在不停地运动着的同时，还说明了分子之间有空隙。

水和酒精混合后的体积小于原来总体积之和，就是分子之间有空隙的一个例证。

2．布朗运动
布朗运动是悬浮在液体（或气体）中的固体微粒的无规则运动。

布朗运动不是分子本身的运动，但它间接地反映了液体（气体）分子的无规则运动。

3．实验中画出的布朗运动路线的折线，不是微粒运动的真实轨迹。

因为图中的每一段折线，是每隔30s时间观察到的微粒位置的连线，就是在这短短的30s内，小颗粒的运动也是极不规则的。

4．布朗运动产生的原因
大量液体分子（或气体）永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生
布朗运动的原因。

简言之：液体（或气体）分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。

5．影响布朗运动激烈程度的因素
固体微粒的大小和液体(或气体)的温度。

固体微粒越小，液体分子对它各部分碰撞的不均匀性越明显；质量越小，它的惯性越小，越容易改变运动状态，所以运动越激烈；液体(或气体)的温度越高，固体微粒周围的液体分子运动越不规则，对微粒碰撞的不平衡性越强，布朗运动越激烈。

6．能在液体（或气体）中做布朗运动的微粒都是很小的，一般数量级在m，这种微粒肉眼是看不到的，必须借助于显微镜。

风天看到的灰砂尘土都是较大的颗粒，它们的运动不能称为布朗运动，另外它们的运动基本属于在气流作用下的定向移动，而布朗运动是无规则运动。

▲疑难导析
1．布朗运动与扩散现象的异同
（1）它们都反映了分子在永不停息地做无规则运动；
（2）它们都随温度的升高而表现得更明显；
（3）布朗运动只能在液体、气体中发生，而扩散现象可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间。

2．热运动与机械运动
由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是不规则的、带有偶然性的，但从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律，这种规律叫做统计规律。

大量分子的集体行为受到统计规律的支配。

热运动中每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化。

标准状况下，一个空气分子在1s内与其他空气分子的碰撞达到65亿次之多，所以大量分子的运动是十分混乱的，其中单个分子的速率测定是做不到的。

在任一时刻，物体内既具有速率大的分子，也具有速率小的分子。

由于分子之间的相互碰撞，使速率很大和速率很小的分子的个数所占的比例相对较少，大多数分子的速率和某一平均速率相差很小。

通常所说分子运动的速率，均指它们的平均速率，分子的平均速率是很大的，且和物体的温度以及分子的种类有关。

例如，一般室温下，氢分子的平均速率约为2000m/s，而汞的分子平均速率约为200m/s。

机械运动指宏观物体整体的运动，与热运动是两种不同的运动形式，所以机械运动与热运动的速率不存在对应关系。

必须注意，不能把布朗运动叫做热运动。

：如图所示是关于布朗运动的实验，下列说法中正确的是（）
A．图中记录的是分子无规则运动的情况
B．图中记录的是粒子做布朗运动的轨迹
C．实验中可以看到，粒子越大，布朗运动越明显
D．实验中可以看到，温度越高，布朗运动越激烈
答案：D
解析：布朗运动不是固体分子的无规则运动，而是大量液体分子无规则热运动时与悬浮在液体中的小颗粒发生碰撞，从而使小颗粒做无规则运动，即布朗运动是分子热运动的反映．温度越高，分子运动越激烈，布朗运动也越激烈，可见A错误，D正确．粒子越小，某一瞬间跟它撞击的分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，即布朗运动越显著，故C错．图中每个拐点记录的是粒子每隔30 s的位置；而在30 s内粒子做的也是无规则运动，而不是直线运动，故B错。

知识点三——分子间存在着相互作用力
▲知识梳理
1．分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。

分子间的引力和斥力只与分子间距离(相对位置)有关，与分子的运动状态无关。

2．分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小，随分子间的距离r的减小而增大，但斥力的变化比引力的变化快。

3．分子力F和距离r的关系
如图所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，横轴上方的虚线表示分子间斥力随r的变化图线，横轴下方的虚线表示分子间引力随r的变化图线，实线为分子间引力和斥力的合力F（分子力）随r的变化图线。

（1）当时，分子间引力和斥力相平衡，，分子处于平衡位置，其中为分子直径的数量
级，约为m。

（2）当时，，对外表现的分子力F为斥力。

（3）当时，，对外表现的分子力F为引力。

（4）当时，分子间相互作用力变得十分微弱，可认为分子力F为零（如气体分子间可认为作用力为零）。

▲疑难导析
1．引起分子间相互作用力的原因
分子间相互作用力是由原于内带正电的原子核和带负电的电子间相互作用而引起的。

2．对气体很难被压缩的解释
有的同学认为：气体被压缩时，当体积压缩到一定程度后就很难再继续压缩了，这是由于气体分子间的分子力表现为斥力的缘故。

其实这种说法是不正确的。

因为气体分子间的距离往往都是大于的，表现出来的分子力是引力。

至于很难压缩是由于气体的体积减小，单位体积内的分子数增加，单位面积上受到气体分子的碰撞作用增大，即压强增大，所以就难压缩。

：分子间同时存在吸引力和排斥力，下列说法正确的是（）
A．当物体内部分子间的吸引力大于排斥力时，物体的形态表现为固体
B．当物体内部分子间的吸引力小于排斥力时．物体的形态表现为气体
C．当分子间的距离增大时，分子间的吸引力和排斥力都减小
D．当分子间的距离减小时，分子间的吸引力增大而排斥力减小
答案：C
解析：气体的分子间距约为，分子力约为零，所以选项B错误；物体的形态表现为固体时，分子间距约为，分子力约为零，所以选项A错误；当分子间距增大时，分子间的吸引力和排斥力都减小，选项C 正确；分子间距减小时，分子间的吸引力和排斥力都增大．斥力比引力增加得更快，表现为斥力，选项D错误．
知识点四——温度和温标
▲知识梳理
1．热平衡定律
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，这个结论称为热平衡定律。

一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。

2．温度和温标
（1）温度宏观上表示物体的冷热程度。

从分子运动论的观点来看，温度标志着物体内部分子无规则热运动的激烈程度，温度越高，物体内部分子的热运动越激烈，分子的平均动能就越大。

温度的高低是物体分子平均动能大小的宏观标志。

（2）温度的数值表示方法叫做温标。

常用温标有两种：
温标摄氏温标热力学温标
零度的规定冰水混合物的温度－273.15℃
温度名称摄氏温度热力学温度
温度符号t T
温度的单位名称摄氏度开尔文
温度的单位符号℃K
关系
特别提醒：
（1）热力学温度的零度叫做绝对零度，它是低温的极限，可以无限接近但不能达到。

（2）热力学温度是国际单位制中七个物理量之一，因此它的单位属基本单位。

（3）用热力学温标表示的温度和用摄氏温标表示的温度，虽然起点不同，但所表示温度的间隔是相同的, △T=△t。

（4）温度是大量分子热运动的集体行为，对个别分子来说温度没有意义。

▲疑难导析
对温度的理解：
1．宏观上
（1）温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量。

（2）与热平衡的关系：各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态。

2．微观上
（1）反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志。

（2）温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的。

特别提醒：两个系统达到热平衡时，不再发生热量的传递，它们的温度必相同，但它们的压强、体积不一定相同。

：关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的是（）
A．只要温度不变且处处相等，系统就一定处于平衡态
B．两个系统在接触时它们的状态不发生变化，这两个系统的温度是相等的
C．热平衡就是平衡态
D．处于热平衡的几个系统的温度一定相等
答案：BD
解析：一般来说，描述系统状态的参量不只温度一个，根据平衡态的定义可以确定A错，根据热平衡的定义可知B和D正确，平衡态是指某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，可见C错，故应选BD。

知识点五——物体的内能
▲知识梳理
1．分子动能、分子势能、内能的比较
见下表：
分子的动能
分子势能
物体的内能
定义 分子无规则运动（即热运动）的动能 由分子间相对位置决定的势能
物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和
决定大小的因素
温度是物体分子热运动的平均动能的标志
温度升高，分子热运动的平均动能就增大 分子势能（
）随分子间距离
（r ）变化
物体内所有分子势能的总和跟物体的体积有关 物体的内能在宏观上与质量、温度、体积有关
当分子间作用力忽略不计时，就不具有分子势能。

因此理想气体就不具有分子势能。

一定质量理想气体的内能只由温度决定
备注
温度、内能等，只对大量分子才有意义，不能像研究机械运动那样，取单个分子或几个分子作为研究对象，应用以上物理量去描述它们，那样做也是没有意义的
2．分子势能跟分子间距离r 有关 （1）一般选取两分子间距离很大（）时，分子势能为零。

分子势能
跟分子间距离r 关系如
图所示：
（2）在的条件下，分子力为引力，当两分子逐渐靠近至过程中，分子力做正功，分子势能减小。

在
的条件下，分子力为斥力，当两分子间距离增大至
过程中，分子力也做正功，分子势能也减小。

当两分子间距离时，分子势能最小。

▲疑难导析 1．分子势能的分析
分子势能是由于分子之间有相互作用力，当分子间距离发生变化时，分子力要做功，使能量状态发生变化。

分子势能与其它势能相似：分子力做正功，势能减小，分子力做负功（克服分子力做功），势能增大；分子势能是相对的，只有确定零点后才有确切值；当选无穷远为势能的零点，那么物体的分子势能小于零，因为两个分子之间从很远到接近过程中，首先体现的是引力，靠近过程，引力做正功，势能减小，当
时
势能最小；分子动能和分子势能可以相互转化，固体分子总是在固定位置振动，就是分子动能和势能相互转化，若分子有足够大的动能，它就可以克服其它分子对它的束缚力而离开这个物体。

物体的分子势能与物体的体积有密切关系，物体体积改变，物体的分子势能必定发生改变。

2．物体的内能跟机械能的区别
（1）能量的形式不同：物体的内能和物体的机械能分别跟两种不同的运动形式相对应，内能是由于组成物体的大量分子的热运动及分子间的相对位置而使物体具有的能。

而机械能是由于整个物体的机械运动及其与它物体间相对位置而使物体具有的能。

（2）决定能量的因素不同：内能只与（给定）物体的温度和体积有关，而与整个物体的运动速度跟物体的相对位置无关。

机械能只与物体的运动速度和跟其他物体的相对位置有关，与物体的温度体积无关。

（3）一个具有机械能的物体，同时也具有内能；一个具有内能的物体不一定具有机械能。

（4）内能和其它形式的能可以相互转化，在转化的过程中满足能量守恒定律。

特别提醒：
（1）物体的体积越大，分子势能不一定就越大，如0℃的水结成0℃的冰后体积变大，但分子势能却减小了。

（2）理想气体分子间相互作用力为零，故分子势能忽略不计，一定质量的理想气体内能只与温度有关。

（3）机械能和内能都是对宏观物体而言的，不存在某个分子的内能、机械能的说法。

：若两个分子间距离发生变化，两分子间的相互作用和分子势能也会随之变化。

下列判断正确的是（）
A．若两分子处于平衡位置，分子间没有引力和斥力
B．若两分子间距离减小，分子间的引力和斥力都增大
C．若两分子间距离增大，分子间引力将增大，而斥力将减小
D．若两分子间距离增大，分子势能一定增大
答案：B
解析：引力和斥力都随间距的减小而增大，只是斥力受距离的影响大。

分子力做功决定分子势能的变化，B对。

典型例题透析
题型一——微观量的计算
阿伏伽德罗常数是个十分巨大的数字，分子的体积和质量都十分小，从而说明物质是由大量分子组成的。

阿伏伽德罗常数是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁．在此所指微观物理量为：分子的体积、分子的直径d、分子的质量m。

宏观物理量为：物质的体积V、摩尔体积、物质的质量M、摩尔质量、物质的密度。

（1）计算分子质量：
（2）计算分子的体积：
（3）计算物质所含的分子数：
特别提醒：计算分子大小常用两种物理模型
（球体模型），（立方体模型）。

对于气体，分子间距离比较大，只能用立方体模型。

1、一个房间的地面面积是15，高为3m。

已知空气的平均摩尔质量是。

通常用空气湿度（有相对湿度、绝对湿度）表示空气中含有的水蒸气情况，若房间内所有水蒸汽凝结成水后的体积为，已知水的密度为，水的摩尔质量，求：（1）房间内空气的质量
（2）房间中有多少个水分子？
（3）估算一个水分子的线度多大？（保留两位有效数字）
思路点拨：此题是估算题，因此可将空气看作标准状况，即压强为（1大气压），温度为273K （0℃），此时，每摩尔空气占有体积22.4L。

解析：
（1）由已知条件可得
房间内空气的物质的量为：
房间内空气的质量为：
（2）水的摩尔体积：
房间中的水分子数：
（3）建立水分子的球模型有：
水分子直径：
或建立水分子的立方体模型，有：
水分子直径：。

总结升华：不论把分子看成是球体还是立方体，都是一种近似的处理方法，得出的结果虽然稍有不同，但不会影响到分子直径的数量级都是m这一点。

举一反三
【变式】某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，密度为，每个分子的质量和体积分别为m和，则阿伏加德罗常数可表示为（）
A．B． C． D．
答案：BC
解析：气体的体积是指气体所充满的容器的容积，它不等于气体分子个数与每个气体分子体积的乘积，所以A、D错；由质量、体积、密度关系可推知B、C正确。

题型二——分子力的理解和应用
与分子力特点有关的习题主要有三类：一是判断对分子力特点的描述是否正确；二是利用分子力特点研究分子力做功、分子的加速度；三是与实际相关联的问题。

要正确分析这些问题，必须准确把握分子的特点，熟知分子间斤力、引力及合力随分子间距离的变化规律。

应弄清楚是分子力原因还是其它力作用的结果，切不可见了相斥、相吸就与分子力联系。

2、当两个分子间距离为时，分子力为零，下列关于分子力说法中正确的是（）
A．当分子间的距离为时，分子力为零，也就是说分子间既无引力又无斥力
B．分子间距离小于时，分子间表现出是斥力
C．当分子间相互作用力表现为斥力时，分子距离变大时，斥力变大
D．在分子力作用范围内，不管，还是，斥力总比引力变化快
思路点拨：分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小，随分子间的距离r的减小而增大，但斥力的变化比引力的变化快。

解析：分子间同时存在引力和斥力，当时引力和斥力相等，所以A错。

分子间引力和斥力都随分子
间距离减小而增大，但斥力比引力变化得快，当时，随距离的减小，引力和斥力都增大，但斥力增加比引力快，故B、D正确，C错。

正确选项为B、D。

答案：BD
总结升华：本题考查分子力随分子间距离变化规律。

对分子力认识，应掌握分子力随分子距离的增大而减小的关系。

举一反三
【变式】如图所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子从无穷远处由静止释放，在分子力作用下靠近甲。

图中b点是引力最大处，d点是分子靠得最近处，则乙分子加速度最大处可能是（）
A．a点 B． b点
C．c点 D． d点
答案：D
解析：a点和c点处分子间的作用力为零，乙分子的加速度为零。

从a点到c点分子间的作用力表现为引力，分子间的作用力做正功，速度增加，从c点到d点分子间的作用力表现为斥力，分子间的作用力做负功。

由于到d点分子的速度为零，因分子引力做的功与分子斥力做的功相等，即，所以。

故分子在d点加速度最大。

正确选项为D。

题型三——分子做功与分子势能变化的关系
（1）熟练掌握和图象。

（2）解决这类问题的关键要学会模型迁移：分子力做功与分子势能的关系与重力、弹性力做功与势能变化的关系一样。

（3）分子势能的变化与分子做功的关系
①分子力做正功，分子势能减小。

②分子为做负功，分子势能增大。

③分子势能的零值是人为规定的，但分子间距离为时，分子势能一定有最小值。

3、如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上距原点为的位置，虚线分别表示分子
间的斥力和引力的变化情况，实线表示分子间斥力和引力的合力的变化情况，若把乙分
子由静止释放，则乙分子（）
A．从到做加速运动，从到O做减速运动
B．从到做加速运动，从到做减速运动
C．从到分子势能先减少后增加。