高考专题热学综合

高考专题：热学综合

【考纲要求】

1.了解分子运动论的基本内容，掌握温度的微观解释。

2.了解改变物体内能的两种方式，掌握能量转化和守恒定律内容及在一定条件下的具体表达形式。

3.熟练掌握描述气体状态的状态参量，了解气体三大实验定律和理想气体状态方程。

4.了解p-V 、p-T 、V-T 图像物理意义并能灵活应用。

知识结构

热点导析

1.微观量的估算

微观量指因物体很小而不易直接测量的量，如分子质量、分子体积（或占有空间）、分子平均间距等。与微观量对应的量分别是摩尔质量、摩尔体积等，而两类量之间联系的桥梁为阿伏加德罗常数，如：v=0N V mol ,m 分=0

N V mol 等。 2.易错的几个概念

温度和内能只有宏观物体（大量分子组成整体）才具有，对个别分子而言，温度和内能无意义。

吸热和物体温度升高二者无必然联系，改变物体温度热传递和做功两种形式均能达到目的。 求解热力学问题只通过分析气体的初末状态而忽视状态变化的实际过程是不妥的。

典型例析

例1 设某人的肺活动量为400mL ，试计算在此人一次吸气过程中，有多少分子是他在一年前的一次呼气过程中呼出的？

解析 大气压是由大气重量产生的，地球上大气层的总质量： m=g G =P 0g R 24π=105×4π×(6.4×106)2×10

1=5.14×1018kg 标准状态下，大气压占据的总体积：

V=029.0104.221014.523

180

⨯⨯⨯=μmV =4×1024ml 人呼出的一口气经一年时间在大气层中占据的比率为n=v

v 1=1×10-22 一年后吸一口气中有n ′=4

.221002.64.010123

22⨯⨯⨯⨯-=1 说明 初看本题，似乎根本无从下手，但仔细揣摩题意，可知一年时间内可认为原来呼出的那口气已充分混合于大气层中，算出这口气在整个大气层中所占的比例，即可求出问题的结果，解本题的关键是要合理地模型，将实际问题理想化。

例2 如图4-8-1所示，食盐（NaCl ）晶体是由钠离子（图中○）和氯离子（图中●）组成，这两种离子在空间中有三个互相垂直的方向上，都是等距交错排列。已知食盐的摩尔质量

是58.5g ·mol -1，食盐的密度是2.2g ·cm -3，阿伏加德罗常数为6×1023mol -1，在食盐中两个距

离最接近的钠离子中心间的距离为数值是最接近于（就下列四个数值相比）（ ）

A.3.0×10-8cm

B.4.0×10-8cm

C.3.5×10-8cm

D.5.0×10-8cm

解析 由图可知，所求的最近距离为两个小立方体表面正方形对角线的长l 。

先求食盐摩尔体积V N =ρM

已知1mol 食盐中有Na 离子1mol ，Cl 离子1mol 。

则两个离子平均占有空间体积为V 0=

N

V N 2,N 为阿伏加德罗常数 小立方体的棱长l 1=3V

两个最近Na 离子间的距离为

l=2l 1=232ρN M =23232

.210625.58⨯⨯⨯cm 说明 本题在计算两个离子所占有的空间体积上有多种理解，计算V 0的数值也是解答本题的关键和难点。同时一般认为固体的分子微粒是紧密排列的，两个离子所占有的空间和两个离子体积近似相等。而地气体而言，两个分子所占有的空间体积和分子本身体积是两个数值相差很远的不同物理量。

例3 下列说法中正确的是（ ）

A.液体中悬浮微粒的布朗运动是无规则运动的液体分子撞击微粒的而引起的

B.物体的温度越高，其分子的平均动能越大

C.物体里所有分子动能的总和叫做物体的内能

D.只有传热才能改变物体的内能

解析 本题为1998年全国高考试题

悬浮在液体中的固体小微粒之所以能够做无规则运动，就是液体分子从四面八方对固体小微粒的撞击不平衡而引起的，所以A 是正确的。

温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能也越大；反过来，分子的平均动能越大，其温度越高。所以B 正确。

物体的内能是所有分子的动能和势能的总和，所以C 不正确。

做功和热传递都可改变物体的内能，所以D 不正确。

说明 （1）布朗运动的形成原因是液体分子无规则运动对小微粒的撞击而产生的。

（2）分子的平均动能是大量分子动能的平均值，而物体分子的动能是所有分子动能的总和，分子的平均动能是对一个分子而言的。物体分子的动能是对所有分子而言的。而温度是分子平均动能的标志，并不是物体分子动能的标志。

例4 如图4-8-2所示，为一定质量的理想气体状态变化的p-T 图，下列说法正确的是（ ）

A.由状态a 至状态b ，气体吸热，对外做功，内能增加

B.由状态b 至状态c ，气体吸热，对外做功，内能增加

C.由状态c 至状态d ，气体吸热，对外做功，内能不变

D.由状态d 至状态a ，气体吸热，对外做功，内能减少

解析 解答此类问题的常规解法是：先从体积的变化情况判断气体的做功情况，气体体积膨胀，气体对外做功，反之气体体积减小，外界对气体做功；再从温度的变化判断气体内能的变化情况，温度升高，气体内能增加，温度降低，气体内能减小，最后再由能量守恒定律（气体性质中即为热力学第一定律）判断吸热还是放热。

本题先从a 、b 、c 、d 四点与原点的连线的斜率的大小判定气体体积的大小，即V d ＞V c ＞V b =V a ,A 错；

b 到

c ，属等压膨胀，对外做功，温度升高，吸收热量，B 正确；

c 到

d ，属等温膨胀，对外做功，内能不变，吸收热量，C 正确；

d 到a ，属等压压缩过程，外界对气体做功，内能减少，向外放热，D 错。

说明 本题属热力学第一定律的应用，应不属于原考纲指定内容，但也可从能的转化和守恒定律角度理解，所以可作为考查内容，并且新物理教材中已加入了热力学第一定律的内容。

例5 能源是人类生存和发生的重要支撑因素。

请回答以下有关能源的问题：

（1）人类历史进程的各个阶段，如按照石器时代、铁器时、蒸气时代、电力时代划分，各时代主要的动力来源分别是 、 、 、 。

（2）人类所使用的能量绝大部分来源于太阳能。捕获太阳能的生物主要为绿色植物，绿色植物能够通过光合作用把太阳能转化为化学能，光合作用的总反应式是

。光合作用释放的氧气则来自于参加反应的哪种物质？ 。

（3）煤、石油、天然气、水能及生物能等是多年来大规模使用的能源，被称为 能源。而核能、地热、海洋能、沼气以及现在又有新的利用方式的太阳能、风能等都被称为 能源。

①煤、石油、天然气等能源以热的形式供给人们需要的能量。试以它们各自的主要成分C 、C n H 2n+2和CH 4为代表，写出它们燃烧过程的化学方程式。指出它们质量相同时，哪一种燃烧对环境造成的负而影响（产生温室效应）最小。

②水能是可再生能源，可持续地利用它来发电，为人类提供“清洁”的能源。若一水力发

电站水库的平均流量为Q （m 3/s ），落差为h(m)，发电效率为η,则全年发电量（kW ·h-千瓦·时）

是多少？

（4）人类利用和开发能源的过程体现了什么哲学道理？

（5）为了保证我国社会主义现代化建设顺利进行，国家已把能源的利用和开发作为经济建设和社会发展的战略重点。我国目前最主要的能源品种是 ，其藏量最丰富的省（区）是 ，其产量最多的省（区）是 。我国能源利用的主要问题有

。

解析 本题为1999年全国保送综合试题

（1）人的体力、畜力、燃煤动力、电力

（2）6CO 2+12H 2O 叶绿体光能

−−→−C 6H 12O 6+6H 2O+6O 2，水 （3）常规，新

①C+O 2=CO 2

C n H 2n+2+2

13+n O 2=nCO 2+(n+1)H 2O CH 4+2O 2=CO 2+2H 2O

CH 4产生的CO 2最少，对环境造成负面影响最小

②A =Q×103gh η×365×24千瓦·时=8.76×107Qh η千瓦·时

（4）①体现了在实践过程中必须尊重客观规律

②体现了人可以认识和利用规律

③体现了对自然的认识在实践过程中不断深化

（5）煤，山西，山西