了解固体和液体特性 掌握热力学定律内容

倪怀轮

热学是高中物理的重要组成部分之一，固体和液体的特性、热力学定律的内涵和外延都是常见的考点。高考试卷中涉及热学内容的试题多以生产生活实际为背景，考查考生对相关基础知识的掌握情况，以及考生的分析解决问题能力，因此同学们在复习备考的过程中，应该着重训练透过现象把握本质的能力。

考点一：固体和液体的特性

考点解读：了解固体的微观结构，知道晶体和非晶体的特点，能够列举生活中常见的晶体和非晶体，通过实例了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用，了解材料科学的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响;知道液体的表面张力现象，了解表面张力产生的原因，知道毛细现象、浸润现象和不浸润现象;了解饱和汽和饱和汽压，知道绝对湿度和相对湿度。

例1下雪了，晶莹的雪花像轻盈的玉蝴蝶在翩翩起舞，雪花的形状如图1所示，下列关于雪花的说法中正确的是（）。

A.是多晶体

B.是非晶体

C.具有各向异性

D.飞舞时，说明分子在做无规则运动

解析：雪花是单晶体，具有各向异性，雪花飞舞是空气浮力、风力共同作用的效果，不能说明分子在做无规则运动。

答案：C

湖源：本题来源于选修3—3第37页中的文字叙述“雪花是水蒸气凝华时形成的晶体，它们的形状虽然不同，但都是六角形的图案”，主要考查对晶体的理解和对分子动理论及其相关知识点的掌握

例22021年12月9日，我国“神舟十三号”飞行乘组航天员在中国空间站成功进行了太空授课。实验时航天员从注射器中挤出一滴水，水滴在空中的形状应该是图2中的（

A

B.

C.

D.

解析：在空间站的微重力环境下，可以认为物体都处于完全失重状态，实验时航天员从注射器中挤出一滴水，由于表面张力的作用，水滴在空中的形状应是完美的球形，选项A正确。选项D是我们在地球表面附近空中看到的水滴形状，选项C是把水滴到石蜡表面上時看到的水滴形状。

答案： A

湖源：本题来源于选修3—3第42页中的问题与练习第2题，主要考查对完全失重状态和表面张力的理解。

例3密闭的导热容器中盛有部分水，长时间静置后，液面与空气、容器壁的接触情形如图3所示。下列说法中正确的是（）。

A.水对容器壁是浸润的

B.水的表面层分子间作用力表现为斥力

C.水面上方的水蒸气为饱和汽

D.环境温度改变时水的饱和汽压不变

E.使未饱和汽变成饱和汽，可采用降低温度的方法

解析：水对容器壁是浸润的，选项A正确。由于液体蒸发，水的表面层分子间距离大于分子力平衡的距离，作用力表现为引力选项B错误。密闭的导热容器中盛有部分水，长时间静置后，水面上方的水蒸气为饱和汽，环境温度改变时水的饱和汽压将改变，选项C正确，D错误。饱和汽压随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，所以使未饱和汽变成饱和汽，可采用降低温度的方法，选项E正确

答案： ACE

湖源：本题来源于选修3—3第39页中图9.2—7甲玻璃试管中的水和第45页问题与练习第3题，主要考查对浸润与不浸润、饱和汽与饱和汽压的理解。

考点二：热力学定律

考点解读：通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程，能够在实际问题中运用热力学第一定律进行相关计算;通过自然界中宏观过程的方向性，理解热力学第二定律的两种表述，知道节约能源对可持续发展的重要性。

例4关于热力学定律，下列说法中不正确的是（）。

A.空调机夏天工作时，可以将室内的热量散发到高温的室外，降低室内温度，说明热力学第二定律是错误的

B.一定质量的理想气体经过绝热压缩，其温度可能不变

C.内能不可以全部转化为机械能而不引起其他变化

D.自然界的能量是守恒的，所以我们可以不必节约能源

E.第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，因此不管科技如何进步，都不可能制造出永动机

解析：空调机夏天工作时，通过压缩机工作将室内的热量散发到高温的室外，降低室内温度，而热力学第二定律的克劳修斯表述是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，选项A错误。一定质量的理想气体经过绝热压缩，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，其内能一定增大，温度—定升高，选项B错误。根据热力学第二定律的开尔文表述可知，不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，所以内能不可以全部转化为机械能而不引起其他变化，选项C正确。虽然自然界的能量是守恒的，但是人类使用一些高品质的能量后，它们最终会转化为低品质的内能流散到周围的环境中，变化成我们不可以再使用的能量，即能量耗散，所以我们必须节约能源，才能可持续发展，选项D错误。第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，因此不管科技如何进步，都不可能制造出永动机，选项E正确

答案：ABD

潮源：本题中五个选项的叙述分别来源于选修3—3第10章中相关内容，主要考查对热力学第一定律和热力学第二定律两种表述的理解。利用热力学第二定律分析实际问题时，需要注意克劳修斯表述中“热量不能自发地从低温物体传到高温物体”“自发”的含义是不需要第三者介入，不对第三者造成任何影响;开尔文表述中“不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响”，说明从单一热库吸收热量，一定会向另一热库放出热量。

例5如图4所示，一个内壁光滑的圆柱形汽缸，高度为L，底面积为S，缸内有一个质量为m的活塞，封闭了一定质量的理想气体。当缸内气体的热力学温度为T。时，用绳子系住汽缸底，将汽缸倒置悬挂起来，汽缸处于竖直状态，缸内气体高为L。。已知重力加速度为g，大气压强为p。，不计活塞厚度及活塞与缸体间的摩擦。

（1）采用缓慢升温的方法使活塞与汽缸脱离，缸内气体的温度至少要升高到多少？

（2）从开始升温到活塞刚要脱离汽缸的过程中，缸内气体压力对活塞做的功为多少？

（3）当活塞刚要脱离汽缸时，缸内气体的内能增加量为AU，则缸内气体在活塞下移的过程中吸收的热量为多少？

解析：（1）缓慢升高缸内气体的温度，气体等压膨胀，当缸内气体膨胀到高为L时，活塞与汽缸脱离。设此时缸内气体的温度为，根据盖—吕萨克定律得—，解得T。，即缸内气体的温度至少要升高到

（2）设缸内气体对活塞的压力为F，气体等压膨胀，则压力F不变。活塞受力平衡，则F+mg=poS，解得F=poS—mg。缸内气体压力对活塞做的功W'=F（L—L。）=（poS—mg）（L—L。）。

（3）活塞下移的过程中，外界对缸内气体做的功W=—W'，根据热力学第一定律得AU= W + Q，解得Q=（poS-mg）（L L。）+AU.

潮源：“汽缸一活塞”是热学中的重要模型，本题以汽缸倒置悬挂为情景，考查受力分析、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用。在运用热力学第一定律分析问题时，需要注意W和Q的正负。外界對系统做功，W为正值;系统对外做功，W为负值。系统吸收热量，Q为正值;系统放出热量，Q为负值。

跟踪训练

1.关于生活中的热学现象，下列说法中正确的是（）。

A.液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点

B.汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，可以使它们自发地分离，既清洁了空气又变废为宝

C.干湿泡温度计的示数差越大，表示空气中水蒸气离饱和状态越远

D.夏天，在太阳下暴晒过久车胎突然爆裂，车胎内气体分子的平均动能减小

E.天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则

2.下列说法中正确的是（）。

A.热量不可能从低温物体传向高温物体

B.液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性

C.等温的不同种类气体混合的过程属于一个滴增过程

D.能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性

E.在温度均匀且恒定的水池中，一气泡（内部气体可视为理想气体）缓慢向上浮起的过程中，气体向水中放热

3.如图5所示，一定质量的理想气体从状态a开始经历①②③④四个过程，到达状态e，已知气体在状态a和e时的压强相等。对于此气体，下列说法中正确的是（）。

A.过程①中气体从外界吸收热量

B.过程②中气体从外界吸收热量

C.过程③中气体对外界做正功

D.气体在状态a时的体积比在状态e时的体积大

E.过程④中气体从外界吸收的热量和对外界做功的数值相等

参考答案：1. ACD 2. BCD 3. BCE

（责任编辑张巧）