文档文本内容
专题36 热学
核心考点
考点梳理1 分子动理论.........................................................................................................................................1
母题考点一 分子动理论........................................................................................................................................3
考点梳理2 气体实验定律和理想气体状态方程的应用....................................................................................5
母题考点二 气体实验定律和理想气体状态方程的应用...................................................................................6
考点梳理3 热力学定律与能量守恒定律...........................................................................................................11
母题考点三 热力学定律与能量守恒定律.........................................................................................................12
考点梳理1 分子动理论
一、微观量的估算
1．分子的两种模型
(1)球模型：V0＝πd3，得直径d＝(常用于固体和液体)。
(2)立方体模型：V0＝d3，得边长d＝(常用于气体)。
2．联系微观和宏观的四个重要关系
微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。
宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。
阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。
(1)一个分子的质量：m0＝。
(2)一个分子的体积：V0＝(注：对气体，V0为分子所占空间体积)。
(3)物体所含的分子数：N＝nNA
物体所含物质的量n＝或n＝。
(4)物体的体积和质量的关系Vmol＝或V＝。
二、布朗运动与分子的热运动
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
运动主体
分子
固体微小颗粒
分子
区别
分子的运动，发生在
固体、液体、气体任
何两种物质之间
比分子大得多的颗粒
的运动，只能在液
体、气体中发生
分子的运动，不能通
过光学显微镜直接观
察到
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、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动
特别提醒：区别布朗运动与热运动应注意以下两点：
(1)布朗运动并不是分子的热运动。
(2)布朗运动可通过高倍显微镜观察，分子热运动不能用显微镜直接观察。
三、分子力、分子势能与物体的内能
1．分子力、分子势能与分子间距的关系
取r→∞处为零势能处
(1)当r>r0时，分子力为引力，当r 增大时，分子力做负功，分子势能增加。
(2)当r<r0时，分子力为斥力，当r 减小时，分子力做负功，分子势能增加。
(3)当r＝r0时，分子势能最小，但并不为零。
2．分析物体内能问题的三点提醒
(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)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。
(3)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。
3．分子动能、分子势能、内能、机械能的比较
分子动能
分子势能
内能
机械能
定义
分子无规则运
动的动能
由分子间相对
位置决定的势
能
所有分子的热
运动动能和分
子势能的总和
物体的动能、重力势
能和弹性势能的总和
决定
因素
温度(决定分子
平均动能)
分子间距
温度、体积、
物质的量
跟宏观运动状态、参
考系和参考平面的选
取有关
说明
温度、内能等物理量只对大量分子才有意义，对单个或少量分子没有实
际意义
母题考点一 分子动理论
【母题1】（2025·重庆·高考真题）易碎物品运输中常采用缓冲气袋减小运输中冲击。若某
次撞击过程中，气袋被压缩（无破损），不计袋内气体与外界的热交换，则该过程中袋内
气体（视为理想气体）（ ）
A．分子热运动的平均动能增加
B．内能减小
C．压强减小
D．对外界做正功
【答案】A
【详解】气袋被压缩且绝热（无热交换），视为理想气体。
AB．绝热压缩时外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能由温度决定，分子
热运动的平均动能增加，故A 正确，B 错误；
C．根据理想气体状态方程
，体积减小，温度升高，可知压强增大，故C 错误；
D．气体体积减小，外界对气体做功，气体对外界做负功，故D 错误。
故选A。
【练1】（2025·湖南邵阳·模拟预测）下列与春夏秋冬有关的物理现象，说法正确的是
（ ）
A．夏天气温比春天高，忽略分子间作用力，夏天空气的分子平均动能一定比春天大
B．秋天荷叶上的小水滴呈球形，这是表面张力使液面收缩的结果
C．冬天飘落的雪花，形状各异，所以雪花不是晶体
D．将一定质量的空气密封在体积一定的金属容器中，空气的内能在夏天一定比冬天大
【练2】（2025·江苏苏州·模拟预测）茶道文化起源于中国。关于泡茶中的物理现象，下列说
法正确的是（ ）
A．热水泡茶更快闻到茶香，说明温度越高，分子热运动越剧烈
B．放入茶叶后，水的颜色由浅变深，是布朗运动现象
C．茶壶煮茶时，沸腾后，会看到壶口出现“白气”，这是扩散现象
D．茶巾材质有强吸水性，说明茶水与茶巾间是不浸润的
【练3】（2025·河南南阳·模拟预测）某同学冬季乘火车旅行，在寒冷的站台上把一气球充气
后封好口（不漏气），将气球带入温暖的车厢内一段时间后发现气球体积变大，与刚进入车
厢时相比，球内气体（ ）
A．对外做功
B．内能增大
C．分子的数密度变大
D．每个分子动能都变大
考点梳理2 气体实验定律和理想气体状态方程的应用
1．气体实验定律
名称
项目
玻意耳定律
查理定律
盖—吕萨克定律
成立
条件
质量一定，温度 不变
质量一定，体
积 不变
质量一定，压强 不
变
公式
p1V1＝p2V2
或pV＝C(常量)
＝或＝C(常量)
＝或＝C(常量)
图像
举一反三
2．气态方程与气体实验定律的关系
＝
2．两个重要的推论
(1)查理定律的推论：Δp＝ΔT
(2)盖—吕萨克定律的推论：ΔV＝ΔT
3．一定质量的气体不同状态变化图像的比较
定律名称
比较项目
玻意耳定律
(等温变化)
盖—吕萨克定
律(等压变化)
查理定律
(等容变化)
数学
表达式
p1V1＝p2V2
或pV＝C(常数)
＝或＝C(常数)
＝或＝C(常数)
同一气体
的两条
图线
T1<T2
p1>p2
V1>V2
母题考点二 气体实验定律和理想气体状态方程的应用
【母题2】（2025·江西·高考真题）如图所示，一泵水器通过细水管与桶装水相连。按压一
次泵水器可将压强等于大气压强
、体积为
的空气压入水桶中。在设计泵水器时应计算
出
的临界值
，当
时，在液面最低的情况下仅按压一次泵水器恰能出水。设桶
身的高度和横截面积分别为H、S，颈部高度为l，按压前桶中气体压强为
。不考虑温度
变化和漏气，忽略桶壁厚度及桶颈部、细水管和出水管的体积。已知水的密度为
，重力
加速度为g。该临界值
等于（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【详解】根据题意，设往桶内压入压强为
、体积为
的空气后，桶内气体压强增大到
，根据玻意耳定律有
泵水器恰能出水满足
联立解得
故选B。
【练1】（2025·贵州·模拟预测）如图，一绝热汽缸固定在倾角为
的斜面上，距汽缸
底部L 处有一质量为2m、横截面积为S、密封性良好的绝热活塞用一轻质细线绕过定滑轮与
一质量为m 的物体相连。初始时刻整个装置处于静止状态，且汽缸内气体的温度为
（封闭
气体可视为理想气体，大气压强为
）。现用电热丝对汽缸内气体进行缓慢加热，直至活塞
到汽缸底部的距离为1.5L。不计一切阻力。
(1)求最终汽缸内气体的温度
；
(2)已知封闭气体的内能U 与其热力学温度T 成正比，即
（其中比例系数k 为已知常
量），求加热过程中汽缸内气体所吸收的热量Q。
【练2】（2025·广东湛江·一模）“红五月”科学艺术文化节时，兴趣小组参与了“水火箭”
比赛项目。某同学在容积为V 且其变化可忽略不计的饮料瓶中注入密度为ρ 的矿泉水，拧紧
瓶塞后将打气筒的气阀紧密接入带阀门的金属管，再将饮料瓶倒置，往饮料瓶内部打入空气，
使得打气结束时饮料瓶内高压气体气压大小为p，体积为kV（k<1）。此时，另外一名同学迅
速拔出打气筒的气阀，该过程近似视为没有矿泉水流出。此后在气压差的作用下，饮料瓶内
部的水在极短时间内喷射出饮料瓶，同时使得饮料瓶获得沿矿泉水喷射的反方向的初速度
v₀，瓶内气体温度从T 下降至
。饮料水瓶质量为M，瓶内气体可视为理想气体，且质量忽
略不计。求当瓶内所有矿泉水恰好喷射出饮料瓶瞬间：
(1)瓶内气体的压强
；
举一反三
(2)瓶内内能变化
。
【练3】（2025·浙江·一模）如图所示，“工”字型支架A 固定在水平地面上，支架上端为一
截面积
的圆柱形活塞，活塞与质量
导热圆柱形汽缸B 间封闭一定质
量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。已知环境温度
，封闭气体的长度
，外界大气压强
。
(1)环境温度
时，求封闭气体的压强p；
(2)当环境温度缓慢变为
时，汽缸的机械能减少
，气体内能减少
，求：
①环境温度
；
②判断该过程汽缸内气体是吸热还是放热？求热量的大小Q。
考点梳理3 热力学定律与能量守恒定律
一、热力学第一定律与能量守恒定律
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．气体的做功、内能变化及吸、放热情况的判断方法：
(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＝W＋Q 判断气体是吸热还是放热。
3．对公式ΔU＝Q＋W 的符号的规定
符号
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
二、对热力学第二定律的理解
1．热力学第二定律的理解
(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。
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。
特别提醒：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，
热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转
化为机械能，如气体的绝热膨胀过程。
3．两类永动机的比较
第一类永动机
第二类永动机
不需要任何动力或燃料，却能不断地对外
做功的机器
从单一热源吸收热量，使之完全变成功，
而不产生其他影响的机器
违背能量守恒定律，不可能制成
不违背能量守恒定律，但违背热力学第二
定律，不可能制成
三、热力学第一定律与图像的综合应用
1.处理热力学第一定律与气体状态变化图像的综合问题的思路
(1)根据气体状态变化图像的特点判断气体的温度、体积的变化情况，从而判断气体与
外界的吸、放热关系及做功关系。
(2)在p－V 图像中，图线与V 轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体做的功。
(3)结合热力学第一定律判断有关问题。
四、热力学定律与气体实验定律的综合
解答该类问题的流程：
母题考点三 热力学定律与能量守恒定律
【母题3】（2025·山东·高考真题）如图所示，上端开口，下端封闭的足够长玻璃管竖直固
定于调温装置内。玻璃管导热性能良好，管内横截面积为S，用轻质活塞封闭一定质量的
理想气体。大气压强为
，活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为
，等于
最大静摩擦力。用调温装置对封闭气体缓慢加热，
时，气柱高度为
，活塞开
始缓慢上升；继续缓慢加热至
时停止加热，活塞不再上升；再缓慢降低气体温
度，活塞位置保持不变，直到降温至
时，活塞才开始缓慢下降；温度缓慢降至
时，保持温度不变，活塞不再下降。求：
(1)
时，气柱高度
；
(2)从
状态到
状态的过程中，封闭气体吸收的净热量Q（扣除放热后净吸收的热量）。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）活塞开始缓慢上升，由受力平衡
可得封闭的理想气体压强
升温过程中，等压膨胀，由盖-吕萨克定律
解得
（2）
升温过程中，等压膨胀，外界对气体做功
降温过程中，等容变化，外界对气体做功
活塞受力平衡有
解得封闭的理想气体压强
降温过程中，等压压缩，由盖-吕萨克定律
解得
外界对气体做功
全程中外界对气体做功
因为
，故封闭的理想气体总内能变化
利用热力学第一定律
解得
故封闭气体吸收的净热量
。
【练1】（2025·广西·模拟预测）如图所示，竖直放置的密闭绝热汽缸内，面积为S 的活塞下
方封闭着1 mol 的理想气体，当活塞在A 处静止时，气体的温度为T，活塞距汽缸底部的距离
为L，活塞上方L 处有固定卡扣，活塞可在汽缸内无摩擦的滑动。已知活塞的质量为m，该
理想气体内能与温度关系：
（n 为气体的物质的量，R 为已知常数），重力加速
度为g，大气压强为
，现通过电热丝缓慢加热气体，使活塞上升到卡扣处并继续加热至封
闭气体温度为3T，求：
(1)活塞刚到达卡扣处时，封闭气体的温度；
(2)封闭气体温度为3T 时，封闭气体的压强；
(3)气体从电热丝吸收的总热量。
【练2】（2025·广东·模拟预测）汽车胎压过高或过低都会产生很大的安全隐患。驾驶员通过
驾驶手册查询得知某汽车轮胎胎压要求在
范围内。已知某汽车轮胎内的气体
温度在
时，该汽车轮胎胎压为
，高温天气长途行驶时该汽车轮胎内的
气体温度会升至
。假设汽车在行驶过程中轮胎容积不发生变化。
(1)判断在高温天气长途行驶时该汽车的胎压是否存在安全隐患；
(2)若高温长途行驶过程中某轮胎从外界共吸收了6300J 的热量，求该汽车轮胎在该过程中内
能的变化。
【练3】（2025·河北·一模）某简易温度报警装置的示意图如图所示，其原理是：导热性能良
好的竖直气缸中用上表面涂有导电物质的活塞封闭了一定质量的空气（可视为理想气体），
活塞质量m=200g，横截面积
厚度不计，当温度升高时，活塞上升，使电路导通，
蜂鸣器发出报警声。开始时活塞距汽缸底部的高度为H=6cm，缸内温度为
当环境
温度上升，活塞缓慢上移
=4cm，活塞上表面与M、N 两触点接触，蜂鸣器报警。不计一
切摩擦，大气压强恒为
热力学温度与摄氏温度的关系为
举一反三
T=t+273K，求：
(1)该报警装置的报警热力学温度T2；
(2)若上述过程气体的内能增加8.92J，则气体吸收的热量Q。
模拟演练
1．（2025·黑龙江大庆·一模）两个小朋友分别画了一条小鱼，如图所示，都画出了小鱼在水
中吐泡泡的神韵。若气泡内气体可视为理想气体，忽略温度变化，从物理视角分析，则（
）
A．图甲中画的气泡合理，图乙中画的气泡不合理
B．小鱼吐的气泡上升过程中，泡内气体压强减小
C．小鱼吐的气泡上升过程中，泡内气体内能增大
D．小鱼吐的气泡上升过程中，泡内气体与外界没有热量交换
2．（2025·安徽·模拟预测）如图，导热性能良好的汽缸竖直放置在水平面上．用质量不能忽
略的活塞封闭了一定质量的理想气体，不考虑活塞与汽缸之间的摩擦以及大气压强的变化，
现缓慢降低缸内气体的温度，则（ ）
A．活塞缓慢向下移动
B．气体一定对外做功
C．气体一定从外界吸收热量
D．密闭气体所有分子热运动速率都减小
3．（2024·黑龙江·模拟预测）气体、固体、液体是分子的三种不同聚集状态，物质的不同状
态对应于不同的物理性质。则（ ）
A．晶体熔化过程中，温度不变，内能不变
B．封闭在注射器中的压缩气体难以再被压缩，是因为气体分子间存在斥力
C．清晨小草上的露珠呈现椭球形是因为水的表面张力和重力的作用
D．经常给地松土，是为了破坏毛细现象，利于土壤中水的蒸发
4．（2025·江苏南京·模拟预测）一定质量的理想气体经历如图所示的循环过程，其中c→a 过
程是绝热过程，下列说法正确的是（ ）
A．b→c 过程中，气体的温度升高
B．c→a 过程中，气体分子的平均动能不变
C．a→b 过程中，气体从外界吸收的热量等于气体内能的增加量
D．a→b→c→a 的整个过程中，气体从外界吸收热量
5．（2025·江苏苏州·模拟预测）一定质量的理想气体被密封在容器中，图为其某段时间内的
图，1 和2 是两条等温线，线段bc 平行于V 轴，下列说法正确的是（ ）
A．
过程中，气体温度降低
B．
过程中，外界对气体做功
C．b→c 过程中，气体从外界吸收热量
D．b→c 过程中，容器单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力增大
6．（2025·湖北武汉·一模）中国企业打破国外技术垄断，自主研发的船用涡轮增压器被应用
于大型远洋船舶，其中奥托循环起到关键作用。如图所示，奥托循环
由
两个绝热和两个等容过程组成。关于该循环，下列说法正确的是（ ）
A．整个过程中温度最高的是状态
B．在
过程中，所有气体分子的热运动速率减小
C．在
过程中，气体放出热量
D．整个过程气体吸收热量
7．（2025·辽宁鞍山·一模）热学系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程叫做
绝热过程。理想气体的等温过程在
图中是一条双曲线。若下列
图中虚线为等温线，
那么实线描绘绝热膨胀过程的是（箭头表示过程进行方向）（ ）
A．
B．
C．
D．
8．（24-25 高二下·云南·阶段练习）如图所示，固定汽缸内由轻质活塞封闭一定质量的理想
气体，开始时活塞处于静止状态，用电热丝对气体加热过程中，活塞向上缓慢移动，移动过
程中活塞与汽缸的摩擦忽略不计，且气体与外界环境没有热交换。以下说法正确的是
（ ）
A．气体的温度保持不变
B．外界对气体做正功
C．气体的压强大于外界气体压强
D．气体的内能增加
9．（24-25 高二下·江苏盐城·阶段练习）如图，一定质量的理想气体经历从
的变
化过程，在此过程中气体从外界吸收了
的热量，气体对外界做了
的功。已
知状态A 时气体压强为
、气体内能
，求：
(1)状态B 时气体的压强
；
(2)状态C 时气体的内能
。
10．（2025·湖北恩施·一模）
年
月上旬，湖北省大部分地区持续处在
以上的高
温天气，专家提醒，长时间暴晒后，汽车内的温度可高达
，如果在车内放置有打火机、
香水等物品，这些物品就极易受热爆裂。已知
时打火机内丁烷气体的压强约为
时
的
倍。
(1)若不考虑液体丁烷的挥发，要使打火机内压强增加为
时的
倍，汽车内的温度应升
高到多少摄氏度？
(2)实际上，温度升高时，液体丁烷会急剧挥发，若不考虑打火机内气体体积的变化，则
时打火机内丁烷气体的密度约为
时的多少倍
11．（2025·陕西西安·一模）小明看到同学设计的一款火警报警装置，其原理如图所示，固
定在水平地面上的导热汽缸内，表面涂有导电物质的质量为m 横截面积为S 的活塞密封一定
质量的理想气体，
，常态27℃时，活塞距汽缸底部的高度为h，要求环境温度
127℃时报警，不计活塞与汽缸之间的摩擦。小明觉得若整个装置以某一加速度a 加速下降时，
这个装置也会报警，求：
(1)刚好火灾报警时，活塞比常态时上升的距离的d 与h 的比值；
(2)常态下加速下降也恰能报警的加速度a 与重力加速度g 的比值；
(3)若从常态到恰火灾报警时气体内能增加了
，求此过程气体吸收的热量Q 与
的比值。
12．（2025·湖南湘潭·模拟预测）我国“天宫”空间站环控生保系统需精准控制气体状态。
如图所示，地面上某储存舱简化成内壁光滑的汽缸，不计质量的活塞将一定质量的理想气体
封闭在缸内。初始状态压强
，体积
，温度
。用电热丝
加热至温度
，气体吸收热量
。求：
(1)加热后气体的体积；
(2)气体内能的变化量。
13．（2025·四川达州·模拟预测）如图甲所示，有一开口向上，高度为
、底面积为S 的绝
热气缸固定在水平面上，气缸内部有加热装置，在缸的正中间和缸口处有固定卡环，绝热活
塞可以在两个卡环之间无摩擦运动。将一定质量的理想气体封闭在活塞下方，开始时封闭气
体的温度为
，压强等于外界大气压强
，重力加速度为
。现通过电热丝缓慢加热，封闭
气体先后经历了如图乙所示的三个状态变化过程，图中标出的量为已知量。
(1)从
过程，封闭气体吸收的热量为
，求该过程封闭气体内能的变化量
；
(2)
过程封闭气体温度的改变量
。
14．（2025·湖南永州·一模）如图所示，为了测量一些形状不规则的固体体积，某兴趣小组
设计了一个带有密封门的圆柱形绝热汽缸做成如图所示的装置，内壁高度为
的汽缸开口向
上竖直放置于水平面上，汽缸顶端有卡口
，缸内有一形状不规则的工业样品和一可加热
的电阻丝，且封闭有一定质量的理想气体。初始时刻，质量为
、横截面积为
的活塞静止
在卡口MN 下方
处，气体的温度为
。现缓慢加热电阻丝使气体温度升高到
时，
活塞恰好运动到
处。已知气体内能
（其中
为已知常量，
为热力学温度），大
气压恒为
，重力加速度为
，活塞与汽缸壁密封良好且不计摩擦，活塞厚度忽略不计，电
阻丝的体积、固体热胀冷缩的影响均忽略不计。求：
(1)汽缸内放置的工业样品的体积
；
(2)该过程中气体吸收的热量
。
15．（2025·安徽·模拟预测）一定质量的理想气体，从状态
开始，经历
两个状态又
回到状态
，其压强
与体积
的关系图像如图所示，
的反向延长线经过坐标原点
与横轴平行。已知气体在状态
时的热力学温度为
，一定质量的理想气体的内能可
表示为
为常数。图中
、
均为已知量。求：
(1)状态
时气体的温度；
(2)由状态
至状态
，再至状态
，气体吸收热量与放出热量之差。
16．（2025·四川巴中·模拟预测）如图所示为一超重报警装置示意图，长度
，横截
面积
、导热性能良好的薄壁容器水平放置，开口向右。一厚度不计的轻质活
塞将一定质量的理想气体封闭在容器内，活塞通过水平轻绳跨过滑轮与重物相连。不挂重物
时封闭气体的长度为
，挂上一质量为
的重物时活塞右移至预警传感器处，此时
系统刚好发出超重预警且活塞恰好平衡。已知环境温度为
，大气压强为
，重力加速度
，不计摩擦阻力。求：
(1)预警传感器离容器底部距离d。
(2)从刚好发出预警开始，若环境温度从
缓慢降至
，该过程中气体内能减少
了
，求气体向外界放出的热量Q。
