高中物理選修3-3知識點梳理和總結

選修3-3熱學

一、分子動理論

1.物體是由大量分子組成的

(1)分子的大小

①分子直徑：數量級是10r°m；

②分子質量：數量級是10-26kg；

③測量方法：油膜法.

⑵阿伏加德羅常數：1mol任何物質所含有的粒子數，NA=6.02x1023moL.

(3)微觀量：分子體積Vo、分子直徑d、分子質量根o.

(4)宏觀量：物體的體積V、摩爾體積Vm、物體的質量相、摩爾質量M、物體的密度？

⑸關系:

①分子的質量：mo=^=9，

②分子的體積：%=*款

③物體所含的分子數：*以=/^,NA或N=^?NA=%,NA

(6)兩種模型:

3,6V

①球體模型直徑為：d=0

兀

②立方體模型邊長為：1=狗

2.分子熱運動：一切物質的分子都在永不停息地做無規(guī)則運動.

(1)擴散現象：相互接觸的不同物質彼此進入對方的現象.溫度越高，擴散越快，可在固體、液體、氣體中

進行.

(2)布朗運動：

①定義：懸浮在液體(或氣體)中的小顆粒的永不停息地無規(guī)則運動.

②實質：布朗運動反映了液體分子的無規(guī)則運動.

③決定因素：顆粒越小，運動越明顯；溫度越高，運動越劇烈.

(3)氣體分子運動速率的統計分布：

①同一溫度下，大多數分子具有中等的速率；隨溫度升高，占總數比例最大的那些分子速率增大.

②氣體分子運動速率的“三個特點”

某個分子的運動是無規(guī)則的，但大量分子的運動速率呈現統計規(guī)律，如圖所示：橫軸表示分子速率，縱軸表

示各速率的分子數占總分子數的百分比，圖像有三個特點：

(1)“中間多，兩頭少”：同一溫度下，特大或特小速率的分子數比例都較小，大多數分子具有中等的速率.

(2)“圖像向右偏移”：速率小的分子數減少，速率大的分子數增加，分

(祟x100)%

子的平均速率將增大，但速率分布規(guī)律不變.

(3)“面積不變”：圖線與橫軸所圍面積都等于1,不隨溫度改變.

二、內能

0123456789(X100)

1.分子動能

(1)分子動能:分子熱運動所具有的動能；

(2)分子平均動能：所有分子動能的平均值.溫度是分子平均動能的標志.

2.分子勢能：由分子間相對位置決定的能，在宏觀上分子勢能與物體體積有關，在微觀上與分子間的距離有關.

3.物體的內能

(1)內能：物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和.

(2)決定因素：溫度、體積和物質的量.

4.分子力

(1)分子間同時存在引力和斥力，且都隨分子間距離的增大而減小，隨分子間距離的減小而增大，但總是斥

力變化得較快.

(2)分子力、分子勢能與分子間距離的關系

分子力曲線與分子勢能曲線：分子力R分子勢能統與分子間距離r的關系圖線如

圖所示(取無窮遠處分子勢能穌=0)：

(3)分子力、分子勢能與分子間距離的關系

①當時，分子力為引力，當廠增大時，

分子力做負功，分子勢能增加.

②)當Kro時，分子力為斥力，當『減小時，分子力做負功，分子勢能增加.

③當，=”時，分子勢能最小.

5.內能和熱量的比較

X內能熱量

是狀態(tài)量，狀態(tài)確定系統的內能隨之確定.一個是過程量，它表示由于熱傳遞而引起的內能變化

區(qū)別

物體在不同的狀態(tài)下有不同的內能過程中轉移的能量

聯系在只有熱傳遞改變物體內能的情況下，物體內能的改變量在數值上等于物體吸收或放出的熱量

6.分析物體的內能問題應當明確以下四點

(1)內能是對物體的大量分子而言的，不存在某個分子內能的說法.

(2)決定內能大小的因素為溫度、體積、分子數，還與物態(tài)有關系.

(3)通過做功或熱傳遞可以改變物體的內能.

(4)溫度是分子平均動能的標志，溫度相同的任何物體，分子的平均動能相同.

三、溫度

1.溫度的意義

(1)宏觀上，溫度表示物體的冷熱程度.

(2)微觀上，溫度是分子平均動能的標志.

2.兩種溫標

(1)攝氏溫標t：單位°C,把1個標準大氣壓下，水的冰點作為0°C,沸點為100℃.

(2)熱力學溫標T：單位K,把一273.15°C作為OK.0K是絕對零度，低溫極限，只能接近不能達到，所以

熱力學溫度無負值.

(3)兩種溫標的關系：T=273.15+tAT=At

第二節(jié)固體、液體和氣體

一、固體

1.分類：固體分為晶體和非晶體兩類.晶體分單晶體和多晶體.

2.晶體與非晶體的比較

單晶體多晶體非晶體

外形規(guī)則不規(guī)則不規(guī)則

熔點確定確定不確定

物理性質各向異性各向同性各向同性

典型物質石英、云母、食鹽、硫酸銅玻璃、蜂蠟、松香

有的物質在不同條件下能夠形成不同的形態(tài).同一物質可能以晶體和非晶

形成與轉化

體兩種不同的形態(tài)出現，有些非晶體在一定條件下可以轉化為晶體

3.判斷晶體與非晶體的“五個要點”

(1)只要具有確定熔點的物質必定是晶體，否則為非晶體.

(2)只要具有各向異性的物質必定是單晶體，否則為多晶體或非晶體.

(3)單晶體只是在某一種物理性質上表現出各向異性.

(4)同一物質可能成為不同的晶體或非晶體.

(5)晶體與非晶體在一定條件下可以相互轉化.

二、液體

1.液體的表面張力

(1)產生原因：表面層中分子間的距離比液體內部分子間的距離大，分子力表現為引力.

(2)作用效果：液體的表面張力使液面具有收縮的趨勢，使液體表面積趨于最小，而在體積相同的條件下，

球形的表面積最小.

(3)作用方向：表面張力跟液面相切，跟這部分液面的分界線垂直.

(4)影響因素：液體的密度越大，表面張力越大；溫度越高，表面張力越??；液體中溶有雜質時，表面張力

變小.

2.液晶的物理性質

(1)具有液體的流動性.

(2)具有晶體的光學各向異性.

(3)從某個方向上看其分子排列比較整齊，但從另一方向看，分子的排列是雜亂無章的.

(4)液晶的特點：液晶既不是液體也不是晶體.液晶既有液體的流動性，又有晶體的物理性質各向異性.

三、飽和汽濕度

1.飽和汽與未飽和汽

(1)飽和汽：與液體處于動態(tài)平衡的蒸汽.

(2)未飽和汽：沒有達到飽和狀態(tài)的蒸汽.

2.飽和汽壓

(1)定義：飽和汽所具有的壓強.

(2)特點：液體的飽和汽壓與溫度有關，溫度越高，飽和汽壓越大，且飽和汽壓與飽和汽的體積無關.

3.濕度

(1)絕對濕度：空氣中所含水蒸氣的壓強.

(2)相對濕度：空氣的絕對濕度與同一溫度下水的飽和汽壓之比.

⑶相對濕度公式

相［口T對、扉/日F皮fc=同水溫蒸度氣水的的實飽際和壓汽強壓Q(3-—pPsXl1八OO八0/八oj

(4)對相對濕度的理解

人對空氣濕度的感覺是由相對濕度決定的.當絕對濕度相同時，溫度越高，離飽和狀態(tài)越遠，體表水分越容

易蒸發(fā)，感覺越干燥；氣溫越低，越接近飽和狀態(tài)，感覺越潮濕.

第三講氣體

一、氣體壓強的產生與計算

1.產生的原因：由于大量分子無規(guī)則地運動而碰撞器壁，形成對器壁各處均勻、持續(xù)的壓力，作用在器壁

單位面積上的壓力叫做氣體的壓強.

2.決定因素

(1)宏觀上：決定于氣體的溫度和體積.

(2)微觀上：決定于分子的平均動能和分子的密集程度.

3.壓強單位：國際單位，帕斯卡(Pa)

常用單位：標準大氣壓(atm)；厘米汞柱(cmHg).換算關系：latm=76cmHg句.Oxl()5pa.

4.平衡狀態(tài)下氣體壓強的求法

(1)液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象，分析液片兩側受力情況，建立平衡方程，消

去面積，得到液片兩側壓強相等方程，求得氣體的壓強.

(2)力平衡法：選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象進行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方

程，求得氣體的壓強.

(3)等壓面法：在連通器中，同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強相等.

5.加速運動系統中封閉氣體壓強的求法：選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象，進行受力分析，利

用牛頓第二定律列方程求解.

二、理想氣體狀態(tài)方程

1.理想氣體

(1)宏觀上講，理想氣體是指在任何溫度、任何壓強下始終遵從氣體實驗定律的氣體.實際氣體在壓強不太

大、溫度不太低的條件下，可視為理想氣體.

（2）微觀上講，理想氣體的分子間除碰撞外無其他作用力（因此不計分子勢能），分子本身沒有體積，即它所

占據的空間認為都是可以被壓縮的空間.

2.理想氣體的狀態(tài)方程

（1）內容：一定質量的某種理想氣體發(fā)生狀態(tài)變化時，壓強跟體積的乘積與熱力學溫度的比值保持不變.

（2）公式：嘴=第或華=c（C是與p、KT無關的常量）

3.理想氣體狀態(tài)方程與氣體實驗定律的關系

’溫度不變：P1V1=P2v2（玻意耳定律）

P1V1p2v2J體積不變：牛=隼（查理定律）

12

壓強不變：*=卒（蓋一呂薩克定律）

I12

4.幾個重要的推論

（1）查理定律的推論：Ap=^AT

⑵蓋一呂薩克定律的推論：AV=^AT

（3）理想氣體狀態(tài)方程的推論：噌=噌+竽+……（理想氣體狀態(tài)方程的分態(tài)公式）

1。12

5.體狀態(tài)變化的圖象問題

特點示例

pV=CT（其中C為恒量），即pV之積越大的等溫線

p-v

溫度越高，線離原點越遠

等溫過程

1p=cg,斜率％=CT,即斜率越大，溫度越高

P-V

p="斜率左=,，即斜率越大，體積越小

等容過程p-T

c&c

等壓過程V-TV=3T,斜率女=萬，即斜率越大，壓強越小

第三節(jié)熱力學定律與能量守恒

一、熱力學第一定律和能量守恒定律

1.改變物體內能的兩種方式

(1)做功；

(2)熱傳遞.

2.熱力學第一定律

(1)內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和.

(2)表達式：NU=Q+W

3.對公式AU=Q+W符號的規(guī)定

符號Q

+外界對物體做功物體吸收熱量內能增加

—物體對外界做功物體放出熱量內能減少

4.幾種特殊情況

(1)若過程是絕熱的，則。=0,W=\U,外界對物體做的功等于物體內能的增加量.

(2)若過程中不做功，即W=0,則。=公。，物體吸收的熱量等于物體內能的增加量.

(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內能不變，即AU=0,則W+Q=0或W=一Q.外界對物體做的功等于物體放

出的熱量.

(4)氣體壓力做功：卬=尸△咻積變化量

:做功與熱傳遞在改變內能的效果上是相同的，但是從運動形式、能量轉化的角度上看是不同

的：做功是其他形式的運動和熱運動的轉化，是其他形式的能與內能之間的轉化；而熱傳遞則是熱運動的轉移,

是內能的轉移.

5.能的轉化和守恒定律

(1)內容：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體

轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變.

(2)第一類永動機：違背能量守恒定律的機器被稱為第一類永動機.它是不可能制成的.

二、熱力學第二定律

1.常見的兩種表述

(1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體.

(2)開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響.

2.第二類永動機：違背宏觀熱現象方向性的機器被稱為第二類永動機.這類永動機不違背能量守恒定律，但它

違背了熱力學第二定律，也是不可能制成的.

3.在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產生其他影響”的涵義

(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助.

(2)“不產生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成，對周圍環(huán)境不產生熱力學方面

的影響.如吸熱、放熱、做功等.

4.熱力學第二定律的實質：熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使

人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性.

。特別提醒：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物

體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內能也可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程.

5.兩類永動機的比較

第一類永動機第二類永動機

從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而

不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器

不產生其他影響的機器

不違背能量守恒定律，但違背熱力學第二定

違背能量守恒定律，不可能制成

律，不可能制成

1.下列有關擴散現象與布朗運動的敘述中，正確的是()

A.擴散現象與布朗運動都能說明分子在做永不停息的無規(guī)則運動

B.擴散現象與布朗運動沒有本質的區(qū)別

C.擴散現象突出說明了物質的遷移規(guī)律，布朗運動突出說明了分子運動的無規(guī)則性規(guī)律

D.擴散現象和布朗運動都與溫度有關

E.布朗運動是擴散的形成原因，擴散是布朗運動的宏觀表現

［解析］擴散現象與布朗運動都能說明分子做永不停息的無規(guī)則運動，故A正確；擴散是物質分子的遷移，

布朗運動是宏觀顆粒的運動，是兩種完全不同的運動，故B錯誤；兩個實驗現象說明了分子運動的兩個不同規(guī)

律，則C正確；兩種運動隨溫度的升高而加劇，所以都與溫度有關，D正確；布朗運動與擴散的成因均是分子

的無規(guī)則運動，兩者之間不具有因果關系，故E錯誤.［答案］ACD

2.分子間的相互作用力由引力與斥力共同產生，并隨著分子間距的變化而變化，則下列

說法正確的是（）

A.分子間引力隨分子間距的增大而減小

B.分子間斥力隨分子間距的減小而增大

C.分子間相互作用力隨分子間距的增大而減小

D.當區(qū)小時，分子間作用力隨分子間距的減小而增大

E.當年“時，分子間作用力隨分子間距的增大而減小

［解析］分子力和分子間距離的關系圖象如圖所示，根據該圖象可判斷分子間引力隨分子間距的增大而減小,

分子間斥力隨分子間距的減小而增大，A、B正確；當“小時分子力（圖中實線）隨分子間距的減小而增大，故D

正確；當r>ro時，分子力隨分子間距的增大先增大后減小，故E錯誤.［答案］ABD

3.兩個相距較遠的分子僅在分子力作用下由靜止開始運動，直至不再靠近.在此過程中，下列說法正確的是（）

A.分子力先增大，后一直減小

B.分子力先做正功，后做負功

C.分子動能先增大，后減小

D.分子勢能先增大，后減小

E.分子勢能和動能之和不變

［解析］分子力廠與分子間距r的關系是：當時尸為斥力；當「=”時，/=0;當r>ro時P為引力.綜

上可知，當兩分子由相距較遠逐漸達到最近過程中分子力是先變大再變小又變大，A項錯誤；分子力為引力時做

正功，分子勢能減小，分子力為斥力時做負功，分子勢能增大，故B項正確、D項錯誤；因僅有分子力作用，

故只有分子動能與分子勢能之間發(fā)生轉化，即分子勢能減小時分子動能增大，分子勢能增大時分子動能減小，其

總和不變，C、E項均正確.［答案］BCE

4.下列說法正確的是（）

A.內能不同的物體，溫度可能相同

B.溫度低的物體內能一定小

C.同溫度、同質量的氫氣和氧氣，氫氣的分子動能大

D.一定質量100°。的水變成100℃的水蒸氣，其分子之間的勢能增加

E.物體機械能增大時，其內能一定增大

［解析］物體的內能大小是由溫度、體積、分子數共同決定的，內能不同，物體的溫度可能相同，故A正確；

溫度低的物體，分子平均動能小，但分子數可能很多，故B錯誤；同溫度、同質量的氫氣與氧氣分子平均動能

相等，但氫氣分子數多，故總分子動能氫氣的大，故C正確；當分子平均距離力辦物體膨脹時分子勢能增大,

故D正確；機械能增大，若物體的溫度、體積不變，內能則不變，故E錯誤.［答案］ACD

5.下列說法正確的是（）

A.內能大的物體含有的熱量多

B.溫度高的物體含有的熱量多

C.水結成冰的過程中，放出熱量，內能減小

D.物體放熱，溫度不一定降低

E.物體放熱，內能不一定減小

［解析］熱量是過程量，故A、B錯誤；水結成冰，分子動能不變，分子勢能減小，即內能減小，放出熱量，

故C正確；晶體凝固時，放出熱量，溫度不變，故D正確；改變物體的內能有做功和熱傳遞兩種方式，故E正

確.［答案］CDE

6.（2015?高考全國卷I）下列說法正確的是（）

A.將一塊晶體敲碎后，得到的小顆粒是非晶體

B.固體可以分為晶體和非晶體兩類，有些晶體在不同方向上有不同的光學性質

C.由同種元素構成的固體，可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體

D.在合適的條件下，某些晶體可以轉變?yōu)榉蔷w，某些非晶體也可以轉變?yōu)榫w

E.在熔化過程中，晶體要吸收熱量，但溫度保持不變，內能也保持不變

［解析］將一塊晶體敲碎后，得到的小顆粒仍是晶體，故選項A錯誤.單晶體具有各向異性，有些單晶體沿

不同方向上的光學性質不同，故選項B正確.例如金剛石和石墨由同種元素構成，但由于原子的排列方式不同

而成為不同的晶體，故選項C正確.晶體與非晶體在一定條件下可以相互轉化.如天然水晶是晶體，熔融過的

水晶（即石英玻璃）是非晶體，也有些非晶體在一定條件下可轉化為晶體，故選項D正確.熔化過程中，晶體的溫

度不變，但內能改變，故選項E錯誤.［答案］BCD

7.下列說法不正確的是（）

A.把一枚針輕放在水面上，它會浮在水面上.這是由于水表面存在表面張力的緣故

B.在處于失重狀態(tài)的宇宙飛船中，一大滴水銀會成球狀，是因為液體內分子間有相互吸引力

C.將玻璃管道裂口放在火上燒，它的尖端就變圓，是因為熔化的玻璃在表面張力的作用下，表面要收縮到

最小的緣故

D.漂浮在熱菜湯表面上的油滴，從上面觀察是圓形的，是因為油滴液體呈各向同性的緣故

E.當兩薄玻璃板間夾有一層水膜時，在垂直于玻璃板的方向很難將玻璃板拉開.這是由于水膜具有表面張

力的緣故

［解析］水的表面張力托起針，A正確；B、D兩項也是表面張力原因，故B、D均錯誤，C項正確；在垂直

于玻璃板方向很難將夾有水膜的玻璃板拉開是因為大氣壓的作用，E錯誤.［答案］BDE

8.（2014?高考福建卷）如圖為一定質量理想氣體的壓強p與體積V關系圖象，它由狀態(tài)A經等容過程到狀態(tài)8,

再經等壓過程到狀態(tài)C.設A、B、C狀態(tài)對應的溫度分別為北、TB、TC，則下列關系式中正

確的是（）

A.TA〈TB，TB<TCB.TA>TB，TB=TC

C.TA>TB，TB<TCD.TA=TB，TB>TC

［解析］根據理想氣體狀態(tài)方程竿=%可知，從A到8,溫度降低，故A、D錯誤；從B到C,溫度升高，

故B錯誤、C正確.［答案］C

9.一定質量的理想氣體的狀態(tài)經歷了如圖所示的a-b、b-c、c-d、d-a四個過程，其中be的延長線通過原

點，cd垂直于油且與水平軸平行，而與反平行，則氣體體積在（）

A.a-b過程中不斷增加

B.6-c過程中保持不變

C.c—1過程中不斷增加

D.1一。過程中保持不變

E.d-a過程中不斷增大

［解析］由題圖可知a^b溫度不變，壓強減小，所以體積增大，6-c是等容變化，體積不變，因此A、B

正確；ci—體積不斷減小，d—。體積不斷增大，故C、D錯誤，E正確.［答案］ABE

10.如圖，一定量的理想氣體從狀態(tài)。沿直線變化到狀態(tài)b,在此過程中，其壓強（）

A.逐漸增大B.逐漸增小

C.始終不變D.先增大后減小

［解析］法一：由題圖可知，氣體從狀態(tài)。變到狀態(tài)6,體積逐漸減小，溫度逐漸升高，由華=C可知，壓

強逐漸增大，故A正確.

法二：由華=C得：V=1r,從a到b,ab段上各點與O點連線的斜率逐漸減小，即:逐漸減小，p逐漸增

大，故A正確.