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
【答案】ABD
【详解】A．温度是分子平均动能的标志，则夏天气温比春天高，夏天空气的分子平均动能
一定比春天大，A 正确；
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，B 正确；
C．雪花是晶体，虽然形状各异，但具有晶体的各向异性等特征，故C 错误；
D．对于一定质量、体积一定的气体，其内能随温度的升高而增大。则将一定质量的空气密
封在体积一定的金属容器中，因夏天温度较高，则空气的内能在夏天一定比冬天大，D 正确。
故选ABD。
【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
【答案】A
【详解】A．分子热运动的剧烈程度与温度有关，温度越高，分子热运动越剧烈。热水温度
高，茶叶中的香气分子热运动更剧烈，能更快地扩散到空气中被人闻到，所以热水泡茶更快
闻到茶香，故A 正确；
B．放入茶叶后，水的颜色由浅变深，是茶叶中的色素分子在水中的扩散现象，而不是布朗
运动现象。布朗运动是指悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的无规则运动，故B 错误；
C．茶壶煮茶时，沸腾后壶口出现的 “白气” 是壶口冒出的水蒸气遇冷液化形成的小水珠，
不是扩散现象，扩散现象是指不同物质在相互接触时彼此进入对方的现象，故C 错误；
D．茶巾材质有强吸水性，说明茶水与茶巾间是浸润的，而不是不浸润的。当液体与固体接
触时，液体附着在固体表面上的现象叫浸润，故D 错误。
故选A。
举一反三
【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
【答案】AB
【详解】A．气球体积变大，气体对外做功，故A 正确；
B．气球带入温暖的车厢内一段时间后，温度升高，而理想气体内能只与温度有关，则内能
变大，故B 正确；
C．气体分子数量不变，气体体积变大，则分子的数密度减小，故C 错误；
D．温度升高，气体分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，故D 错误。
故选AB。
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
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。
举一反三
【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。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）对活塞受力分析，由平衡条件得
代入数据解得
由于缓慢加热，活塞和物体缓慢移动，即处于动态平衡，则汽缸内气体压强保持不变，为等
压变化，由盖—吕萨克定律得
代入数据解得
（2）由题意可知，封闭气体的内能变化量
在加热过程中，气体对外做功，即
又由热力学第一定律得
代入数据解得
【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
；
(2)瓶内内能变化
。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）由理想气体状态方程可得
解得
（2）由于饮料瓶内部的水在极短时间内喷射出矿泉水瓶，该过程近似看作动量守恒，有
外界对气体做功为
其中
由热力学第一定律可得
由于时间极短，热交换为
联立解得
【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。
【答案】(1)
(2)①
；②气体对外放热；
【详解】（1）分析汽缸的受力得
解得
（2）①汽缸机械能减少，由
解得
封闭气体做等压变化，由盖-吕萨克定律得
解得
②汽缸对气体做的功为
由热力学第一定律得
联立，解得
所以，气体对外放热，热量的大小
。
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
。
举一反三
