文档内容
专题 17 热学
目录
0
1考情透视·目标导航 3
02知识导图·思维引航................................................................................................................................................4
03核心精讲·题型突破................................................................................................................................................5
题型一 分子动理论 固体和液体..........................................................................................................................5
【核心精讲】...............................................................................................................................................................5
一、分子动理论............................................................................................................................................................5
二、固体和液体............................................................................................................................................................6
【真题研析】...............................................................................................................................................................7
【命题预测】...............................................................................................................................................................8
考向一 分子动理论......................................................................................................................................................8
考向二 固体和液体......................................................................................................................................................9
题型二 气体实验定律和理想气体状态方程........................................................................................................10
【核心精讲】.............................................................................................................................................................10
一、气体实验定律与理想气体状态方程..................................................................................................................10
二、处理气缸类问题的思路......................................................................................................................................11
三、处理管类问题的思路..........................................................................................................................................11
四、处理变质量类问题的思路..................................................................................................................................11
【真题研析】.............................................................................................................................................................12
【命题预测】.............................................................................................................................................................13
考向一 有关理想气体的气缸类问题........................................................................................................................13
考向二 有关理想气体的管类问题............................................................................................................................15
考向三 有关理想气体的变质量类问题....................................................................................................................16
题型三 热力学定律与气体状态变化的综合........................................................................................................18
【核心精讲】.............................................................................................................................................................18
一、 理想气体的常见图像........................................................................................................................................18二、热力学定律..........................................................................................................................................................18
【真题研析】.............................................................................................................................................................19
【命题预测】.............................................................................................................................................................20
考向一 热力学定律和图像相结合的问题................................................................................................................20
考向二 热力学定律与气体实验定律相结合的问题................................................................................................22
命题统计
2024年 2023年 2022年
命题要点
2023北京卷T1 2022江苏卷T6
分子动理论
固体和液体 2023海南卷T5
热
考
2024江苏卷T13 2023重庆卷T4 2022重庆卷T16
角 2024全国甲卷T5 2023湖北卷T13 2022广东卷T16
度 气体实验定律
2024湖南卷T13 2023辽宁卷T5 2022河北卷T16
2024山东卷T16 2023海南卷T16 2022湖南卷T162024江西卷T13 2023湖南卷T13 2022山东卷T15
2024广西卷T14 2023全国乙卷T14
2024广东卷T13
2024重庆卷T3 2023河北卷T13 2022天津卷T6
2024浙江卷T19 2023广东卷T13 2022福建卷T10
2024海南卷T11 2023天津卷T2 2022重庆卷T15
热力学定律 2024北京卷T3 2023浙江卷T20 2022北京卷T3
2024河北卷T9 2023全国理综卷T8 2022江苏卷T7
2024湖北卷T13
从近三年高考试题来看，试题以选择题和计算题为主，其中气体实验定律
命题规律 和热力学定律的考查非常频繁，分子动理论、固体和液体这两部分内容考查频
率不是太高。
预计在2025年高考中，还会以选择题和计算题的形式重点考查气体实验定
考向预测
律和热力学定律，可能结合图像、生活中的场景和前沿科技进行考查。
命题情景 多以典型的图像、生产生活和科技与气体有关的为命题背景
常用方法 平衡法、牛顿第二定律、整体和隔离法
物质是由大量
分子组成
分子永不停息的
分子动
无规则运动
理论 分子间相
互作用
固体：晶体
与非晶体
固体 液体：表
液体 面张力
玻意耳
定律：
热
查理定
学
律：
气体实 盖吕萨克定
验定律 律：
理想气体状
态方程：
热力学第一定律：
∆U=Q+W
热力学 热力学第二定律：开尔文表述；
定律 克劳修斯表述题型一 分子动理论 固体和液体
一、分子动理论
1.两种分子模型
物质有固态、液态和气态三种情况,不同物态下应将分子看成不同的模型。
(1)固体、液体分子一个一个紧密排列,可将分子看成球形或立方体形,如图所示,分子间距等于小球的直径或
√6 V
立方体的棱长,所以d= 3 (球体模型)或d=√3V(立方体模型)。
π
(2)气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均
空间,如图所示,此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,所以d=√3V。
提醒:对于气体,利用d=√3V得到的不是分子直径,而是气体分子间的平均距离。
2.微观量与宏观量间的关系微观量:分子体积V、分子直径d、分子质量m。
0 0
宏观量:物体的体积V、摩尔体积V 、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。
m
M ρV
(1)分子的质量:m= = m 。
0 N N
A A
V M
(2)分子的体积:V= m = (适用于固体和液体)。
0 N ρN
A A
V m m ρV
(3)物体所含的分子数:N= ·N = ·N 或N= ·N = ·N 。
V A ρV A M A M A
m m
3.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
分子 固体微小颗粒 分子
主体
是分子的运动,发生 是比分子大得多的颗粒的运动,只能在 是分子的运动,不能通过光学显
区别
在任何两种物质之间 液体、气体中发生 微镜直接观察到
共同
(1)都是无规则运动;(2)都随温度的升高而更加激烈
点
联系 扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动
4.气体分子的速率分布
气体分子的速率呈“中间多、两头少”分布。
4.分子力和分子势能
分子力变化 分子势能变化
①分子斥力、引力同时存在； ①当r=r 时，分子势能最小；
0②当r>r 时，r增大，斥力引力都减小，斥力减小更
0
快，分子力变现为引力；
②当r>r 时，r逐渐减小，分子势能逐渐减小；
③当r250kPa说明此时胎压不正
t+273 t +273 1
1
常；
p V p V′ p V
（2）根据理想气体状态方程有 1 1 = 2 + 3 3放出气体的质量与胎内原来气体质量的比值为
t +273 t +273 T
1 2 3
p V
3 3
m′ T
= 3 =0.03。
m p V
1 1
t +273
1
题型三 热力学定律与气体状态变化的综合
一、 理想 气体 的常见图像
1．一定质量的气体不同图像的比较
类别 特点(其中C为常量) 举例
pV＝CT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越
pV
远p p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高
pT p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小
VT V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小
[注意] 上表中各个常量“C”意义有所不同。可以根据pV＝nRT确定各个常量“C”的意义。
2．气体状态变化图像的分析方法
(1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体
的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；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。
(2)明确图像斜率的物理意义：在VT图像(pT图像)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较这两个
状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。
(3)明确图像面积物理意义：在pV图像中，pV图线与V轴所围面积表示气体对外界或外界对气体所做的功。
二、 热力学定律
1．对热力学第一定律的理解
(1)做功和热传递在改变系统内能上是等效的。
(2)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。
(3)热传递过程是系统与外界之间内能的转移。
2．热力学第一定律的三种特殊情况
(1)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。
(2)若过程中不做功，则W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。
(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，则W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外做功，或外界对物
体做的功等于物体放出的热量。
3．公式ΔU＝W＋Q中符号法则的理解
物理量 W Q ΔU
＋ 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.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。
15．（2024·山东·高考真题）一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过
程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是（ ）
A．a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功
B．b→c过程，气体对外做功，内能增加
C．a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功
D．a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量
【答案】C
【详解】A．a→b过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做功W<0，由盖-吕萨克定律可知
T >T
b a
即内能增大，ΔU >0，根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知a→b过程，气体从外界吸收的热量一部
ab
分用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误；
B．方法一：b→c过程中气体与外界无热量交换，即Q =0又由气体体积增大可知W <0，由热力学第
bc bc
一定律ΔU=Q+W可知气体内能减少。
方法二：c→a过程为等温过程，所以T =T 结合T >T 分析可知T >T 所以b到c过程气体的内能减少。
c a b a b c
故B错误；
C．c→a过程为等温过程，可知T =T ,ΔU =0根据热力学第一定律可知a→b→c过程，气体从外界
c a ac
吸收的热量全部用于对外做功，C正确；
D．根据热力学第一定律结合上述解析可知：a→b→c→a一整个热力学循环过程ΔU=0，整个过程气
体对外做功，因此热力学第一定律可得ΔU=Q −Q −W =0故a→b过程气体从外界吸收的热量Q 不
ab ca ab等于c→a过程放出的热量−Q ，D错误。故选C。
ca
【技巧点拨】
（1）明确每个过程是何种变化，该过程中温度、体积和压强如何变化；
（2）利用热力学第一定律判断功、能、热量的变化。
16．（2024·重庆·高考真题）某救生手环主要由高压气罐密闭。气囊内视为理想气体。密闭气囊与人一起
上浮的过程中。若气囊内气体温度不变，体积增大，则（ ）
A．外界对气囊内气体做正功 B．气囊内气体压强增大
C．气囊内气体内能增大 D．气囊内气体从外界吸热
【答案】D
【详解】AB．气囊上浮过程，密闭气体温度不变，由玻意耳定律pV = C可知，体积变大，则压强变小，
气体对外做功，故AB错误；
CD．气体温度不变，内能不变，气体对外做功，W < 0，由热力学第一定律ΔU = Q＋W则Q > 0，需要
从外界吸热，故C错误，D正确。故选D。
【技巧点拨】
（1）根据玻意耳定律明确体积、压强的变化；
（2）根据热力学第一定律判断功、能、热量的变化。
考向一 热力学定律和图像相结合的问题
17．（2024·海南·高考真题）一定质量的理想气体从状态a开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态，已知
ab垂直于T轴，bc延长线过O点，下列说法正确的是（ ）
A．bc过程外界对气体做功 B．ca过程气体压强不变
C．ab过程气体放出热量 D．ca过程气体内能减小
【答案】AC
pV C
【详解】A．由理想气体状态方程 =C化简可得V = ⋅T由图像可知，图像的斜率越大，压强越小，
T p
故p < p = pbc过程为等压变化，体积减小，外界对气体做功，故A正确；
a b cpV C
B．由理想气体状态方程 =C化简可得V = ⋅T由图像可知，图像的斜率越大，压强越小，故
T p
p ＜p =p ca过程气体压强减小，故B错误；
a b c
C．ab过程为等温变化，内能不变，故ΔU=0根据玻意耳定律可知，体积减小，压强增大，外界对气体做
功，故W＞0根据热力学第一定律ΔU=Q+W解得Q＜0Ab过程气体放出热量，故C正确；
D．ca过程，温度升高，内能增大，故D错误。故选C。
18．（2024·新疆河南·高考真题）如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程
（过程中气体不与外界交换热量），2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过
程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是（ ）
A．1→2过程中，气体内能增加 B．2→3过程中，气体向外放热
C．3→4过程中，气体内能不变 D．4→1过程中，气体向外放热
【答案】AD
【详解】A．1→2为绝热过程，根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知此时气体体积减小，外界对气体做功，
故内能增加，故A正确；
B．2→3为等压过程，根据盖吕萨克定律可知气体体积增大时温度增加，内能增大，此时气体体积增大，
气体对外界做功W<0，故气体吸收热量，故B错误；
C．3→4为绝热过程，此时气体体积增大，气体对外界做功W<0，根据热力学第一定律可知气体内能减小，
故C错误；
D．4→1为等容过程，根据查理定律可知压强减小时温度减小，故内能减小，由于体积不变W =0，故可
知气体向外放热，故D正确。
故选AD。
考向二 热力学定律与气体实验定律相结合的问题
19．（2024·湖北·高考真题）如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一
部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为T ，气柱的高度为h。
01
当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升 ℎ再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温
5
度变化量ΔT的关系式为ΔU=C ΔT，C为已知常数，大气压强恒为p ，重力加速度大小为g，所有温度
0
为热力学温度。求
（1）再次平衡时容器内气体的温度。
（2）此过程中容器内气体吸收的热量。
6 1 1
【答案】（1） T ；（2） ℎ(p S+mg)+ CT
5 0 5 0 5 0
1
V V (ℎ+ ℎ)S 6
【详解】（1）气体进行等压变化，则由盖吕萨克定律得 0= 1 即ℎS 5 解得T = T
T T = 1 5 0
0 1 T T
0 1
1 1
（2）此过程中气体内能增加ΔU=C ΔT= CT 气体对外做功大小为W =pSΔℎ= ℎ(p S+mg)由热
5 0 5 0
1 1
力学第一定律可得此过程中容器内气体吸收的热量Q=ΔU+W = ℎ(p S+mg)+ CT
5 0 5 0
20．（2024·浙江·高考真题）如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为
V =750cm3 的左右两部分。面积为S=100cm2的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定
1
质量的理想气体处于温度T =300K、压强p =2.04×105Pa的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩
1 1
散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加
热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度T =350K的状态3，气体内能增加ΔU=63.8J。
2
已知大气压强p =1.01×105Pa，隔板厚度不计。
0
（1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增
大”、“减小”或“不变”）；（2）求水平恒力F的大小；
（3）求电阻丝C放出的热量Q。
【答案】（1）气体从状态1到状态2是不可逆过程，分子平均动能不变；（2）10N；（3）89.3J
【详解】（1）根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，
可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，
分子平均动能不变。
（2）气体从状态1到状态2发生等温变化，则有p V =p ⋅2V 解得状态2气体的压强为
1 1 2 1
p
p = 1=1.02×105Pa解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为对象，根据受力
2 2
平衡可得p S=p S+F解得F=(p −p )S=(1.02×105−1.01×105 )×100×10−4N=10N
2 0 2 0
（3）当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度T =350K的状态3，可知气体
2
2V V T 350
做等压变化，则有 1= 3 可得状态3气体的体积为V = 2 ⋅2V = ×2×750cm3=1750cm3 该过程
T T 3 T 1 300
1 2 1
气体对外做功为W =p ΔV =p (V −2V )=1.02×105×(1750−2×750)×10−6J=25.5J根据热力学第
2 2 3 1
一定律可得ΔU=−W+Q′解得气体吸收的热量为Q′=ΔU+W =63.8J+25.5J=89.3J可知电阻丝C放出
的热量为Q=Q′=89.3J
