了解固體和液體特性 掌握熱力學定律內容

倪懷輪

熱學是高中物理的重要組成部分之一，固體和液體的特性、熱力學定律的內涵和外延都是常見的考點。高考試卷中涉及熱學內容的試題多以生產生活實際為背景，考查考生對相關基礎知識的掌握情況，以及考生的分析解決問題能力，因此同學們在復習備考的過程中，應該著重訓練透過現象把握本質的能力。

考點一：固體和液體的特性

考點解讀：了解固體的微觀結構，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及其在顯示技術中的應用，了解材料科學的有關知識及應用，體會它們的發展對人類生活和社會發展的影響;知道液體的表面張力現象，了解表面張力產生的原因，知道毛細現象、浸潤現象和不浸潤現象;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、風力共同作用的效果，不能說明分子在做無規則運動。

答案：C

湖源：本題來源于選修3—3第37頁中的文字敘述“雪花是水蒸氣凝華時形成的晶體，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該是圖2中的（

A

B.

C.

D.

解析：在空間站的微重力環境下，可以認為物體都處于完全失重狀態，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頁中的問題與練習第2題，主要考查對完全失重狀態和表面張力的理解。

例3密閉的導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為斥力

C.水面上方的水蒸氣為飽和汽

D.環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，水的表面層分子間距離大于分子力平衡的距離，作用力表現為引力選項B錯誤。密閉的導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：熱力學定律

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

例4關于熱力學定律，下列說法中不正確的是（）。

A.空調機夏天工作時，可以將室內的熱量散發到高溫的室外，降低室內溫度，說明熱力學第二定律是錯誤的

B.一定質量的理想氣體經過絕熱壓縮，其溫度可能不變

C.內能不可以全部轉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：空調機夏天工作時，通過壓縮機工作將室內的熱量散發到高溫的室外，降低室內溫度，而熱力學第二定律的克勞修斯表述是熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體，選項A錯誤。一定質量的理想氣體經過絕熱壓縮，體積減小，外界對氣體做功，根據熱力學第一定律可知，其內能一定增大，溫度—定升高，選項B錯誤。根據熱力學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，所以內能不可以全部轉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的能量后，它們最終會轉化為低品質的內能流散到周圍的環境中，變化成我們不可以再使用的能量，即能量耗散，所以我們必須節約能源，才能可持續發展，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章中相關內容，主要考查對熱力學第一定律和熱力學第二定律兩種表述的理解。利用熱力學第二定律分析實際問題時，需要注意克勞修斯表述中“熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體”“自發”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，一個內壁光滑的圓柱形汽缸，高度為L，底面積為S，缸內有一個質量為m的活塞，封閉了一定質量的理想氣體。當缸內氣體的熱力學溫度為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，缸內氣體高為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，缸內氣體壓力對活塞做的功為多少？

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

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

（2）設缸內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?，則F+mg=poS，解得F=poS—mg。缸內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，外界對缸內氣體做的功W=—W'，根據熱力學第一定律得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第一定律的綜合應用。在運用熱力學第一定律分析問題時，需要注意W和Q的正負。外界對系統做功，W為正值;系統對外做功，W為負值。系統吸收熱量，Q為正值;系統放出熱量，Q為負值。

跟蹤訓練

1.關于生活中的熱學現象，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重污染了空氣，可以使它們自發地分離，既清潔了空氣又變廢為寶

C.干濕泡溫度計的示數差越大，表示空氣中水蒸氣離飽和狀態越遠

D.夏天，在太陽下暴曬過久車胎突然爆裂，車胎內氣體分子的平均動能減小

E.天然石英表現為各向異性，是由于該物質的微粒在空間的排列不規則

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，一定質量的理想氣體從狀態a開始經歷①②③④四個過程，到達狀態e，已知氣體在狀態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a時的體積比在狀態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值相等

參考答案：1. ACD 2. BCD 3. BCE

（責任編輯張巧）