2024届高考物理一轮复习热点题型归类训练专题33热学的基本概念与原理(原卷版+解析)

专题33热学的基本概念与原理

目录

题型一关于分子动理论及内能的考查...............................................1

类型1微观量估算的两种“模型”...............................................1

类型2布朗运动与分子热运动.................................................4

类型3分子力和内能..........................................................6

题型二固体、液体和气体..........................................................8

类型1固体和液体性质的理解..................................................8

类型2气体压强的计算及微观解释...........................................12

题型三关于热力学定律与能量守恒定律的理解......................................14

类型1热力学第一定律的理解................................................14

类型2热力学第二定律的理解................................................17

类型3热力学第一定律与图像的综合应用.....................................18

题型一关于分子动理论及内能的考查

类型1微观量估算的两种“模型”

1.微观量与宏观量

(1)微观量：分子质量加。、分子体积％、分子直径d等.

⑵宏观量：物体的质量〃?、摩尔质量M、物体的密度p、物体的体积V、摩尔体积匕⑹等.

2.分子的两种模型

(1)球模型：得直径4=寸平(常用于固体和液体).

(2)立方体模型：％=/,得边长"=函(常用于气体).

3.几个重要关系

（1）—个分子的质量：加0=讯.

（2）一个分子的体积：%=金（注意：对于气体，Mo表示一个气体分子占有的空间）.

（3）1mol物体的体积：VmiIi=^.

模型1微观量估算的球体模型

【例1】（多选）钻石是首饰、高强度钻头和刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为p（单

位为kg/m，摩尔质量为M（单位为g/mol）,阿伏加德罗常数为NA.已知1克拉=0.2g,则下

列选项正确的是（）

A.。克拉钻石物质的量为等

B.。克拉钻石所含有的分子数为色阴

C.每个钻石分子直径的表达式为（色染;单位为m）

D.。克拉钻石的体积库

【例2】（2022•山东省摸底）在标准状况下，体积为V的水蒸气可视为理想气体，已知水蒸气

的密度为P，阿伏伽德罗常数为NA，水的摩尔质量为M,水分子的直径为

（I）计算体积为V的水蒸气含有的分子数；

（2）估算体积为V的水蒸气完全变成液态水时，液态水的体枳（将液态水分子看成球形，忽略

液态水分子间的间隙）。

【例3】（2022,江苏扬州市扬州中学月考）晶须是•种发展中的高强度材料，它是•些非常细

的、非常完整的丝状（横截面为圆形）晶体.现有一根铁质晶须，直径为d,用大小为尸的力

恰好将它拉断，断面呈垂直于轴线的圆形.已知铁的密度为p,铁的摩尔质量为M,阿伏加

德罗常数为NA，则拉断过程中相邻铁原子之间的相互作用力是（）

—B4/

d2RPNAd2“NA

模型2微观量估算的立方体模型

【例4】（2022•河北衡水市月考）轿车中的安全气囊能有效保障驾乘人员的安全.轿车在发生

一定强度的碰撞时，叠氮化钠（亦称“二氮化钠”，化学式NaNA受撞击完全分解产生钠和氮气

而充入气囊.若充入氮气后安全气囊的容积V=56L,气囊中氮气的密度〃=1.25kg/n?,已

知氮气的摩尔质量何=28g/mol,阿伏加德罗常数NA=6xl（）23moL,请估算：（结果保留一

位有效数字）

（1）一个氮气分子的质量/〃：

⑵气囊中氮气分子的总个数M

⑶气囊中氮气分子间的平均距离r.

【例5】某一体积为V的密封容器，充入密度为p、摩尔质量为M的理想气体，阿伏加德罗

常数为则该容器中气体分子的总个数N=o现将这部分气体压缩成液体，

体积变为坏,此时分子中心间的平均距离d=（将液体分子视为立方体模型）。

【例6】空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器（铜管）液化成水，经排水管排

走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥.某空调工作一段时间后，排出液化水的体积为V,

水的密度为"，摩尔质量为阿伏加德罗常数为NA，则液化水中分子的总数N和水分子

的直径d分别为（）

A.衿赢，d=^/^

C2陪4滤

类型2布朗运动与分子热运动

扩散现象、布朗运动与热运动的比较

现象扩散现象布朗运动热运动

活动主体分子微小固体颗粒分子

分子的运动，发生在固

比分子大得多的微粒的分子的运动，不能通过光

区别体、液体、气体任何两种

运动学显微镜直接观要到

物质之间

共同点①都是无规则运动；②都随温度的升高而更加激烈

联系扩散现象、布朗运动都反映分子做无规则的热运动

【例1】（2023•重庆万州•重庆市万州笫二高级中学校联考模拟预测）关于下列五幅图像说法

正确的是（）

胡椒粉在热

水中翻滚铝块与金块登在一起

甲T

A.对甲图，加热一锅水时发现水中的胡椒粉在翻滚，说明温度越高布朗运动越剧烈

B.对乙图，半杯水与半杯酒精混合之后的总体积要小于整个杯子的容积，说明液体分子之

间有间隙

C.对丙图，自由膨胀和扩散现象都具有双向可逆性

D.对丁图、扩散现象不能在固体之间发生

【例2】.（2023•山东•模拟预测）2023年3月底受冷空气以及大风天气影响，全国各地均出

现不同程度的沙尘天气，内蒙古、北京等中北部地区局部有强沙尘暴，甚至局部地区出现下

“泥点''的恶劣天气，山东、河南、安徽、江苏等华东地区也都出现AQI（空气质量指数）爆

表达到50（）的现象，AQI指数中一项重要指标就是大家熟知的PM2.5指数，PM2.5是指空

气中直径小于或等于2.5刈1的悬浮颗粒物，漂浮在空中，很难自然沉降到地面。对于上述天

气现象的解群中正确的是（）

A.中北部地区出现的沙尘暴中的沙尘颗粒所做的无规则运动是布朗运动

B.一团质量不变的沙尘暴从温度较低的地区吹到温度较高的地区，温度逐渐升高、风速逐

渐减小，其内能逐渐减小

C.PM2.5颗粒的尺寸与空气中氧气分子的尺寸数量级相当

D.PM2.5在空气中的无规则运动是由于大量空气分子无规则运动对其撞击的不平衡性引起

的

【例3】.（2023•江苏南京•校考二模）雾霾天气是一种大气污染状态，霾粒子的分布比较均

匀，而且灰霾粒子的尺度比较小，从0.001微米到10微米，平均直径大约在I〜2微米左右，

肉眼看不到空中飘浮的颗粒物。从物理学的角度认识雾霾，下列说法正确的是（）

A.雾霾天气中霾粒子的运动是布朗运动

B.霾粒子的运动是分子的运动

C.霾粒子的扩散形成霾

D.霾粒子的运动与温度无关

【例4】.（2023春•江苏•高三校联考阶段练习）工作和生活中常用空调调节室内空气的温度，

下列说法正确的是（）

A.空调制热使得室内温度上升，则室内速率小的空气分子比例减小

B.空调风速越大，室内空气的分子动能也越大

C.空调过滤器能够吸附PM2.5颗粒，此颗粒的运动是分子热运动

D.空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性

【例5】.（2023•全国•高三专题练习）图甲和图乙是某同学从资料中查到的两张记录水中炭

粒运动位置连线的图片，记录炭粒位置的时间间隔均为30s,两方格纸每格表示的长度相同，

下列说法中正确的是（）

A.炭粒的运动即布朗运动，也就是分子的运动

B.炭粒的运动是由于其内部分子在不停地做无规则运动产生的

C.若水温相同，则甲中炭粒的颗粒较大

D.若炭粒大小相同，则甲中水分子的热运动较剧烈

【例5】.（2023•全国•校联考模拟预测）关于布朗运动、扩散现象，下列说法中正确的是（）

A.布朗运动和扩散现象都需要在重力作用下才能进行

B.布朗运动是固体微粒的运动，反映了液体或气体分子的无规则运动

C.布朗运动和扩散现象只能在重力作用下进行

D.扩散现象直接证明了“物质分子在永不停息地做无规则运动”，而布朗运动间接证明了这

一观点

类型3分子力和内能

1.分子间的作用力、分子势能与分子间距离的关系

分子间的作用力尸、分子势能与与分子间距离，•的关系图线如图所示（取无穷远处分子势能

EP=0）.

（I）当/•＞「（）时，分子间的作用力表现为引力，当;•增大时，分子间的作用力做负功，分子势

能增大.

（2）当一＜/"（）时，分子间的作用力表现为斥力，当「减小时，分子间的作用力做负功，分子势

能增大.

（3）当r=n）时,分子势能最小.

2.分析物体内能问题的五点提醒

（I）内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法.

（2）内能的大小与温度、体积、物质的量和物态等因素有关.

⑶通过做功或热传递可以改变物体的内能.

（4）温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能都相同.

⑸内能由物体内部分子微观运动状态决定，与物体整体运动情况无关.任何物体都具有内

能，恒不为零.

【例1】（2023•江苏南通•模拟预测）研究表明，分子间的作用力尸跟分子间距离「的关系如

图所示。则（）

A.液体表面层分子间距离略大于4

B.理想气体分子间距离为

C.分子间距离r=今时，分子力表现为斥力

D.分子间距离厂=4时，分子势能最小

【例2】.（2023•湖北•统考模拟预测）当分子间距离为G时，分子间的作用力为0。当分子间

距离从O.Rq增大到10%的过程中，关于分子间作用力厂和分子势能彳的变化，下列说法正

确的是（）

A.先变小后变大再变小，Ep先减少后增加

B.尸先变小后变大再变小，与先增加后减少

C.尸先变大后变小，综先减少后增加再减少

D.产先变小后变大，综先减少后增加再减少

【例3】（2022•山东日照市模拟）分子间势能由分子间距7•决定。规定两分子相距无穷远时分

子间的势能为零，两分子间势能与分子间距厂的关系如图所示。若一分子固定于原点。，另

一分子从距。点无限远向。点运动。下列说法正确的是（）

A.在两分子间距从无限远减小到/*2的过程中，分子之间的作用力先增大后减小

B.在两分子间距从无限远减小到〃的过程中，分子之间的作用力表现为引力

C.在两分子间距等于八处，分子之间的作用力等于（）

D.对于标准状况下的单分子理想气体，绝大部分分子的间距约为,2

【例4】（2023•山东日照市高三模拟）分子间势能由分子间距，•决定.规定两分子相距无穷远

时分子间的势能为零，两分子间势能与分子间距厂的关系如图所示.若一分子固定于原点O,

另一分子从距。点无限远向O点运动.下列说法正确的是（）

A.在两分子间距从无限远减小到，2的过程中，分子之间的作用力先增大后减小

B.在两分子间距从无限远减小到门的过程中，分子之间的作用力表现为引力

C.在两分子间距等于〃处，分子之间的作用力等于0

D.对于标准状况下的单分子理想气体，绝大部分分子的间距约为巴

题型二固体、液体和气体

类型1固体和液体性质的理解

1.晶体和非晶体

（1）单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。

（2）具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。

(3)单晶体具有天然的规则的几何外形，而多晶体和非晶体没有天然规则的几何外形，所以

不能从形状上区分晶体与非晶体。

(4)晶体和非晶体不是绝对的，在某区条件下可以相互转化。

(5)液晶既不是晶体，也不是液体。

2.液体表面张力

(1)形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间作用力表现为引力。

(2)表面特征：表面层中分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层张紧的

弹性薄膜。

(3)表面张力的方向：和液面相切，垂直于液面上的分界线。

(4)表面张力的效果：使液体表面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同

的条件下，球形表面积最小。

【例11(2023春•江苏镇江•高三校考阶段练习)对下列几种固体物质的认识，正确的有()

A.食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体

B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体

C.天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则

D.石墨和金刚石的物理性质不同，是由于石墨是非晶体，金刚石是晶体

【例2】.(2023春•浙江杭州•高三学军中学校考阶段练习)关于卜.列插图的说法正确的是

()

A.甲图为方解石的双折射现象，是因为其内部分子排列是无序的

B.乙图中£细管材料制作防水衣的防水效果比?细管材料好

C.丙图为a粒子的散射实验现象，其中，、/运动轨迹是不可能存在的

D.丁图的绝热容器中，抽掉隔板，容器内气体温度降低

【例3】.（2023•河北衡水・河北枣强中学校考模拟预测）下列说法正确的是（）

A.若1kg某种密度为p的液体具有的分子个数为〃，则分子的体积约为1kg.pT〃"

B.铁是由许多单晶微粒纽成的，实质上是非晶体

C.半杯水和半杯酒精混合之后的总体积小于整个杯子的容积，说明液体分子在做热运动

D.对于不浸润现象，附着层内分子间的作用力表现为斥力

【例4】.（2023•浙江金华,统考三模）喷雾型防水剂是现在市场上广泛销售的特殊防水剂。

其原理是喷剂在玻璃上形成一层薄薄的保护膜，形成类似于荷叶外表的效果。水滴以楙球形

分布在表面，故无法停留在玻璃匕从而在遇到雨水的时候，雨水会自然流走，保持视野清

晰。如图所示。下列说法正确的是（）

防雨神器

A.水滴呈椭球形的是液体表面张力作用的结果，与重力无关

B.照片中的玻璃和水滴发生了浸润现象

C.水滴与玻璃表面接触的那层水分子间距比水滴内部的水分子间距大

D.照片中水滴表面分子比水滴的内部密集

【例5】.（2023•辽宁沈阳辽宁实验中学校考模拟预测〉关于气体、固体和液体，下列说法

正确的是（）

A.液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部

B.分子间同时存在着引力和斥力，当引力和斥力相等时，分子势能最大

C.液晶具有液体的流动性，低温时会凝固成结晶态，分子取向是有序的

D.容器中气体分子的数密度越大，在单位时间内，与单位面枳器壁碰撞的分子越多

【例6】.（2023•江苏南京,校考模拟预测）将两端开口的玻璃管竖直插在水中，现象如图所

不，则（）

A.水不浸润玻璃

B.现象与液体的表面张力无关

C.换成直径更小的玻璃管，管内外液面的高度差将变小

D.水与玻璃的相互作用比水分子之间的相关作用强

【例7】.（2023•江苏南通海安高级中学校考模拟预测）将粗细不同、两端开口的玻璃毛细

管插入装有某种液体的容器里，现象如图所示，则下列说法正确的是（）

A.容器中的液体可能是水银

B.若在“问天”太空舱中进行实验，仍然是较细毛细管中的液面更高

C.若用不同液体进行实验，两毛细管中的高度差相同

D.图中毛细管附着层内的液体分子密度大于液体内部

【例8】.（2023•安徽•校联考三模）下列有关现象说法错误的是（）

A.跳水运动员从水下露出水面时头发全部贴在头皮上，是水的表面张力作用的结果

B.地球大气的各种气体分子中氢分子质量小，其平均速率较大，更容易挣脱地球引力而逃

逸，因此大气中氢含量相对较少

C.液晶电视的工作原理口利用了液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性

D.•东质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它可能向外界放热

类型2气体压强的计算及微观解释

1.气体压强的计算

(1)活塞模型

如图所示是最常见的封闭气体的两种方式.

夕〃〃/〃〃,5

甲乙

求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析,然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程.

图甲中活塞的质量为，〃，活塞横截面积为S,外界大气压强为po.由于活塞处于平衡状态,

所以外S+/〃g=pS,

则气体的压强为〃=加+等.

图乙中的液柱也可以看成，活塞“，由于液柱处于平衡状态，所以〃S+〃?g=p(S

则气体压强为p=po--母=po—pAgh.

⑵连通器模型

如图所示，U形管竖直放置.同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以气体8和人的

压强关系可由图中虚线联系起来.则有pB+pgh2=p.\,

而］)A=po+pghi，

所以气体B的压强为P8=Po+pgS|一九2).

2.气体分子运动的速率分布图像

气体分子间距离•大约是分子直径的10倍，分子间作用力十分微弱，可忽略不计；分子沿各

个方向运动的机会均等；分子速率的分布规律按“中间多、两头少”的统计规律分布，且这个

分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大，如图所示.

各速率区间的分子数

占总分子数的百分比

20

3.气体压强的微观解释

（I）产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定

的压力.

（2）决定因素•（一定质量的某种理想气体）

①宏观上：决定于气体的温度和体积.

②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度.

【例1】（多选）对于一定质量的理想气体，下列论述正碓的是（）

A.气体的压强由温度和单位体积内的分子个数共同决定

B.若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变

C.若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数一定增加

D.若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数可能不变

【例2】若己知大气压强为外，图中各装置均处于静止状态.

⑴已知液体密度均为"，重力加速度为g,求各被封闭气体的压强.

甲乙丙

J戊

⑵如图中两个汽缸质量均为M,内部横截面积均为S,两个活塞的质量均为机，左边的汽缸

静止在水平面上，右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下.两个汽缸内分别封闭有一定质量

的空气4、&重力加速度为g,活塞与缸壁之间无摩擦，求封闭气体A、B的压强各多大？

【例3】(多选)密闭容器内有一定质量的理想气体,如果保持气体的压强不变,气体的温度

升高，下列说法中正确的是()

A.气体分子的平均速率增大

B.器壁单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力变大

C.气体分子对器壁的平均作用力变大

D.该气体的密度减小

题型三关于热力学定律与能量守恒定律的理解

类型1热力学第一定律的理解

I.热力学第一定律的理解

(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析.

(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做

功，W为正.

⑶与外界绝热，则不发生热传递，此时。=0.

（4）如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在

分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化.

2.三种特殊情况

（1）若过程是绝热的，则。=0,外界对物体做的功等于物体内能的增加；

（2）若过程中不做功，即W=0,则。=4。，物体吸收的热量等于物体内能的增加；

（3）若过程的初、末状态物体的内能不变，即△"=（）,则W+Q=0或W=-Q,外界对物体

做的功等于物体放出的热量.

【例1】（2023•江苏•模拟预测）如图所示，向一个空的铝制饮料罐中插入一根内部粗细均匀

透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略），如果不计大气压的

变化，这就是一个简易的气温计。当温度由（变为《时，油柱从离接口上处缓慢移到离接口

3L的位置。下列说法正确的是（）

A.单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增加

B.饮料罐内气体的压强变小

C.罐内气体对外做的功夫于气体从外界吸收的热量

D.若给吸管标上温度刻度值，刻度是均匀的

【例2】.（2023春•山西晋中•高三统考阶段练习）图中甲为气压升降椅，乙为其核心部件模

型简图。活塞与椅面的总质量为川，活塞横截面积为S,气缸内封闭一定质量的理想气体,

稳定时气柱长度为L，该气缸导热性能良好，忽略一切摩擦。某同学盘坐上椅面，稳定后缸

内气柱长为:，」知大气压强为4,室内温度为心，重力加速度为g,则（）

A.该同学的质量为争

B.该同学坐稳后，封闭气体的压强增大、温度升高

C.该同学坐稳后，室内气温缓慢上升至1.17；,每个气体分子的动能都增大

D.该同学坐稳后，室内气温缓慢上升至L1”,该过程缸内气体对外界做功为0.1（R）S+Mg）L

【例3】.（2023•河北•模拟预测）冬奥会上的人造雪绝非"假雪”，是对水和空气一定比例混

合压缩，并对混合水气的温度控制在。〜5℃之间，再通过造雪机雾化喷出，下列说法错误的

是（）

A.外界空气温度必须低于混合水气温度，才能使水凝固成雪

B.对混合水气加压越大，雪质越好

C.喷出的混合水气对外做功内能减小，凝固成雪

D.混合水气喷洒得越远，雪质越好

【例4】（2023•重庆沙坪坝•重庆八中校考二模）某同学从重庆夫西藏旅游,路途中温度逐渐

降低，为了补充能量拿出自己所带的坚果，发现包装坚果的密封袋明显膨胀。下列关于袋内

气体（可视为质量不变的理想气体）说法正确的是（）

A.压强增大B.分子平均动能不变

C.一定从外界吸收热量D.对外做功，内能减小

【例5】（2023•江苏苏州•统考三模）如图所示，某同学将空的玻璃瓶开口向下缓缓压入水中，

设水温均匀且恒定，瓶内空气看作理想气体，下降过程中瓶内空气质量不变，则（）

A.瓶内气体分子斥力增大

B.瓶内气体对外放出热量

C.瓶内气体分子平均动能增大

D.单位时间与瓶壁碰撞的分子数不变

类型2热力学第二定律的理解

I.热力学第二定律的含义

（1）“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。

（2）“不产生其他影响，，的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产

生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化

为机械能，如气体的等温膨胀过程。

2.热力学第二定律的实质

热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大最分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认

识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。

3.热力学过程的方向性实例

⑴而温物体部黑土抵沮物体.

日不■日科*化为题.

（3）气体体枳匕三瞿意之气体体积匕

（较大）.

«）不同气体A和混合气

T小SREHSXSTFRSKr

体AB.

4.两类永动机的比较

第一类永动机第二类永动机

不需要任何动力或燃料，却能从单一热源吸收热量，使之完全变

设计要求

不断地对外做功的机器成功，而不产生其他影响的机器

不违背能量守恒定律，违背热力学

不可能制成的原因违背能量守恒定律

第二定律

【例I】（2023•广东广州•广东实验中学校考模拟预测）火热的6月即将到来，高三的同学们

也进入高考最后的冲刺，教室里的空调为同学们提供了舒爽的环境，空调的工作原理如图所

示，以下表述高温物体正确的是（）

高温物体

低温物体

A.空调的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述制冷机

B.空调的工作原理反映了热传导的方向性

C.此原理图中的G=2

D.此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体

【例2】.（2023•全国•高三专题练习）热力学第二定律表明（）

A.不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用的功

B.摩擦生热的过程是不可逆的

C.在一个可逆过程中，工作物质净吸热等于对外作的功

D.热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体

[例3][2020•全国H卷，33（1）]下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有

，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有o

A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热

B.冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低

C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热曷全部转化为功，而不产生其他影响

D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内

类型3热力学第一定律与图像的综合应用

1.气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程华=C分析.

2.气体的做功情况、内能变化及吸放热关系可由热力学第一定律分析.

⑴由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体

做功.

（2）由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小.

（3）由热力学第一定律AU=W+Q判断气体是吸热还是放热.

（4）在〃-V图像中，图像与横轴所围面积表示对外或外界对气体整个过程中所做的功.

【例1】（2023•黑龙江哈尔滨•哈师大附中校考三模）如图所示的〃-V图象中，一定质量的

理想气体从状态A开始，经过状态8、C、D,最后回到状态4。其中4。和8c平行于横轴，

48和8平行，A8延长线过坐标原点0,下列说法正确的是（）

A.4-3过程气体分子热运动的平均动能不变

B.C-＞。过程气体单位体积内分子数增加

C.0fA过程中，气体分子与器壁在单位时间、单位面积上的碰撞次数将减少

D.整个过程中，气体向外界放出的热量大于从外界吸收的热量

【例2】.（2023•河北•校联考模拟预测）一定量的理想气体从状态〃经状态匕变化到状态J

其图像如图所示，则气体（）

A.由状态”变化到状态。的过程，气体对外界做正功

B.由状态力变化到状态。的过程，气体温度升高

C.由状态〃经状态〃变化到状态c的过程，气体向外界放热

D.由状态4经状态〃变化到状态C的过程，气体的内能先不变后增大

【例3】（2023•山东•高三专题练习）如图所示，一定质量的理想气体从状态4开始，经历

A8、BC、CD、0A四个过程回到原状态A,其中A8、C。为等压过程，BC、DA为等温过

程，状态C、。的压强和体积未知，下列说法正确的是（）

A.在过程中气体和外界没有发生热传递

B.气体在状态A的内能大于在状态。的内能

C.气体从状态4变化到状态8对外做功40J

D.在过程CD中外界对气体做的功等于在过程A4中气体对外界做的功

【例4】.（2023•北京•高三专题练习）如图所示，固定在水平地面上的汽缸内密封一定质量

的理想气体，活塞处于静止状态。若活塞与汽缸的摩擦忽略不计，口气体与外界环境没有热

交换。将活塞从4处缓慢地推至B处的过程中，下列说法正确的是（）

A.气体的内能保持不变B.气体的内能逐渐增大

C.气体的压强保持不变D.气体的压强逐渐减小

【例5】.（2023春•山东烟台高三统考期中）一容器封闭了一定质量的理想气体，现使气体

从4状态经8状态、C状态回到A状态，其体积随热力学温度的变化图像如图所示，则下

列说法中正确的是（）

A.气体从8-C状态过程中气体对外做功的值等于放出的热量

B.完成一次全循环，气体对外界做的总功大于物体吸收的热量

C.气体从状态过程中单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少

D.气体从8-C状态过程中气体对外界做的功大于气体从JA过程中外界对气体做的功

【例6】.（2023•江苏南通海安高级中学校考模拟预测）布雷顿循环由两个等压变化、两个

绝热过程构成，其压强〃和体枳v的关系如图所示。如果将工作物质看作理想气体，则卜.

列说法中正确的是（）

A.A到8过程，气体的内能在减小

B.状态8的温度低于状态C的温度

C.。到。过程，外界对气体做的功小十气体向外界放H的热量

D.经过一个布雷顿循环，气体吸收的热量小于放出的热量

【例7】.（2023•山东•校联考模拟预测）一定质量的理想化体从状态。开始，经a-b、b-c、

一。三个过程后再回到状态小其p-7图像如图所示，则该气体（）

A.在状态〃的内能小于在状态》的内能

B.在状态。的分子密集程度大于在状态人的分子密集程度

C.在b-c过程中气体对外界做功等于a-b和c-a过程外界对气体做功的和

D.在a-b过程气体放出的热量小于b-c过程中气体从外界吸收的热量

【例8】.（2023•山东聊城•统考三模）一定质量的理想气体从状态〃开始，经。一＞〃，bic,

c一。三个过程后回到初始状态〃，其7-丫图像如图所示。已知々化，2幻、〃（3%讣

。（3%,2工）），下列说法正确的是（）

A.气体在。一〃过程中压强增大

B.气体在b-c过程中从外界吸收的热量小于增加的内能

C.气体在过程中外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量

D.气体在过程中内能的减少量大于。re过程中内能的增加量

专题33热学的基本概念与原理

目录

题型一关于分子动理论及内能的考查...............................................1

类型1微观量估算的两种“模型”...............................................1

类型2布朗运动与分子热运动.................................................4

类型3分子力和内能..........................................................6

题型二固体、液体和气体..........................................................8

类型1固体和液体性质的理解..................................................8

类型2气体压强的计算及微观解释...........................................12

题型三关于热力学定律与能量守恒定律的理解......................................14

类型1热力学第一定律的理解................................................14

类型2热力学第二定律的理解................................................17

类型3热力学第一定律与图像的综合应用.....................................18

题型一关于分子动理论及内能的考查

类型1微观量估算的两种“模型”

1.微观量与宏观量

(1)微观量：分子质量/小、分子体积％、分子直径d等.

⑵宏观量：物体的质量〃?、摩尔质显M、物体的密度物体的体积匕摩尔体积匕血等.

2.分子的两种模型

⑴球模型：%=//,得直径管(常用于固体和液体).

(2)立方体模型：％=小,得边长4=的(常用于气体).

3.几个重要关系

（1）—个分子的质量：讯.

（2）一个分子的体积：%=金（注意：对于气体，Mo表示一个气体分子占有的空间）.

（3）1mol物体的体积：VmiIi=^.

模型1微观量估算的球体模型

【例1】（多选）钻石是首饰、高强度钻头和刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为p（单

位为kg/m）摩尔质量为M（单位为g/mol）,阿伏加德罗常数为NA.已知1克拉=0.2g,则下

列选项正确的是（）

A.。克拉钻石物质的量为等

B.。克拉钻石所含有的分子数为"a

C.每个钻石分子直径的表达式为寸叫;'（单位为m）

D.。克拉钻石的体积库

【答案】ABC

【解析】。克拉钻石的质量为0.2〃克，得物质的量为肝，所含分子数为噜XNA，故A、

»V11V1

B正确；每个钻石分子的体积为丝震二固体分子看作球体，/，联

立解得分子直径故c正确；。克拉钻石的体积为丝啜」，D错误.

【例2】（2022•山东省摸底）在标准状况下，体积为V的水蒸气可视为理想气体，已知水蒸气

的密度为P，阿伏伽德罗常数为NA，水的摩尔质量为M,水分子的直径为

（1）计算体积为V的水蒸气含有的分子数；

（2）估算体积为V的水蒸气完全变成液态水时，液态水的体积（将液态水分子看成球形，忽略

液态水分子间的间隙）。

【答案…捌A⑵喀^

【解析】（1）体积为丫的水蒸气的质量为机=PP

故体积为V的水蒸气含有的分子数为N=2NA=%VA。

⑵液态水分子看成球形，水分子的直径为〃

3

则一个水分子的体积为％=

则液态水的体积为

―尸制匏）；啥.

【例3】（2U22•江苏扬州巾扬州中学月考）晶须是一种发展中的高强度材料，它是一些非常细

的、非常完整的丝状（横截面为圆形）晶体.现有一根铁质晶须，直径为d，用大小为广的力

恰好将它拉断，断面呈垂直于轴线的圆形.已知铁的密度为p,铁的摩尔质量为M，阿伏加

德罗常数为刈，则拉断过程中相邻铁原子之间的相互作用力是（）

FM尸，6M、；

A.—（----------尸B.—（------>

d2sN\d2npN\

d-itpNAd~TtpN入

【答案】C

【解析】铁的摩尔体积V=号M，单个分子的体积钝=念M，又％=4孤\所以分子的半径

r=）（3—）；分子的最大截面积so=+=发出一）；铁质晶须的横截面卜.的分子数〃

~RpN人RpN、

nd2

二k4，拉断过程中相邻铁原子之间的相互作用力"0=F5=rF（--6--M-----）-3,故C正确.

S。n僵TtpNA

模型2微观量估算的立方体模型

【例4】（2022•河北衡水市月考）轿车中的安全气囊能有效保障驾乘人员的安全.轿车在发生

一定强度的碰撞时，叠氮化钠（亦称“二氮化钠”，化学式NaN»受撞击完全分解产生钠和氮气

而充入气囊.若充入氮气后安全气囊的容积V=56L,气囊中氮气的密度〃=1.25kg/n?,已

知氮气的摩尔质量M=28g/mol,阿伏加德罗常数NA=6xl()23moL,请估算：(结果保留一

位有效数字)

(1)一个氮气分子的质量，〃：

(2)气囊中氮气分子的总个数M

(3)气囊中氮气分子间的平均距离r.

【答案】⑴5x10-26(2)2x1024(3)3x10-9m

【解析】(1)一个氮气分子的质量加=岑

/VA

解得*5x1026kg

⑵设气囊内氮气的物质的最为〃，则有〃="

N=〃NA

解得心2X1()24(个)

(3)气体分子间距较大，可以认为每个分子占据一个边长为，•的立方体，

则有

解得r=3xI09m.

【例5】某一体积为V的密封容器，充入密度为小摩尔质量为M的理想气体，阿伏加德罗

常数为NA。则该容器中气体分子的总个数N=。现将这部分气体压缩成液体，

体积变为%),此时分子中心间的平均距离d=(将液体分子视为立方体模型)。

【答案】国

MPVNA

【解析】气体的质量，

气体分子的总个数N=〃Nk部A=%NA

该部分气体压缩成液体，分子个数不变

设每个液体分子的体积为V.，则N寸

又

联立解得

【例6】空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器（铜管）液化成水，经排水管排

走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥.某空调工作一段时间后，排出液化水的体枳为V,

水的密度为/）,摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为M\,则液化水中分子的总数N和水分子

的直径”分别为（）

【答案】C

【解析】水的摩尔体积V.„oi=p水分子数2七9=臂;将水分子看成球形，由

一个水分子的体积：寝=5/，解得水分子直径为d=<J黑,C正确.

类型2布朗运动与分子热运动

扩散现象、布朗运动与热运动的比较

现象扩散现象布朗运动热运动

活动主体分子微小固体颗粒分子

分子的运动，发生在固比分子大得多的微粒的分子的运动，不能通过光

区别

学显微镜直接观察到

体、液体、气体任何两种运动

物质之间

共同点①都是无规则运动；②都随温度的升高而更加激烈

联系扩散现象、布朗运动都反映分子做无规则的热运动

【例1】（2023•重庆万州•重庆市万州第二高级中学校联考模拟预测）关于下列五幅图像说法

正确的是（）

A.对甲图，加热一锅水时发现水中的胡椒粉在翻滚，说明温度越高布朗运动越剧烈

B.对乙图，半杯水与半杯酒精混合之后的总体积要小于整个杯子的容积，说明液体分子之

间有间隙

C.对丙图，自由膨胀和扩散现象都具有双向可逆性

D.对丁图、扩散现象不能在固体之间发生

【答案】B

【详解】A.布朗运动用肉眼观察不到的，对甲图，加热一锅水时发现水中的胡椒粉在解滚,

不是布朗运动，不能说明温度越高布朗运动越剧烈，选项A错误；

B.对乙图，半杯水与半杯酒精混合之后的总体积要小于整个杯子的容积，说明液体分子之

间有间隙，选项B正确;

C.对丙图，自由膨胀和扩散现象都具有单向性，不具有双向可逆性，选项C错误；

D.对丁图、扩散现象也能在固体之间发生，选项D错误。

故选

【例2】.（2023•山东•模拟预测）2023年3月底受冷空气以及大风天气影响，全国各地均出

现不同程度的沙尘天气，内蒙古、北京等中北部地区局部有强沙尘暴，甚至局部地区出现下

“泥点''的恶劣天气，山东、河南、安徽、江苏等华东地区也都出现AQI（空气质量指数）爆

表达到500的现象，AQI指数中一项重要指标就是人家熟知的PM2.5指数，PM2.5是指空

气中直径小于或等于2.5刈1的悬浮颗粒物，漂浮在空中，很难自然沉降到地面。对于上述天

气现象的解释中正确的是（）

A.中北部地区出现的沙尘暴中的沙尘颗粒所做的无规则运动是布朗运动

B.一团质量不变的沙尘暴从温度较低的地区吹到温度较高的地区，温度逐渐升高、风速逐

渐减小，其内能逐渐减小

C.PM2.5颗粒的尺寸与空气中氧气分子的尺寸数量级相当

D.PM2.5在空气中的无规则运动是由于大最空气分子无规则运动对其撞击的不平衡性引起

的

【答案】D

【详解】A.布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体颗粒，受到液体或气体分子的无规则撞

击所做的无规则运动，用肉眼无法观察到布朗运动，沙尘暴的运动是气流运动形成的，不是

布朗运动，故A错误；

B.从低温到高温，内能增加，内能的宏观表现是温度，温度越高，内能越大，故B错误：

C.氧分子尺寸的数量级为107°m,而PM2.5是指空气中直径小于或等于2.5pm，故C错误；

D.PM2.5在空气中的运动是布朗运动，由空气中大量空气分子无规则运动对其撞击的不平

衡性引起的，故D正确。

故选D。

【例3】.（2023•江苏南京•校考二模）雾霾天气是一种大气污染状态，霾粒子的分布比较均

匀,而且灰霾粒子的尺度比较小，从0.001微米到10微米，平均直径大约在1~2微米左右，

肉眼看不到空中飘浮的颗粒物。从物理学的角度认识雾猫，下列说法正确的是（）

A.雾舞天气中霾粒子的运动是布朗运动

B.霾粒子的运动是分子的运动

C.霾粒子的扩散形成霾

D.霾粒子的运动与温度无关

【答案】A

【详解】AB.雾霾天气中霾粒子的运动是由气体分子撞击缠粒子的不平衡性而产生的布朗

运动，不是分子的运动，故A正确，B错误；

C.霍粒子的布朗运动形成畿，故C错误；

D.霾粒子的运动与温度有关，温度越高，霾粒子的运动越剧烈，故D错误。

故选Ao

【例4】.（2023春•江苏•高三校联考阶段练习）工作和生活中常用空调调节室内空气的温度，

下列说法正确的是（）

A.空调制热使得室内温度上升，则室内速率小的空气分子比例减小

B.空调风速越大，室内空气的分子动能也越大

C.空调过滤器能够吸附PM2.5颗粒，此颗粒的运动是分子热运动

D.空调既能制热乂能制冷，说明热传递不存在方向性

【答案】A

【详解】A.空调制热使得室内温度上升，空气分子的平均动能增加，则室内速率小的空气

分子比例减小。故A正确；

B.室内空气的分子动能与温度相关，所以空调风速大小，与其动能大小无关。故B错误;

C.空调过滤器能够吸附PM2.5颗粒，此颗粒做的是布朗运动，不是分子热运动。故C错误：

D.空调制热和制冷过程，引起了其他变化，不违背热力学第二定律。故D错误。

故选A。

【例5】.（2023•全国•高三专题练习）图甲和图乙是某同学从资料中查到的两张记录水中炭

粒运动位置连线的图片，记录炭粒位置的时间间隔均为30s,两方格纸每格表示的长度相同，

下列说法中正确的是（）

A.炭粒的运动即布朗运动，也就是分子的运动

B.炭粒的运动是由于其内部分子在不停地做无规则运动产生的

C.若水温相同，则甲中炭粒的颗粒较大

D.若炭粒大小相同，则甲中水分子的热运动较剧烈

【答案】C

【详解】A.布朗运动是固体颗粒的运动，是分子无规则运动的反映，不是分子的运动，A

错误；

B.炭粒的运动是由于水分子分子在不停地做无规则运动，水分子与炭粒不停发生碰撞产生

的，因此炭粒的运动并小是由十其内部分子在小停地做尢规则运动产生的，B错误；

C.若水温相同，则炭粒的越小，布朗运动越剧烈，根据图像可知，图乙中炭粒的剧烈一些，

即图乙中炭粒的颗粒较小，可知，若水温相同，则甲中炭粒的颗粒较大，C.正确；

D.若炭粒大小相同，则温度越高，布朗运动越剧烈，根据图像可知，图乙中炭粒的剧烈一

些，即图乙中的温度较高，则乙中水分子的热运动较剧烈，D错误。

故选C.

【例5】.（2023•全国•校联考模拟预测）关于布朗运动、扩散现象，下列说法中正确的是（）

A.布朗运动和扩散现象都需要在重力作用下才能进行

B.布朗运动是固体微粒的运动，反映了液体或气体分子的无规则运动

C.布朗运动和扩散现象只能在重力作用下进行

D.扩散现象直接证明了“物质分子在永不停息地做无规则运动”，而布朗运动间接证明了这

一观点

【答案】BD

【详解】AC.扩散现象是物质分子的无规则运动，而布朗运动是悬浮在液体或气体中的微

粒的运动，液体或气体分子对微粒撞击作用的不平衡导致微粒的无规则运动，由此可见扩散

现象和布朗运动不需要附加条件.故AC错误：

BD.扩散现象直接证明了“物质分子在永不停息地做无规则运动”，而布朗运动是固体微粒

的运动，反映了液体或气体分子的无规则运动，间接证明了“物质分子在永不停息地做无规

则运动”。

故选BDO

类型3分子力和内能

1.分子间的作用力、分子势能与分子间距离的关系

分子间的作用力尸、分子势能昂与分子间距离/•的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能

£P=0).

(1)当时，分子间的作用力表现为引力，当，•增大时，分子间的作用力做负功，分子势

能增大.

⑵当时，，分子间的作用力表现为斤力，当，•减小时，分子间的作用力做负功，分子势

能增大.

(3)当，=人时,分子势能最小.

2.分析物体内能问题的五点提醒

(1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法.

(2)内能的大小与温度、体积、物质的量和物态等因素有关.

⑶通过做功或热传递可以改变物体的内能.

(4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能都相同.

⑸内能由物体内部分子微观运动状态决定，与物体整体运动情况无关.任何物体都具有内

能，恒不为零.

[例1](2023•江苏南通•模拟预测)研究表明，分子间的作用力/跟分子间距离厂的关系如

图所示。则()

A.液体表面层分子间距离略大于八

B.理想气体分子间距离为/；

C.分子间距离r二弓时，分子力表现为斥力

D.分子间距离，•=4时，分子势能最小

【答案】A

【详解】A.由于

时，分子力为0,则可知

而液体由于张力的作用，表面分子间距离大于莅，故液体表面层分子间距离略大于4,故A

正确；

B.理想气体分子间距离为1（为，即1（",故B错误；

C.分子间距离r=为时，即

分子力表现为引力，故C错误；

D.当「="即，"斗时，分子势能最小，故D错误。

故选Ao

【例2】.（2023•湖北•统考模拟预测）当分子间距离为小时，分子间的作用力为0。当分子间

距离从0.8气增大到10%的过程中，关于分子间作用力?和分子势能综的变化，下列说法正

确的是（）

A.尸先变小后变大再变小，纥先减少后增加

B.尸先变小后变大再变小，综先增加后减少

C.尸先变大后变小，综先减少后增加再减少

D.产先变小后变大，综先减少后增加再减少

【答案】A

【详解】根据分子间作用力和分子势能的变化规律可知，当分子间距离从0.8々）增大到10%的

过程中，”先表现为斥力变小后表现为引力变大再变小，综先减少后增加。

故选A。

【例3】（2022•山东日照市模拟）分子间势能由分子间距，决定。规定两分子相距无穷远时分

子间的势能为零，两分子间势能与分子间距「的关系如图所示。若一分子固定于原点0,另

一分子从距。点无限远向O点运动。下列说法正确的是（）

A.在两分子间距从无限远减小到心