２００９热学怎么考？

张北春

高考对热学部分的考查主要以理解能力为主，抓住主线的同时也要注意它们与其他知识的综合。试卷在热学中所涉及到的考点均为重要知识，这些知识反映了人类对自然最重要、最本质的认识，体现了人们认识自然的科学方法和思想，是今后进入大学继续学习的重要基础。

预测2009年高考热学部分命题热点有：气体实验定律、理想气体状态方程、分子动理论、热力学第一定律、热力学第二定律和能量守恒定律。而在新课标高考试题中，更倾向于将气体三个实验定律、理想气体状态方程、热力学第一、二定律综合起来考查。

考点一 分子运动和热现象

冲刺点金：重点掌握分子动理论的三点基本内容。了解分子的大小及估测分子直径的实验方法。2008年高考考点：海南物理卷考查了分子运动和热现象；天津理科综合卷考查了布朗运动；广东物理卷考查了分子热运动的无序性；上海物理卷考查了测分子直径的实验方法。

样题：下列关于分子运动和热现象的说法正确的是（）

A． 气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在势能的缘故

B． 一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能增加

C． 对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热

D． 如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大

E． 一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和

F． 如果气体温度升高，那么所有分子的速率都增加

答案：BCE

点评 复习分子运动和热现象复习时应深刻理解基本概念与规律，比如对一个确定的物体来说，分子平均动能只与物体的温度相对应，势能和体积相对应，内能的变化与做功和热传递过程相对应。

预测1：考查热力学温度与摄氏温度的关系。

（原创题）如图1所示，为中国月球探测工程的形象标志。“嫦娥一号”探月卫星发射升空，实现了中华民族千年奔月的梦想。月球表面温度：白天，约127 ℃；夜晚，约-183 ℃。在摄氏温度与热学温度的换算中，下列哪几种说法是正确的（）

A. 127 ℃等于400 K

B. -183 ℃等于-456 K

C. 夜晚，降低到-183 ℃就是降低到90 K

D. 夜晚，降低了310 ℃就是降低了590 K

答案：AC

点评 热力学温度（T）与摄氏温度（t）的关系为：T＝t+273.15 K。两种温度数值不同，但改变1 K和1 ℃的温度差相同。

预测2：要求对组成物质的微粒的大小有较清晰的认识。

（原创题）2008年诺贝尔物理学奖得主，小林诚和益川敏英提出了对称性破坏的物理机制，并成功预言了自然界至少三类夸克的存在。下列粒子：夸克、原子、质子、原子核，按空间尺度由小到大进行正确排列的是（）

A． 夸克、质子、原子核、原子

B． 原子、原子核、质子、夸克

C． 原子、质子、原子核、夸克

D． 质子、夸克、原子、原子核

答案：A

点评 原子是由原子核和核外绕核高速转动的带一个单位负电荷的电子组成的；而原子核又是由中子和带一个单位正电荷的质子组成的；中子和质子又是由更小的微粒夸克组成的。

考点二 微观量的估算

冲刺点金：重点对分子体积、质量、数目、平均距离的估算。这里应该强调指出阿伏伽德罗常数的作用，即宏观世界与微观世界的“桥梁”。2008年高考考点：全国理综卷I考查了估算地球表面大气在标准状况下的体积；北京理综卷考查了1 g水的分子个数；天津理综卷考查了阿伏伽德罗常数。

样题：已知地球半径约为6.4×106 m，空气的摩尔质量约为29×10-3 kg/mol，一个标准大气压约为1.0×105 Pa。利用以上数据可估算出地球表面大气在标准状况下的体积为（）

A. 4×1016 m3 B. 4×1018 m3

C. 4×1030 m3 D. 4×1022 m3

答案：B

点评 建立合适模型是解决这类问题的关键，一般在估算固体或液体分子线度和分子间距离时都是采用球体模型，在估算气体分子间的距离时采用立方体模型。

预测：考查固、液、气的结构特征。

（改编题）若已知阿伏伽德罗常数、物质的摩尔质量、摩尔体积，则可以计算出（）

A. 固体物质分子的大小和质量

B. 液体物质分子的大小和质量

C. 气体分子的大小和质量

D. 气体分子的质量和分子间的平均距离

答案：AＢＤ

点评 用M表示摩尔质量，即一摩尔物质的质量，而一摩尔物质中含有NA个分子，因此每个分子的质量为。由于固体和液体中分子间距离较小，可以近似地认为分子是紧密排列在一起的，若用V表示摩尔体积，即NA个分子所具有的总体积，显然就可以表示每个分子的体积。而气体分子间的距离很大，用只能表示每个气体分子平均占据的空间，而不是表示分子的体积，那么就可以表示气体分子间的平均距离了。

考点三 分子力和分子势能

冲刺点金：知道分子平均动能与温度的关系；知道分子势能与物体体积的关系；物体所有分子热运动动能和与分子力相对应的分子势能之总和叫做物体的内能。2008年高考考点：全国理综卷Ⅱ考查了气体分子的热运动；天津理综卷考查了分子热运动的平均动能；广东物理卷考查了分子力。

样题：对一定量的气体， 下列说法正确的是（）

A． 气体的体积是所有气体分子的体积之和

B． 气体分子的热运动越剧烈， 气体温度就越高

C． 气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的

D． 当气体膨胀时气体分子之间的势能减小，因而气体的内能减少

答案：BC

点评 分子力做功与分子势能变化的关系和重力做功与重力势能变化的关系类似，即分子力做正功分子势能减小，分子力做负功分子势能增加。

预测：考查分子的平均动能和内能。

（原创题）氢氧燃料燃烧时不产生任何污染环境和危害的气体，因此被誉为二十一世纪最环保的绿色可再生能源。质量相同、温度相同的氢气和氧气，在不计分子势能的情况下，它们的（）

A. 分子数相同 B. 内能相同

C. 氧气的内能大 D. 分子的平均动能相同

答案：Ｄ

点评 氢气与氧气的温度相同，分子的平均动能相同，由于氧分子质量比氢分子质量大，所以氢分子的平均速率更大。又因为两种气体的总质量相等，氢分子质量比氧分子质量小，所以氢分子数大于氧分子数，氢气的分子动能总和大于氧气的分子动能总和，由于不计分子势能，所以氢气的内能更大。

考点四 气体性质

冲刺点金：重点掌握气体分子运动的特点。了解气体的体积、压强、温度间的关系；理解气体压强的微观意义。2008年高考考点：全国理综卷考查了气体状态参量；宁夏理综卷考查了气体压强的特点、气体状态参量间的定性分析；江苏物理卷考查了气体状态变化图线；山东理综卷考查了气体状态方程和微观解释；海南物理卷考查了气体实验定律；上海物理卷考查了气体状态变化等温线。

样题：如图2所示，由导热材料制成的气缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，活塞与气缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体。将一细管插入液体，由于虹吸现象，活塞上方液体逐渐流出。在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变。关于这一过程，下列说法正确的是（）

A． 气体分子的平均动能逐渐增大

B． 单位时间气体分子对活塞撞击的次数增多

C． 单位时间气体分子对活塞的冲量保持不变

D． 气体对外界做功等于气体从外界吸收的热量

答案：D

点评 要掌握对气体压强的特点、气体状态参量间的定性分析，这类问题常与热力学第一定律结合，而压强的计算问题则通常利用力的平衡和牛顿第二定律来解决，而且选好研究对象也很关键。

预测：考查理想气体的状态变化。

（原创题）如图3所示是一定质量理想气体的状态变化过程的p－T图线，在AB、BC、CA三个阶段中，吸热过程有（）

A. AB B. BC

C. BC、CA D. AB、CA

答案：B

点评 AB过程是等容降温过程，即气体内能减少，但是气体不做功，因此其内能的减少是气体放热的结果。BC过程是等压膨胀升温的过程，气体温度升高，内能增加，因气体膨胀对外做功，说明一定大量吸热。CA过程是等温升压、气体体积减小的过程，虽然外界对气体做功，但气体的内能不变，说明这个过程是气体放热过程。

考点五 热量、功、内能变化

冲刺点金：对一定质量理想气体，内能仅由温度决定。改变内能的两种方法：做功和热传递。2008年高考考点：重庆理综卷考查了做功改变内能；四川理综卷考查了改变内能的两种方法。

样题：地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该气团在此上升过程中（不计气团内分子间的势能）（）

A. 体积减小，温度降低

B. 体积减小，温度不变

C. 体积增大，温度降低

D. 体积增大，温度不变

答案：C

点评 保证气体质量不变，合理选择研究对象是解本题的关键。本题应正确分析研究对象的初、末状态及对象的变化特点，分析各量之间的制约关系，正确应用相应规律。

预测1：考查内能的变化。

（原创题）图4为北京奥运会“水立方”游泳池，池中水的温度一般控制在25~27 ℃，假设水的温度恒定不变。游泳池中， 有一只气泡（内部所包含的气体质量恒定）从水池底部缓慢地向上运动直到浮到水面。在这一过程中（）

A. 气泡内气体的内能减小，放出热量

B. 气泡内气体的内能不变，对外做功，吸收热量

C. 气泡内气体的内能不变，不放热也不吸热

D. 气泡内气体的内能增大，对外做功，放出热量

答案：B

点评 常温常压下气体的内能只由温度决定，温度不变所以内能不变。由于上浮过程气体压强减小，体积将膨胀，对外做功，W<0。根据ΔU＝Q＋W，Q应该为正，即吸收热量。

预测2：考查做功与热传递对改变内能的等效性。

（改编题）关于物体内能的变化，以下说法中正确的是（）

Ａ． 物体吸收热量，内能一定增大

Ｂ． 物体对外做功，内能一定减小

Ｃ． 物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变

Ｄ． 物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变

答案：Ｃ

点评 物体内能的变化与外界对物体做功（或物体对外界做功）、物体从外界吸热（或向外界放热）两种因素有关。物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，A错；同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减小，B错；若物体吸收的热量与对外做功相等，则内能不变，C正确；放热与对外做功都是使物体内能减小，D错。所以应选C。

考点六 热力学第一、第二定律

冲刺点金：重点掌握热力学定律；知道两类永动机均不可能；知道绝对零度不可达到；知道能量守恒定律的具体内容并了解其建立过程。2008年高考考点：天津理综卷考查了热机；四川卷理综卷考查了热力学第一定律。

样题：下列说法正确的是（）

A． 物体吸收热量，其温度一定升高

B． 热量只能从高温物体向低温物体传递

C． 遵守热力学第一定律的过程一定能实现

D． 做功和热传递是改变物体内能的两种方式

答案：D

点评 热力学第一定律指出任何热力学过程中能量守恒，而对过程没有其他限制。热力学第二定律指明哪些过程可以发生，哪些不可能发生，如：第二类永动机不可能实现，热机效率不可能是100%，热现象过程中能量耗散是不可避免的，实际的宏观热现象过程是不可逆的。

预测：考查热力学定律和能量守恒定律。

（原创题）第一类永动机试图以机械的手段在不获取能源的前提下使体系持续地向外界输出能量。第二类永动机装置是1881年美国人约翰•嘎姆吉为美国海军设计的零发动机，这一装置利用海水的热量将液氨汽化，推动机械运转。但是这一装置无法持续运转，因为汽化后的液氨在没有低温热源存在的条件下无法重新液化，因而不能完成循环。则（）

A． 第一类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律

B. 第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律

C. 热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的

D． 热力学第二定律的两种表述是等效的

答案：ACD

点评 本题的关键是要了解第一、第二类永动机是在什么情况下设想的，以及对热力学两大定律的理解。第一类永动机是想“创造”能量，违反了能量守恒定律，第二类永动机是想使热机效率η＝1，违反了热力学第二定律（没有违反能量守恒定律）。热力学第一定律是能量守恒定律在内能与其他形式能转换时的具体表述，热力学第二定律指出自然界中与热现象有关的宏观过程都具有方向性，它们分别从不同侧面揭示了热现象的本质，是相互独立的，热力学第二定律的两种表述是等效的。