高中物理：气体热现象基础、能力提升及解析

高一物理学习中的热学知识点与问题解析热学是物理学中的重要分支，研究热能、热传导、热转化等与热有关的现象和规律。

在高一物理学习中，我们将接触到许多与热学相关的知识点和问题。

本文将对高一物理学习中的热学知识点进行解析，并探讨一些常见问题的解决方法。

一、热的传递与能量转化1. 热的传递方式热的传递方式主要有三种：传导、对流和辐射。

传导是指物质内部微观粒子之间的热量传递，通常发生在固体中；对流是指液体或气体中热量的传递，涉及到流体的运动；辐射是指通过电磁波的辐射传递热量。

2. 热的能量转化热能可以转化为其他形式的能量，比如机械能和电能。

例如，热能可以通过燃烧转化为机械能，驱动汽车或发电机。

而热能也可以转化为电能，利用热发电原理进行发电。

二、热学量的测量与计算1. 温度和热平衡温度是物体内部微观粒子的平均动能的表征，通常用摄氏度或开尔文度来表示。

热平衡是指两个物体或系统之间没有热量交换，温度相等，达到了热平衡状态。

2. 热量的计算公式热量的计算公式为：Q = mcΔT，其中Q表示热量，m表示物体的质量，c表示物体的比热容，ΔT表示温度变化。

三、热的传导与材料热学性质1. 热传导的机制热传导主要通过固体中的振动、自由电子和晶格缺陷等方式进行。

物体的导热性能与物质的导热系数有关，导热系数越大，物体的传热效果越好。

2. 材料的热学性质材料的热学性质包括导热性、比热容和膨胀系数等。

导热性表示材料传导热量的能力，比热容表示材料单位质量在温度变化时吸收或释放的热量，膨胀系数表示材料在温度变化时的体积变化。

四、热力学与热功与功率1. 热力学基本定律热力学基本定律包括第一定律和第二定律。

第一定律是能量守恒的表达，即能量既不会被创造也不会被销毁，只会转换成其他形式的能量。

第二定律是关于热能转换的方向性的规定，即热量从高温物体传递到低温物体。

2. 热功与功率热功是指通过热交换所做的功，可以用公式W = Q - ΔU表示，其中W表示热功，Q表示热量，ΔU表示内能的变化。

高三上册物理知识点解析：气体热现象的微观意义
高三上册物理知识点解析：气体热现象的微观意义
物理学是研究自然界的物质结构、物体间的相互作用和物体运动最一般规律的自然科学，对客观世界的规律作出了深刻地揭示。

跟着一起看看高三上册物理知识点解析：气体热现象的微观意义。

合作探究一随机事件与统计规律
1.建立概念：
①必然事件：
②不可能事件：
③随机事件：
2.实验探究：伽尔顿板实验
实验原理简介：小球从漏斗口落下，在到达底部前，与钉子发生碰撞，然后落到下面的槽中。

观察现象一：单个小球会落到哪个槽?有什么特点?
答：
观察现象二：大量小球下落会出现什么情况?有什么规律吗?
答：
小结：个别随机事件的出现具有：
大量随机事件的整体会表现出一定的性，这种规律叫做统计规律。

合作探究二气体分子运动的特点
阅读课本27页气体分子运动的特点，小组讨论总结分子运动有哪些特点?
合作探究三气体热现象的微观解释
1.气体温度的微观解释
小组讨论后回答下面问题：
①同一温度下分子速率的分布有什么样的特点?
②不同温度下的分子速率的分布有什么样的规律?
小结：
①通过定量分析可以得出：理想气体的与分子的
成正比。

表达式：
②温度是的标志
2.气体压强的微观解释
【观察与思考】请同学们观察雨伞的受力情况，同时思考气体对器壁的压强是怎样产生的?
小结：.气体压强的产生原因（微观解释）：
【做出猜想】压强的大小跟哪些因素有关呢?
合作探究四对气体实验定律的微观解释
1.玻意耳定律:一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强p 与体积V成反比。

4 气体热现象的微观意义庖丁巧解牛知识·巧学一、统计规律相同条件下大量偶然事件整体表现出来的必然规律.联想发散用分子运动的观点研究热现象涉及的是大量分子，因此要用到统计方法，应用统计理论.二、气体分子运动的特点1.气体分子的微观模型：气体分子看作没有相互作用力的质点——理想气体的微观模型.气体分子间距离大（约为分子直径的10倍），分子力小（可忽略），所以气体没有一定的形态和体积.2.气体分子运动的统计规律（1）统计规律：大量偶然事件的整体表现出来的规律叫做统计规律.（2）气体分子沿各个方向运动的机会（几率）相等.（3）大量气体分子的速率分布呈现中间多（占有分子数目多）两头少（速率大或小的分子数目少）的规律.深化升华当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的一方移动，即速率大的分子数目增多，速率小的分子数目减少，分子的平均速率增大，分子的热运动剧烈，定量的分析表明理想气体的热力学温E，因此说，温度是分子平均动能的标志.度T与分子的平均动能E k成正比，即T=a k3.研究气体分子运动的意义热现象与大量分子热运动的统计规律有关.了解了气体分子运动的特点，就有助于热现象的认识研究.三、气体压强的微观意义1.产生原因：气体的压强是大量的气体分子频繁地碰撞容器壁而产生的.大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生气体的压强，单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁的碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力，所以从分子动理论的观点看来，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力.2.气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力.3.决定气体压强大小的因素气体压强由气体分子的密度和平均动能决定.气体分子密度（即单位体积内气体分子的数目）大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，气体的温度高，气体分子的平均动能就大，每个气体分子与器壁的碰撞（可视作弹性碰撞）给器壁的冲力就大；另一方面，分子的平均速率大，在单位时间里器壁受气体分子撞击的次数就多，累计冲力就大.气体的体积增大，分子密度变小，在此情况下，如温度不变，气体压强减小，如温度降低，气体压强进一步减小；如温度升高则气体压强可能不变，可能变化，由分子数密度变化和温度变化两个因素中哪一个起主导地位来定.深化升华从微观角度上讲，气体压强的大小，取决于两个因素：一个是气体分子的平均动能，另一个是分子的密集程度.从宏观角度上讲，气体压强取决于温度和体积.四、对气体实验定律的微观解释1.对玻意耳定律的解释一定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的，当体积减小时，单位体积内的分子数增大，气体的压强就增大，体积减小为原来的一半时，单位体积内的分子数增大为原来的2倍，压强增大为原来的2倍.2.对查理定律的解释一定质量的气体，体积保持不变，单位体积内的分子数不变.温度升高时，分子的平均动能增大，气体压强增大.3.对盖·吕萨克定律的解释一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增大，有使压强增大的趋势.只有气体体积同时增大，使单位体积内的分子数减小，有压强减小的趋势.当两个相反的趋势相互抵消时，压强保持不变. 记忆要诀 对气体实验定律的微观解释（1）玻意耳定律m 、T 一定（E 一定）⎪⎩⎪⎨⎧↑↑→↓→↓↓→↑→p n V p n V （2）查理定律 m 、V 一定（n 0一定）⎪⎩⎪⎨⎧↓↓→↓→↑↑→↑→p E T p E T （3）盖·吕萨克定律m 、p 一定不变⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧↑↑→↑→↑↓→↑→V E T T n V 0p 不变 典题·热题知识点一 气体分子运动特点例1 为什么气体既没有一定的体积，也没有一定的形状？解析:因为气体分子间的距离较大，大约是分子直径的10倍，所以可以把分子看作是没有大小的质点，并可以认为分子间的相互作用十分微弱，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞之外，不受到力的作用，可在空间内自由移动，因而能充满它所能达到的空间，所以气体既没有一定的体积，也没有一定的形状. 巧妙变式 为什么液体有一定体积却没有一定的形状？对这样的问题也应从分子运动的特点去解释. 知识点二 气体压强的微观意义例2 如图8-4-3所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中装有与容器容积等体积的水，乙中充满空气，试问：图8-4-3（1）两容器各侧壁压强的大小关系及压强的大小决定于哪些因素？（容器容积恒定）（2）若让两容器同时做自由落体运动，容器侧壁上所受压强将怎样变化？解析:（1）对甲容器，上壁的压强为零，底面的压强最大，其数值p=ρgh（h 为上下底面间的距离）.侧壁的压强自上而下，由小变大.其数值大小与侧壁上各点距水面的竖直距离x 的关系是p=ρgx，对乙容器，各处器壁上的压强大小都相等，其大小决定气体的密度和温度.（2）甲容器做自由落体运动时器壁各处的压强均为零.乙容器做自由落体运动时，器壁各处的压强不发生变化.误区警示 在本题中易犯的错误是将液体压强或气体压强产生的原因混为一谈.例3 对一定质量的气体，下列说法正确的是（ ）A.压强增大，体积增大，分子的平均动能一定增大B.压强减小，体积减小，分子的平均动能一定增大C.压强减小，体积增大，分子的平均动能一定增大D.压强增大，体积减小，分子的平均动能一定增大解析:体积增大，分子密集程度减小，单位时间对器壁碰撞次数减少，压强增大，说明分子对单位面积器壁的作用力增大，这说明分子的平均动能增大，选项A 是正确的，选项B 错误.在C 、D 两种说法中，分子的平均动能都不能确定是增大还是减小.综上所述，正确选项为A.答案：A巧解提示 温度是分子平均动能的大小的标志.可由理想气体状态方程TpV =C （常量）进行判断T 的变化. 例4 对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（ ）A.体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大B.温度不变，压强减小时，气体的密度一定减小C.压强不变，温度降低时，气体的密度一定减小D.温度升高，压强和体积都可能不变解析:根据气体压强、体积、温度的关系可知，体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大，选项A 正确.温度不变，压强减小时，气体体积增大，气体的密度减小，压强不变，温度降低时，体积减小，气体密度增大，温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变.综上所述，正确选项为A 、B.答案：AB方法归纳 对于这类定性判断的问题可从两个途径进行分析：一是从微观角度分析；二是从理想气体状态方程分析.问题·探究交流讨论探究问题 用打气筒给自行车胎打气越打越费力，你怎样解释这一现象？探究过程：李明：给自行车打气时，由于分子间存在斥力，因此，越打气越多，斥力越明显，故越费力. 焦珊：对于气体来说，分子间距离总是大于r 0,不可能达到小于r 0.故气体分子间分子力表现为引力，因而，越打越省力，不会出现越打越费力的现象，故李明同学说的不对.刘国政：李明同学说的不对，因为气体分子间距离是大于r 0，不应表现为斥力.焦珊说的也不对，因为事实是越打越费力.王龙：分子间表现为斥力，分子间距离r 要小于r 0，对气体来说，分子间距离总是大于r 0，不可能达到小于r 0，气体分子可以自由运动，达到它所能达到的空间，即气体分子间束缚力非常弱，而且一定总是表现为微弱的分子引力，打气越打越费劲，是因为气体能产生压强的缘故，一定气体、体积越小，压强越大.即气体分子密度越大，压强越大，给车胎打气，越打车胎内气体分子密度越大，则压强越大，所以越费力.探究结论：打气越打越费劲，是因为气体能产生压强的缘故，一定气体体积越小，压强越大.高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

气体热现象的微观意义重/难点重点：气体分子运动的特点和气体压强的微观意义。

难点：气体压强的微观意义。

重/难点分析重点分析：用气体分子动理论来解释气体实验定律是本节课的重点，它是本节课的核心内容。

认识到气体对容器壁的压强是大量分子连续不断地对器壁碰撞产生的，且由分子的平均速率和分子密度共同决定其大小。

难点分析：气体压强的微观意义是本节课的难点，因为它需要学生对微观粒子复杂的运动状态有丰富的想像力。

突破策略1．投掷硬币实验教师：通过对分子动理论的学习，我们知道，由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子单独来看，运动是不规则的，带有偶然性的，但从总体上看，大量分子的运动遵守一定的规律，这种规律叫做统计规律。

教材的“投掷硬币实验”就说明了这种规律。

（可以在课前预先安排学生完成实验，将实验数据收集起来，进行分析）教师：实验表明：个别事物的出现具有偶然的因素，但大量事物出现的机会，却遵从一定的统计规律。

（引导学生观察教材，体会这种统计规律。

）教师：请大家列举生活中你所观察到的符合统计规律的现象。

学生：讨论，列举实例。

如考试时，得高分的人数和低分的人数占总人数的比例相对较少，接近平均分的人数相对较多。

全班同学的身高分布，也有类似的规律。

2．气体分子运动的特点先设问：气体分子运动的特点有哪些？引导学生看课本“气体分子运动的特点”师生总结：气体分子运动的特点是：（1）气体间的距离较大，分子间的相互作用力十分微弱，可以认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受其他力作用，每个分子都可以在空间自由移动，一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间。

（2）分子间的碰撞频繁，这些碰撞及气体分子与器壁的碰撞都可看成是完全弹性碰撞。

气体通过这种碰撞可传递能量，其中任何一个分子运动方向和速率大小都是不断变化的，这就是杂乱无章的气体分子热运动。

（3）从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。

气体热现象的微观意义知识元气体热现象的微观意义知识讲解一、气体分子运动的特点1.分子很小，间距很大，除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子不受力而做匀速直线运动，因此气体能充满它们所能到达的整个空间。

2.气体分子数密度巨大，分子间发生频繁碰撞，使得分子的运动杂乱无章；3.气体分子向各个方向运动的气体分子数目相等，呈现“中间多，两对少”的状态二、气体温度的微观意义1.气体分子的速率各不相同，但遵守速率分布规律，即出现“中间多，两头少”的分布规律，如图所示。

当温度升高时，速率大的分子数增多，速率小的分子数减少，分子的平均速率增大，平均动能也增大。

2.理想气体的热力学温度T与分子的平均动能k成正比，即T=a Ek,a是比例常数。

三、气体压强的微观意义1.产生原因：大量气体分子无规则运动碰撞器壁，形成对容器各处均匀的持续的压力而产生压强；2.决定因素：（1）微观因素①气体分子的密集程度：气体分子密集程度大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，气体压强就大；②气体分子的平均动能：气体的温度高，分子平均动能大，与器壁的碰撞过程中给器壁的冲力就大；从另一方面，分子平均速率大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就多，气体压强就大。

四、气体实验定律的微观解释玻意尔定律：一定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。

在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强就增大；查理定律：一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变。

在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大；盖-吕萨克定律：一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增大。

只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变。

例题精讲气体热现象的微观意义例1.如图所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中恰好装满水，乙中充满空气，则下列说法中正确的是（容器容积恒定）（）例2.对于一定质量的理想气体，在温度不变的条件下，当它的体积减小时，下列说法正确的是（）①单位体积内分子的个数增加②在单位时间、单位面积上气体分子对器壁碰撞的次数增多③在单位时间、单位面积上气体分子对器壁的作用力不变④气体的压强增大例3.对一定质量的理想气体，下列说法不正确的是（）例4.关于理想气体，下列说法正确的是（）例5.下列各种说法，正确的有（）例6.下面对气体压强的理解，正确的是（）例7.炎炎夏日，如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒，车胎极易爆裂，暴晒过程中可以认为内胎容积几乎不变。

第二篇气体分子运动和热力学基础热学是研究与热现象有关的物质运动规律的科学。

表示物体冷热程度的物理量是温度，把与温度有关的物理性质及状态的变化称为热现象，热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。

物体是由大量分子、原子组成的，这些微观粒子的不停的、无规则的运动称为分子热运动。

热学发展简史18世纪初，资本主义发展的初期，社会生产已有很大发展，生产中遇到的热现象增多了，因而提供不少关于热现象的知识，当时生产上需要动力，因而产生了利用热来获得机械功的企图，这样一来，开始了对热现象进行比较广泛的研究。

1714年，华伦海脱改良了水银温度计并制定了华氏温标，热学的研究从此走上实验科学的道路。

18世纪中期，瓦特制成了蒸汽机，人们多年来想利用热来获得机械功的愿望实现了。

随着蒸汽机在生产上被广泛地利用，提高效率便成为首要任务，同时也促使人们对热的本质进行深入的研究。

关于热的本质问题，有两种对立的学说：热质说——热是一种元素，它可以透入任何物体中，不生不灭，较热物体含较多的热质。

热是物质运动的一种表现，热是一种能量，能够与机械能互相转化。

热力学第一定律确立了热和机械功相互转化的数量关系，热力学第二定律告诉人们如何提高热机效率，热力学的两个基本定律都是从研究热和功的相互转化问题总结出来的，然而，热力学理论的应用远远地超出了这一问题的范围。

在热力学发展的同时，即19世纪中期，分子运动论也开始飞速地发展，为了改进热机的设计，对热机的工作物质——气体——的性质进行了广泛的研究，气体动理论便是围绕着气体性质的研究发展起来的。

克劳修斯首先从分子运动论的观点导出了玻意耳定律。

麦克斯韦最初应用统计概念研究分子的运动，得到了分子运动的速度分布定律。

玻耳兹曼认识到统计概念有原则性的意义，他给热力学第二定律以统计解释。

后来，吉布斯进一步发展了麦克斯韦和玻耳兹曼的理论，建立了系统的统计法，统计物理学至此发展成为完整的理论。

热学的研究方法：1.宏观法Macroscopic method最基本的实验规律 逻辑推理(运用数学)——称为热力学优点：具有高度的可靠性和普遍性。

第4节气体热现象的微观意义1.气体分子的运动特色：(1)分子间的距离较大，除碰撞外不受力的作用而做匀速直线运动；(2)分子间的碰撞十分屡次，分子运动凌乱无章，无规则。

2．气体分子的速率都呈“中间多，两端少”的散布。

3．温度越高，气体分子热运动越强烈。

4．从微观角度来看：气体压强是大批气体分子对容器的碰撞而产生的，其大小跟两个要素相关：一个是气体分子的均匀动能，二是分子的密集程度。

一、随机性与统计规律、气体分子运动的特色1．随机性与统计规律(1)必定事件：在必定条件下必定出现的事件。

(2)不行能事件：在必定条件下不行能出现的事件。

(3)随机事件：在必定条件下可能出现，也可能不出现的事件。

(4)统计规律：大批随机事件整体表现出来的规律。

2．气体分子运动的特色二、气体温度随和体压强的微观意义1．气体温度的微观意义(1)温度越高，分子的热运动越强烈。

(2)理想气体的热力学温度T与分子的均匀动能k 成正比，即：T＝a k(式中a是比率常数)，所以能够说，温度是分子均匀动能的标记。

2．气体压强的微观意义(1)气体的压强是大批气体分子屡次地碰撞容器而产生的。

(2)影响气体压强的两个微观要素：一个是气体分子的均匀动能，一个是分子的密集程度。

三、对气体实验定律的微观解说1．自主思虑——判一判(1)气体能够充满它能抵达的空间是因为气体分子间的作使劲很弱，能够忽视不计。

(√)(2)“温度越高，分子的热运动越强烈”是指温度高升时，全部分子运动的速率都增大。

(×)(3)气体压强是大批气体分子屡次地碰撞器壁而产生的。

(√)(4)气体的压强是由气体遇到的重力产生的。

(×)(5)气体的压强是由气体分子间的互相作用(引力和斥力)产生的。

(×)(6)气体的分子总数越多，压强越大。

(×)2．合作研究——议一议(1)依据你对气体分子运动特色的认识，你可否假想一下气体分子的微观模型是如何的？提示：气体分子间距离大(约为分子直径的10倍)，分子力小(可忽视)，所以气体没有必定的形态和体积，会充满它能达到的整个空间，所以气体分子能够看作没有互相作使劲的质点。