了解固體和液體特性 掌握熱力學(xué)定律內(nèi)容

倪懷輪

熱學(xué)是高中物理的重要組成部分之一，固體和液體的特性、熱力學(xué)定律的內(nèi)涵和外延都是常見的考點。高考試卷中涉及熱學(xué)內(nèi)容的試題多以生產(chǎn)生活實際為背景，考查考生對相關(guān)基礎(chǔ)知識的掌握情況，以及考生的分析解決問題能力，因此同學(xué)們在復(fù)習(xí)備考的過程中，應(yīng)該著重訓(xùn)練透過現(xiàn)象把握本質(zhì)的能力。

考點一：固體和液體的特性

考點解讀：了解固體的微觀結(jié)構(gòu)，知道晶體和非晶體的特點，能夠列舉生活中常見的晶體和非晶體，通過實例了解液晶的主要性質(zhì)及其在顯示技術(shù)中的應(yīng)用，了解材料科學(xué)的有關(guān)知識及應(yīng)用，體會它們的發(fā)展對人類生活和社會發(fā)展的影響;知道液體的表面張力現(xiàn)象，了解表面張力產(chǎn)生的原因，知道毛細現(xiàn)象、浸潤現(xiàn)象和不浸潤現(xiàn)象;了解飽和汽和飽和汽壓，知道絕對濕度和相對濕度。

例1下雪了，晶瑩的雪花像輕盈的玉蝴蝶在翩翩起舞，雪花的形狀如圖1所示，下列關(guān)于雪花的說法中正確的是（）。

A.是多晶體

B.是非晶體

C.具有各向異性

D.飛舞時，說明分子在做無規(guī)則運動

解析：雪花是單晶體，具有各向異性，雪花飛舞是空氣浮力、風(fēng)力共同作用的效果，不能說明分子在做無規(guī)則運動。

答案：C

湖源：本題來源于選修3—3第37頁中的文字?jǐn)⑹觥把┗ㄊ撬魵饽A時形成的晶體，它們的形狀雖然不同，但都是六角形的圖案”，主要考查對晶體的理解和對分子動理論及其相關(guān)知識點的掌握

例22021年12月9日，我國“神舟十三號”飛行乘組航天員在中國空間站成功進行了太空授課。實驗時航天員從注射器中擠出一滴水，水滴在空中的形狀應(yīng)該是圖2中的（

A

B.

C.

D.

解析：在空間站的微重力環(huán)境下，可以認為物體都處于完全失重狀態(tài)，實驗時航天員從注射器中擠出一滴水，由于表面張力的作用，水滴在空中的形狀應(yīng)是完美的球形，選項A正確。選項D是我們在地球表面附近空中看到的水滴形狀，選項C是把水滴到石蠟表面上時看到的水滴形狀。

答案： A

湖源：本題來源于選修3—3第42頁中的問題與練習(xí)第2題，主要考查對完全失重狀態(tài)和表面張力的理解。

例3密閉的導(dǎo)熱容器中盛有部分水，長時間靜置后，液面與空氣、容器壁的接觸情形如圖3所示。下列說法中正確的是（）。

A.水對容器壁是浸潤的

B.水的表面層分子間作用力表現(xiàn)為斥力

C.水面上方的水蒸氣為飽和汽

D.環(huán)境溫度改變時水的飽和汽壓不變

E.使未飽和汽變成飽和汽，可采用降低溫度的方法

解析：水對容器壁是浸潤的，選項A正確。由于液體蒸發(fā)，水的表面層分子間距離大于分子力平衡的距離，作用力表現(xiàn)為引力選項B錯誤。密閉的導(dǎo)熱容器中盛有部分水，長時間靜置后，水面上方的水蒸氣為飽和汽，環(huán)境溫度改變時水的飽和汽壓將改變，選項C正確，D錯誤。飽和汽壓隨溫度的升高而增大，隨溫度的降低而減小，所以使未飽和汽變成飽和汽，可采用降低溫度的方法，選項E正確

答案： ACE

湖源：本題來源于選修3—3第39頁中圖9.2—7甲玻璃試管中的水和第45頁問題與練習(xí)第3題，主要考查對浸潤與不浸潤、飽和汽與飽和汽壓的理解。

考點二：熱力學(xué)定律

考點解讀：通過有關(guān)史實，了解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程，能夠在實際問題中運用熱力學(xué)第一定律進行相關(guān)計算;通過自然界中宏觀過程的方向性，理解熱力學(xué)第二定律的兩種表述，知道節(jié)約能源對可持續(xù)發(fā)展的重要性。

例4關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法中不正確的是（）。

A.空調(diào)機夏天工作時，可以將室內(nèi)的熱量散發(fā)到高溫的室外，降低室內(nèi)溫度，說明熱力學(xué)第二定律是錯誤的

B.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)過絕熱壓縮，其溫度可能不變

C.內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化

D.自然界的能量是守恒的，所以我們可以不必節(jié)約能源

E.第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，但是違背了熱力學(xué)第二定律，因此不管科技如何進步，都不可能制造出永動機

解析：空調(diào)機夏天工作時，通過壓縮機工作將室內(nèi)的熱量散發(fā)到高溫的室外，降低室內(nèi)溫度，而熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，選項A錯誤。一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)過絕熱壓縮，體積減小，外界對氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，其內(nèi)能一定增大，溫度—定升高，選項B錯誤。根據(jù)熱力學(xué)第二定律的開爾文表述可知，不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化，所以內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化，選項C正確。雖然自然界的能量是守恒的，但是人類使用一些高品質(zhì)的能量后，它們最終會轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能流散到周圍的環(huán)境中，變化成我們不可以再使用的能量，即能量耗散，所以我們必須節(jié)約能源，才能可持續(xù)發(fā)展，選項D錯誤。第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，但是違背了熱力學(xué)第二定律，因此不管科技如何進步，都不可能制造出永動機，選項E正確

答案：ABD

潮源：本題中五個選項的敘述分別來源于選修3—3第10章中相關(guān)內(nèi)容，主要考查對熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律兩種表述的理解。利用熱力學(xué)第二定律分析實際問題時，需要注意克勞修斯表述中“熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體”“自發(fā)”的含義是不需要第三者介入，不對第三者造成任何影響;開爾文表述中“不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響”，說明從單一熱庫吸收熱量，一定會向另一熱庫放出熱量。

例5如圖4所示，一個內(nèi)壁光滑的圓柱形汽缸，高度為L，底面積為S，缸內(nèi)有一個質(zhì)量為m的活塞，封閉了一定質(zhì)量的理想氣體。當(dāng)缸內(nèi)氣體的熱力學(xué)溫度為T。時，用繩子系住汽缸底，將汽缸倒置懸掛起來，汽缸處于豎直狀態(tài)，缸內(nèi)氣體高為L。。已知重力加速度為g，大氣壓強為p。，不計活塞厚度及活塞與缸體間的摩擦。

（1）采用緩慢升溫的方法使活塞與汽缸脫離，缸內(nèi)氣體的溫度至少要升高到多少？

（2）從開始升溫到活塞剛要脫離汽缸的過程中，缸內(nèi)氣體壓力對活塞做的功為多少？

（3）當(dāng)活塞剛要脫離汽缸時，缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加量為AU，則缸內(nèi)氣體在活塞下移的過程中吸收的熱量為多少？

解析：（1）緩慢升高缸內(nèi)氣體的溫度，氣體等壓膨脹，當(dāng)缸內(nèi)氣體膨脹到高為L時，活塞與汽缸脫離。設(shè)此時缸內(nèi)氣體的溫度為，根據(jù)蓋—呂薩克定律得—，解得T。，即缸內(nèi)氣體的溫度至少要升高到

（2）設(shè)缸內(nèi)氣體對活塞的壓力為F，氣體等壓膨脹，則壓力F不變?；钊芰ζ胶猓瑒tF+mg=poS，解得F=poS—mg。缸內(nèi)氣體壓力對活塞做的功W'=F（L—L。）=（poS—mg）（L—L。）。

（3）活塞下移的過程中，外界對缸內(nèi)氣體做的功W=—W'，根據(jù)熱力學(xué)第一定律得AU= W + Q，解得Q=（poS-mg）（L L。）+AU.

潮源：“汽缸一活塞”是熱學(xué)中的重要模型，本題以汽缸倒置懸掛為情景，考查受力分析、氣體實驗定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用。在運用熱力學(xué)第一定律分析問題時，需要注意W和Q的正負。外界對系統(tǒng)做功，W為正值;系統(tǒng)對外做功，W為負值。系統(tǒng)吸收熱量，Q為正值;系統(tǒng)放出熱量，Q為負值。

跟蹤訓(xùn)練

1.關(guān)于生活中的熱學(xué)現(xiàn)象，下列說法中正確的是（）。

A.液晶顯示器是利用了液晶對光具有各向異性的特點

B.汽車尾氣中各類有害氣體排入大氣后嚴(yán)重污染了空氣，可以使它們自發(fā)地分離，既清潔了空氣又變廢為寶

C.干濕泡溫度計的示數(shù)差越大，表示空氣中水蒸氣離飽和狀態(tài)越遠

D.夏天，在太陽下暴曬過久車胎突然爆裂，車胎內(nèi)氣體分子的平均動能減小

E.天然石英表現(xiàn)為各向異性，是由于該物質(zhì)的微粒在空間的排列不規(guī)則

2.下列說法中正確的是（）。

A.熱量不可能從低溫物體傳向高溫物體

B.液晶具有液體的流動性，又具有晶體的光學(xué)各向異性

C.等溫的不同種類氣體混合的過程屬于一個滴增過程

D.能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性

E.在溫度均勻且恒定的水池中，一氣泡（內(nèi)部氣體可視為理想氣體）緩慢向上浮起的過程中，氣體向水中放熱

3.如圖5所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始經(jīng)歷①②③④四個過程，到達狀態(tài)e，已知氣體在狀態(tài)a和e時的壓強相等。對于此氣體，下列說法中正確的是（）。

A.過程①中氣體從外界吸收熱量

B.過程②中氣體從外界吸收熱量

C.過程③中氣體對外界做正功

D.氣體在狀態(tài)a時的體積比在狀態(tài)e時的體積大

E.過程④中氣體從外界吸收的熱量和對外界做功的數(shù)值相等

參考答案：1. ACD 2. BCD 3. BCE

（責(zé)任編輯張巧）