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专题 17 热学
考点内容 要求 课程标准解读
物体是由大量分子组成的 阿伏
b
罗德罗常数
分子热运动、布朗运动 c 1.会估测油酸分子的大小。了解分子动理论的基本观
点及相关的实验证据。
2.了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。了解分子
分子间的作用力 c
运动速率分布的统计规律，知道分子运动速率分布图
像的物理意义。
3.了解固体的微观结构。知道晶体和非晶体的特点。
温度和内能 b
能列举生活中的晶体和非晶体。通过实例，了解液晶
的主要性质及其在显示技术中的应用。
晶体和非晶体 晶体的微观结构 a 4.了解材料科学的有关知识及应用，体会它们的发展
对人类生活和社会发展的影响。
液体的表面张力现象 a 5.观察液体的表面张力现象。了解表面张力产生的原
因。知道毛细现象。
液晶 a 6.了解气体实验定律。知道理想气体模型。能用分子
动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。
气体实验定律、理想气体 b 7.知道热力学第一定律。通过有关史实，了解热力学
第一定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探素
饱和汽和饱和汽压 b 中的挫折和失败对科学发现的意义。
8.理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然
做功和热传递是改变物体内能的
c 现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规
两种方式
律之一。
热力学第一定律、能量守恒定律c 9.通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二
定律。
热力学第二定律 c
能源与环境、能源的开发和应用a
物理由大量分子组成的（分子模型、固体液体的结构模型，气体的结构模
型）
内容 利用阿伏伽德罗常数估算分子数目、质量、体积
扩散现象：不同的物质相互接触时彼此进入对方的现象
分子的热运动
分
布朗运动：悬浮在液体中的固体微粒永不停息的无规则运动
子
动
分子间的作用力及变化
理
论 温标（摄氏温标与热力学温标）、温度计及测温原理
分子动能：分子由于运动所具有的能量
内能
分子势能：由于分子间相对位置所决定的能量
改变内能的两种方式：做功 Δ U = W 与热传递 Q=ΔU固体：晶体和非晶体，单晶体和多晶体，晶体的微观结构
液体：液体的微观结构，液体的表面张力，浸润和不浸润
物
毛细现象，液晶
态
和 物态变化中的能量交换：熔化热，汽化热
变
化 空气的湿度：绝对湿度，相对湿度，湿度计
饱和汽与饱和气压：汽化，饱和汽，饱和气压
温度：表示物体的冷热程度
描述气体的
体积：表示气体所充满的容器的容积
状态参量
压强：气体作用在容器壁单位面积上
的压力
波意耳定律 p V =p V =恒量
1 1 2 2
气体实验 p p
定律 查理定律 1 = 2
T T
1 2V V
盖—吕萨克定律 1 = 2
T T
1 2
气
理想气体：在任何温度，任何压强下都严格遵从气体实验定律的气体
体
p V p V
1 1 2 2
理想气体状态方程 =
T T
1 2
气体分子运动的特点：温度越高、分子的热运动越剧烈
气体热现象
的微观意义
气体分子运动的特点：温度越高、分子的热运动越剧烈
气体压强的微观意义：大量气体分子不断地碰撞器壁，对器壁产
生持续均匀的压力，形成气体的压强
计算压强的三种方法：平衡法、参考页面法、动力学法
焦耳的实验，内容，功和内能变化的关系 ΔU=W
热传递，热和内能变化的关系 Δ U = Q ，改变物体内能的两种方式比较
能量的转化和守恒定律
热
热力学第一定律：一个热力学系统的内能增量等于外界对它传递的热量与外界对它所做的功的总和，
力
学 两种表述，热传递的方向，热机
定
律 热力学第二定律 热力学第二定律对的微观解释
熵：概念，熵增加原理
热力学第三定律：热力学零度不可能达到
两类永动机：第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机违背热力学第二定律
能源和可持续发展一、分子动理论
1.分子的大小：物质是由大量分子组成的 分子直径的数量级一般是10-10m. 分子的质量：数量级为
10-26 kg.
2．阿伏加德罗常数
N
=6.02×1023mol−1
①1 mol的任何物质都含有相同的粒子数．通常可取 A ；
②阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁．
技巧点拨：
①微观量与宏观量
Ⅰ、微观量：分子质量m、分子体积V、分子直径d等．
0 0
Ⅱ、宏观量：物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ、物体的体积V、摩尔体积V 等．
mol
②分子的两种模型
1 √6V
V = πd3 d= 3 0
0 6 π
Ⅰ、球模型： ，得直径 (常用于固体和液体)．
V =d3 d=√ 3 V
Ⅱ、立方体模型： 0 ，得边长 0 (常用于气体)．
③几个重要关系
M
m =
0 N
Ⅰ、一个分子的质量： A .
V
V = mol
0 N
Ⅱ、一个分子的体积： A (注意：对于气体，V表示一个气体分子占有的空间)．
0
M
V =
mol ρ
Ⅲ、1 mol物体的体积： .
2.分子热运动
①分子热运动：分子做永不停息的无规则运动．
②扩散现象:不同的物质互相接触时，可以彼此进入对方中去.温度越高，扩散越快. 扩散现象就是
分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间．
③布朗运动:在显微镜下看到的悬浮在液体（或气体）中微小颗粒的无规则运动，是液体分子对微
小颗粒撞击作用的不平衡造成的，是液体分子永不停息地无规则运动的宏观反映.颗粒越小，布朗运动越
明显;温度越高，布朗运动越明显.技巧点拨：布朗运动不是分子的运动，但它反映了液体(或气体)分子的无规则运动．
3.分子间存在着相互作用力：分子间同时存在着引力和斥力，引力和斥力都随分子间距离增大而减小，
但斥力的变化比引力的变化快，实际表现出来的是引力和斥力的合力.
二、物体的内能
1.分子动能:做热运动的分子具有动能，在热现象的研究中，单个分子的动能是无研究意义的，重要
的是分子热运动的平均动能.温度是物体分子热运动的平均动能的标志.
2.分子势能:分子间具有由它们的相对位置决定的势能，叫做分子势能.分子势能随着物体的体积变化
而变化.分子间的作用表现为引力时，分子势能随着分子间的距离增大而增大.分子间的作用表现为斥力时，
分子势能随着分子间距离增大而减小.对实际气体来说，体积增大，分子势能增加;体积缩小，分子势能减
小.
3.物体的内能:物体里所有的分子的动能和势能的总和叫做物体的内能.任何物体都有内能，物体的内
能跟物体的温度和体积有关.
4.物体的内能和机械能有着本质的区别.物体具有内能的同时可以具有机械能，也可以不具有机械能.
①内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．
②决定因素：温度、体积和物质的量．
③影响因素：物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关．
④改变物体内能的两种方式：做功和热传递．
技巧点拨：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F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep
＝0)．
①当r＞r 时，分子间的作用力表现为引力，当r增大时，分子间的作用力做负功，分子势能
0增大．
②当r＜r 时，分子间的作用力表现为斥力，当r减小时，分子间的作用力做负功，分子势能
0
增大．
③当r＝r 时，分子势能最小.
0
技巧点拨：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．
③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．
⑤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．
三、温度
1.一切达到热平衡的系统都具有相同的温度．
2.两种温标：摄氏温标和热力学温标．关系：
T=t+276.15K
.
技巧点拨：绝对零度为-273.15℃，它是低温的极限，只能接近不能达到.
四、固体
1.分类：固体分为晶体和非晶体两类．晶体又分为单晶体和多晶体．
2.晶体和非晶体的比较
分类 晶体
非晶体
比较 单晶体 多晶体
外形 有规则的形状 无确定的几何形状 无确定的几何外形
熔点 确定 确定 不确定
物理性质 各向异性 各向同性 各向同性
石英、云母、明 玻璃、橡胶、蜂蜡、
典型物质 各种金属
矾、食盐 松香、沥青
转化 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化
五、液体
1.液体的表面张力
①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．
②方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．③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．
六、液晶
1.液晶的物理性质
①具有液体的流动性．
②具有晶体的光学各向异性．
2.液晶的微观结构：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．
七、气体的状态参量
1.气体的体积:气体的体积不是气体分子自身体积的总和，而是指大量气体分子所能达到的整个空间
的体积.封闭在容器内的气体，其体积等于容器的容积.
2.气体的压强:气体作用在器壁单位面积上的压力.数值上等于单位时间内器壁单位面积上受到气体分
子的总冲量.
①产生原因:大量气体分子无规则运动碰撞器壁，形成对器壁各处均匀的持续的压力.
②决定因素:一定气体的压强大小，微观上决定于分子的运动速率和分子密度;宏观上决定于气体的
温度和体积.
Ⅰ、宏观上：决定于气体的温度和体积．
Ⅱ、微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度．
八、气体实验定律
玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律
一定质量的某种气
一定质量的某种气体，在 一定质量的某种气体，在
体，在温度不变的情
内容 体积不变的情况下，压强 压强不变的情况下，其体
况下，压强与体积成
与热力学温度成正比 积与热力学温度成正比
反比
p p V V
表达式 p V =p V 1 = 2 1 = 2
1 1 2 2 T T T T
1 2 1 2p V
Δp= 1 ΔT ΔV= 1 ΔT
T T
拓展： 1 拓展： 1
一定质量的某种理想 一定质量的某种理想气 一定质量的某种理想气
气体，温度保持不变 体，体积保持不变时，分 体，温度升高时，分子的
时，分子的平均动能 子的密集程度保持不变， 平均动能增大．只有气体
微观解释
不变．体积减小时， 温度升高时，分子的平均 的体积同时增大，使分子
分子的密集程度增 动能增大，气体的压强增 的密集程度减小，才能保
大，气体的压强增大 大 持压强不变
图像
九、理想气体状态方程
1.理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体．
①在压强不太大、温度不太低时，实际气体可以看作理想气体．
②理想气体的分子间除碰撞外不考虑其他作用，一定质量的某种理想气体的内能仅由温度决定．
p V p V pV
1 1 = 2 2 =C
T T T
2.理想气体状态方程： 1 2 或 .(质量一定的理想气体)
技巧点拨：
①解题基本思路
Ⅰ、选对象：根据题意，选出所研究的某一部分一定质量的气体．
Ⅱ、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．
Ⅲ、认过程：认清变化过程，正确选用物理规律．
Ⅳ、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.
②分析气体状态变化的问题要抓住三点
Ⅰ、弄清一个物理过程分为哪几个阶段．
Ⅱ、找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的．
Ⅲ、明确哪个阶段应遵循什么实验定律．
十、气体分子运动的特点
1.气体分子间有很大的空隙.气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍.
2.气体分子之间的作用力十分微弱.在处理某些问题时，可以把气体分子看作没有相互作用的质点.
3．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．十一、改变内能的两种方式
1.做功:其本质是其他形式的能和内能之间的相互转化.
2.热传递:其本质是物体间内能的转移.
3.做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但有本质的区别.
十二、能量转化和守恒定律
1.内容：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．
2.条件性：能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的．
3.第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律．
十三、热力学第一定律
1.内容:物体内能的增量（ΔU）等于外界对物体做的功（W）和物体吸收的热量（Q）的总和.
W+Q=ΔU
2.表达式:
3.符号法则:
物理量 ＋ －
W 外界对物体做功 物体对外界做功
Q 物体吸收热量 物体放出热量
ΔU 内能增加 内能减少
技巧点拨：
①热力学第一定律的理解
Ⅰ、内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析．
Ⅱ、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．Ⅲ、与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0.
Ⅳ、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
Ⅰ、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；
Ⅱ、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；
Ⅲ、若过程的初、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．
十四、热力学第二定律
1.热传导的方向性：热传递的过程是有方向性的，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而不会自
发地从低温物体传给高温物体.
2.热力学第二定律的两种常见表述
①克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．
②开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．或表述为“第
二类永动机是不可能制成的”．
2．热力学第二定律的微观意义：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序度增大的方向进行．
技巧点拨：
①热力学第二定律的含义
Ⅰ、“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．
Ⅱ、“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．
②热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量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十五、永动机不可能制成
1.第一类永动机不可能制成:不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器被称为第一类
永动机，这种永动机是不可能制造成的，它违背了能量守恒定律.
2.第二类永动机不可能制成:没有冷凝器，只有单一热源，并从这个单一热源吸收的热量，可以全部
用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机.第二类永动机不可能制成，它虽然不违背能量守
恒定律，但违背了热力学第二定律.
一、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．
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m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p.由于活塞处于平衡状态，所以
0
p S+mg=pS
0 ，
mg
p =p +
0 0 S
则气体的压强为 .
pS+mg=p S
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 0 ，
mg
p=p − =p −ρ gh
0 S 0 液
则气体压强为 .2.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B和A
p +ρgh =p p =p +ρgh
的压强关系可由图中虚线联系起来．则有 B 2 A，而 A 0 1，
p =p +ρg(h −h )
所以气体B的压强为 B 0 1 2 ．
技巧点拨：
①被活塞或汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解，
压强单位为Pa.
p=p +p p=p −p cmHg
②水银柱密封的气体，应用 0 h或 0 h计算压强，压强p的单位为 或
mmHg
.
③关联气体问题：解决由活塞、液柱相联系的两部分气体问题时，根据两部分气体压强、体积的
关系，列出关联关系式，再结合气体实验定律或理想气体状态方程求解．
二、气体状态变化的图像问题
1．四种图像的比较
类别 特点(其中C为常量) 举例
pV=CT pV
，即 之积越大的等温线温度越高，线离原
p－V
点越远
1
p－
p=CT
V
，斜率
k=CT
，即斜率越大，温度越高
C C
p－T
p= T k=
V V
，斜率 ，即斜率越大，体积越小
C C
V－T
V= T k=
p p
，斜率 ，即斜率越大，压强越小
2.处理气体状态变化的图像问题的技巧
①首先应明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个状态，它对应着三个状态量；图像上的某
一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程．看此过程属于等温、等容还是等压变
化，然后用相应规律求解．
②在V－T图像(或p－T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大．
技巧点拨：合理选取气体变化所遵循的规律列方程
①若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解．
②若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解．
三、热力学第一定律与图像的综合应用
pV
=C
T
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 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．
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．
ΔU=W+Q
③由热力学第一定律 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．
四、解决热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的思维流程
