高中物理奥赛辅导课件十六：热力学

热 学热学知识在奥赛中的要求不以深度见长，但知识点却非常地多（考纲中罗列的知识点几乎和整个力学——前五部分——的知识点数目相等）。

而且，由于高考要求对热学的要求逐年降低（本届尤其低得“离谱”，连理想气体状态方程都没有了），这就客观上给奥赛培训增加了负担。

因此，本部分只能采新授课的培训模式，将知识点和例题讲解及时地结合，争取让学员学一点，就领会一点、巩固一点，然后再层叠式地往前推进。

一、分子动理论1、物质是由大量分子组成的（注意分子体积和分子所占据空间的区别）对于分子（单原子分子）间距的计算，气体和液体可直接用3分子占据的空间，对固体，则与分子的空间排列（晶体的点阵）有关。

【例题1】如图6-1所示，食盐（N a Cl ）的晶体是由钠离子（图中的白色圆点表示）和氯离子（图中的黑色圆点表示）组成的，离子键两两垂直且键长相等。

已知食盐的摩尔质量为58.5×10－3kg/mol ，密度为2.2×103kg/m 3，阿伏加德罗常数为6.0×1023mol －1，求食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心之间的距离。

【解说】题意所求即图中任意一个小立方块的变长（设为a ）的2倍，所以求a 成为本题的焦点。

由于一摩尔的氯化钠含有N A 个氯化钠分子，事实上也含有2N A 个钠离子（或氯离子），所以每个钠离子占据空间为 v =AmolN 2V 而由图不难看出，一个离子占据的空间就是小立方体的体积a 3， 即 a 3=A mol N 2V = Am ol N 2/M，最后，邻近钠离子之间的距离l = 2a 【答案】3.97×10－10m 。

〖思考〗本题还有没有其它思路？〖答案〗每个离子都被八个小立方体均分，故一个小立方体含有81×8个离子 = 21分子，所以…（此法普遍适用于空间点阵比较复杂的晶体结构。

） 2、物质内的分子永不停息地作无规则运动固体分子在平衡位置附近做微小振动（振幅数量级为0.1A 0），少数可以脱离平衡位置运动。

高中物理热力学等温过程解析热力学是物理学中的一个重要分支，涉及到物质的热现象和能量转化。

在高中物理学习中，热力学是一个相对复杂的内容，其中等温过程是一个重要的考点。

本文将从解析等温过程的基本概念开始，通过具体题目的举例，分析其考点和解题技巧，并给出一些实用的学习指导。

一、等温过程的基本概念等温过程是指系统在恒温条件下进行的过程。

在等温过程中，系统的温度保持不变，但是其他物理量如压强、体积等可能会发生变化。

根据理想气体状态方程PV=nRT，我们可以得到等温过程下的压强和体积的关系为P1V1=P2V2，其中P1和V1表示过程前的压强和体积，P2和V2表示过程后的压强和体积。

二、题目分析与解题技巧1. 题目：一个容器中有一定质量的气体，在等温过程中，体积减小了一半，求压强的变化。

解析：根据等温过程的特点，我们可以利用P1V1=P2V2的关系来解决这个问题。

由于体积减小了一半，即V2=V1/2，代入方程中得到P1V1=P2(V1/2)，整理得到P2=2P1。

因此，压强的变化是原来的两倍。

这道题目考察了对等温过程的基本理解和应用能力，通过了解等温过程的特点和状态方程，我们能够准确地计算出压强的变化。

2. 题目：一个理想气体在等温过程中，体积从V1增加到V2，求压强的变化。

解析：根据等温过程的特点，我们仍然可以利用P1V1=P2V2的关系来解决这个问题。

由于体积增加了，即V2>V1，所以压强应该是减小的。

具体的计算方法是将V2代入方程中，得到P1V1=P2V2，整理得到P2=P1(V1/V2)。

因此，压强的变化与体积的比值有关，当体积增大时，压强减小。

这道题目考察了对等温过程的理解和计算能力，通过了解等温过程的特点和状态方程，我们能够准确地计算出压强的变化，并且发现压强与体积的比值成反比关系。

三、学习指导1. 理解等温过程的特点：等温过程是指系统在恒温条件下进行的过程，系统的温度保持不变。

在等温过程中，压强和体积之间存在着特定的关系，可以通过状态方程来计算。

热力学第二定律 热传递方式一、热力学第二定律表述1：热量只能自发的从高温物体转移至低温物体。

如果想让热量由低温物体转移到高温物体，一定会引起其他变化（需要做功）。

热传递的方向性表述2：不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响机械能、内能转化的方向性（能量耗散）表述3：有序到无序，熵增加第一类永动机：不需要动力的机器，它可以源源不断的对外界做功违反能量守恒定律第二类永动机：从单一热库吸收热量，全部用于做功。

违反热力学第二定律：机械能与内能的转化具有方向性，机械能可以转化内能，但内能却不能全部转化为机械能而不引起其它变化。

二、卡诺循环当高温热源和低温热源的温度确定之后，所有热机中，按照卡诺循环运行的热机效率是最高的。

（证明略）卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。

从高温热源等温吸热Q 1，对外做功，并向低温热源散热Q 2。

两个绝热过程中，没有热传递，做功等于内能变化，为相反数。

2i W nR T =∆ 两个等温过程中，热量交换加上做功等于0，因此，在高温热源吸热：21111ln V Q W nRT V =-= 在低温热源放热：42223lnV Q W nRT V =-= 利用绝热过程的状态方程：2233PV PV γγ=，即 112132V nRT V nRT γγ--= 4411PV PV γγ=，即 114211V nRT V nRT γγ--= 有上述公式可得卡诺热机的效率，即最大效率：121211Q Q T T Q T η--== 如果将上述过程反过来，叫做逆卡诺循环，即在外界做功W 的帮助下，从低温热源吸热Q 2，向高温热源散热Q 1。

例如空调、冰箱都有这种功能。

（但现实中的空调、冰箱不一定满足逆卡诺循环的条件）。

对于逆卡诺循环，常用制冷系数进行描述：221212Q T Q Q T T ω==--例1、有一卡诺致冷机，从温度为-10℃的冷藏室吸取热量，而向温度为20℃的物体放出热量。

一、分子动理论①基本观点：①物质是由大量分子组成的。

①阿伏伽德罗常量：在12克碳单质中，所含有的碳-12分子个数。

其符号是N A。

我们将此定义为1mol（读作：摩尔，简称：摩。

），其值为×1023mol-1。

单位是：mol-1。

我们将1mol分子的质量叫做摩尔质量，其符号是M。

单位是kg/mol。

1g/mol=1×10-3kg/mol。

②单分单分子质量的数量级是10-27~10-26（kg）。

③分子体积（此公式不适用于气体）V mol是一摩尔物质所对应的体积（摩尔体积）理想气体的摩尔体积恒为22.4L/mol④分②分子在永不停息地做热运动。

①扩散现象：不同物质能够相互渗透的现象。

扩散现象说明了：分子在永不停息地做热运动，温度越高，扩散越快。

分子之间存在间隙。

②布朗运动：悬浮微粒在流体中永不停息地做无规则运动的现象。

微粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越激烈。

它间接地反映了液体分子的运动是永不停息的、无规则的。

③热运动：分子的永不停息、无规则运动。

③分子间存在相互作用力。

①分子间同时存在分子引力和分子斥力，表现的分子间作用力是其合力。

②小，但斥力减小更快。

当某一分子受力平衡时，此时的分子间距r0叫做平衡距离。

③内能：分子势能和分子动能的统称。

分子势能与两分子间距离有关，分子距离越大，分子势能越大。

分子动能与温度有关，温度越高，分子动能越大。

内能可通过热传递和做功的方式改变。

分子间各作用力的图像如下：②分子运动速率统计：①无论是低温还是高温，其分子运动速率统计图像都呈“中间多，两头少”的分布规律，它表明了在某一温度下一定数量的分子，其值和最大值的分子个数远远小于单个分子速率为分子平均速率的分子个数。

②物体的分子平均速率与温度有关，温度越高，平均速率越大。

分子运动速率统计图如下：气体的性质一、气体状态参量①气体状态参量：①概念：用来描述气体状态的物理量。

②气体状态参量有温度、体积和压强。