高中物理热学重点、难点分析，本文主要内容关键词为：热学论文,难点论文,高中物理论文,重点论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
热学研究的中心内容是，分子运动论、热和功、气体性质。其重点、难点是，微观量的估算、气体压强的分析和计算、气态方程的运用、热学图像。
1 微观量的估算
微观量是指微观很小物体不能直接测量的物理量。如分子（原子）质量，分子（原子）体积，分子间平均距离等。这些微观量与宏观量有着不可分割的联系，而阿伏加德罗常数正是把二者联系起来的桥梁。
[例1]已知铜的摩尔质量为64g/mol，铜的密度为8.9g/cm[3]，试估算每个铜原子质量、体积和直径。
[解析]对固体、液体来说，估算每个分子的大小时，可近似地认为分子是一个个紧挨着排列的这种理想化的微观模型。这样固体、液体的摩尔体积V[，摩]均可近似地看作等于N（阿伏加德罗常数）个分子体积V的总和。由此可得一个分子的体积V=V[，摩]/N，如果把每个分子看成是个球体，则可进一步得到每个分子的直径d，即
。另外它们的摩尔质量V[，摩]均等于N（阿伏加德罗常数）个分子质量m的总和，故由此可得一个分子的质量m=M[，摩]/N。
由上述思路，每个铜原子的
[例2]压强为0.2atm、温度为27℃的空气，试估算空气分子的平均距离。
[解析]考虑1mol标准状态下的空气，先求出这1mol空气转化成题中所给状态下的体积V，因为1mol空气的分子数为N个，由此即可求出每个空气分子平均占有的体积V[，1]=V/N，如果把每一个空气分子平均占有的空间设想为一个小立方体，并认为在平衡状态下每个空气分子都位于各个小立方体的中心。若空气分子间的平均距离为d，即可看作等于每个空气分子平均占有的小立方体空间的边长l，即
。
依据上述思路，1mol标准状态下的空气转化成题中所给状态下的体积V可由气态方程
求出，即
2 气体压强的分析和计算
正确分析气体状态参量，尤其是压强的分析和计算，是运用气态方程的一个关键，下面通过例题来具体说明。
[例1]如图1，U形玻璃管的左边封闭，右边开口，大气压为1.0×10[5]Pa，两端水面的高度差为40cm，求左端封闭空气柱的压强。
[解析]一定质量的气体被静止的液体封闭时，可在液体内选一液面，利用“同一液面上各点的压强相等”这一规律来分析和计算气体的压强。
[例2]如图3，A、B两个固定的气缸，缸内气体均被活塞封闭着，A缸活塞的面积是B缸活塞面积的2倍，两个活塞之间被一根轻杆连接，当大气压强为p[，0]，A缸内气体压强为1.5p[，0]时，两个活塞恰好静止不动，求此时B缸内气体的压强？（不计活塞与缸壁间的摩擦）
[解析]一定质量的气体被静止的活塞封闭住时，活塞处于平衡状态，据此可由力学平衡条件来分析和计算气体的压强。
依据上述思路，取两个活塞连同轻杆为对象，它们在水平方向上的受力如图4所示，由力的平衡条件有：
[例3]如图5，上端封闭、下端开口的竖直玻璃管，管内有一段长为h的汞柱将一定量的空气封闭在管内，现让玻璃管以加速度a匀加速上升，当汞柱移至与玻璃管保持相对静止时，求管内空气柱的压强。（已知大气压为p[，0]，汞的密度为ρ）
[解析]当封闭空气柱的汞柱与气体一起加速运动时，要以汞柱为研究对象，运用牛顿第二定律来分析计算气体的压强。
据上述思路，设玻璃管的横截面积为S，玻璃管加速上升时管内空气柱的压强为p，此时水银柱在竖直方向上受力情况如图6所示，根据牛顿第二定律有：
p[，0]S-pS-ρghS=ρhSa，
解得：p=p[，0]-ρh（g+a）。
3 气态方程的运用
正确分析气体的状态及状态的变化过程，是运用气态方程解决问题的另一个关键。下面通过实例具体说明典型的状态变化过程。
[例1]如图7，弯成直角的内径均匀的玻璃管ABC，A端封闭，C端开口，AB长85cm，AB段沿竖直放置，BC段沿水平放置，管内空气柱长50cm，水银柱长25cm，现对管内空气缓慢加热，要将水银从AB管内全部排出，求管内空气应升到的最高温度。（设大气压强为75cmHg）
[解析]本题中在对气体加热使水银从AB管内排出的过程中，管内空气的压强p、体积V和温度T均在发生变化，且遵守PV/T=C的变化规律。从气体状态变化规律可以看出：当管内空气的状态变化到压强和体积的乘积pV达到最大时，空气的温度T也相应达到最高，这就是说把水银从AB管内全部排出的过程中，不一定是水银刚好全部从AB管中排出时管内空气的pV乘积最大，而是发生在水银从AB管中排出的过程中。
处理这类气体在状态变化过程中某些状态量的极值问题，应把气体变化过程中任一状态取作末状态，本题则可把水银排至留在AB管内的剩余长度为x时，管内空气的状态作为末状态，此时，（设玻璃管横截面积为S）
由此式可以看出，当x=5cm时，T[，2]有最大值，其值T[，2]=385.4K，即要把水银从AB管内全部排出，管内空气应升到最高温度为358.4k。
[例2]如图8，质量为M，内横截面积为S的气缸静止放在水平面上，缸内有一质量为m可沿缸壁无摩擦滑动的活塞，当活塞不动时，缸内被封闭的气体体积为V，大气压为p[，0]，现将活塞缓慢上提，直到气缸开始离开地面，求活塞应上提的距离？（设温度保持不变）
[解析]本题气体的状态在变化过程中气缸保持平衡且不离开地面。因此处理这类问题的关键是既要认真分析气体的状态变化规律，又要考虑气缸满足的力学规律。
依据上述思路，活塞上提距离h时，缸内气体压强减为p的过程中，气体状态的变化遵守等温变化规律，即：
在活塞上提过程中，气缸在图9所示的四个力作用下平衡，即：
p[，0]S+N=pS+Mg。
在活塞上提的过程中，缸内气体压强减少，地面对气缸的支持力N也不断减小，当活塞上提到刚好N=0时，作用在气缸上的力满足：
p[，0]S=pS+Mg。
(2)
由(1)、(2)式可求得活塞应上提的距离：
[例3]一根水平放置的两端开口的玻璃管，中央注有一段水银，水银柱的两端距管两端等远，在大气压强为75cmHg，温度为27℃的条件下封闭管两端，然后将管竖直放置，并让温度升到77℃，此时上端气柱长度与下端气柱长度之比为3:2，求管内水银柱的长度。
[解析]本题中气体状态变化过程的特点是：两部分气体在状态变化过程中，它们的压强和体积的变化都是相互关联的，因此处理这类问题的关键是分析出两部分气体的压强关系和体积关系。
如图10所示，设两段气柱初态的长度均为l，玻璃管截面积为S，竖直放置时，两段气柱长为l[，A]和l[，B]，两段空气柱气态方程为：
由(1)～(5)式即可解得水银柱长度h=36.5cm。
4 热学图像
无论是运用图像来表示气体状态或状态变化过程，还是从图像上比较气体的状态或状态变化过程，关键都在于正确理解热学图像的物理意义。
[例1]如图11，在p-T坐标中a、b两点表示理想气体的两个状态，设气体在状态a时的体积为V[，a]，密度为ρ[，a]，在状态b时的体积为V[，b]，密度为ρ[，b]，则
[例2]一定质量的理想气体，状态变化过程如13所示的p-T图上abcd图线所示，其中bc⊥ab，cd∥ab，由图线可知
A.ab过程中气体不做功，气体吸热。
B.bc过程中外界压缩气体做功，内能减少。
C.cd过程中气体膨胀对外做功，气体放热。
D.da过程中气体膨胀对外做功，内能增加。
[解析]判断理想气体在状态变化过程中能量的转化情况，要把握三个要点：(1)根据气体体积变化情况，判断气体做功的情况，即气体膨胀对外做功，外界压缩气体外界对气体做功。(2)根据气体温度变化情况，判断内能变化，即温度升高的过程中，气体的内能增加；温度降低的过程气体内能减少。(3)综合气体做功和内能变化情况，由能量守恒来判断气体吸热或放热的情况。
把上述思路用于本题：
a→b的过程中V[，a]=V[，b]，气体不对外做功，温度降低内能减少。由能量守恒气体应该放热。
b→c的过程中，通过c点画等容线，其斜率k[，c]＞k[，b]，则V[，c]＜V[，b]，即外界压缩气体做功，温度降低内能减少。
c→d过程中，气体膨胀对外做功，温度升高内能增加，气体一定吸热。
d→a过程中，气体膨胀对外做功，温度降低内能减少。
综上可知选项B正确。