２００９熱學(xué)怎么考？

張北春

高考對熱學(xué)部分的考查主要以理解能力為主，抓住主線的同時也要注意它們與其他知識的綜合。試卷在熱學(xué)中所涉及到的考點均為重要知識，這些知識反映了人類對自然最重要、最本質(zhì)的認識，體現(xiàn)了人們認識自然的科學(xué)方法和思想，是今后進入大學(xué)繼續(xù)學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)。

預(yù)測2009年高考熱學(xué)部分命題熱點有：氣體實驗定律、理想氣體狀態(tài)方程、分子動理論、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律和能量守恒定律。而在新課標高考試題中，更傾向于將氣體三個實驗定律、理想氣體狀態(tài)方程、熱力學(xué)第一、二定律綜合起來考查。

考點一 分子運動和熱現(xiàn)象

沖刺點金：重點掌握分子動理論的三點基本內(nèi)容。了解分子的大小及估測分子直徑的實驗方法。2008年高考考點：海南物理卷考查了分子運動和熱現(xiàn)象；天津理科綜合卷考查了布朗運動；廣東物理卷考查了分子熱運動的無序性；上海物理卷考查了測分子直徑的實驗方法。

樣題：下列關(guān)于分子運動和熱現(xiàn)象的說法正確的是（）

A． 氣體如果失去了容器的約束就會散開，這是因為氣體分子之間存在勢能的緣故

B． 一定量100 ℃的水變成100 ℃的水蒸氣，其分子之間的勢能增加

C． 對于一定量的氣體，如果壓強不變，體積增大，那么它一定從外界吸熱

D． 如果氣體分子總數(shù)不變，而氣體溫度升高，氣體分子的平均動能增大，因此壓強必然增大

E． 一定量氣體的內(nèi)能等于其所有分子熱運動動能和分子之間勢能的總和

F． 如果氣體溫度升高，那么所有分子的速率都增加

答案：BCE

點評 復(fù)習(xí)分子運動和熱現(xiàn)象復(fù)習(xí)時應(yīng)深刻理解基本概念與規(guī)律，比如對一個確定的物體來說，分子平均動能只與物體的溫度相對應(yīng)，勢能和體積相對應(yīng)，內(nèi)能的變化與做功和熱傳遞過程相對應(yīng)。

預(yù)測1：考查熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系。

（原創(chuàng)題）如圖1所示，為中國月球探測工程的形象標志?！版隙鹨惶枴碧皆滦l(wèi)星發(fā)射升空，實現(xiàn)了中華民族千年奔月的夢想。月球表面溫度：白天，約127 ℃；夜晚，約-183 ℃。在攝氏溫度與熱學(xué)溫度的換算中，下列哪幾種說法是正確的（）

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

點評 熱力學(xué)溫度（T）與攝氏溫度（t）的關(guān)系為：T＝t+273.15 K。兩種溫度數(shù)值不同，但改變1 K和1 ℃的溫度差相同。

預(yù)測2：要求對組成物質(zhì)的微粒的大小有較清晰的認識。

（原創(chuàng)題）2008年諾貝爾物理學(xué)獎得主，小林誠和益川敏英提出了對稱性破壞的物理機制，并成功預(yù)言了自然界至少三類夸克的存在。下列粒子：夸克、原子、質(zhì)子、原子核，按空間尺度由小到大進行正確排列的是（）

A． 夸克、質(zhì)子、原子核、原子

B． 原子、原子核、質(zhì)子、夸克

C． 原子、質(zhì)子、原子核、夸克

D． 質(zhì)子、夸克、原子、原子核

答案：A

點評 原子是由原子核和核外繞核高速轉(zhuǎn)動的帶一個單位負電荷的電子組成的；而原子核又是由中子和帶一個單位正電荷的質(zhì)子組成的；中子和質(zhì)子又是由更小的微?？淇私M成的。

考點二 微觀量的估算

沖刺點金：重點對分子體積、質(zhì)量、數(shù)目、平均距離的估算。這里應(yīng)該強調(diào)指出阿伏伽德羅常數(shù)的作用，即宏觀世界與微觀世界的“橋梁”。2008年高考考點：全國理綜卷I考查了估算地球表面大氣在標準狀況下的體積；北京理綜卷考查了1 g水的分子個數(shù)；天津理綜卷考查了阿伏伽德羅常數(shù)。

樣題：已知地球半徑約為6.4×106 m，空氣的摩爾質(zhì)量約為29×10-3 kg/mol，一個標準大氣壓約為1.0×105 Pa。利用以上數(shù)據(jù)可估算出地球表面大氣在標準狀況下的體積為（）

A. 4×1016 m3 B. 4×1018 m3

C. 4×1030 m3 D. 4×1022 m3

答案：B

點評 建立合適模型是解決這類問題的關(guān)鍵，一般在估算固體或液體分子線度和分子間距離時都是采用球體模型，在估算氣體分子間的距離時采用立方體模型。

預(yù)測：考查固、液、氣的結(jié)構(gòu)特征。

（改編題）若已知阿伏伽德羅常數(shù)、物質(zhì)的摩爾質(zhì)量、摩爾體積，則可以計算出（）

A. 固體物質(zhì)分子的大小和質(zhì)量

B. 液體物質(zhì)分子的大小和質(zhì)量

C. 氣體分子的大小和質(zhì)量

D. 氣體分子的質(zhì)量和分子間的平均距離

答案：AＢＤ

點評 用M表示摩爾質(zhì)量，即一摩爾物質(zhì)的質(zhì)量，而一摩爾物質(zhì)中含有NA個分子，因此每個分子的質(zhì)量為。由于固體和液體中分子間距離較小，可以近似地認為分子是緊密排列在一起的，若用V表示摩爾體積，即NA個分子所具有的總體積，顯然就可以表示每個分子的體積。而氣體分子間的距離很大，用只能表示每個氣體分子平均占據(jù)的空間，而不是表示分子的體積，那么就可以表示氣體分子間的平均距離了。

考點三 分子力和分子勢能

沖刺點金：知道分子平均動能與溫度的關(guān)系；知道分子勢能與物體體積的關(guān)系；物體所有分子熱運動動能和與分子力相對應(yīng)的分子勢能之總和叫做物體的內(nèi)能。2008年高考考點：全國理綜卷Ⅱ考查了氣體分子的熱運動；天津理綜卷考查了分子熱運動的平均動能；廣東物理卷考查了分子力。

樣題：對一定量的氣體， 下列說法正確的是（）

A． 氣體的體積是所有氣體分子的體積之和

B． 氣體分子的熱運動越劇烈， 氣體溫度就越高

C． 氣體對器壁的壓強是由大量氣體分子對器壁不斷碰撞而產(chǎn)生的

D． 當(dāng)氣體膨脹時氣體分子之間的勢能減小，因而氣體的內(nèi)能減少

答案：BC

點評 分子力做功與分子勢能變化的關(guān)系和重力做功與重力勢能變化的關(guān)系類似，即分子力做正功分子勢能減小，分子力做負功分子勢能增加。

預(yù)測：考查分子的平均動能和內(nèi)能。

（原創(chuàng)題）氫氧燃料燃燒時不產(chǎn)生任何污染環(huán)境和危害的氣體，因此被譽為二十一世紀最環(huán)保的綠色可再生能源。質(zhì)量相同、溫度相同的氫氣和氧氣，在不計分子勢能的情況下，它們的（）

A. 分子數(shù)相同 B. 內(nèi)能相同

C. 氧氣的內(nèi)能大 D. 分子的平均動能相同

答案：Ｄ

點評 氫氣與氧氣的溫度相同，分子的平均動能相同，由于氧分子質(zhì)量比氫分子質(zhì)量大，所以氫分子的平均速率更大。又因為兩種氣體的總質(zhì)量相等，氫分子質(zhì)量比氧分子質(zhì)量小，所以氫分子數(shù)大于氧分子數(shù)，氫氣的分子動能總和大于氧氣的分子動能總和，由于不計分子勢能，所以氫氣的內(nèi)能更大。

考點四 氣體性質(zhì)

沖刺點金：重點掌握氣體分子運動的特點。了解氣體的體積、壓強、溫度間的關(guān)系；理解氣體壓強的微觀意義。2008年高考考點：全國理綜卷考查了氣體狀態(tài)參量；寧夏理綜卷考查了氣體壓強的特點、氣體狀態(tài)參量間的定性分析；江蘇物理卷考查了氣體狀態(tài)變化圖線；山東理綜卷考查了氣體狀態(tài)方程和微觀解釋；海南物理卷考查了氣體實驗定律；上海物理卷考查了氣體狀態(tài)變化等溫線。

樣題：如圖2所示，由導(dǎo)熱材料制成的氣缸和活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在氣缸內(nèi)，活塞與氣缸壁之間無摩擦，活塞上方存有少量液體。將一細管插入液體，由于虹吸現(xiàn)象，活塞上方液體逐漸流出。在此過程中，大氣壓強與外界的溫度保持不變。關(guān)于這一過程，下列說法正確的是（）

A． 氣體分子的平均動能逐漸增大

B． 單位時間氣體分子對活塞撞擊的次數(shù)增多

C． 單位時間氣體分子對活塞的沖量保持不變

D． 氣體對外界做功等于氣體從外界吸收的熱量

答案：D

點評 要掌握對氣體壓強的特點、氣體狀態(tài)參量間的定性分析，這類問題常與熱力學(xué)第一定律結(jié)合，而壓強的計算問題則通常利用力的平衡和牛頓第二定律來解決，而且選好研究對象也很關(guān)鍵。

預(yù)測：考查理想氣體的狀態(tài)變化。

（原創(chuàng)題）如圖3所示是一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)變化過程的p－T圖線，在AB、BC、CA三個階段中，吸熱過程有（）

A. AB B. BC

C. BC、CA D. AB、CA

答案：B

點評 AB過程是等容降溫過程，即氣體內(nèi)能減少，但是氣體不做功，因此其內(nèi)能的減少是氣體放熱的結(jié)果。BC過程是等壓膨脹升溫的過程，氣體溫度升高，內(nèi)能增加，因氣體膨脹對外做功，說明一定大量吸熱。CA過程是等溫升壓、氣體體積減小的過程，雖然外界對氣體做功，但氣體的內(nèi)能不變，說明這個過程是氣體放熱過程。

考點五 熱量、功、內(nèi)能變化

沖刺點金：對一定質(zhì)量理想氣體，內(nèi)能僅由溫度決定。改變內(nèi)能的兩種方法：做功和熱傳遞。2008年高考考點：重慶理綜卷考查了做功改變內(nèi)能；四川理綜卷考查了改變內(nèi)能的兩種方法。

樣題：地面附近有一正在上升的空氣團，它與外界的熱交換忽略不計。已知大氣壓強隨高度增加而降低，則該氣團在此上升過程中（不計氣團內(nèi)分子間的勢能）（）

A. 體積減小，溫度降低

B. 體積減小，溫度不變

C. 體積增大，溫度降低

D. 體積增大，溫度不變

答案：C

點評 保證氣體質(zhì)量不變，合理選擇研究對象是解本題的關(guān)鍵。本題應(yīng)正確分析研究對象的初、末狀態(tài)及對象的變化特點，分析各量之間的制約關(guān)系，正確應(yīng)用相應(yīng)規(guī)律。

預(yù)測1：考查內(nèi)能的變化。

（原創(chuàng)題）圖4為北京奧運會“水立方”游泳池，池中水的溫度一般控制在25~27 ℃，假設(shè)水的溫度恒定不變。游泳池中， 有一只氣泡（內(nèi)部所包含的氣體質(zhì)量恒定）從水池底部緩慢地向上運動直到浮到水面。在這一過程中（）

A. 氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能減小，放出熱量

B. 氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能不變，對外做功，吸收熱量

C. 氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能不變，不放熱也不吸熱

D. 氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能增大，對外做功，放出熱量

答案：B

點評 常溫常壓下氣體的內(nèi)能只由溫度決定，溫度不變所以內(nèi)能不變。由于上浮過程氣體壓強減小，體積將膨脹，對外做功，W<0。根據(jù)ΔU＝Q＋W，Q應(yīng)該為正，即吸收熱量。

預(yù)測2：考查做功與熱傳遞對改變內(nèi)能的等效性。

（改編題）關(guān)于物體內(nèi)能的變化，以下說法中正確的是（）

Ａ． 物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大

Ｂ． 物體對外做功，內(nèi)能一定減小

Ｃ． 物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變

Ｄ． 物體放出熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變

答案：Ｃ

點評 物體內(nèi)能的變化與外界對物體做功（或物體對外界做功）、物體從外界吸熱（或向外界放熱）兩種因素有關(guān)。物體吸收熱量，但有可能同時對外做功，故內(nèi)能有可能不變甚至減小，A錯；同理，物體對外做功的同時有可能吸熱，故內(nèi)能不一定減小，B錯；若物體吸收的熱量與對外做功相等，則內(nèi)能不變，C正確；放熱與對外做功都是使物體內(nèi)能減小，D錯。所以應(yīng)選C。

考點六 熱力學(xué)第一、第二定律

沖刺點金：重點掌握熱力學(xué)定律；知道兩類永動機均不可能；知道絕對零度不可達到；知道能量守恒定律的具體內(nèi)容并了解其建立過程。2008年高考考點：天津理綜卷考查了熱機；四川卷理綜卷考查了熱力學(xué)第一定律。

樣題：下列說法正確的是（）

A． 物體吸收熱量，其溫度一定升高

B． 熱量只能從高溫物體向低溫物體傳遞

C． 遵守?zé)崃W(xué)第一定律的過程一定能實現(xiàn)

D． 做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式

答案：D

點評 熱力學(xué)第一定律指出任何熱力學(xué)過程中能量守恒，而對過程沒有其他限制。熱力學(xué)第二定律指明哪些過程可以發(fā)生，哪些不可能發(fā)生，如：第二類永動機不可能實現(xiàn)，熱機效率不可能是100%，熱現(xiàn)象過程中能量耗散是不可避免的，實際的宏觀熱現(xiàn)象過程是不可逆的。

預(yù)測：考查熱力學(xué)定律和能量守恒定律。

（原創(chuàng)題）第一類永動機試圖以機械的手段在不獲取能源的前提下使體系持續(xù)地向外界輸出能量。第二類永動機裝置是1881年美國人約翰?嘎姆吉為美國海軍設(shè)計的零發(fā)動機，這一裝置利用海水的熱量將液氨汽化，推動機械運轉(zhuǎn)。但是這一裝置無法持續(xù)運轉(zhuǎn)，因為汽化后的液氨在沒有低溫?zé)嵩创嬖诘臈l件下無法重新液化，因而不能完成循環(huán)。則（）

A． 第一類永動機不可能制成是因為它違反了能量守恒定律

B. 第二類永動機不可能制成是因為它違反了能量守恒定律

C. 熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是相互獨立的

D． 熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等效的

答案：ACD

點評 本題的關(guān)鍵是要了解第一、第二類永動機是在什么情況下設(shè)想的，以及對熱力學(xué)兩大定律的理解。第一類永動機是想“創(chuàng)造”能量，違反了能量守恒定律，第二類永動機是想使熱機效率η＝1，違反了熱力學(xué)第二定律（沒有違反能量守恒定律）。熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在內(nèi)能與其他形式能轉(zhuǎn)換時的具體表述，熱力學(xué)第二定律指出自然界中與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，它們分別從不同側(cè)面揭示了熱現(xiàn)象的本質(zhì)，是相互獨立的，熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等效的。