专题17 热学（原卷版）-2025版高考物理一轮复习知识清单

专题17热学常考考点真题举例\o"应用盖吕萨克定律解决实际问题"应用盖-吕萨克定律解决实际问题2024·广东·高考真题

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用来测定内能变化的一个物理量。热能：是内能通俗的而不甚确切的说法。核心考点02气体、液体和固体一、温度与温标1、状态参量热力学系统：由大量分子组成的研究对象叫做热力学系统，简称系统。外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。2、状态参量用来描述系统状态的物理量，常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等。3、平衡态在没有外界影响的情况下，系统内各部分的状态参量达到的稳定状态。热力学的平衡态是一种动态平衡，组成系统的分子仍在不停地做无规则运动，只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化，而力学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动的状态。平衡态是一种理想情况，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的。系统处于平衡态时，由于涨落，仍可能发生偏离平衡状态的微小变化。二、热平衡与温度1、热平衡两个相互接触的热力学系统，经过一段时间，各自的状态参量不再变化，说明两个系统达到了平衡，这种平衡叫做热平衡。两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。因此可以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。2、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。热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的测量提供了理论依据．因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。3、温度热平衡中，表征“共同的热学性质”的物理量。宏观上表示物体的冷热程度；微观上反映分子热运动的激烈程度。4、热平衡的性质达到热平衡的系统都具有相同的温度。温度计测量原理：一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体的温度相同。三、温度计与温标1．确定一个温标的方法选择某种具有测温属性的测温物质。了解测温物质随温度变化的函数关系。确定温度的零点和分度的方法。2．热力学温度T与摄氏温度t摄氏温标：一种常用的表示温度的方法．规定标准大气压下冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃，在0℃和100℃之间均匀分成100等份，每份算做1℃。热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法．热力学温标表示的温度叫热力学温度。用符号T表示，单位是开尔文，符号为K。摄氏温度与热力学温度的关系为T＝t＋273.15K。四、气体实验定律1、玻意耳定律内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。公式：pV＝C(常量)或p1V1＝p2V2。适用条件：①气体质量不变、温度不变；②气体温度不太低、压强不太大。2、查理定律内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。公式：p＝CT或eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)。适用条件：气体的质量一定，气体的体积不变。3、盖—吕萨克定律一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。公式：V＝CT或eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)。适用条件：气体质量一定；气体压强不变。2、三个气体实验定律的图像类别图象特点其他图象玻意耳定律（等温线）pV＝CT(其中C为恒量)，pV之积越大，等温线温度越高，线离原点越远p＝CTeq\f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高查理定律（等容线）p＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，体积越小盖—吕萨克定律（等压线）V＝eq\f(C,p)T，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，压强越小3、三个气体实验定律的微观解释玻意耳定律：一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度增大，单位时间内，单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大。【注意】宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小。查理定律：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。【注意】宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大，温度降低，体积减小。盖—吕萨克定律：一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。【注意】宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小。五、理想气体1、定义在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。【注意】理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可忽略不计，分子不占空间，可视为质点。它是对实际气体的一种科学抽象，是一种理想模型，实际并不存在。2、理想气体与实际气体在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍的条件下，把实际气体看成理想气体来处理。【注意】理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力。理想气体分子无分子势能的变化，内能等于所有分子热运动的动能之和，只和温度有关。3、理想气体的状态方程内容：一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管压强p、体积V、温度T都可能改变，但是压强p跟体积V的乘积与热力学温度T之比保持不变。表达式：①eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)；②eq\f(pV,T)＝C。成立条件：一定质量的理想气体。单位：温度T必须是热力学温度，公式两边中压强p和体积V单位必须统一，但不一定是国际单位制中的单位。【注意】该方程表示的是气体三个状态参量的关系，与中间的变化过程无关；公式中常量C仅由气体的种类和质量决定，与状态参量(p、V、T)无关。4、解题方法选对象：根据题意，选出所研究的某一部分一定质量的气体。找参量：分别找出这部分气体状态发生变化前后的p、V、T，其中压强的确定是关键。认过程：认清变化过程，正确选用物理规律。列方程：选用理想气体状态方程或某一气体实验定律列式求解，必要时讨论结果的合理性。【注意】解题是要理清一个物理过程分为哪几个阶段，找出几个阶段之间联系的物理量是什么，明确每个阶段应遵循什么实验定律。六、气缸活塞类问题1、问题汽缸活塞类问题是热学部分典型的物理综合题，它需要考虑气体、汽缸或活塞等多个研究对象，涉及热学、力学等物理知识，需要灵活、综合地应用知识来解决问题。2、解题思路确定研究对象，一般地说，研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的理想气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。分析物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程。挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程。多个方程联立求解，对求解的结果进行分析和检验。3、类型气体系统处于平衡状态，需综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题。气体系统处于力学非平衡状态，需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题。封闭气体的容器（气缸、活塞等）与气体发生相互作用的过程中，如果满足守恒定律的适用条件，可根据相应的守恒定律解题。两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解。如图所示，两内壁光滑、横截面积不同的竖直圆柱形汽缸内，分别用质量和厚度均不计的活塞A、B封闭了两部分理想气体，气体由活塞B隔为Ⅰ、Ⅱ两个气室，上方汽缸内壁的横截面积为下方汽缸的2倍，两汽缸连接处固定一细卡环。初始时汽缸静置于空气中，两活塞离各自缸底的距离均为如图所示，两内壁光滑、横截面积不同的竖直圆柱形汽缸内，分别用质量和厚度均不计的活塞A、B封闭了两部分理想气体，气体由活塞B隔为Ⅰ、Ⅱ两个气室，上方汽缸内壁的横截面积为下方汽缸的2倍，两汽缸连接处固定一细卡环。初始时汽缸静置于空气中，两活塞离各自缸底的距离均为，气室Ⅱ中封闭气体的压强为。已知，水的密度，取重力加速度。现用系于汽缸外壁的细线将该装置竖直缓慢放入深水中，忽略缸内两部分气体温度的变化，外界大气压强保持不变，装置气密性良好，求：（1）当活塞A离水面时，卡环到A的距离L（结果可用分数表示）；（2）当活塞A恰好接触卡环时，A离水面的深度H。

七、液柱模型1、模型密封气体非纯液柱，而是有液柱和被液柱密封的气体组成的模型。2、移动方向的判断方法用液柱或活塞隔开的两部分气体，当气体温度变化时，往往气体的状态参量p、V、T都要发生变化，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难。应用查理定律求解：先假设液柱或活塞不发生移动，两部分气体均做等容变化；对两部分气体分别应用查理定律的分比式ΔP＝eq\f(ΔT,T)P，求出每部分气体压强的变化量ΔP，并加以比较，从而判断液柱的移动方向。图像法：先假设液柱或活塞不发生移动，做出两个等容变化图线；判断相同量（温度或压强），比较另一量，确定两部分气体各自所对应的图线；结合斜率比较压强变化量大小，判断液柱的移动方向。3、封闭气体压强的求解方法力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强。等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强。液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强。如图所示，U形管左端封口右端开口与大气连通，左端横截面积为如图所示，U形管左端封口右端开口与大气连通，左端横截面积为，右端为，内封有一段水银柱，初态时，左端水银柱上的气柱长为l，水银柱两端高度差为h，已知大气压强为，环境温度为，水银密度为，重力加速度为g。（1）求初态时，左端气体压强p；（2）现在加热左端气体，当水银柱两端高度相等时停止加热，求此时左端气体温度T。

八、变质量问题1、问题分析变质量气体问题时，要通过巧妙地选择研究对象，使变质量气体问题转化为定质量气体问题，用气体实验定律求解。2、类型充气问题：在充气时，将充进容器内的气体和容器内的原有气体为研究对象时，这些气体的质量是不变的。这样，可将“变质量”的问题转化成“定质量”问题。抽气问题：在对容器抽气的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，解决该类变质量问题的方法与充气问题类似：假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把“变质量”问题转化为“定质量”的问题。灌气问题：将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是变质量问题，分析这类问题时，可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体作为一个整体来进行研究，即可将“变质量”问题转化为“定质量”问题。漏气问题：容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，如果选容器内剩余气体和漏掉的气体为研究对象，便可使“变质量”转化成“定质量”问题。汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆上施加水平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，打开，闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，闭合，打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为，初始压强等于外部大气压强，助力活塞横截面积为，抽气气室的容积为。假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，温度保持不变。（1）求第1次抽气之后助力气室内的压强；（2）第次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小。

九、固体1、分类固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体又可以分为单晶体与多晶体，如下表所示。分类比较晶体非晶体单晶体多晶体外形规则不规则不规则熔点确定确定不确定物理性质有确定的熔点，导电、导热、光学等某些物理性质表现为各向异性有确定的熔点，导电、导热、光学等某些物理性质表现为各向同性没有确定的熔化温度，导电、导热、光学等物理性质表现为各向同性各向同性原子排列规则多晶体的每个晶体间排列不规则不规则典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香2、晶体的微观结构在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性。下图为在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况，在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上物质微粒的数目不同，线段AB上物质微粒较多，线段AD上较少，线段AC上更少。在不同方向上物质微粒的排列情况不同导致单晶体在不同方向上物理性质的不同。一些单晶体各向异性的例子：①云母晶体在导热性能上表现出显著的各向异性（沿不同方向传热的快慢不同）；②方解石晶体在光的折射上表现出各向异性（沿不同方向的折射率不同）；③立方体形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性（沿不同方向的弹性不同）；④方铅矿石晶体在导电性能上表现出显著的各向异性（沿不同方向电阻率不同）。同一种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体，因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布。晶体具有确定熔点的原因：晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔化，熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化。十、液体1、表面张力表面层：液体表面跟气体接触的薄层。定义：在表面层，分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，这种力使液体表面绷紧，叫做液体的表面张力。作用效果：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，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。方向：总是跟液体相切，且与分界面垂直，如下图所示。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。表面特性：表面层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绷紧的弹性薄膜。影响因素：边界线长度、液体的种类、温度。例子：球形液滴、肥皂泡、毛细现象、浸润等。2、浸润和不浸润附着层分子受力：液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引。浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上的现象。原因：当固体分子吸引力大于液体内部分子力时，这时表现为液体浸润固体。不浸润：一种液体不会润湿某种固体，不会附着在这种固体的表面上的现象。原因：当固体分子吸引力小于液体内部分子力时，这时表现为液体不浸润固体。3、毛细现象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。原因：如下图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体的表面张力的作用，液体会受到向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到向下的力，因而管内液面比管外低。4、液晶介于固态和液态之间的一种物质状态。特点：具有液体的流动性，在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质；具有晶体的光学各向异性，液晶分子的排列不稳定，微小的外界变动都会改变分子排列，从而改变液晶的某些性质。微观结构：从某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的。液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。核心考点03热力学定律一、功、热和内能的改变1、绝热过程系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。2、功和内能的关系功与内能的改变：在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W。ΔU＝W的适用条件是绝热过程。在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。两者区别：①功是过程量，内能是状态量；②物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功越多；③在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。3、热和内能的关系热从高温物体传到了低温物体。热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射。热传递的条件：存在温度差。热与内能的改变：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。热传递改变物体的内能的实质：内能从一个物体转移到另一个物体或者从一个物体的高温部分转移到低温部分，在这个过程中，吸收热量的物体内能增加；放出热量的物体内能减少，内能转移的多少由热量来量度，即ΔU＝Q。4、做功和传热在改变物体内能上的区别与联系比较项目做功传热内能变化外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少物理实质其他形式的能与内能之间的转化不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转移相互联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的二、热力学第一定律1、内容一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。理解：①做功和热传递在改变系统内能上是等效的；②热传递过程是系统与外界之间内能的转移；③做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能的相互转化。2、表达式ΔU＝Q＋W。热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。符号的规定如下表所示。符号WQΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少3、应用若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。【注意】应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。进行计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义。4、热力学第一定律与图像的综合应用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eq\f(pV,T)＝C分析。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：①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ΔU＝Q＋W判断气体是吸热还是放热；④在p－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。5、热力学第一定律与气体实验定律综合问题的解题思路明确研究对象：①气体②气缸、活塞、液柱等。两类分析：①气体实验定律：状态量，初末态之间发生的变化；②热力学定律：做功情况，吸、放热情况，内能变化情况。选择规律列方程求解：气体的三个实验定律，理想气体状态方程，热力学第一定律。对结果进行分析和讨论。如图，一开口向上的导热汽缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外如图，一开口向上的导热汽缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中（）A．气体体积逐渐减小，内能增加 B．气体压强逐渐增大，内能变大C．气体压强逐渐增大，吸收热量 D．外界对气体做功，气体内能不变三、能量守恒定律1、定义能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。2、能量的转化各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能等。3、意义突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。具有重大实践意义，终结了第一类永动机的想法。找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来。4、第一类永动机定义：某物质循环一周回复到初